Manganese uptake, transport, and toxicity in two varieties of Douglas fir (Pseudotsuga menziesii) as affected by mycorrhizae: from the cellular to the organismic level

Abstract

Obwohl Mangan (Mn) ein essentielles Mikro-Nährelement in allen Organismen darstellt, ist es in höheren Konzentrationen toxisch. Es wurde in dieser Arbeit untersucht, wie sich zwei unterschiedlich Mn sensitive Varietäten der Douglasie (Pseudotsuga menziesii), Viridis und Glauca in ihrer Mn-Aufnahme, subzellulären Lokalisation, Transport und Verteilung von Mangan unterscheiden. Unter kontrollierten Bedingungen konnte in beiden Varietäten unter Mn-Überschuss vor allem eine unterschiedliche Entwicklung der Keimlinge und subzelluläre Lokalisation von Mn festgestellt werden. Während in der Varietät Glauca die Entwicklung der Wurzelbiomasse am stärksten durch Manganüberschuss gehemmt wurde, war in der Varietät viridis die Biomasseentwicklung des Sprosses am stärker betroffen. Durch Röntgen-Mikroanalyse konnte gezeigt werden, dass Mn in beiden Varietäten vor allem in der Epidermis und den Cortexzellen der Wurzel akkumulierte. Vermutlich stellt die Endodermis eine natürliche Barriere für Mn dar um das vaskuläre System vor Mn Überschuss zu schützen. In den Cortex- und Epidermiszellen der Wurzel wurden Vesikel sehr hohen Mn-Gehalten nachgewiesen. In diesen Vesikeln korrelierte der Gehalt an Mn mit Ca und P was auf eine Komplexierung von Mn durch diese Elemente hindeutet. In der Varietät glauca nicht aber in viridis wurde der P Gehalt auf zellulärer Ebene auch unter P Mangel konstant gehalten und P-Mangel führte zu höherer Toleranz gegenüber Mn. Es konnte nur ein begrenzter Einfluss von Mn auf mit Rhizopogon subareolatus mykorrhizierte Keimlinge beider Varietäten festgestellt werden. In mykorrhizierten Keimlingen waren im Vergleich zu nicht mykorrhizierten Pflanzen die Mn-Gehalte in Geweben nahe der Endodemis erhöht. Eine Mykorrhizierung mit Rhizopogon subareolatus hatte eher nachteilige Effekte auf die Biomasseentwicklung und Mn-Aufnahme der Douglasie. Eine molekulare Identifikation der Mykorrhiza von Douglasien beider Provinienzen, die zwei Jahre in natürlichen Böden zweier unterschiedlicher Standorte mit unterschiedlichen Mn-Konzentrationen gewachsen sind ergab, dass sich sowohl eine Boden spezifische- wie auch eine Varietäten spezifische Mykorrhiza Gesellschaft entwickelte. Die Netto Assimilation von Stickstoff, Phosphor und Kohlenstoff zeigte eine positive Korrelation mit der Intensität der Mykorrhizierung. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein komplexer Zusammenhang zwischen Genotyp des pflanzlichen Partners, der Ausgangspopulation an potentiellen pilzlichen Partnern und der Bodenchemie in der Ausbildung einer spezifischen Mykorrhizapopulation besteht.