Einfluss des Stickstoff-Angebotes im Boden auf Fichte (Picea abies (L.) Karst.) : II. Kohlenstoffmetabolismus in Nadeln und mykorrhizierten Wurzeln

1997

S. 81-110

42 Lit. Ang.

Unselbständiges Werk

200056741

Effects of varied soil nitrogen supply on Norway spruce (picea abies (L.) Karst) : I. Shoot and root growth and nutrient uptake : II. Kohlenstoffmetabolismus in Nadeln und mykorrhizierten Wurzeln ; Nr. 151, S. 81-110
; Nr. 151

Die Naehrstoffversorgung von Pflanzen kann sowohl die Kohlenstoff-Verteilung zwischen verschiedenen Organen, als auch die Kohlenstoffallokation zwischen Stoffwechselwegen beeinflussen. Vor dem Hintergrund eines erhoehten Stickstoffeintrags in Waldoekosysteme sollte am Beispiel der Fichte (Picea abies) untersucht werden, wie eine Variation des N- und Mineralstoffangebotes die Assimilatverteilung in der Pflanze, und damit letztlich auch die fuer Waldbaeume essentielle Mykorrhizierung, beeinflusst. Dazu wurden zunaechst Untersuchungen an einer semi-hydroponischen Kultur von Fichtenkeimlingen unter Variation der N-, P-, und Mg-Versorgung durchgefuehrt. In den Wurzeln und Nadeln der Keimlinge wurden die Aktivitaet der Phosphoenolpyruvat-Carboxylase (PEPC), und die Gehalte an Fructose-2,6- Bisphosphat (F26BP), Staerke und loeslichen Zuckern bestimmt. Dabei konnte gezeigt werden, dass ein Ueberangebot von Stickstoff in den Nadeln einen Anstieg der spezifischen PEPC-Aktivitaet (bis auf das 6-fache der Kontrolle) und des F26BP-Gehalts (bis auf das 3-fache der Kontolle) bewirkte, waehrend der Staerkegehalt reduziert war. Auch Mg-Mangel rief eine signifikante Erhoehung des F26BP-Gehalts in den Nadeln hervor. Der Saccharosegehalt wurde kaum durch die Naehrstoffbedingungen beeinflusst. Die spezifische PEPC- Aktivitaet in den Wurzeln lag wie in den Nadeln bei der +N/-P-Variante am hoechsten. Der F26BP-Gehalt in den Wurzeln war 3- bis 11-mal hoeher als in den Nadeln und uebertraf die Gehalte der Kontrollen fuer +N/+P signifikant. Mg-Mangel wirkte sich in den Wurzeln dahingehend aus, dass der Staerkegehalt signifikant erniedrigt war, waehrend der Glucosegehalt auf das 4-fache anstieg. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass eine erhoehte N-Gabe durch einen vermehrten Bedarf an C-Skeletten (Aminosaeuresynthese) auf den Kohlenstoff-Metabolismus von Fichten einwirkt, und dass Mg-Mangel die Veraenderung der Aktivitaet von Schluesselenzymen zur Folge hat. Auf dieser Grundlage wurde in einm 19-monatigen Gefaessversuch mit bei Beginn 3- jaehrigen Fichten geprueft, welche Auswirkungen eine lokale Erhoehung des Angebotes an Stickstoff und Magnesium in N- bzw. Mg-armen Boeden auf die Assimilatverteilung hat. Unsere Ergebnisse lassen fuer eine erhoehte Ammoniumnitrat-Gabe ganz spezifische Stoffwechselreaktionen erkennen, die weitgehend denen des hydroponischen Systems entsprechen: Mit zunehmendem N- Angebot kam es zu einer deutlichen Senkung des Staerkegehaltes der 1- jaehrigen Nadeln und der Feinwurzeln, waehrend sowohl die Aktivitaet der Phosphoenolpyruvat-Carboxylase wie auch deren Proteinanteil (immunologisch bestimmt) stark anstiegen. Weitere Parameter, wie die Poolgroessen von Intermediaten des Kohlenhydratstoffwechsels oder die Aktivitaet der NADP- abhaengigen Isocitrat-Dehydrogenase, die ebenfalls eine wichtige Rolle in der N-Assimilation spielt, deuten alle auf einen Umschaltvorgang von Photoassimilatexport in Richtung Assimilatbereitstellung fuer die Aminosaeure-Synthese hin. Die geaenderte Photoassimilat-Nutzung wirkt sich offensichtlich negativ auf den Pilzanteil der Feinwurzeln aus: mit steigendem N-Angebot nahm der Anteil pilzspezifischer Verbindungen (Ergosterin, Mannit, Trehalose) in den Feinwurzeln stark ab. Bei nur lokaler Stickstoff- und Naehrelementzufuhr (Split-Root-System) schien die Assimilatversorgung des gesamten Wurzelsystems und dessen Mykorrhizierung deutlich verbessert zu sein. Unsere Daten zeigen zudem klar, dass die zeitliche Veraenderung der N-Verfuegbarkeit transiente Reaktionen des Fichtenstoffwechsels zur Folge hat. Davon ist auch der Pilzpartner in der Mykorrhiza betroffen. Aus dem Vergleich der beiden Kultursysteme laesst sich ableiten, dass eine erhoehte Verfuegbarkeit von anorganischem Stickstoff keine direkte negative Wirkung auf den jeweiligen Pilzpartner in der Mykorrhiza haben muss, solange die Mineralstoff- und Assimilatversorgung dazu in einem ausgewogenen Verhaeltnis steht. Zusammengefasst lassen ...