Ca-Verhältnis und den Zytokiningehalt junger Kürbispflanzen

Biochem. Physiol. Pflanzen 170, S. 261-264 (1976)

Kurze Mitteilung

EinfluB von Stickstoffmangel auf das KfCa-Verhaltnis und den Zytokiningehalt junger Kiirbispflanzen H. GORING und A. A. MARDANOV1 ) Humboldt- Universitiit zu Berlin, Sektion Biologie, Bereich Pflanzenphysiologie, Berlin, DDR

Influence of Nitrogen Deficiency on KjCa Ratio and Cytokinin Content of Pumpkin Seedlings Key T e r mIn d ex: nitrogen deficiency, K/Ca ratio, cytokinins; Cucurbita pepo

Summary Nitrogen deficiency inhibits shoot growth and temporarily promotes root growth. With the change of the shoot-root-relation the K/Ca ratio in tissue also changes. Under nitrogen deficiency it decreases in the leaves and increases in the intensively growing roots. The decreased K/Ca ratio in the leaves of plants suffering from nitrogen deficiency is correlated with a derrease in cytokinin content. The K/Ca ratio in tissue seems to be highly relevant for the control of biosynthetic activity of the attraction centres of the plant.

Die Stickstofferniihrung beeinfluBt in starkem MaBe die SproB-Wurzel- Relation verschiedener Pflanzen (vgl. RADIN 1975). Dieses Verhiiltnis ist auch durch andere Faktoren regulierbar. So fan den TOGNONI et al. (1967) und ABGTALYBOV et al. (1969) eine Verringerung der SproB-Wurzel-Relation bei Applikation von Kinetin bzw. Benzadenin zum Wurzelsystem der Pflanzen. Diese Ergebnisse lassen sich als eine Regulation des Verhiiltnisses der "Attraktionszelltren SproB- und Wurzelspitze" zueinander interpretieren. Dies kommt u. a. darin zum Ausdruck, daB das Trockengewicht der Wurzcln bei Applikation von 0,1-1,0 mg/l Kinetin betriichtlich (um ca. 50 %) erhoht ist; parallel zum Trockengewicht der Wurzeln erhoht sich auch deren K +-Gehalt (ABUTAL YBOV et al. 1969). Dem K+ -Gehalt bzw. der K/Ca-Relation (vgl. GORING und MARDANOV 1976) wird eine groBe Bedeutung ftir die Charakterisierung der Juvenilitiit und damit der Attraktionsstiirke eines Gewebes beigemessen. In vorliegender Arbeit sollte deshalb der EinfluB eines unterschiedlichen Stickstoffangebotes in der Niihrlosung auf das RICa- bzw. K/Ca + Mg-Verhiiltnis (wegen des relativ hohen Mg-Gehaltes der Ktirbispflanzen) und den Zytokiningehalt untersucht werden. Die Versuche wurden an Keimpflanzen von Cucurbita pepo L. der Sorten "Perechvatka" und "Riesen Melonen Gelber (Genetzker)" durchgeffrhrt. Nach Oberfliichensterilisation der Samen innerhalb von 5 min. in 3%igem H 2 0 2 wurden sie bei ca. 26 DC in Wasser vorgequollen und auf feuchtem Filterpapier bei 25 DC im Dunkeln zum Keimen gebracht. GleichmiiBig gekeimte Pflanzen wurden dann zu je 10 in PlastegefiiBen mit mineralischer Niihrlosung bei Raumtemperatur (21-23 DC)und 1) Derzeitige Adresse: V. L. KOMAROV Institute of Botany, Azer. SSR Academy of Sciences, Baku, SSSR. 17a

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H. GomxG nnt! A. A. :\L\RD.\NOV

Zlisat.zbelelichtung 9-10 d angezogen. Stickstoffhaltige lind -freie Niihrliisllng wllrde anf der Grllndlage einer Knopschen :'I'iihrliisllng zusammengesetzt. Die Bestimmllng der Kationen erfolgte nach Veraschung mit H 2SO! nnd H 20 2 flammenphotometrisch (K+ und Ca 2+) mit Hilfe des Flaphokols der Firma VEB Carl Zeiss, JE~ A bzw. kobrimetrisch (Mg2+, s. KUPOVA et al. 19(5). Der Zytokiningehalt wllrde naeh Extraktion nnrl chromatographischer Trennnng der Extrakte im AmaranthllsBiotest nach KOHLER IInrl CONRAD (19GG) in der Modifikation von CONRAD undKoHN (1975) bestimmt.

