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Christine Reimann:

Vergleichende Untersuchungen zum Salzhaushalt der Chenopodiaceae, unter besonderer Berücksichtigung der Kalium-Natrium-Verhältnisse

[A comparative study of the salt metabolism of the Chenopodiaceae with emphasis on the effect of the K/Na ratio]

2003. 303 Seiten, 52 Abbildungen, 57 Tabellen, 600 g
Language: Deutsch

(Dissertationes Botanicae, Band 372)

ISBN 978-3-443-64284-6, brosch., price: 60.00 €

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Contents

Kurzfassung top ↑

Die Familie der Chenopodiaceae ist bekannt für hohe Natriumkonzentrationen in den Blättern. Diese Arbeit dokumentiert erhebliche Unterschiede zwischen einzelnen Arten, mit dem Ziel einer Charakterisierung natriumarmer Chenopodiaceae im Vergleich zu ihren natriumakkumulierenden Verwandten. Dazu wurden zwei Anzuchtversuche mit insgesamt 40 Arten durchgeführt und außerdem zwei Paarvergleiche, in denen 1) die natriumakkumulierenden Atriplex prostrata und die natriumarme Chenopodium album, sowie 2) zwei Unterarten von Salsola kali genauer untersucht wurden. Darüberhinaus wurden alle zugänglichen Veröffentlichungen zu den Ionenverhältnissen verschiedener Chenopodiaceae tabellarisch zusammengestellt und Lebensform, Photosyntheseweg, Hauptverbreitungsgebiet sowie ökologische Charakteristik für die erfassten Arten recherchiert.

Allen untersuchten Chenopodiaceae gemeinsam waren eine hohe Alkali-Akkumulation in den Blättern, hohe Alkaliionen-Aufnahmeraten, und dünne diarche Primärwurzeln mit langen Wurzelhaaren. Als eine wichtige Ursache der unterschiedlichen Natriumakkumulation in den Blättern verschiedener Sippen kristallisierte sich eine unterschiedliche Kalium-Natrium-Selektivität des Xylemtransportes heraus. Anhand der Ionenverteilung in den Pflanzen verschiedener Arten war nachzuweisen, dass auch Natriumausschluss durch die Wurzeln zu geringen Natriumkonzentrationen in den Blättern beiträgt und dass diese beiden Mechanismen unabhängig voneinander artspezifisch variieren. In der Literaturauswertung wurde ein Zusammenhang zwischen der Ausprägung des Alkalihaushaltes und der ökologischen Charakteristik verschiedener Arten deutlich.

Abstract top ↑

Most Chenopodiaceae accumulate high sodium concentrations in their leaves. Nevertheless, some species like Chenopodium album show rather low sodium concentrations in leaves. The aim of the present study was to characterize Chenopodiaceae poor in sodium in comparison to their sodium accumulating relatives. Ion relations were compared in two laboratory experiments, including a total of 40 different species. Moreover, two pairs of taxa with contrasting sodium accumulation were investigated more thoroughly: 1) Chenopodium album in comparison to Atriplex prostrata, and 2) two subspecies of Salsola kali. Additionally, a comprehensive literature review on ion relations of chenopods was summarized in tables. Data on photosynthetic pathways, life forms, geographical distribution and ecological types are discussed concerning their relationship to sodium accumulation.

All investigated Chenopodiaceae showed high alkali ion concentrations in leaves, high alkali ion uptake rates, and thin diarch primary roots with long root hairs. Sodium concentrations in leaves and the apparent selectivity of alkali ion uptake varied continously between species. Falling sodium concentrations along the shoot confirmed sodium retention in basal parts of the plant, e.g. for Che. album and Sal.kali ssp.ruthenica, suggesting K/Na-selectivity of xylem transport as a main cause of interspecific differences in sodium concentrations of leaves. A different partitioning of ions within the plant in different species revealed that besides sodium retention a limitation of sodium uptake by roots contributed to low sodium concentrations in leaves, and that these two processes vary independently. The literature review revealed chenopods poor in sodium within the Salsoleae, Camphorosmeae and Atripliceae, a higher proportion of species poor in sodium was noted in the Corispermeae and Chenopodieae. The most significant relation to sodium accumulation was obvious for ecological types of the different species.

