Verlag des Forschungszentrums Jülich
JUEL-3959
Die CO2-Aufnahme der gesamten Pflanzen war bei erhöhter CO2-Konzentration durchschnittlich um 25 bis 40 % höher als bei ambientem CO2-Angebot. Die Genvarianten unterschieden sich in der CO2-Aufnahme über die ganze Pflanze oder in einer definierten Fläche nicht vom Wildtyp.
Die Allokation frisch gebildeter Assimilate aus Sourceblättern wurde mittels 11C-Technik während verschiedener Stadien der Ontogenie untersucht. Im Laufe der Ontogenie konnte keine Veränderung im Exportverhalten festgestellt werden. Der relative Export ist bei ambientem CO2-Angebot im Durchschnitt um ca. 6 % höher, d.h. frisch gebildete Assimilate werden schneller aus der Blattfläche austransportiert als bei erhöhtem CO2-Angebot. Die RFa-Varianten exportieren unabhängig von der CO2-Konzentration ca. 5 % (RFa° 42) bis 7 % (RFa° 70) weniger als der Wildtyp, was auf die gehemmte Saccharose-Synthese zurückzuführen ist. Die Photosynthese ist hier über einen Rückstau an Syntheseprodukten gehemmt. Die B-LB-Varianten zeigen bei erhöhter CO2-Gabe einen um 2 bis 8 % höheren relativen Export als der Wildtyp. Bei dieser CO2-Konzentration wirkt sich die gehemmte Blattstärkesynthese aus.
Markierungen mit dem 14C-Isotop wurden für die Untersuchung der Allokation innerhalb von 24° h, also einschließlich einer Nachtphase, durchgeführt. Nach der Knolleninduktion verringerte sich der Eintransport von Assimilaten in die Wurzel in dem Maße, wie er in die Knollen anstieg.
Aus der erhöhten CO2-Aufnahme bei höherem CO2-Angebot resultiert keine signifikant höhere Frischmasse. Unterschiede zeigen sich dagegen im Wassergebrauch und in der Trockenmasse der Pflanzen. Bei ambientem CO2-Angebot werden beim Wildtyp 32 bis 39 % mehr Wasser aufgenommen als bei erhöhter Konzentration. Die gentechnisch veränderten Varianten nehmen sogar noch mehr Wasser auf. Die Feuchtigkeitsgehalte der gesamten Pflanzen unterscheiden sich dagegen nur zwischen 0,2 und 3 %. Als mögliche Ursache ist die höhere Transpiration aufgrund einer weiteren Spaltöffnungsweite bei ambienter CO2-Konzentration anzusehen. Über Stabiliostopenmessungen konnte die CO2-Konzentration im Blatt berechnet werden. Durchschnittlich lag die CO2-Konzentration in den Blättern um 182±50° ppm unterhalb der in der umgebenden Atmosphäre.
Das höhere Kohlenstoffangebot können die Pflanzen nur bedingt nutzen, betrachtet man die geringfügig gesteigerte Nettophotosynthese der gesamten Pflanze. Über eine definierte Blattfläche ist die Aufnahmerate bei erhöhter CO2-Konzentration proportional höher. Die errechneten Transportmengen pro Fläche und pro Zeit liegen für höhere Konzentrationen höher. Trotzdem wirkt sich die erhöhte CO2-Konzentration nicht positiv auf das Frischgewicht aus. Der Kohlenstoffgehalt ist bei niedriger CO2-Konzentration geringer als bei erhöhter CO2-Konzentration. Das Angebot an Nitrat aus der Nährlösung wurde jedoch unabhängig davon bei beiden CO2-Konzentrationen im gleichen Maße genutzt. Bei ambienter CO2-Konzentration enthielten die Blätter höhere mineralische und organische Stickstoffgehalte. Auch für Kalium, Calcium und Magnesium zeigen sich keine Unterschiede zwischen den CO2-Konzentrationen.