Die Blatter der auf stickstoffhaltiger Nahrltisung angezogenen Pflanzen sind kriiftiger entwickelt als diejenigen einer Stickstoffmallgelkultur. 1m Gegensatz dazu ist das Wurzelwachstum bei Stickstoffmangel geftirdert (Tabelle 1). Dementsprechend verringert sich das Spro.B-Wurzel-Verhaltnis von 4,9 ( + N) auf 3,3 ( - N). III Gbl~n'lIl timmung mit der Veranderullg der Wachstumsintensitat verandert sich auch der Rationengehalt des Gewebes, was besonders uberzeugend im Verhaltnis RIGa + Mg zum Ausdruck kommt. In einer Versuchsserie mit gestaffelten N-Gaben (4 Wiederholungen, 1 N = normale RNOP-Ltisung) verandert sich die RIGa + Mg-Relation in BI11ttern und Wurzeln der Rurbispflanzen wie folgt:

Blatter Wurzeln

ON

0,1 N

0,2 N

0,5 N

IN

2N

1,61 12,4

1,98 10,5

2,03 11,4

2,59 10,0

2,11 8,8

2,79 7,8

Wegen der Schwierigkeiten der Gewillnung einer ausreichend gro.Ben Pflanzenmenge unter vergleichbaren Bedingungen mu.Bten wir uns bei der Zytokininbestimmung auf wenige Variallten beschranken. Es kamen deshalb lediglich die Blatter der jungen Pflanzen der Varianten N und - N zur Analyse. Abb. 1 demonstriert einen typischcn Versuch aus dieser Serie. Es zeigt sich bei N-Mangel cine starke Abnahme des Gehaltes an Substallzen mit Zytokininwirkung und eine Zunahme des Gehaltes an Substanzen mit hemmender Wirkung im Am(tranthus- Biotest.

+

Tabelle 1. Einfluf3 eines Stickstoffdefizites auf das Trockengewicht, den Gehalt an Kalium, Kalzium und Magnesium und die KjCa, + Mg-Relation in Eliiitem und Wurzeln von Kiirbiskeimpflanzen. 4 Wiederholungen mit je 9-10 Pflanzen. Parameter

Trockengewicht (mgjPflanze)

SproBl)

-N

+N

-N

120,3

102,8

22,5

31,1

K+ (mgjg TG)

55,7

Ca2+ (mg/g TG) Mg2+ (mgjg TG)

15,5

± 1,70 ± 0,28

4,5

± 0,05

KjCa

+ Mg

Wurzel

+N

2,79

Differenz zwischen den Varianten scheinlichkeit nach dem t-Test.

42,0 19,0 7,0

± 0,10a ± 0,8Gb ± 0,31a

1,Gl

G9,G

± 4,GO ± 0,05 2,4 ± 0,10

7G,0

G,5

5,0 1,1

7,8

12,4

± 1,00 ± 0,28b ± 0,29b

+N und -N signifikant mit 99,9 %(a) oder 99 % (b). Wahr-

1) Der Kationengehalt wurde nur in den Bliittern der jllngen Sprosse bestimmt.

EinfluB von Stiekstoffmangel auf junge Kiirbispflanzen

263

Eine Auswertung uber den Vergleich der Summe der fordernden Wirkung relativ zur hemmenden Wirkung ergibt al~ Mittel von 4 Versuchsserien fur +~ 2,01 -N 1,34 bzw. einer Verringerung des Gehaltes der Blatter an Substanzen mit Zytokinineffekten um 32,4%. Eine Verringerung des Zytokiningehaltes in Blattern von Birkensamlingen und Sonnenblumenpflanzen bei Uberfiihrung der Pflanzen in N -freies Medium fan den auch WAREING und Mitarbeiter (s. WAREING 1974). Unsere Ergebnisse befinden sich somit in Ubereinstimmung mit der Vorstellung (GoRING und MARDANOV 1976), daB es bei teilweisem N-Mangel der Pflanzen zu einer Verschiebung der Hauptattraktionszentren der Pflanzen zueinander, damit zu einer Verringerung der SproB-Wurzel-Relation, parallel dazu zu einer Verringerung des RICaVerhaltnisses im SproB und einer ErhOhung des RICa- Verhaltnisses in den Wurzeln und zu einer Verringerung des Zytokiningehaltes (auch des IAA und GA3-Gehaltes, vgl. RAJAGOPAL und RAo 1974) bzw. ErhOhung des Abscisinsaure-Gehaltes (GOLDBACH et al. 1975) im SproB kommt. Die Attraktionsstarke eines bestimmten Pflanzenorganes (vgl. MOTHES 1961) kommt im Verhaltnis Zytokinine/Abscisinsaure und schlieI3lich in der RICa-Relation im entsprechenden Gewebe zum Ausdruck. Die RICa-Relation stellt wiederum einen bedeutenden Faktor in der Regulation enzymatischer Prozesse in den Zellen dar(u. a. RNS-, Protein-, Starke-Synthese, vgl. EVANS und WILDES 1971; MENGEL et al. 1974).

An der Durchfiihrung der Arbeit waren beteiligt: S. G. DSHAGIROVA, und R. STAHLBERG.

02

0,4

0,6

0,8

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MODES, CH. L. SALAEVA

1

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Abb. 1. Histogramm der ZytokininwirkulIg

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Extrakten aus Kurbispflanzen.

Pflanzen 10 d lang auf normaler NiihrlOsung nach KNOP ( +N) oder auf N-freier Niihrliisung angezogen ,( - N). Die ( + )- und ( - )-Werte auf der Ordinate entsprechen der fiirdernden bzw. hemmenden Wirkung der Eluate aus den Papierchromatogrammen im Vergleich zu Eluaten aus Filterpapier ohne Extrakt (= 100) auf die Betacyanbildung im Amaranthus- Biotest.

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H. GORIXG und A. A. :\L\RDANOV, EinfluB von Stickstoffmangel auf junge Kiirbispflanzen

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