Metabolitentransport im indeterminierten Leguminosenknöllchen : Untersuchungen zu Struktur und Funktion der Transportwege im Knöllchen von Vicia faba L.
In Symbiose mit Rhizobium-Bakterien sind Leguminosen in der Lage, N2 zu fixieren. Dazu bilden sie Wurzelknöllchen, in derenZentralgewebe sich infizierte und nicht infizierte Zellen befinden. Dieses Gewebe ist umschlossen von äußerem und innerem Cortex, indem die Leitbündel eingebettet sind. Zwischen Leitbündel und infizierter Zelle liegen somit mehrere Zellschichten, die von importierten undexportierten Metaboliten überwunden werden müssen. Es ist weitgehend unbekannt, ob dieser Transport auf symplastischem oderapoplastischem Weg stattfindet. Transportprozesse könnten jedoch limitierend für die N2-Fixierung sein. Außerdem bestimmt die Art derTransportwege, ob ein unselektiver Import regulatorisch wirksamer Stoffe möglich ist. Ziel dieser Arbeit war es, mögliche Barrieren undWege des Metabolitentransports in indeterminierten, amidexportierenden Knöllchen von Vicia faba aufzuklären.
Morphologische Voraussetzungen des Metabolitentransports wurden licht-, fluoreszenz- und elektronenmikroskopisch untersucht. Im Cortexdes Knöllchens wurden zwei endodermale Barrieren identifiziert, eine dem inneren Cortex aufgelagerte Knöllchenendodermis, sowie einevasculäre Endodermis. Cryo-Serienschnitte zeigten, dass beide Schichten bereits in submeristematischem Gewebe modifiziert sind, sichjedoch unterschiedlich entwickeln. Durch einen sehr früh angelegten Casparystreifen unterbindet die Leitbündelendodermis apoplastischeStoffflüsse. Elektronenmikroskopische Bestimmung der Plasmodesmenhäufigkeiten zeigte eine symplastische Kontinuität von vasculärerEndodermis über inneren Cortex und nicht-infizierte Zellen zu infizierten Zellen, die ihrerseits jedoch nicht untereinander verbunden waren.Regulatorisch wirksame Substanzen können daher unselektiv aus dem Leitbündel ins Zentralgewebe gelangen, was dieFeedback-Hypothese der Regulation der N2-Fixierung unterstützt.
Apoplastische Transportschritte im Zentralgewebe des Knöllchens erfordern die Aktivität von Transportern in der Plasmamembran. Diesekann mit Protoplasten untersucht werden. Da herkömmliche Methoden zur Isolation von Protoplasten aus dem Zentralgewebe desKnöllchens zu defektem Material führten, wurde eine neues Protokoll zur Isolation und Separation infizierter und nicht-infizierter Zellenentwickelt. Transportstudien mit 14C-markierten Metaboliten zeigten, dass nicht-infizierte Zellen in der Lage waren, Zucker (Glucose,Saccharose) und Aminosäuren (Leucin) aufzunehmen, während infizierte Zellen dies nicht taten. Für C- und Energieversorgung sindinfizierte Zellen abhängig von nicht-infizierten Zellen, da sie keine Zucker aus dem Apoplasten aufnehmen. Ein apoplastischer Schritt desAminosäurenexports wurde durch Effluxstudien mit Gewebe untermauert.
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