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Stickstoff-Transfer zwischen Pflanzen und Bodenmikroorganismen: Bedeutung der Exudation wurzelbürtiger Aminosäuren Mag. Dr. Wolfgang Wanek, Abteilung Chemische Physiologie der Pflanzen, Institut für Ökologie und Naturschutz, Universität Wien; gefördert durch den Jubiläumsfonds der Österreichischen Nationalbank Die hohe Komplexität des Bodenökosystems hat zur Folge, daß die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Bodenmikroorganismen noch immer ungenügend erforscht sind. Zwischen 20 und 50 % der Pflanzenmasse eines Ökosystems findet sich jedoch im Boden. Von den oberirdisch durch die Photosynthese bereitgestellten Assimilaten werden ca. 30 bis 60 % in die Wurzeln transportiert und gehen einerseits in Wurzelwachstum, Wurzelatmung und Ionenaufnahme auf, werden anderseits aber auch in den Boden abgegeben. Bodenmikroorganismen des Rhizosphärenbereiches, also des unmittelbaren Bereiches um die Wurzel, profitieren von diesem Input an organischer Substanz. Es handelt sich dabei um verschiedenste niedermolekulare Substanzen, vor allem Zucker, Aminosäuren und organische Säuren, die als Wurzelexudat aktiv/passiv in den Boden ausgeschieden werden. Desweiteren werden organische Substanzen durch den steten Feinwurzel- und Wurzelhaarturnover für die Bodenmikroben verfügbar. Beide Phänomene werden zusammen als Rhizodeposition bezeichnet. Die Rhizodeposition stellt für den Boden und dessen Lebensgemeinschaft eine wesentliche Stickstoff- und Kohlenstoffquelle dar und ist von großer Bedeutung für die Aufrechterhaltung der mikrobiellen Aktivität im Boden. Die Diversität und Stoffwechselaktivität der Pilze und Bakterien wiederum bestimmt die Schnelligkeit der Mineralisierung und des Abbaus toter organischer Substanz und ist somit von essentieller Bedeutung für die nachhaltige Versorgung der Pflanze mit Nährstoffen. Im vorliegenden Projekt werden die Stickstoff-Flüsse zwischen Pflanzenwurzel und Boden analysiert, und zwar sowohl deren Kinetik, als auch deren Richtung und der relative Beitrag verschiedener N-Formen an diesen Flüssen Abb. 1: Schema des Versuchsansatzes und der Schlüsselprozesse in der Wechselwirkung zwischen Pflanze, Boden und Mikroorganismen (Aminosäuren, Ammonium, Nitrat). Anhand eines abgestuften Pflanze-Substrat-Modellsystems wird unter kontrollierten Bedingungen 15NH 15NO 4 3 die Exudation und Aufnahme von stickstoffhaltigen Substanzen durch die Wurzel quantitativ und qualitativ mittels 15N-markierter Substanzen erfasst. Weiters wird durch die Verwendung von mikrobiell belebten wie sterilen Kultursubstraten der Einfluß der Bodenmikroorganismen auf diese Vorgänge untersucht. In Wurzeln FeinwurzelHydrokultur diesem Zusammenhang ist darüberhinaus + N-Bilanz: Aufnahme turnover vs. Exudation geplant zu testen, ob sich durch PflanzenExudation + Spektrenvergleich Wurzel vs. Exudat bewuchs und dessen Wurzelausscheidungen die Aminosäuren Aufnahme Nahrungspräferenzen der BodenmikroorgaNH Bodenkultur NO nismen verändern. + N-Pools 4
3
Mikroorganismen
+ Spektren + Umsätze + Einfluß der MO
