Dokument: The impact of nutrient heterogeneity on maize plants

Titel:	The impact of nutrient heterogeneity on maize plants
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3606
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070215-082657-4
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Rist, Roland [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 679,1 KB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Schurr, Ulrich [Gutachter] Prof. Dr. Lösch, Rainer [Gutachter]
Stichwörter:	Nährstoffheterogenität, Mais, Nährstoffe, Heterogenität,nutrient heterogeneity, maize, nutrients, heterogeneity
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 580 Pflanzen (Botanik)
Beschreibungen:	In dieser Arbeit wurden sowohl strukturelle als auch funktionelle Reaktionen der Pflanze auf heterogen verteilte Nährstoffe untersucht. In Splitroot-Experimenten mit Zea mays hybrid Helix erhielten alle Pflanzen dieselbe Menge an Nährstoffen, welche aber unterschiedlich verteilt waren (0.5/0.5, 0.6/0.4, 0.7/0.3, 0.8/0.2, 0.9/0.1, 1.0/0.0). Die Menge der zugegebenen Nährstoffe war an die relative Wuchsrate (RGR) angepasst, um eine konstante, dem Pflanzenbedarf angepasste Ernährung zu gewährleisten. Zum einen wurde die Menge der Nährstoffe an das 1,5-fache der RGR angepasst und zum anderen auf das 0,5-fache der relativen Wuchsrate reduziert. So war es erstmals möglich zu untersuchen, ab welcher ungleichen Nährstoffverteilung die Pflanzen reagierten und ob diese Reaktion vom Ernährungsstatus der Pflanzen abhängig war. Des Weiteren wurde untersucht, ob die Pflanzen lokal oder auf der Ebene der Gesamtpflanze auf Nährstoffheterogenität reagierten. Auf der Ebene der Biomassen konnte gezeigt werden, dass Pflanzen lokal auf Nährstoffheterogenität reagierten. Diese Reaktion war abhängig vom Ernährungsstatus der Pflanze, denn gut ernährte Pflanzen bildeten schon bei einem Nährstoffverhältnis von 0.6/0.4 unterschiedliche Wurzelbiomassen. Pflanzen unter Nährstoffmangel taten dies erst bei einer Ungleichverteilung von 0.7/0.3. Für diese unterschiedliche Reaktion schien jedoch nicht das Nährstoffverhältnis, sondern möglicherweise der Konzentrationsunterschied an zugegebenem Nitrat verantwortlich zu sein. Wenn der Konzentrationsunterschied über mehrere Tage (> 4 Tage) andauerte, reagierte die Pflanze. Nährstoffheterogenität hatte keinen Einfluss auf die Gesamt-, Gesamtwurzel- bzw. Sprossbiomasse oder das Spross/Wurzel Verhältnis. Allerdings wurden die Biomassen des Sprosses vom Ernährungsstatus der Pflanzen beeinflusst. Gut ernährte Pflanzen hatten höhere Sprossbiomassen als Pflanzen unter Nährstoffmangel. Dies wurde auch in den unterschiedlichen Spross/Wurzel Verhältnissen beider Versuche deutlich. In dieser Arbeit wurden verschiedene funktionelle Parameter unter heterogenen Nährstoffbedingungen untersucht. Weder die Photosyntheserate noch die Zucker- und Stärkekonzentrationen in den Wurzeln und in den Blättern waren beeinflusst. Allerdings stieg mit ansteigender Heterogenität die Konzentration an Stickstoff im oberirdischen Pflanzenteil wie auch in der Gesamtpflanze an. Im Gegensatz dazu waren die Konzentrationen an Schwefel in der Pflanze durch das heterogene Nährstoffangebot unbeeinflusst. Sowohl der durch ansteigende Heterogenität verursachte Anstieg der Stickstoffkonzentration als auch die gleich bleibenden Schwefelkonzentrationen ließen sich bei gut ernährten Pflanzen und bei Mangelpflanzen nachweisen. Diese Reaktionen waren durch die unterschiedlichen Aufnahmesysteme für Nitrat und Sulfat und deren räumliche Verteilung in der Wurzel zu erklären. Eine weitere lokale, funktionelle Reaktion auf Nährstoffheterogenität stellte die Beeinflussung der Aminosäurekonzentrationen in den Blättern dar. Unabhängig vom Nährstoffstatus wiesen die Kontrollvarianten (0.5/0.5) gegenüber der Variante 1.0/0.0 signifikant geringere Gesamtaminosäurekonzentrationen auf. Es konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass die Pflanzen oft auf die Gesamtmenge der angebotenen Nährstoffe stärker reagierten als auf deren Verteilung. Wenn die Pflanzen allerdings auf heterogene Nährstoffverteilung reagierten, so wurden strukturelle als auch funktionelle Reaktionen vom Nährstoffstatus der Pflanzen beeinflusst. Die Reaktionen der Pflanzen auf Nährstoffheterogenität waren auf der lokalen und auf der Ebene der Gesamtpflanze zu finden. In this work the impact of heterogeneously distributed nutrients on plants was examined. In splitroot experiments Zea mays plants (Zea mays hybrid Helix) received the same amounts of nutrients, with different fractions supplied to each root compartment (0.5/0.5, 0.6/0.4, 0.7/0.3, 0.8/0.2, 0.9/0.1, 1.0/0.0). The amounts of nutrients were adapted to the relative growth rate (RGR) of this species in order to achieve a nutritional supply adapted to demand. Two different experiments were run. In one experiment the amount of nutrients was adapted to 1.5*RGR, in another experiment to 0.5*RGR. With this experimental design, it was possible to measure at what level of nutrient heterogeneity plants responded and if these responses were influenced by the total amounts of given nutrients. In addition, the impact of nutrient heterogeneity on structural and functional parameters was measured. The experiments indicated that plants responded locally to nutrient heterogeneity by changes in biomass, and that this response depended on the nutrient status of the plants. Well fertilized plants responded with different root biomass at a ratio of nutrient supply of 0.6/0.4. In contrast to this, plants with a lack of nutrients responded to an unequal supply of nutrients in the 0.7/0.3 treatment. The ratio of given nutrients in the root compartments were probably not responsible for this different reaction, however, because the response was possibly caused by a minimum difference of supplied nitrate concentrations in the split root sides within the treatments. If this difference in concentration was exceeded long enough (> 4 days), plants responded. Nutrient heterogeneity had no impact on the total plant, total root and shoot biomass. But the nutrition status of the plants influenced the shoot biomass. Well fertilized plants had higher shoot biomass than plants under nutrient deprivation. This was detectable in different shoot/root ratios, too. In this work different functional parameters of plants with heterogeneous nutrient supply were measured. Neither the rate of photosynthesis nor the sugar and starch concentrations in leaves and roots were influenced. On the other hand with increasing heterogeneity, the concentration of nitrogen in the above ground part of the plants as well as in the total plant increased. In contrast to this, the sulphur concentrations in the plants were not influenced. This could be explained with different uptake systems for nitrogen and sulphate and their distribution in the roots. Furthermore the amino acid concentration in the leaves was influenced by the heterogeneous distribution of supplied nutrients. Irrespective of the nutritional status of the plants, the control treatments (0.5/0.5) showed lower total amino acid concentrations compared to the 1.0/0.0 treatment. In this work it was demonstrated that the amount of supplied nutrients had a stronger impact on plant behaviour than their distribution. If plants responded structurally as well as functionally to nutrient heterogeneity, these responses were partly influenced by the nutritional status of the plants, occurred locally and at the whole plant level.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Biologie
Dokument erstellt am:	12.01.2007
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	06.11.2006
Datum der Promotion:	06.11.2006