Influence of Ectomycorrhiza on exudation of Low Molecular Weight carboxylates in Pinus sylvestris L.

Einfluss von Ektomykorrhiza auf die Exsudation von niedermolekularen Carboxylaten unter Pinus sylvestris L.

  • Ectomycorrhiza has a strong influence on exudation of both Low Molecular Weight (LMW) carboxylates and on the release of inorganic compounds into the rhizosphere. This process of exudation influences the chemical composition of the rhizosphere soil than the bulk soil. This specific chemical environment which is created in the rhizosphere significantly influences mineralization processes in the soil. Exudation is normally related to activities such as growth and physiological development of plant roots. Root secretions are also comprised of large range of organic and inorganic substances. To a large extent nutrient uptake by plants depends on the release of exudates in the form of LMW carboxylates, which in turn mobilize the required elements suitable for metabolic purposes by forming organometallic complexes. Root exudates influence the rhizosphere soil making it conducive for root proliferation. Exudates are well known for stimulating the metabolic activity of microbial communities in the rhizosphere. Correspondingly, microbes mayEctomycorrhiza has a strong influence on exudation of both Low Molecular Weight (LMW) carboxylates and on the release of inorganic compounds into the rhizosphere. This process of exudation influences the chemical composition of the rhizosphere soil than the bulk soil. This specific chemical environment which is created in the rhizosphere significantly influences mineralization processes in the soil. Exudation is normally related to activities such as growth and physiological development of plant roots. Root secretions are also comprised of large range of organic and inorganic substances. To a large extent nutrient uptake by plants depends on the release of exudates in the form of LMW carboxylates, which in turn mobilize the required elements suitable for metabolic purposes by forming organometallic complexes. Root exudates influence the rhizosphere soil making it conducive for root proliferation. Exudates are well known for stimulating the metabolic activity of microbial communities in the rhizosphere. Correspondingly, microbes may enhance rhizodeposition by roots. The main objective of this research focuses on characterization of Low Molecular Weight (LMW) carboxylates in rhizosphere soil solution and their role in plant nutrition. For a better understanding of the characteristics of the root exudates, Pinus sylvestris L. tree seedlings, distinguished into non-mycorrhized as well as mycorrhized variants and were grown in petridish rhizotron. To reduce the influences of the unknown processes occurring in the natural environment, working under sterile conditions to much extent was preferred. To achieve maximum recovery of LMW carboxylates, density of the roots per volume in our petridish experiments was increased. Rhizosphere soil solutions were collected with the help of sterile plastic mini suction tubes (Rhizon). The types of exudates analyzed in the rhizosphere soil samples were oxalate/oxalic acid, L-malate/L-malic acid, citrate/citric acid, succinate/succinic acid and lactic acid. For identifying possible organometallic complexes, detection of labile ion concentration of the above LMW carboxylates was done using capillary electrophoresis and high performance liquid chromatography instruments. Growth of individual plants, within the treatment and across the variants was supposed to offer more information with regard to the influence of the ectomycorrhizal symbiosis on LMW carboxylate release. For inducing mycorrhization of the tree seedlings, a single strain of ectomycorrhiza (AM747290) was used to avoid influence of allelopathic interactions when more strains are used (Wöllecke 2001). In order to characterize the impacts of mycorrhization on characterization of LMW carboxylates, the plant morphological parameters, such as, root tissue density (RTD) and specific root length (SRL), along with the above and below ground biomass were measured for mycorrhizal and non-mycorrhized seedlings. The task of accurate measurements included the consideration of excess weight contributed by the quartz sand particles adhered to roots. Weight corrections were applied during chemical and morphological measurements to increase the accuracy. Further, the organometallic complexes in the rhizosphere solution were calculated using a geochemical modelling software tool - PHREEQC. Depending on the complex forming abilities of LMW carboxylates present in the rhizosphere, organometallic complexes are formed with the cations. The outcome of this task was a development of a conceptual model to predict and compare the nutrients present in the plant to their availability in the rhizosphere which was supplemented by artificial nutrient supply.show moreshow less
