Eisentoxizität bei Nassreis
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Auftreten von Eisentoxizität in Nassreis setzt eine übermäßige Aufnahme von Fe(II) durch die Reiswurzel und dessen akropetalen Transport in die Blätter voraus. Dort bedingen die zweiwertigen Eisenionen die Bildung von toxischen Radikalen, die strukturelle Zellbestandteile zerstören und physiologische Prozesse beeinträchtigen können. Die Fe(II) bedingte Symptomausprägung („bronzing“) und die Schädigung der Blätter wird vorwiegend durch die Menge und das zeitliche Auftreten von reduziertem Eisen, sowie durch sortenspezifische Toleranzmechanismen bedingt. Die Diversität der Anpassungsmechanismen von Nassreis sowie deren Effektivität unter diversen Eisenstressbedingungen sind weitgehend unbekannt. Entsprechend fehlt es derzeit an Ansätzen, Toleranzmechanismen gezielt in der Züchtung oder der standortspezifischen Anpassung von Sorten an die variierenden Bedingungen von Fe(II) Stress einzusetzen. Ziel des Vorhabens war die Differenzierung zwischen den vermuteten Adaptionsmechanismen in kontrastierenden Nassreisgenotypen sowie deren Effizienz bei unterschiedlichen Toxizitätsbedingungen. Zunächst wurde ein Hydrokultursystem entwickelt, das den Vergleich einer Vielzahl von Genotypen ermöglicht, das ein Redoxpotential <0mV in der Nährlösung aufrecht erhält und das flexibel an das Wachstum der Reispflanze angepasst werden kann. In diesem System wurden zunächst 60 Genotypen unterschiedlicher Arten und Herkunft hinsichtlich ihrer Symptomausprägung nach Zugabe von 1500 mg L-1 Fe(II) im Sämlingsstadium vergleichend bewertet und 21 Genotypen, welche die Breite des Response-Spektrum abbildeten für weitere Untersuchungen ausgewählt. Diese Genotypen wurden einem Eisenpuls (1500 mg L- für 5 Tage) zu unterschiedlichen phänologischen Stadien ausgesetzt. Während die meisten Genotypen entweder tolerant oder sensitiv reagierten, wurden einige mit zunehmendem Alter toleranter, während andere ihre Toleranz verloren. Aus den Beziehungen von Sympomausprägung (tolerant vs. sensitiv) und Eisenpartitionierung (Plaque, Wurzel, Stängel, Blatt) wurden Genotypen in „Excluder“ und unterschiedliche Typen von „Includern“ differenziert. Die daraus abgeleiteten Mechanismen wurden bei unterschiedlicher Eisenbelastung (500, 1000, 1500 mg L-1), im Wachstumsverlauf und bei unterschiedlichen Luftfeuchtebedingungen (Regenzeit vs. Trockenzeit) verifiziert. Erhöhte Transpirationsraten bei geringer Luftfeuchte erhöhten die Eisenaufnahme um ein Vielfaches. Vor allem die „Includer“ Mechanismen (Stängelablagerung oder Gewebetoleranz) wurden durch hohe Eisenkonzentrationen oder geringe Luftfeuchte weitgehend außer Kraft gesetzt. Aus den Ergebnissen kann geschlossen werden, dass ja nach Anbauzeit, und je nach Intensität und zeitlichem Auftreten des Eisenstresses unterschiedliche Genotypen mit unterschiedlichen Toleranzmechanismen auszuwählen sind. Während die Gewebetoleranz vor allem bei moderatem Eisenstress im Sämlingsstadium greift, scheint die Stängelimmobilisierung bei hoher Eisenbelastung und hohen Luftfeuchtebedingungen und der Eisenausschluss an der Wurzeloberfläche bei geringer Luftfeuchte und im reproduktiven Stadium besonders wirksam zu sein. Die Eisenverlagerung und die identifizierten Mechanismen werden derzeit mit Hilfe einer neu entwickelten auf Dipyridil basierenden und hochgradig Fe(II)-spezifischen Färbemethode verifiziert und physiologisch weiter charakterisiert und dann anhand von mehreren Marker-Populationen mittels QTL Analyse genetisch charakterisiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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2008. Adapaption mechansms in rice cultivars of different origin to iron toxic conditions. In: Tielkes, E. (ed.) Competition for resources in a changing world. Cuvillier Verlag Göttingen, Germany pp. 230
Engel, K., Asch, F. and Becker, M.
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2009. Efficiency of adaptation mechanisms of rice to iron toxicity. In: Tielkes, E. (ed.) Biophysical and socioeconomic frame conditions fort he sustainable management of natural resources. DITSL GmbH, Witzenhausen, Germany. Pp 188
Engel, K., Becker, M. and Asch, F.
