Entwicklung einer Natrium ausschließenden Maislinie und die Bedeutung der Ionentoxizität für das vegetative Wachstum von Mais (Zea mays L.) während der ersten Phase eines Salzstresses
Ziel der vorliegenden Arbeit war es, anhand physiologischer Exklusionsstrategien der Maissorte Pioneer 3906 eine noch effizienter Na+ -ausschließende Inzuchtlinie zu erstellen, um eine wesentliche Basis für die Entwicklung einer salzresistenten Hybridsorte zu erhalten. Weiterhin sollte das Zweiphasenmodell von Munns (1993) für Mais überprüft werden, ob in der ersten Phase der Salzeinwirkung auf das Wachstum der Pflanze neben osmotischem Stress auch eine ionenspezifische Toxizität existiert.
Die Experimente führten zu folgenden Ergebnissen:
1. Die Na+ -ausschließende Sorte Pioneer 3906 zeigte unter Salinitätsbedingungen nach einigen Tagen Ca2+ -Mangelsymptome an den jüngsten Blättern. In der ersten aufspaltenden F2 -Generation konnte gezeigt werden, dass Na+ -Exklusion an der Wurzeloberfläche und am Xylemparenchym nicht mit den beobachteten Ca2+ -Mangelsymptomen in den jüngsten Blättern korreliert war. Diese vorübergehenden Symptome sind anscheinend auf einen höheren physiologischen Ca2+ -Bedarf der Sorte Pioneer 3906 zurückzuführen.
2. Wie die langfristige Salzbehandlung mit 100 mM Na+ mit unterschiedlichen Begleitanionen (Cl-/SO4 2-) zeigte, wirkte in der zweiten Phase eines Salzstresses Na+ und nicht Cl- auf die Maispflanze toxisch.
3. Durch wiederholte Selbstungen und Selektionen wurde eine homozygote Inzuchtlinie erstellt, in der nicht nur die beiden Na+ -Exklusionsstrategien vereinigt wurden, sondern sich auch noch bessere Exklusionseigenschaften, sowohl an der Wurzeloberfläche als auch am Xylemparenchym, erreichen ließen als beim Ausgangsmaterial 'Pioneer 3906'. Das effizientere Na+ -Exklusionsvermögen der Inzuchtlinie führte sowohl in Wasserkultur als auch in Bodenversuchen nicht zu einer mangelnden Ca2+ - und K+ -Ernährung der Maispflanze. Allerdings traten verstärkt osmotische Probleme auf.
4. Nach dem Zweiphasenmodell von Munns sind in der ersten Phase eines Salzstresses zunächst osmotische Effekte für die Verminderung des Wachstums verantwortlich. Wird ein osmotischer Stress durch Polyethylenglycol (PEG 6000) und NaCl induziert, so war das Blattwachstum der beiden Varianten gegenüber der Kontrolle stark reduziert. Dies zeigt, dass osmotischer Stress in der ersten Phase dominierend für die Wachstumsreduktion verantwortlich ist. Die zusätzliche Wachstumsreduktion des 4. Blattes unter Einfluss der NaCl-Behandlung gegenüber der PEG-Behandlung, bei gleichem Wasserpotential, deutet auf einen zusätzlichen Ioneneffekt hin. Ein Vergleich verschiedener Salzlösungen äquivalenter Ionenkonzentration bei gleichem Wasserpotential (in den Salzlösungen eingestellt mit PEG) spricht für einen Na+ -Effekt in der ersten Phase eines Salzstresses. Das Modell von Munns (1993) muss somit für Mais modifiziert werden.
5. Durch ein erhöhtes Na+/K+ -Verhältnis war die hydrolytische H+ -ATPase-Aktivität weniger stark beeinflusst, während die H+ -Pumpaktivität der ATPase deutlich stärker beeinträchtigt wurde. Die Reduktion des Streckungswachstums unter NaCl-Bedingungen könnte aufgrund der geringeren Ansäuerung der Zellwände durch eine verminderte H+ -Pumpaktivität der ATPase verursacht werden.
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