Pflanzenphysiologie (Subject) / Pflanzenernährung (Lesson)

Papenbrock

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• verschiedene Nährstoffklassifikationen nach Funktion nach Häufigkeit
• Makronährelemente >20mg/L C,O,H,N,S,P,Mg,K,Ca,Fe C,O,H -> 50% der Strukturelemente
• Mikroelemente Spurenelemente <500μg/L Mn,B,Zn,Cu,Mo,Cl Spurenelemente höherer Pflanzen - Na,Se,Co,Ni,Si
• Mangelerscheinungen treten bei Nährstoffmangel charakteristisch für fehlenden Nährstoff und Pflanze
• Chlorose Ausbleichen von Pflanzenteilen auf Grund von Chloroplastenmangel/ -Abbau - z.B. Fe-Mangel
• Nekrose absterben von Gewebe
• Nährstoff Toxizität bei zu hoher Konzentration von Nährstoffen können toxische Efekte auftreten Salz, Schwermetalle
• Liebigsche Mineralstofftheorie 1) Pflanzen benötigen für eine normale Entwicklung Mineralstoffe, die sie als Närstoffe mit ihren Wurzeln aus dem Boden aufnhemen 2) ein Boden bleibt nur dann fruchtbar, wenn die ihm entzogenen mineralischen Pflanzennährstoffe vollständig ersetzt werden 3) der Bedarf der Pflanze an mineralischen Nährstoffen ist artverscheiden 4) die Nährstoffe könnn sich nicht gegenseitig vertreten, der jeweils in relativ geringster Menge vorhandene Nährstoff bestimmt die Höhe des Pflanzenertrages -> Gesetz vom Minimum
• Nährstoffaufnahme über die Wurzel Minerale kommen im Boden als Salze/ Ionen vor in Wasser gelöste Ionen können über die Wurzelhaare aufgenommen werden meist über Antiporter - gleichzeitige Aufnahme und Abgabe von Ionen - spezifisch oder unspezifisch Problem unspezifischer Transporter- können auch Schwermetalle aufnehmen- z.B. Blei sym- oder apoplastischer Transport
• symplastischer Transport durch die Zellen
• apoplastischer Transport außerhalb der Zellen
• Verfügbarkeit von Mineralien Mineralien sind im Boden an Bodenpartikel gebunden Verfügbarkeit von pH-Wert abhängig - die meisten Mineralien sind bei einem pH von 4,5-6 verfügbar Verfügbarmachen durch Kationentausch - durch Zugabe von Kationen werden Mineralien von Bodenpartikeln gelöst und ersetzt
• Nährstoffzugänglichkeit ist abhängig von der Wurzel Monokotyle Pflanzen:- flache Wurzeln (homorhiz) - nur Nährstoffe aus oberen Schichten Dikotyle Pflanzen: - allorhize Wurzeln (tief)
• Phosphatkriese viel P im Boden, aber nicht für Pflanzen verfügbar P wenig in gebundener Form zum Abbau vorhanden
• Veränderungen des Wurzelsystmes bei P-Mangel adaptirte Genotypen lägere und tiefere Seitenwurzeln-> Flächenvergrößerung (mehr Aufnahme) mehr, dichtere Wurzelhaare Abgabe von Substanzen die P verfügbar machen Symbiose mit Mycorrhizy Veränderungen der Wurzelmorphologie - Aerenchym
• P-Sensing Stressignale werden von der Wurzel, über das Xylem, in den Spross geschickt Spross produziert long-distance Signale die über das Phloem in Blätter und Wurzel - regulieren Wachstum, Entwicklung und P-Homöostase Beeinflussugn z.B. Sprosswachstum und Branching
• Stickstoffhaushalt Hauptkomponente in der Atmosphäre 78% - aber inert -> wird nicht direkt aufgenommen Makronährelement Aufnahmeformen NO3- Nitrat, NH4+ Ammonium N-haltige Verbindungen an fast allen Lebensprozessen beteiligt -> Mangel führt zu Wachtums- und Entwicklungsstörungen nach Aufnahme Umwandlung in L-Glutamat und dann Umwandlung in andere Stoffe - Glutamat = N-Pool/Speicher der Pflanze - auch oft Umwandlung in Asoartat
• N-Haushalt der Pflanze kurz Aufnahme aus Boden als NO3- Transport über Xylem Assimilation in den Blättern (Mesenchymzellen) - zum Teil auch in Wurzel, im Leucoplasten - NO2- ->NH3 -> Säureamid an Lichtreaktion gekoppelt Nitratreduktase braucht Molybdän Kofaktor
