Apoplastischer Wasser- und Ionentransport in Wurzeln
Final Report Abstract
Die Ergebnisse zeigen, dass die Casparyschen Streifen in der Exo- und Endodermis von Reis- und Malswurzeln eine erhebliche aber keine absolute Barriere für zweioder sogar mehrwertige Kationen und Anionen darstellen. Allerdings sind die Transportraten beim Durchtritt durch die Casparyschen Streifen gering, so dass sich an der Vorstellung nichts ändert, dass diese Barieren einen erheblichen Widerstand für Ionen darstellen, wie etwa den Nährionen. Die Wurzel ist nach wie vor ein Osmometer, aber kein ideales, wie uns die Lehrbücher der Botanik bisweilen glauben lassen wollen. Es trifft nicht zu, dass der passive apoplastische lonentransport an den Casparyschen Streifen völlig unterdrückt wird. Der passive lonenfluss an der Endodermis findet vorwiegend im Bereich der Durchlasszellen statt (wie auch der Wasserfluss). Für das ungeladene Wasser dürfte der Durchtritt durch die Casparyschen Streifen wesentlich weniger gehemmt sein als für die Ionen. Beim Wasser ist dies durch viele quantitative Untersuchungen belegt. Es hat Konsequenzen für die Regulation der Wasseraufnahme durch Pflanzen ('Composite-Transport-Modeir; Steudle und Peterson, 1998). Die Ergebnisse des Projektes zeigen, dass der Transport von mehnwertigen Anionen (wie etwa des [Fe(CN)6f' -lons) wesentlich stärker gehemmt ist als der des Cu^'^-Ions, was auf die Abstossung der negativen Ladung durch die negativen Festionen der Zellwandmatrix zurückgeführt wird. Demzufolge bildeten sich die Präzipitate bei gleicher Konzentration der Komponenten asymmetrisch aus, d.h., sie werden näher auf der Seite gefunden, auf der die Kupferionen angeboten werden. Dies wurde auch bei Zellwandpräparationen von Chara corallina gefunden. Der Einsatz anderer Salzfällungen (BaS04, Ca-oxalat) war nicht erfolgreich, da sich die farblosen Kristalle nicht in den Schnitten wiederfinden ließen. Bei Reis und bei Mais wurden mithilfe der Methode deutlich höhere lonenflüsse in den Bereichen der Wurzel detektiert, in denen Seitenwurzeln der Endo- und Exodermis durchbrachen, wobei die Integrität von Endo- und Exodermis zeitweise unterbrochen ist. Die Permeabilität der Casparyschen Streifen nahm mit zunehmender Wurzelentwicklung ab. Die Nachweisgrenze für Cu^'^-Ionen in den Zellwänden lag bei 0.8 pM.
Publications
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Ranathunge K, Kotula L, Steudle E, Lafitte R (2004) Water permeability and reflection coefficient of the outer part of young rice roots are differently affected by closure of water channels (aquaporins) or blockage of apoplastic pores. Joumal of Experimental Botany 55: 433-448.
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Ranathunge K, Steudle E, Lafitte R (2005) Blockage of apoplastic by-pass flow of water in rice roots by insoluble salt precipitations analogous to a Pfeffer cell. Plant, Cell, and Environment 27: 121-133.
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Ranthunge K, Steudle E, Lafitte R (2005) A new precipitation technique provides evidence for the permeability of Casparian bands to ions in young roots of corn {Zea mays L.) and rice {Oryza sativa L.). Plant, Cell and Environment 28: 1450-1462.
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Schreiber L, Franke R, Hartmann K, Ranathunge K, Steudle E (2005) The chemical composition of suberin in apoplastic barriers affects radial hydraulic conductivity differently in roots of rice {Oryza sativa L. cv. 1R64) and corn {Zea mays L. cv. Helix). Journal of Expenmental Botany 56:1427 - 1436.
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Steudle E und Ranathunge K (2007). Apoplastic water transportin roots. In: The Apoplast of Higher Plants: Compartment of Storage, Transport and Reactions. The significance of the apoplast for the mineral nutrition of higher p/ants. Eds.: Burkhard Sattelmacherund Walter J. Horst Springer-Verlag, Berlin, pp. 779-132.
