Kreuzer, Knut (2004)
Einfluss von Bodenamöben (Acanthamoeba castellanii Neff) auf das Wachstum von Pflanzen und die bakterielle Rhizosphärengemeinschaft.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die Rhizosphäre ist der eng begrenzte Raum um die Wurzel von Pflanzen, welcher von der lebenden Wurzel durch die Rhizodeposition, die Abgabe von leicht abbaubaren organischen Verbindungen, beeinflusst wird. Damit wird die mikrobielle Aktivität in diesem für die Pflanze hochsensiblen Bereich der Wasser- und Nährstoffaufnahme deutlich erhöht. Protozoen beweiden die Bakterien in der Rhizosphäre und fördern damit indirekt das Pflanzenwachstum, vor allem das der Wurzeln. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von Nacktamöben als Modellorganismen bakterivorer Protozoen auf mikrobielle Rhizosphärengemeinschaften und das Wurzelwachstum in Experimentalsystemen mit Substraten unterschiedlicher Komplexität untersucht. Die verwendeten Systeme eigneten sich, verschiedene Fragestellungen zur Untersuchung der Wechselwirkungen in der Rhizosphäre zu untersuchen. Die Beweidung durch Amöben veränderte die mikrobiellen Rhizosphärengemeinschaften in morphologischer, metabolischer und taxonomischer Hinsicht. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass beweidete Rhizosphärengemeinschaften die Rhizodeposition von verschiedenen Pflanzen artspezifisch so modifizieren, dass die Wurzeln mit veränderter Rhizodeposition eigene Mikrohabitate bilden. Darüber hinaus förderte die Amöbenbeweidung zumindest auf Agar die Dominanz von beta-Proteobakterien, zu deren Gruppe viele nitrifizierende Bakterien gehören, die Nitrit zu Nitrat oxidieren. Tatsächlich trat teilweise eine erhöhte Nitrat-Konzentration in Böden mit Amöben auf. Exogen appliziertes Nitrat fördert die Streckung der Wurzeln. Diese Wurzelstreckung in Anwesenheit von Amöben wurde bei allen untersuchten Pflanzenarten (Lolium perenne L., Oryza sativa L., Plantago lanceolata L. und Arabidopsis thaliana Heynh.) festgestellt und ist damit vermutlich ein allgemeiner Effekt von beweideten Rhizosphärengemeinschaften auf das Wurzelwachstum. Meist ging die Wurzelstreckung einher mit einer teilweise drastischen Steigerung der Anzahl der Seitenwurzeln (maximal um den Faktor fünf). Diese Effekte traten unabhängig von der Nährstoffsättigung der Pflanzen auf. Die gesteigerte Anzahl von Seitenwurzeln dürfte die nährstoffaufnahmefähige Wurzeloberfläche der Wurzelhaarzonen einer Pflanze erhöhen. Durch die zusätzliche Wurzelstreckung in Behandlungen mit Amöben kann die Nährstoffaufnahme der Seitenwurzeln in Bodenbereichen stattfinden, in denen nicht zuvor schon die Hauptwurzel die Nährstoffe durch eigene Aufnahme abgereichert hat. Durch die Kombination von Wurzelstreckung und Seitenwurzelbildung sollten Pflanzen in Amöben-Behandlungen mehr Nährstoffe aufnehmen können. Erwartungsgemäß nahm daher der Stickstoffgehalt im Spross von L. perenne und die Stickstoffkonzentration im Spross von O. sativa zu. Die Bildung von Seitenwurzeln kann durch Applikation von exogenem Auxin oder bestimmten wuchsfördernden Bakterien stimuliert werden. In dieser Arbeit wurde erstmals der Einfluss von beweideten Rhizosphärengemeinschaften auf die Auxin- und Cytokinin-Aktivität in der Pflanze untersucht. Der Einfluss der Amöben war in den zwei durchgeführten Versuchen nicht einheitlich. Dennoch erhöhte sich in beiden Versuchen die Anzahl der Wurzelspitzen in ähnlicher Weise. Diese Ergebnisse lassen vermuten, dass bakteriogene Signalstoffe in der Rhizosphäre einen größeren Einfluss auf die Seitenwurzelbildung besitzen als die mittels GUS-Expression bestimmte Auxin- und Cytokinin-Aktivität. Da Auxin und Cytokinin in komplexe Regulationsprozesse anderer wichtiger Phytohormone wie Ethylen und Abscisinsäure involviert sind, können Amöben indirekt vermutlich den Hormonhaushalt der Pflanzen über die Aktivität der beiden untersuchten Phytohormone hinaus beeinflussen. In Versuchen mit Amöben und VA-Mykorrhiza wurde untersucht, ob die Wirkungen dieser Organismen auf das Wachstum und die Nährstoffaufnahme von L. perenne und P. lanceolata pflanzlichen Regulationsmechanismen unterworfen sind, und ob die Bodenorganismen um die Rhizodeposite der Pflanzen konkurrieren, wie dies zuvor für Protozoen und Ekto-Mykorrhiza dokumentiert wurde. Die Ergebnisse lieferten keine eindeutigen Hinweise auf eine Konkurrenz zwischen Amöben und VA-Mykorrhiza um pflanzliche Rhizodeposite. Hinsichtlich des Pflanzenwachstums, nicht jedoch bezüglich der Stickstoffaufnahme, hoben sich die Wirkungen von Amöben und VA-Mykorrhiza sowohl bei L. perenne als auch bei P. lanceolata auf. Offensichtlich sind die beiden untersuchten Pflanzen nur zu einer Regulation der morphologischen Einflüsse der untersuchten Organismen fähig. In einem Konkurrenzversuch wurde untersucht, ob eine unterschiedliche Plastizität im Wurzelwachstum, eine unterschiedliche Affinität zu Mykorrhiza und die im Versuch mit Monokulturen mit VA-Mykorrhiza festgestellte Förderung der Stickstoff-Aufnahme bei P. lanceolata und der Hemmung bei L. perenne die Konkurrenz beider Pflanzen beeinflusst. Tatsächlich wurde die Konkurrenz der beiden Pflanzen, die auch im Freiland miteinander konkurrieren, durch die Behandlung mit Amöben oder Mykorrhiza zugunsten von L. perenne verschoben. Durch die hohe Nährstoffverfügbarkeit in diesem Versuch waren die Wirkungen der Bodenorganismen jedoch schwach ausgeprägt. Die Experimente zeigten jedoch, dass Protozoen - wie auch Mykorrhiza - das Potenzial besitzen, über eine Veränderung der mikrobiellen Gemeinschaft im Boden die Konkurrenz von Pflanzen zu verändern. Die Ergebnisse der Versuche unterstützen die Hypothese, dass die Wechselwirkungen zwischen Protozoen, Mikroorganismen und Pflanzen hauptsächlich auf der Produktion von Signalstoffen basieren.

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