• N-Haushalt der Pflanze ausführlich NO3- wird über die Wurzel aufenommen und in die Mesophylzellen der Blätter transportiert Nitrat wird über die Nitratreduktase zu Nitrit reduziert Nitrit wird in den Chloroplasten transportiert Nitrit wird durch Nitritreduktase die an die Lichtreaktion gekoppelt ist zu Amonium reduziert - 6 Elektronen werden benötigt aus Amonium wir Glutamat synthetisiert NO3- (+5) -> NO2- (+3) -> (+1) -> (-1) -> NH4+ (+3) - verbraucht etwa 30% der Lichtenergie Nitratreduktase arbeitet nur bei Licht, da sonst giftiges Nitrit in den Zellen angereichert würde
• NH4+ Toxizität beeinlusst den pH-Wert Membranen sind NH3 permeabel bei hohem pH wrid Amonium zu Ammoniak umgewandelt, das nach einem Gradienten durch die Membran wandert Ammoniak wird bei niedrigen pH wieder in Amonium umgewandelt
• N-Einbau in Körper Amonium in Glutamat umwandeln über GS und GOGAT - GS - Glutaminsynthetase - GOGAT - Glutamatsynthase  NH4+ + Glutamat (GS) -> Glutamin + 2-Oxoglutarat (GOGAT) -> 2 Glutamat über GDH - GDH - Glutamatdehydrogenase NH4+ + 2-Oxoglutarat (GDH)-> Glutamat + Wasser Transaminierung Glutamat+ Oxalacetat (Aminotransferase)-> Aspartat + 2-Oxoglutarat
• Stickstoffversorgung carnivorer Pflanzen fangen Insekten sondern Verdauungsenzyme ab nutzen organische Verbindungen der Insekten
• Stickstofffixierung durch Bakterien -  Nitrogenase Komplex - Cyanobakterien - Rhizobien industriel- Haber-Bosch-Verfahren - hohe Temperaturen und hoher Druck nowendig
• Nitrogenase-Komplex O2 empfindlich besteht aus zwei Enzymen - Dinitogenase-Reduktase - Fe4Se4-Cofaktor - Dinitrogenase - FeMo-Cofaktor reduziert im Labor auch andere Dreifachbindungen - gut für Nachweis
• Stickstofffixierung in Cyanobakterien in speziell angepassten Zellen -> Heterocysten morphologisch angepasst dicke Zellwand Photosynthese läuft bis auf Wasserspaltung ab
• Stickstofffixierung in Wurzelknöllchen Leghämoglobin um O2 zu senken morphologische Anpassungen von Pflanze und Rhizobien Wurzelknöllchen sind sehr dynamisch Stickstoff wird nur in einer bestimmten Zone fixiert und über Xylem verteilt Rhizobin vermehren sich in Wurzelknöllchen
• Stickstoffverteilung über Ureide -Allantoinsäure - Allantoin - Citrulline
• Schwefelhaushalt Hauptvorkommen in der Erdkruste - elementarer Schwefel - in Mineralien (Sulfid und Sulfat) Aufnahmefromen der Pflanze - aus dem Boden - Sulfat SO42-- aus der Luft - Schwefeldioxid Makronährelement L-Cystein zentrale Substanz Glutathion
• Glutathion Tripeptid - Glutamat-Cystein-Glycin Transporter Molekül für Schwefel Antioxidanz - oxidation von zwei GSH -> GSSG
• Schwefelassimilation im Cytoplasma Sulfat wird über HPO42--Antiporter in Zelle gebracht Sulfat wird durch ATP-Sulfurylase zu APS (Adenosinphosphosulfat) synthetisiert Reduktion durch APS-Reduktase zu Sulfit Reduktion durch Sulfit-Reduktase zu H2S - benötigt 6 Elektronen von Fdx - gekoppelt an Lichtreaktion Synthese von Cystein
• Senfglucoside Glucosinolate in Capparales, vorallem Brassicaceae Fraßschutz Speicherung in Vakuole bei Fraß wird Zucker abgespalten - Spaltungsprodukt ist scharf
• Phytochelatin komplexiert Schwermetallionen - wird in Vakuole eingespeichert -> Phytoremediation - Problem ist die Entworgung der Pflanzen Synthese - GSH + GSH -> Glu - Cys - Glu - Cis - Gly usw.

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