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

Signatur: 02.03.001
Ursprüngliche Signatur: Hh-23.03
Bildnachweis: Volker Römheld

Bildinhalt

Weizenpflanzen wurden mit Nitrat (linkes Gefäß) und Ammonium (rechtes Gefäß) als einziger Stickstoffquelle ernährt. Um die räumliche Veränderung des pH-Wertes sichtbar zu machen, wurde den entsprechenden Nährlösungen so viel Agar-Agar zugesetzt, dass eine 0,75 %ige Agar-Lösung entstand. Eine solche Lösung ist oberhalb von ca. 40 °C flüssig und unterhalb von ca. 35°C fest und durchsichtig (farblos). Als pH-Indikator enthielten die Lösungen jeweils Bromkresolrot. Die warmen, noch flüssigen Lösungen wurden in rechteckige, flache Plexiglasschalen (siehe Bild) überführt. Nach wenigen Minuten erstarrten die Lösungen. 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. Es ist ersichtlich, dass der pH-Wert der Rhizosphäre bei Nitraternährung (Teilbild links) etwa 7,5 beträgt, bei Ammoniumernährung (Teilbild rechts) hingegen etwa 4,0.

Erläuterung

Nitrat wird mittels Protonen-Cotransport aufgenommen. Dies bedeutet, dass bei Nitrataufnahme der Rhizosphäre Protonen entzogen werden. Der pH-Wert der Rhizosphäre steigt dabei aber nur dann an, wenn die hohe Nitrataufname zu einem Anionenüberschuss bei der Nährstoffaufnahme führt. Denn bei der Kationenaufnahme werden Protonen in die Rhizosphäre abgegeben. Hinzu kommt jedoch, dass bei der Nitratreduktion (im Zuge der Nitrat-Assimilation) Protonen verbraucht werden. Aus beiden Vorgängen (Aufnahme und Assimilation) resultiert ein Anstieg des pH-Wertes der Rhizosphäre. Bei Ammoniumernährung ist die Protonenabscheidung in die Rhizosphäre stark ausgeprägt, da es bei der Nährstoffaufnahme zu einem deutlichen Kationenüberschuss kommt; denn Nitrat liegt in der Nährlösung gar nicht vor (Ammoniumernährung!) und die übrigen Anionen (Sulfat; Phosphat) werden nur mit niedriger Rate aufgenommen. Der zweite Grund für die erhöhte Protonenabgabe in die Rhizosphäre bei Ammoniumernährung ist darin zu sehen, dass bei der Assimilation von Ammonium Protonen entstehen, die entfernt werden müssen und ebenfalls in die Rhizosphäre ausgeschieden werden.