Hohes Phosphatangebot in der Nährlösung schwächt Eisenreduktion

Signatur: 01.11.037
Ursprüngliche Signatur: Hh-09.11
Bildnachweis: Volker Römheld

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Maispflanzen wurden in Nährlösung bei unterschiedlichem Phosphatangebot kultiviert und zwar bei 5 mM P (links im Bild) und 0,5 mM P (rechts im Bild). Die Eisenkonzentration der Nährlösung war jeweils 500 µM; die Fe-Form war Fe(III)-Hydroxid. Bei hohem Phosphatangebot (links im Bild) waren die Wurzeln braun und der Spross stark chlorotisch (letzteres im Bild nicht gezeigt). Bei niedrigem Phosphatangebot (rechts im Bild) waren die Wurzeln weiss und der Spross frei von Eisenchlorosen (letzteres im Bild nicht gezeigt).

Erläuterung

Bei hohem Phosphatangebot scheidet sich Eisen(III) in Form von Fe(III)-Hydroxid in größerer Menge an den Wurzeln ab, so dass sich diese braun verfärben. (Eine Abscheidung von ebenfalls braun gefäbten Fe(III)-Phosphat ist aufgrund der Aussage sowohl von Bild 558 als auch von Bild 613 unwahrscheinlich; siehe dort). Bei niedrigem Phosphatangebot (0,5 mM P), d. h. bei sehr niedriger pH-Pufferung, scheidet sich dermaßen wenig Fe(III)-Hydroxid an den Wurzeln ab, dass keine Braunfärbung auftritt. Die unterschiedliche Eisendüngewirkung kommt dadurch zustande, dass bei hohem Phosphatangebot in der Nährlösung der Apoplast der Wurzel gut pH-gepuffert ist. Die über die Plasmamembran abgeschiedenen Protonen werden durch Bindung an Hydrogenphosphat (unter Bildung von Dihydrogenphosphat) rasch neutralisiert. Auf diese Weise bleibt der pH-Wert im Wurzelapoplasten (vor allem an der Außenseite der Plasmamembran) hoch, so dass die Reduktion von Fe(III) zu Fe(II) nicht erfolgen kann. Eisenmangelchlorosen sind die Folge. Demgegenüber wird bei niedrigem Phosphatangebot, d. h. bei Fehlen der starken pH-Pufferwirkung, der pH-Wert an der Außenseite der Plasmamembranen erniedrigt, Fe(III) wird zu Fe(II) reduziert und als Fe(II) aufgenommen, so dass keine Eisenmangelchlorosen auftreten. Hohes Phosphatangebot vermindert also die Eisendüngewirkung von Eisen(III)-Hydroxid drastisch. Diese Aussage gilt aber nur für Nährlösungen. Wachsen Pflanzen demgegenüber in einem festen Substrat (Boden, Sand), so zeigt Eisen(III)-Hydroxid auch bei hohem Phosphatangebot eine gute Eisendüngewirkung, was auf Wurzel-Boden-Interface-Bildung beruht (vgl. Bild 558). Die Annahme, dass bei Eisenmangel die Wurzeln von Mais (Strategie II-Pflanze) neben Phytosiderophoren auch Protonen in den Apoplasten ausscheiden, wird gestützt durch die Aussage von Bild 560 (siehe dort).