Rhizosphärenmikroben bei Metall-Hyperakkumulation

Projektziel ist die Aufklärung der Wechselwirkung von Boden-Mikroorganismen mit schwermetall-toleranten und - akkumulierenden Pflanzen auf Serpentin-Boden. Serpentin-Böden stellen einen Extremstandort für die Besiedelung von Pflanzen dar, da sie einerseits hohe Schwermetall-Gehalte andererseits nur geringe Nährstoffgehalte aufweisen. Die an diesen Standort angepassten Pflanzen haben eine sehr hohe Toleranz gegenueber diesen Schwermetallen (Hyper-Toleranz), einige haben auch die Fähigkeit entwickelt, diese Schwermetalle auch in extrem hohen Mengen zu speichern (Hyper- Akkumulatoren). Über die Prozesse im Wurzelraum (Rhizosphäre) zur Metall-Verfügbarkeit weiß man noch sehr wenig. V.a. die Rolle von Wurzel-Ausscheidungen bei der Metall-Mobilisierung bzw. -Immobilisierung ist noch weitgehend ungeklärt. Da in der Rhizosphäre auch immer erhöhte mikrobielle Aktivitäten induziert werden, ist zu erwarten, dass diese eine wesentliche Rolle bei der Verfügbarkeit der Metalle für die Pflanzen und damit bei der Anpassung an diesen Standort spielen. Über die Wechselwirkung zwischen Pflanzenwurzeln und Rhizosphären- Mikroorganismen ist nur sehr wenig bekannt. In diesem Projekt sollen daher folgende Punkte anhand von Thlaspi goesingense (Akkumulator) und Silene vulgaris (Tolerant) näher untersucht werden: - Die Biogeochemie der Schwermetalle am Serpentinstandort unter Einfluß zweier verschiedener pflanzlicher Strategien (Toleranz und Akkumulation). - Wurzelausscheidungen und deren Einfluss auf die Schwermetall-Mobilität sowie deren mikrobielle Umsetzung. - Isolierung und Charakterisierung von Mikroorganismen im Wurzelraum von Metall-toleranten und - akkumulierenden Pflanzen sowie deren Wechselwirkung mit Wurzelausscheidungen. - Aufklärung der Rolle von Mykorrhiza-Pilzen bei der Metall-Toleranz. Diese Versuche sollen zu einem besseren Verständnis der Interaktion von Pflanzen mit Boden-Mikroorganismen auf einem schwermetallbelasteten Standort beitragen. Diese Erkenntnisse könnten auch zu einer Verbesserung der Phytosanierungs-Technologien beitragen.

Hyperakkumulierende Pflanzen können große Mengen an toxischen Metallen in der oberirdischen Biomasse speichern, ohne Schaden zu erleiden. Exkluder sind hingegen fähig, die Aufnahme dieser Metalle zu vermeiden. Bei beiden Pflanzengruppen spielt die assoziierte Mikroflora im Boden eine wichtige Rolle bei den Akkumulations- / Vermeidungsprozessen. Das Ziel dieses Projektes war die Aufklärung des Zusammenspiels von Pflanze-Mikroben-Boden des Nickel-Hyperakkumulators Thlaspi goesingense und verschiedener Exkluder- Pflanzen auf einem Nickel-reichen Serpentinboden. Von den Pflanzenwurzeln abgegebene organische Säuren spielen vermutlich eine wichtige Rolle in der Rhizosphäre beider Pflanzengruppen. Bei den Exkludern wurde hauptsächlich Milchsäure, beim Hyperakkumulator hingegen v.a. Zitronensäure gefunden. Es wird vermutet, dass die Milchsäure eine wichtige Rolle bei der Detoxifizierung und Verringerung der Bioverfügbarkeit von Ni spielt. Die Zitronensäure hingegen könnte einen wichtign Beitrag zur Mobilisierung von schwer-löslichem Ni leisten. T. goesingense hat keine Symbiose mit Mykorrhiza-Pilzen, hingegen findet man eine Vielzahl von Bakterien-Arten in der Rhizosphäre. Einige dieser Bakterien wurden aus der Rhizosphäre und auch aus dem Spross isoliert und charakterisiert. Die Populationsstruktur ist im Boden eine völlig andere als in der Pflanze, einige Bakterien-Arten findet man jedoch in beiden Habitaten. Um den Einfluß einzelner Bakterien-Arten auf die Ni-Akkumulation und die Biomasse-Produktion von T. goesingense zu untersuchen, wurden Pflanzen, die auf sterilisiertem Boden wuchsen, mit einzelnen Arten inokuliert. Es zeigte sich jedoch bei keiner Variante ein signifikanter Einfluß auf die Ni-Aufnahme und Sproß- Biomasse. Es wird angenommen, dass die Versuchsdauer zu kurz war, um einen deutlichen Effekt zu erzielen. Am Serpentinstandort wachsen natürlicherweise Eichen und Föhren, deren Wurzeln mit Mykorrhiza-Pilzen assoziiert sind. Einige dieser Pilze wurden isoliert und charakterisiert. Die Isolate zeigten eine hohe Ni-Toleranz, in den Fruchtkörpern wurde jedoch deutlich weniger Ni akkumuliert als am selben Standort vorkommende Saprophyten. Das weist darauf hin, dass die Mycorrhiza-Pilze eine wichtige Rolle beim Ausschluß von Ni durch die Wirts-Bäume spielen. Die Ergebnisse dieses Projektes könnten einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung von pflanzen-basierten Bodenreinigungs- und -stabilisierungstechnologien leisten.