  • Ektomycorrhizapilze haben einen starken Einfluss auf die Exsudation von niedermolekularen (Low Molecular Weight - LMW) Carboxylaten und die Abgabe von anorganischen Substanzen an die Rhizosphere. Der Prozess der Exsudation beeinflusst die chemische und Zusammensetzung der Rhizosphere und des Bodens. Die spezifische chemische Umgebung, die in der Rhizosphere entsteht, beeinflusst deutlich den Mineralisationsprozess im Boden. Exsudation ist normalerweise verbunden mit anderen Vorgängen wie dem Wachstum und der physiologischen Entwicklung der Pflanzenwurzeln. Wurzelsekretionen bestehen außerdem aus einem großen Spektrum von organischen und anorganischen Substanzen. Die Nährstoffaufnahme bei Pflanzen hängt zu einem großen Teil von der Abgabe von Exsudaten in Form von LMW Carboxylate ab, welche die erforderlichen Elemente mobilisiert, die organometallische Komplexe formen können. Wurzelexsudate beeinflussen den Boden und machen ihn durchlässiger für Wurzelwachstum. Exsudate sind bekannt für die Stimulierung der metabolischen Aktivität derEktomycorrhizapilze haben einen starken Einfluss auf die Exsudation von niedermolekularen (Low Molecular Weight - LMW) Carboxylaten und die Abgabe von anorganischen Substanzen an die Rhizosphere. Der Prozess der Exsudation beeinflusst die chemische und Zusammensetzung der Rhizosphere und des Bodens. Die spezifische chemische Umgebung, die in der Rhizosphere entsteht, beeinflusst deutlich den Mineralisationsprozess im Boden. Exsudation ist normalerweise verbunden mit anderen Vorgängen wie dem Wachstum und der physiologischen Entwicklung der Pflanzenwurzeln. Wurzelsekretionen bestehen außerdem aus einem großen Spektrum von organischen und anorganischen Substanzen. Die Nährstoffaufnahme bei Pflanzen hängt zu einem großen Teil von der Abgabe von Exsudaten in Form von LMW Carboxylate ab, welche die erforderlichen Elemente mobilisiert, die organometallische Komplexe formen können. Wurzelexsudate beeinflussen den Boden und machen ihn durchlässiger für Wurzelwachstum. Exsudate sind bekannt für die Stimulierung der metabolischen Aktivität der Mikroorganismengemeinschaft in der Rhizospere. Im Gegenzug können Mikroorganismen die Wurzeldeposition erhöhen. Die wichtigste Fragestellung der Untersuchzung lag in der Charakterisierung von niedermolekularen (LMW) Carboxylaten in der Bodenlösung der Rhizosphere und ihrer Bedeutung für die Ernährung der Pflanzen. Für das bessere Verständnis der Eigenschaften der Wurzelexsudate wurden Keimlinge von Pinus sylvestris L. in zwei Varianten, mykorrhiziert und nicht mykorrhiziert, in Petrischalen-Rhizotronen kultiviert. Um den Einfluss von unbekannten Prozessen, die in natürlichen Verhältnissen auftreten, zu minimieren, wurde unter möglichst sterilen Bedingungen gearbeitet. Für eine größtmögliche Ausbeute an LMW Carboxylaten wurde eine möglichst hohe Wurzeldichte in den Petrischalenexperimenten erreicht. Die Bodenlösung der Rhizosphere wurde mittels steriler Minisaugkerzen aus Plastik (Rhizon) gesammelt. Aus den Exsudaten wurden folgende Stoffe analysiert: Oxalate/Oxalsäure, L-Malate/L-Malatsäure, Zitrate/Zitronensäure, Succinate/Bernsteinsäure und Milchsäure. Für die Identifizierung von möglichen organometallischen Komplexen wurde die Konzentration labiler Ionen der genannten LMW Carboxylate mittels Kapillarelektrophorese und High Performance Liquid Chromatography (HPLC) gemessen. Die Analyse des Wachstums der einzelnen Pflanzen innerhalb der Varianten und zwischen den Varianten sollte weiter Informationen in Bezug auf den Einfluss der Mykorrhizasymbiose auf die Abgabe von LMW Carboxylate geben. Für die Mykorrhizierung von Baumsämlingen wurde nur ein einzelner Ektomykorrhiza-Pilzstamm (AM747290) genutzt, um allelopathische Einflüsse zu vermeiden (Wöllecke 2001). Um den Einfluss der Mykorrhizierung auf die Charakterisierung der LMW Carboxylate zu untersuchen, wurden morphologische Parameter der Pflanzen wie z.B. Wurzel Gewerbe Dichte (RTD) und specifische Wurzellänge (SRL), sowie die obere und untere Pflanzenbiomasse vom mykorrizierten und unmykorrizierten Sämlingen ausgemessen. Für die exakte Bestimmung wurde das Gewicht des Quarzsandes an den Wurzelen ausgerechnet und berücksichtigt. Diese Prozedur wurde für die Korrektur der chemischen und morphologischen Messungen genutzt. Des Weiteren wurden die Organometallischen Komplexe aus der Rhizospherenlösung mit dem geochemikalischen Modellierungsprogram PHREEQC ausgerechnete. Abhängig von der Fähigkeit der LMW Carboxylate aus der Rhizospherenlösung, Komplexe zu bilden, werden organometallische Komplexe mit Kationen gebildet. Als Ergebnis dieser Untersuchung wurde ein konzeptionelles Modell entwickelt, um die Nährstoffe in der Pflanze und deren Verfügbarkeit in der Rhizosphere durch die künstliche Düngung vorherzusagen und zu vergleichen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Kavety, Rajeev
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus-4126
Referee / Advisor:Prof. Dr. Dr. Hüttl, Reinhard
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2008
Date of final exam:2008/01/24
Release Date:2008/02/01
Tag:Ektomycorrhizapilze; Niedermolekulare Carboxylate; Pinus sylvestris L.; Rhizospherenlösung; Wurzelexsudate
Conceptual model; Ectomycorrhiza; Low Molecular Weight (LMW) carboxylates; Pinus sylvestris L.; Rhizosphere soil solution
GND Keyword:Carboxylate; Ektotrophe Mykorrhiza; Verteilung; Waldkiefer
Institutes:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Bodenschutz und Rekultivierung
Institution name at the time of publication:Fakultät für Umweltwissenschaften und Verfahrenstechnik (eBTU) / LS Bodenschutz und Rekultivierung