Untersuchungen zur C, N und S Akquisition durch Viscum album

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Akquisition von Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel bei Viscum album aus dem Wirtsxylem eingehender zu untersuchen. Hierzu wurden die räumlichen und zeitlichen Muster wichtiger Substanzgruppen (Kohlenhydrate, reduzierte Schwefelverbindungen, Aminoverbindungen) in Viscum album auf dem sommergrünen Wirt Populus und dem immergrünen Wirt Abies untersucht. Die Vergleiche der Konzentrationen und Zusammensetzungen dieser Substanzgruppen in Xylem, Phloem und den Organen der Mistel sowie im Xylem des Wirts sollten Indizien auf mögliche Stoffflüsse vom Wirt in die Mistel liefern. <br>Einzelne Verbindungen wurden analysiert, um im Gegensatz zu früheren Arbeiten, welche den Kohlenstoff- oder Stickstoffhaushalt im Ganzen abschätzten, differenzierte Schlussfolgerungen ziehen zu können. Ferner wurde eine Perfusionsapparatur entwickelt und für Fütterungsversuche eingesetzt, in denen dem Xylem des Wirts mit stabilen Isotopen markierte anorganische und organische Stickstoffquellen appliziert wurden. Die anschließende Analyse von Gewebestücken der Mistel mit EA-IRMS ermöglichte den direkten Nachweis der Aufnahme dieser Stoffe durch Viscum album und die Bestimmung von Flussraten. <br>Die Resultate der vorliegenden Arbeit zeigen, dass Thiolverbindungen selektiv und unterschiedlich von Viscum aus dem Wirtsxylem aufgenommen werden. Die Ergebnisse legen nahe, dass Viscum album in Bezug auf seine Schwefelernährung ein partiell heterotropher Organismus ist, d. h. dem Wirtsxylem neben Sulfat auch organischen Schwefel entnimmt. <br>Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Akquisition von Kohlenhydraten deuten auf eine unselektive und passive Aufnahme von Glukose, Fructose und Saccharose hin. Da die Aufnahme von Kohlenhydraten nicht mit der Aufnahme von Stickstoff einhergeht, kann dieser Anteil am "heterotrophic carbon gain" dem Anteil des "heterotrophic carbon gain" durch den Eintrag organischer Stickstoffquellen gegenüber gestellt werden. <br>Die saisonalen und räumlichen Muster der Aminoverbindungen im Wirtsxylem und in den Organen der Mistel zeigen, dass einzelne Aminosäuren selektiv aufgenommen werden. Weiterhin sprechen die Daten für die Annahme, dass die im Wirt dominierende Aminoverbindung Glutamin in Viscum album zu Arginin umgewandelt wird. Diese Speicherform für Stickstoff wird in den Blättern akkumuliert. Bei ihrer Synthese werden Kohlenstoffskelette freigesetzt, die von der Mistel als "heterotrophic carbon gain" genutzt werden können. Die hohe Akkumulation von Arginin in den Blättern spricht für eine Stickstoffüberversorgung und gegen eine N-Limitierung der Mistel. Trotz dieser Überversorgung werden Aminoverbindungen von der Mistel aus dem Wirtsxylem aufgenommen. Dies kann als Indiz für die Bedeutung der akquirierten Aminoverbindungen für den Kohlenstoffhaushalt der Mistel angesehen werden. <br>Die Zusammensetzungen und Konzentrationen von Thiole und organischen Aminoverbindungen waren im Xylem von Populus und Abies ähnlich. Da eine Akkumulation einzelner organischer Aminoverbindungen und eine unterschiedliche Dominanz zwischen Cystein und Glutathion im Xylemsaft der Misteln auf diesen Wirten vorlag, kann auf eine selektive Aufnahme einzelner Verbindungen aus diesen Stoffgruppen geschlossen werden. Im Gegensatz dazu unterschieden sich die saisonalen Muster der Hexosen im Xylemsaft der Wirte. Da die saisonalen Muster der untersuchten Kohlenhydrate denen im jeweiligen Wirt entsprachen, kann bei dieser Stoffgruppe von einem passiven Einstrom ausgegangen werden. Die Fütterungsversuche mit Hilfe der in der vorliegenden Arbeit entwickelten Perfusionsapparatur zeigten, dass Glutamin und Nitrat von Viscum aus dem Wirtsxylem aufgenommen werden. Die höheren Aufnahmeraten von Glutamin gegenüber Nitrat belegen, dass organische Stickstoffquellen von der Mistel bevorzugt werden. Die beoachtete Isotopendiskriminierung für Nitrat ist ein Indiz dafür, dass bei der Aufnahme enzymatische Reaktionen beteiligt sind. Die Akquisition von reduzierten Schwefelverbindungen und organischen Aminoverbindungen aus dem Wirtsxylem durch die Mistel Viscum album erfolgt für einige Substanzen selektiv. Die Aufnahme von Glutamin als dominierende organische Aminoverbindung im Xylemsaft beider Wirte scheint passiv zu erfolgen. Das Ziel dieser selektiven Aufnahme und der passiven Aufnahme von Glutamin scheint dabei vor allem die Gewinnung von reduziertem Kohlenstoff zu sein. Dafür wird auch eine N-Überversorgung in Kauf genommen. Bei der Aufnahme reduzierter Schwefelverbindungen scheint hingegen eher die Versorgung mit Schwefel im Vordergrund zu stehen. Eine Gesamtbetrachtung der potentiellen heterotrophen Kohlenstoffquellen ergab, dass für Viscum auf Abies für einen "heterotrophic carbon gain" etwa gleich viele Kohlenstoffäquivalente aus Glutamin bzw. organischen Aminoverbindungen wie Kohlenstoffäquivalente aus Kohlenhydraten zur Verfügung stehen, während Viscum auf Populus fast nur auf Kohlenstoff aus den Hexosen zugreifen kann.

Author dc:creator

• Escher, Hans Peter

Contributors dc:contributor

• Rennenberg, Heinz

• Abies alba
• Populus
• heterotrophic carbon gain
• mistletoe
• xylem tapping
• parasitism

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