Hatten Sie schon einmal einige Zimmerpflanzen, die gelber wurden und anfingen, traurig auszusehen?
Während die Blattvergilbung durch viele Probleme verursacht werden kann, könnte eines davon Nährstoffmangel sein. Einige der gängigsten Düngemittel enthalten Stickstoff, Phosphor und Kalium (NPK), aber es gibt viele andere essentielle und nicht essentielle Elemente, die Pflanzen benötigen.
Ein wesentliches Mineralelement ist Mangan (Mn) was für Photosynthese und Atmung wichtig ist. In extremen Mengen kann Mn jedoch Phytotoxizität hervorrufen, insbesondere in sauren Böden oder wenn die Pflanze durchnässt ist (dh Wurzeln in stehendem Wasser). Ein weiteres nicht essentielles Halbmetallelement ist Silizium (Si), welches ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste und ist wichtig für das Pflanzenwachstum und die Entwicklung.
In den vergangenen Jahrzehnten hat die Rolle der Si-Zugabe für die Tolerierung von Umweltstress viel Interesse erlangt, da sie zu einer Verdickung der Pflanzenzellwand führen kann. Um zu testen, ob Si einigen Pflanzen helfen kann, der Mn-Toxizität zu widerstehen, kann in Gewächshausexperimenten unter Verwendung verschiedener Dosen der Elemente und der Beobachtung, wie die Pflanzen wachsen, durchgeführt werden. Während diese Beobachtungen zu vielleicht zu optimistischen Schlussfolgerungen führen, ermöglicht eine neue Technik der Verwendung von Mikro-Röntgenfluoreszenz (µ-XRF) Wissenschaftlern zu visualisieren, wo und wie viel dieser Elemente von der Pflanze aufgenommen werden.
van der Ent und Kollegen (2020) im Universität von Queensland verwendeten ein Synchrotron-basiertes (dh die elektromagnetische Strahlung, die emittiert wird, wenn geladene Teilchen radial beschleunigt werden) µ-XRF, um die Si-Verteilung auf Sojabohnen- und Sonnenblumenpflanzen zu visualisieren, die Mn-Toxizität aufweisen. Sie können zusehen Dr. Antony van der Ent spricht über seine Forschung zur Hyperakkumulation durch Pflanzen, um Toxizität zu vermeiden Gartenarbeit Australien.
In einem kurzen Interview erklärte Dr. van der Ent: „Unsere Gruppe arbeitet seit etwa 10 Jahren an Hyperakkumulator-Anlagen, wobei sie sich hauptsächlich auf Pflanzen aus tropischen Regionen im asiatisch-pazifischen Raum konzentriert. Bisher haben wir unsere Bemühungen hauptsächlich auf Nickel-, Kobalt- und Mangan-Hyperakkumulatoren konzentriert, aber wir arbeiten auch an der Mikronährstoffaufnahme und Toxizität in Kulturpflanzen wie Sojabohnen und Sonnenblumen.“
In der aktuellen Studie sahen die Autoren weniger totes Pflanzengewebe, wenn Si hinzugefügt wurde, und Si befand sich häufig zusammen mit Mn, aber als Reaktion darauf sammelte sich Mn in anderen Bereichen der Pflanze an und verursachte immer noch Phytotoxizität. Diese Ergebnisse widerlegen viele frühere Ideen darüber, ob die Si-Zugabe Pflanzen hilft, der Mn-Toxizität zu widerstehen.
„Diese Studie war technisch herausfordernd, da es schwierig war, die Mikro-XRF-Analyse durchzuführen und gleichzeitig Probenartefakte zu vermeiden/minimieren“, erklärt Dr. van der Ent. Der Durchbruch in ihren Methoden ist die Visualisierung von Elementen mit kleinen Ordnungszahlen in lebenden, hydratisierten Pflanzengeweben. Dies war bisher nur mit getrockneten Geweben möglich, was möglicherweise nicht besonders repräsentativ für eine wachsende Pflanze ist. Einige der Autoren haben zuvor eine Rezension geschrieben (Koppitke et al., 2018) über die Verwendung von synchrotronbasiertem µ-XRF zur Visualisierung von Elementen in Pflanzen im Pflanzenphysiologie Tagebuch. Ihre Methoden sollen nun anderen Wissenschaftlern helfen, den Prozess der Nährstoffaufnahme in Zukunft detailliert zu visualisieren.
Der Hauptautor ist von ihren Ergebnissen begeistert, da „diese Forschung gezeigt hat, dass es möglich ist, sehr leichte Elemente wie Silizium in vollständig hydratisierten (lebenden) Pflanzenorganen, in diesem Fall Sojabohnen, zu messen (und deren Verteilung zu kartieren). Sonnenblumenblätter. Wir planen, diese Methoden auf andere Elemente und andere Pflanzenarten anzuwenden und die Methodik für zeitaufgelöste Studien zu verbessern.“ ) Elementkartierung in ihrer Forschung“.
Diese Forschung ist ein großartiges Beispiel dafür, warum Grundlagenforschung und der Blick über das Verdunkeln von Blattadern und Haaren hinaus entscheidend sind, um Landwirte darüber zu informieren, wie sie ihre Ernte pflegen können.
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van der Ent, A., Casey, L., Blamey, F., und Kopittke, P. (2020) Zeitaufgelöste Labor-Mikro-Röntgenfluoreszenz zeigt die Siliziumverteilung in Bezug auf die Mangantoxizität in Sojabohnen und Sonnenblumen. Annals of Botany, 126(2), S. 331–341. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1093/aob/mcaa081.