Inhaltsverzeichnis top ↑


1 EINLEITUNG 1
2 METHODEN
2.1 Versuchspflanzen 5
2.1.1 Atriplex prostrata Boucher ex DC (Spießblättrige Melde) 6
2.1.2 Chenopodium album L. (Weißer Gänsefuß) 7
2.1.3 Salsola kali L. s.l. (Salzkraut) 8
2.2 Allgemeine Methodik 10
2.2.1 Auswahl des Substrats 10
2.2.2 Analytische Methoden 11
2.2.3 Darstellung der Ergebnisse 12
2.2.4 Kriterien für Natriumarmut 13
2.2.5 Statistische Modellierung 14
2.3 Versuch A: Artvergleich 15
2.3.1 Anzucht 15
2.3.2 Analytische Methoden 17
2.3.3 Statistische Modellierung 17
2.3.4 Versuch A2: Chenopodium album und verwandte Arten 18
2.3.5 Versuch A3: Vorversuche in Sandkultur 19
2.4 Versuch B: Natriumausschluss 19
2.4.1 Anzucht und Ionenanalyse 20
2.4.2 Auswertung und statistische Modellierung 21
2.4.3 Anatomische Methoden 22
2.5 Versuch C: fraktionierte Ernten 23
2.5.1 Chenopodium album und Atriplex prostrata 23
2.5.2 Salsola kali 25
3 CHENOPODIUM ALBUM UND ATRIPLEX PROSTRATA
- EIN EXEMPLARISCHER VERGLEICH
3.1 Einführung 27
3.2 Ergebnisse 28
3.2.1 Wachstum 28
3.2.2 Versuch A 29
3.2.3 Versuch B (Reimann 1992) 32
3.2.4 Versuch C1 35
3.3 Diskussion 42
3.3.1 Wachstum 42
3.3.2 Ionenkonzentrationen und osmotische Anpassung 43
3.3.3 Ionenverteilung und -transport innerhalb der Pflanzen 45
3.3.4 Ionenaufnahme 49
3.4 Zusammenfassung 50
4 NATRIUMAKKUMULATION, IONENVERTEILUNG UND SALZTOLE-
RANZ BEI SALSOLA KALI SSP.RUTHENICA UND SSP.TRAGUS
4.1 Einführung 51
4.2 Ergebnisse 53
4.2.1 Wachstum 53
4.2.2 Versuch A 56
4.2.3 Versuch B 59
4.2.4 Versuch C2 64
4.3 Diskussion 74
4.3.1 Wachstum 74
4.3.2 Wassergehalte, Ionenkonzentrationen und osmotische Anpassung 75
4.3.3 Ionenaufnahme und Ionenverteilung innerhalb der Pflanzen 77
4.4 Zusammenfassung 80
5 VERSUCH A: REAKTION VERSCHIEDENER CHENOPODIACEAE
AUF SALZGABEN
5.1 Einführung 83
5.2 Einzelergebnisse 84
5.2.1 Chenopodium subgen. Chenopodium: Wachstum u. Wassergehalte 85
5.2.2 Ionengehalte der Chenopodium-Arten mit drüsigen Blasenhaaren 88
5.2.3 Ionengehalte der Chenopodium-Arten mit langstieligen Blasenhaaren 93
5.2.4 Chenopodium album agg. (Versuch A2) 99
5.2.5 Chenopodium subgenus Ambrosia 104
5.2.6 Atriplex-Arten 109
5.2.7 Bassia und Kochia 114
5.2.8 Corispermum, Einadia und Hablitzia 118
5.2.9 Salsola und Suaeda 122
5.2.10 Ergebnisse von Vorversuchen in Sandkultur (Versuch A3) 125
5.3 Korrelationsanalyse:
Natriumarme und natriumakkumulierende Arten im Vergleich 132
