Manganese as a site factor for epiphytic lichens

Abstract

Die Wirkung von Mn auf die Lebensfähigkeit epiphytischer Flechten mit besonderer Berücksichtigung von Hypogymnia physodes wurde untersucht. In Kapitel 1 wird eine allgemeine Einführung über die Adsorption und Toxizität von Metallen bei Flechten gegeben. Kapitel 2 diskutiert den Einfluß von Mn auf Soredien von H. physodes und Interaktionen mit Ca und Mg. Das Kapitel basiert auf Kulturexperimenten mit Soredien bei 7 µM und 7 mM Mn. Es wurden Soredienwachstum und Chlorophyllkonzentrationen untersucht. Elementverteilung in den Soredien wurde mit Hilfe der Röntgenmikroanalyse bestimmt und gleichzeitig wurden strukturelle Veränderungen mittels TEM und REM beobachtet. Kapitel 3 behandelt die kleinräumige Elementverteilung in Soredien von H. physodes, die mit 500 µM Mn bei unterschiedlicher Kulturdauer kultiviert worden war. Der Elementgehalt wurde mit Hilfe der Röntgenmikroanalyse in Kombination mit dem TEM festgestellt. In Kapitel 4 werden ultrastrukturelle Veränderungen der Soredien von H. physodes, die mit unterschiedlichen Mn-Konzentrationen (7 µM, 500 µM und 7 mM Mn) kultiviert wurden, beschrieben.Kapitel 5 beschäftigt sich mit der extrazellulären Adsorption und der intrazellulären Aufnahme von Mn in die Thalli von H. physodes und Lecanora conizaeoides. Zusätzlich wurde die Umwandlung von Mn2+ in unlösliches Mn3+ und Mn4+ im Apoplasten untersucht. Kapitel 6 behandelt die Elementverteilung in unbehandelten und mit Mn behandelten Thalli von H. physodes und L. conizaeoides auf subzellulärer Ebene. Weiterhin wurden die Thallusstrukturen mit Hilfe von TEM und REM beobachtet. Kapitel 7 widmet sich dem Einfluß von Mn auf die Chlorophyllgehalte in den Thalli von H. physodes und L. conizaeoides, die mit Mn alleine oder in Kombination mit Ca, Mg oder Fe inkubiert worden waren. Zusätzlich wurde die Wirkung von Mn auf die ATP-Gehalte in den Thalli von H. physodes berücksichtigt, um die Hypothese, daß hohe Mn-Konzentrationen einen intrazellulären P-Mangel bewirken könnten, zu überprüfen. Kapitel 8 beleuchtet die Adsorption und Aufnahme von Mn bei den Bartflechten Alectoria sarmentosa und Bryoria fuscescens. Gleichzeitig wurde die Wirkung von Mn auf die Membranintegrität untersucht.Im Kapitel 9 steht die Adsorption und Aufnahme von Mn bei den Cyanoflechten Leptogium saturninum, Lobaria pulmonaria und Nephroma helveticum im Mittelpunkt. Kapitel 10 zeigt die Wirkung von Mn auf Photosyntheseparameter bei der Grünalgenflechte H. physodes und den Cyanoflechten L. saturninum, L. pulmonaria und N. helveticum auf. Es wurden dabei die Parameter Φ2, NPQ, qN und qP untersucht. Kapitel 11 vergleicht die Wirkung von erhöhten Mn-Gaben auf die Photobionten von H. physodes, L. conizaeoides, L. saturninum, N. helveticum und L. pulmonaria mit Hilfe der Fluoreszenzmikroskopie.Ein Rückgang der Abundanz der epiphytischen Flechten bei einem Anstieg der Mn-Zufuhr aus dem Substrat oder dem Stammablauf wurde sowohl in mehreren Nadelwäldern Europas (Deutschland) als auch im westlichen (Montana, British Kolumbien) und östlichen Nord-Amerika (New York State) festgestellt. Die mit H. physodes und anderen Grünalgen- und Cyanoflechten durchgeführten Experimente legen nahe, daß diese Korrelationen begründet sind. Hohe Mn-Konzentrationen führten beispielsweise zu reduzierten Chlorophyll-Gehalten, Chlorophyllfluoreszenz und einer Degradierung des Chloroplasten im Photobionten der Flechte. Überschüssiges Mn minderte das Wachstum der Soredien von H. physodes und führte zu Schäden in der Fein- und Ultrastruktur der Soredien. Ausgewachsene Flechtenthalli veränderten durch Mn nicht ihre Struktur. Eine Mn-Aufnahme führte nicht zu Membranschäden. Ca, Mg, Fe und möglicherweise Si vermindern die Symptome der Mn-Toxizität bei H. physodes. L. conizaeoides erwies sich weder experimentell noch im Gelände als Mn-sensitiv. Die Ergebnisse zeigen, daß hohe Mn-Konzentrationen einen wichtigen Standortfaktor für epiphytische Flechten in Nadelwäldern darstellen, der bis jetzt übersehen wurde.