Appuhn, Martin
In vivo-Untersuchungen der Assimilatallokation bei erhöhter CO2-Konzentration unter Einsatz des kurzlebigen 11C-Isotops an gentechnisch veränderten und Wildtyp-Kartoffelpflanzen
IX, 122 S., 2002
In der vorliegenden Arbeit wurde der Versuch unternommen, exemplarisch für Kartoffeln (Pflanzen vom C3-Typ) die Reaktionen der Pflanze auf einen weiteren Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu erforschen. Für Untersuchungen zur CO2-Aufnahme, zur Assimilatallokation und Source/Sink-Wechselwirkung sowie zur Auswirkung auf die Frischmassebildung, den Stickstoffhaushalt und Wassergebrauch wurden neben Wildtyp-Individuen auch gentechnisch veränderte Varianten mit definierten Manipulationen im Transporthaushalt eingesetzt. In zwei identischen Versuchseinrichtungen wurden die Versuche zeitlich parallel bei 350° ppm und 550° ppm CO2 durchgeführt.
In the present study, it was attempted to investigate by the example of potatoes (plants of the C3 type) the responses of plants to a further increase of the CO2 concentration in the atmosphere. In addition to wild-type individuals, genetically modified variants with defined manipulations in the transport balance were used for studies concerning CO2 uptake, assimilate allocation and source-sink interaction as well as the effect on fresh weight formation, nitrogen turnover and water use. The experiments were performed temporally in parallel at 350° ppm and 550° ppm in two identical experimental facilities.
The CO2 uptake of the whole plants was higher by 25 - 40 % on average at increased CO2 concentration compared to ambient CO2 supply. The genetic variants did not differ from the wild type concerning CO2 uptake over the whole plant or in a defined area.
The allocation of freshly formed assimilates from source leaves was studied by 11C techniques during different stages of ontogeny. In the course of ontogeny, no change in export behaviour was observed. The relative export is approx. 6 % higher on average with ambient CO2 supply, i.e. freshly formed assimilates are transported out of the leaf area more rapidly than with increased CO2 supply. The RFa variants export approx. 5 (RFa° 42) to 7 % (RFa° 70) less than the wild type, independent of CO2 concentration, which is attributable to inhibited saccharose synthesis. Photosynthesis is inhibited here by a back pressure of synthesis products. The B-LB variants show a 2 - 8 % higher relative export than the wild type with increased CO2 application. At this CO2 concentration, the inhibited leaf starch synthesis has an effect.
Labelling with the 14C isotope was carried out within 24° h, including also one night phase, to investigate the allocation. After tuber induction, the transport of assimilates into the root decreased to the same extent as it increased into the tubers.
No significantly higher fresh weight results from the increased CO2 uptake due to higher CO2 supply. However, differences are found in the water use and dry weight of the plants. In the case of ambient CO2 supply, 32 - 39 % more water is taken up by the wild type than at increased concentration. The genetically modified variants take up even more water. The humidity contents of the whole plants, on the other hand, only differ between 0.2 and 3 %. A possible cause is higher transpiration due to a wider stomata width at ambient CO2 concentration. The CO2 concentration in the leaf was calculated by stabile isotope measurements. On average, the CO2 concentration in the leaves was 182 ± 50° ppm below that in the surrounding atmosphere.
The higher amount of carbon can be utilized by the plants to a limited extent as is shown by the increased net photosynthesis of the whole plant. The uptake rate at increased CO2 concentration is proportionally higher across a defined leaf area. The calculated transport quantities per area and per time are higher at higher concentrations. Nevertheless, the increased CO2 concentration has no positive effect on the fresh weight. The carbon content at lower CO2 concentration is lower than at increased CO2 concentration. However, the supply of nitrate from the nutrient solution was equally used at both CO2 concentrations. At ambient CO2 concentration, the leaves contained higher mineral and organic nitrogen contents. No differences between the CO2 concentrations were found for potassium, calcium and magnesium either.
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