5.3.1 Grundlagen 132
5.3.2 Die Gattung Chenopodium 136
5.3.3 Vergleich aller untersuchten Arten 139
5.4 Diskussion 142
5.4.1 Zur Unterscheidung natriumarmer und -akkumulierender Arten 142
5.4.2 Natriumakkumulation und Anzuchtbedingungen 143
5.4.3 Charakterisierung der natriumarmen Arten 148
5.4.4 Charakterisierung der natriumakkumulierenden Arten 153
5.4.5 Zu den Arten der intermediären Gruppe 158
5.4.6 Charakterisierung der Corispermum-Arten 162
5.4.7 Natriumakkumulation und Mineralstoffhaushalt 164
5.4.8 Natriumakkumulation und Salztoleranz 168
5.5 Zusammenfassung 174
6 VERSUCH B: NATRIUMAUSSCHLUSS-VERMÖGEN
VERSCHIEDENER CHENOPODIACEAE
6.1 Einführung 175
6.2 Ergebnisse 176
6.2.1 Ionenkonzentrationen und Verteilung der Ionen in den Pflanzen 176
6.2.2 Ionenaufnahmeraten 189
6.2.3 Wurzelaufbau 192
6.3 Diskussion 196
6.3.1 Wurzelanatomie 196
6.3.2 Ionenaufnahmeraten 197
6.3.3 Natriumakkumulierende Chenopodiaceae 200
6.3.4 Natriumarme Arten: Chenopodium spp. und Sal.kali ssp.ruthenica 202
6.3.5 Fabaceae im Vergleich zu natriumarmen Chenopodiaceae 203
6.4 Zusammenfassung 205
7 ÜBERGREIFENDE BETRACHTUNGEN ZUR CHARAKTERI-
SIERUNG NATRIUMARMER CHENOPODIACEAE
7.1 Klassifikation natriumarmer Arten 207
7.1.1 Schlussfolgerungen aus den Vergleichsanzuchten 207
7.1.2 Vorüberlegungen zur vergleichenden Literaturauswertung 208
7.1.3 Kalium-Natrium-Verhältnisse von Pflanzen natürlicher Standorte:
Untersuchungen an Atr.prostrata, Che.album und Sal.kali 210
7.1.4 Literaturauswertung zur Häufigkeit natriumarmer Arten 215
7.2 Taxonomische Einordnung natriumarmer Arten 217
7.2.1 Unterfamilien Polycnemoideae und Salicornioideae 217
7.2.2 Unterfamilie Salsoloideae 218
7.2.3 Unterfamilie Chenopodioideae 219
7.2.4 Natriumarme Chenopodiaceae - ein Physiotypus? 223
7.3 Ökophysiologische Charakterisierung natriumarmer Arten 226
7.3.1 Photosyntheseweg 226
7.3.2 Ökologie 227
7.3.3 Sukkulenz 230
7.3.4 Lebensform 231
7.3.5 Geographische Verbreitung 232
7.4 Synthese 235
7.4.1 Zur Salzregulation natriumarmer Chenopodiaceae 235
7.4.2 Vergleich natriumarmer und natriumakkumulierender Arten 237
7.4.3 Zum Auftreten natriumarmer Chenopodiaceae 240
8 ZUSAMMENFASSUNG / SUMMARY 242
9 LITERATURVERZEICHNIS 247
10 ANHANG 269
Tab.A1: Kalium-Natrium-Verhältnisse in Laborversuchen 270
Tab.A2: Kalium-Natrium-Verhältnisse am natürlichen Standort 280
Tab.A3: Natriumakkumulation und ökophysiologische Charakteristika 298