Interaktion komplexierender und reduzierender Wurzelexsudate in der pflanzlichen Eisenaneignung

• Antragsteller: Dr. Günther Weber; Professor Dr. Nicolaus von Wirén
• Fachliche Zuordnung: Pflanzenbau, Pflanzenernährung, Agrartechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 291474925

Aufgrund der geringen Eisen (Fe)-Verfügbarkeit in vielen Böden haben Pflanzen Fe-Aneignungsstrategien entwickelt, die auf der Komplexierung (Chelatisierung) und Reduktion von Fe beruhen. Während Gramineen über ihre Wurzeln Mugeinsäure-Derivate zur Chelatisierung von dreiwertigem Fe(III) in der Rhizosphäre abgeben, beruht die Fe-Aneignung von nicht-gramineenartigen Pflanzenarten auf der Reduktion von Fe(III), die allerdings durch hohe Boden-pH-Werte gehemmt wird. Kürzlich wurde eine neue Klasse von Coumarin-artigen Chelatoren in Wurzelabscheidungen identifiziert. Aufgrund ihrer chemischen Vielseitigkeit ist allerdings die Wirkungsweise dieser Chelatoren unklar. Daher setzt sich das vorliegende Projekt zum Ziel: i) in Wurzelabscheidungen neue chemische Substanzen mit Fe-reduzierenden oder -komplexierenden Eigenschaften zu identifizieren und deren Modifikation und chemische Interaktionen auf ihrem Weg von der Wurzelzelle durch den Wurzelapoplasten bis in den Rhizosphärenboden und zurück zu beschreiben; ii) Synergismen zwischen solchen Wurzelabscheidungen zu untersuchen, die an der Fe-Mobilisierung aus Fe-haltigen Bodenphasen beteiligt sind; und iii) den Beitrag und die Interaktion von chemischen und biologischen Prozessen, die an der Fe-Mobilisierung beteiligt sind, zu bestimmen und zu quantifizieren. Um 8 definierte Hypothesen zu verifizieren, haben sich zwei deutsche und zwei österreichische Arbeitsgruppen aus der Pflanzenernährung, analytischen Chemie, Rhizospährenökologie und Biogeochemie zusammengefunden, um Wurzelabscheidungen von Wildtyp- und Mutantenpflanzen aus hydroponischen und Bodenkultursystemen zu gewinnen und deren Fe-Chelatisierung und Redoxchemie über neue gekoppelte massenspektrometrische Verfahren sowie über thermodynamische und kinetische Modellierungsansätze zu beschreiben. Damit sollen nicht nur neue Schlüsselverbindungen in Wurzelabscheidungen identifiziert sondern auch deren Wirkungsweisen als Chelatoren, Reduktionsmittel oder Redox-Fähren aufgeklärt sowie deren Beitrag zur pflanzlichen Fe-Ernährung bestimmt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Österreich
• Kooperationspartner: Professor Dr. Stephan Krämer; Privatdozent Dr. Markus Puschenreiter