Sichtbarmachung des pH-Wertes der Rhizosphäre bei Nitrat- und Ammoniumernährung der Pflanze mit Hilfe der Agar-Agar-Technik

Signatur: 04.04.033
Ursprüngliche Signatur: Rö-Agar-N-Form-01
Bildnachweis: Volker Römheld

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Maispflanzen wurden mit Nitrat und Ammonium als einziger Stickstoffquelle ernährt. Um die räumliche Veränderung des pH-Wertes sichtbar zu machen, wurden den entsprechenden Nährlösungen so viel Agar-Agar zugesetzt, dass die Nährlösung bei hoher Temperatur flüssig, bei Raumtemperatur jedoch erstarrt (fest) war. Als pH-Indikator enthielten die Lösungen jeweils Bromkresolpurpur. Die heißen Lösungen wurden in rechteckige, flache Plexiglasschalen (siehe Bild) überführt. Nach wenigen Minuten erstarrten die Lösungen. Der pH-Wert der Agar-Nährlösungen war verschieden: Bei den Schalen 1 uns 2 (von links nach rechts) war er 4,5 und bei den Schalen 3 und 4 jedoch 7,0. Bei jeder pH-Stufe wurde Stickstoff in Form von Ammonium (jeweils links) und Nitrat (jeweils rechts) angeboten. Bereits nach wenigen Stunden stellt sich in unmittelbarer Umgebung der Wurzeln (Rhizosphäre) ein konstanter pH-Wert ein, der mit Hilfe der im Bild links gezeigten pH-Farbskala recht genau abgeschätzt werden kann. Die pH-erhöhende Wirkung der Nitraternährung (sichtbar an der Rotbraunfärbung) wird sehr deutlich bei dem Matrix-pH-Wert von 4,5 (2.Teilbild von links). Die pH-erniedrigende Wirkung (Gelbfärbung) einer Ammoniumernährung wird dagegen sehr deutlich bei dem Matrix-pH-Wert von 7,0 (3. Teilbild von links). Sowohl für die Ammonium- als auch für die Nitraternährung gilt: Die Aufnahme ist dort am stärksten, wo sich die meisten Wurzeln befinden (basale Wurzelteile und Verzweigungen).

Erläuterung

Nitrat wird mittels Nitrat-Protonen-Cotransport aufgenommen. Dies bedeutet, dass der Rhizosphäre Protonen entzogen werden. Bei der Kationenaufnahme (vorwiegend Kalium-Ionen) werden jedoch Protonen in annähernd gleicher Menge in die Rhizosphäre abgegeben, so dass sich der Rhizosphären-pH-Wert kaum verändern würde. Hinzu kommt jedoch, dass bei der Nitratreduktion (im Zuge der Nitrat-Assimilation) Protonen verbraucht werden. Aus beiden Vorgängen resultiert ein Anstieg des pH-Wertes der Rhizosphäre. Ammoniumernährung ist dagegen mit einer Abscheidung vonProtonen in die Rhizosphäre verbunden. Dies hat 2 Ursachen. Ammoniumernährung ist stets mit überschüssiger Kationenaufnahme verbunden; denn Ammonium wird stets mit hoher Rate aufgenommen und die vorhandenen Anionen (Sulfat, Phosphat) sind schwer aufnehmbar. (Nitrat fehlt; Chlorid ist meist nicht vorhanden). Der zweite Grund für die erhöhte Protonenabgabe in die Rhizosphäre ist darin zu sehen, dass bei der Assimilation von Ammonium im Cytoplasma Protonen entstehen, die ebenfalls in die Rhizosphäre abgegeben werden.