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Titelaufnahme

Titel
Where do roots leak phosphorus? : an inquiry on root phosphorus efflux into the rhizosphere / Rainer Franz Mühlbacher
VerfasserMühlbacher, Rainer Franz
Betreuer / BetreuerinWenzel, Walter ; Santner, Jakob
Erschienen2015
Umfang72 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Masterarb., 2015
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Phosphor, Efflux, Michaelis-Menten, Laser Ablation ICP-MS, Autoradiographie, Radiophosphor, Zea Mays
Schlagwörter (EN)phosphorus, efflux, Michaelis-Menten kinetics, Laser Ablation ICP-MS, autoradiography, radiophosphorus, Zea mays
Schlagwörter (GND)Mais / Phosphor / Rhizosphäre
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-8532 Persistent Identifier (URN)
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Where do roots leak phosphorus? [4.19 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Phosphor ist in der Pflanzenernährung von besonderer Bedeutung. Da P-Dünger aus abnehmenden Mineralphosphorlagerstätten gewonnen werden müssen, ist die P-Dynamik in Boden und Rhizosphäre von großer landwirtschaftlicher Bedeutung. Dabei spielt die Aufnahmekinetik eine wesentliche Rolle. Frühere Studien haben zu Adaptierungen des Michaelis-Menten-Modells von der Enzymkinetik hin zur Aufnahmekinetik geführt. Nach der Entdeckung von P-Hotspots in der Rhizosphäre von Raps unter Verwendung von Eisenhydritgelen der Diffusive Gradients in Thin Films Technique (DGT) und Laserablation mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS), wurde eine Verbindung zwischen P-Efflux aus der Wurzel und den Hotspots angenommen. Wir haben diese Experimente mit Maispflanzen wiederholt. Zusätzlich wurden Experimente unter Verwendung von Radiophosphor und digitaler Autoradiographie durchgeführt, um diese Hypothese zu prüfen. Auf P-gedüngten und in ungedüngten sauren und basischen Böden gezogene Maispflanzen wurden mit 33P markiert und DGT-Gele wurden für eine Dauer von 48h appliziert. Nach Entfernen der Gele wurden diese 48h autoradiographiert und eingescannt. Dabei wurden P-Hotspots in der Rhizosphäre und die heterogene Abgabe von P von Maispflanzen nachgewiesen. P-Efflux erfolgt hauptsächlich an den Wurzelspitzen, Efflux entlang der Achsen aber ist mit 0.3% des gesamten Efflux sehr gering. Auf sauren Böden war der Efflux-Anteil entlang der Wurzelachsen 0.4%, in ungedüngten und 1.2% in P-gedüngten Varianten, auf basischen Böden 0.3% in ungedüngten und 0.4% in P-gedüngten Treatments. Es gibt keine Hinweise darauf, dass die Ergebnisse durch Wurzelverletzungen, die Zero-Sink-Qualitäten des DGT-Gels oder Mikroben als Quelle von P-Hotspots verzerrt wurden. Diesen Ergebnissen entsprechend sind Efflux-Quantifizierungen, die sich auf gesamte Wurzelmasse, -oberfläche, -länge, etc. beziehen, wenig aussagekräftig und daher auch das Michaelis-Menten-Modell in der gängigen Form nicht adäquat, da es nur Nettoaufnahmeraten für das gesamte Wurzelsystem beschreibt, obwohl Efflux fast ausschließlich and den Wurzelspitzenerfolgt.

Zusammenfassung (Englisch)

Phosphorus is of particular importance in plant nutrition. As P-fertilizers have to be made from declining workable rock phosphorus deposits, P dynamics and uptake kinetics in the soil and in the rhizosphere are of great interest. After findings of phosphorus hotspots within the rhizosphere of rape seed plants using diffusive gradients in thin films technique (DGT) ferrihydrite gels and laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry a possible connection between root phosphorus efflux and those hotspots was hypothesized. Here those experiments were repeated with maize plants using also radiophosphorus and digital autoradiography. Maize seedlings grown in P-fertilized and non-fertilized acidic and alkaline soils as well as in agarose gels were labeled with 33P and DGT strips were applied for a period of 48 hours. After this the DGT strips were removed from the root surface and exposed to autoradiography screens for 48 hours and scanned afterwards. The experiments resulted in the detection of phosphorus hotspots in the rhizosphere of maize plants and in clear evidence that phosphorus in the rhizosphere is released by the plant roots in a spatially very heterogeneous way. Phosphorus efflux mainly occurs at the root tips whereas efflux along root axes is very small. Overall mean relative quantification of root phosphorus efflux shows a mean axis-to-tip ratio of 0.003, i.e. only 0.30% of total efflux occurs along main axes. Similar results were obtained in the other treatements. According to clear evidence obtained by the experiments, efflux quantifications relating to root mass, root surface area, root length, etc. are inappropriate and future quantifications should relate mainly to root tips. We show that the Michaelis-Menten model as it has been applied in previous studies is inaccurate as it describes uptake rates for the entire root system where (almost) only root tips should be taken into account.