5 Ergebnisse

5.1 Axenische Kultur mit Kulturfiltrat von FZB24

↓45

Der Einfluss der hohen Salzbelastung und die Wirkung des KF (Kulturfiltrat) aus der fermentativen Übergangsphase auf das Wachstum der Testpflanzen ist in der Tabelle 2 dargestellt.

↓46

Die Introduktion des Stressfaktors wirkte sich unterschiedlich auf die Parameter des Sprosswachstums aus. Bei der Länge führte die Salzapplikation zu einer signifikanten Reduzierung, bei der Frischmasse dagegen zu einer erheblichen Erhöhung gegenüber der gesunden Kontrolle. Die Trockenmasse und die Blattfläche wurden tendenziell durch die NaCl-Applikation ähnlich beeinflusst wie die Länge, diese Einflüsse waren jedoch statistisch nicht bedeutsam.

Die Behandlung der Tomatensämlinge mit dem KF, sowohl der 1 %- Konzentration, als auch der 0,1 %-Konzentration, hatte keine statistisch gesicherte Wirkung auf das Sprosswachstum. Erwähnenswert ist jedoch, dass die 1 %-Konzentration eine leichte, besonders bei der Trockenmasse erkennbare Wachstumsdepression herbeiführte, die 0,1 %-Konzentration dagegen eine leichte Stimulierung, die insbesondere bei der Länge ersichtlich ist. Dabei stellt die Sprosslänge eine Ausnahme dar, da sie durch beide KF-Konzentrationen leicht gefördert wurde im Vergleich zu der gestressten Kontrolle.

Alle Wachstumsparameter der Wurzel wurden durch die Einführung des Stressors signifikant gehemmt gegenüber der gesunden Kontrolle.

↓47

Die Anwendung des KF zeigte keinen erheblichen Einfluss auf das Wurzelwachstum. Ähnlich wie beim Spross, bewirkte aber auch bei der Wurzel die 1 %-Konzentration des KF eine leichte Hemmung und die 0,1 %-Konzentration eine leichte Stimulierung des Wachstums. Lediglich bei der Trockenmasse mit den sehr geringen absoluten Werten war dieser Effekt nicht ersichtlich.

Bei den meisten Wachstumsparametern, einschließlich Blattfläche (Abbildung 2), wurde durch das KF 0,1 % - nicht 1 % - ein etwas besseres Wachstum der Testpflanzen bei Salzstress erziehlt, d. h. eine, wenn auch nicht signifikante, so doch erkennbare Toleranzerhöhung wurde hervorgerufen. Dies war bei 1 %-KF nicht der Fall, weshalb es offenbar spezielle Stoffe im KF gibt, die bei bestimmten Konzentrationen wirkten. Da dieser positive Effekt des KF zum einen bei geringerer Konzentration (0,1 %) mehr als bei höherer Konzentration (1 %), und zum anderen nach nur 7 Tagen Einwirkung ersichtlich war, kann er nicht auf eine Nährstoffwirkung zurückgeführt werden. Vielmehr ist anzunehmen, dass dieser Einfluss auf bestimmten Stoffen beruht, die in das pflanzliche Toleranzgeschehen eingreifen.

Abb. 2: Wirkung einer Wurzelapplikation des Kulturfiltrats-Übergangsphase von FZB24 auf die Blattfläche von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

↓48

Tab. 2: Wirkung einer Wurzelapplikation des Kulturfiltrats-Übergangsphase von FZB24 auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,55, HSDSFM=0,14, HSDSTM=11,48, HSDBF=2,75, HSDWL=29,15, HSDWFM=38,81)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

KF 1% +

KF 0,1% +

SL

cm

7,0

±

0,4

a

6,4

±

0,6

b

6,6

±

0,5

ab

6,5

±

0,4

ab

rel.

100

91

95

94

SFM

g

0,79

±

0,04

b

0,96

±

0,13

a

0,95

±

0,14

a

1,02

±

0,12

a

rel.

100

122

121

129

STM

mg

87

±

8

a

78

±

9

ab

73

±

12

b

79

±

9

ab

rel.

100

90

84

91

BF

cm2

18,4

±

1,6

a

17,3

±

1,9

a

16,7

±

3,1

a

18,3

±

2,3

a

rel.

100

94

91

100

WL

cm

340,0

±

12,5

a

159,2

±

19,6

b

151,8

±

19,8

b

165,6

±

10,3

b

rel.

100

47

45

49

WFM

mg

432

±

42

a

187

±

23

b

170

±

35

b

193

±

25

b

rel.

100

43

39

45

WTM

mg

20

±

0

*

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

rel.

100

50

50

50

5.2 Axenische Kultur mit Kulturfiltrat-Fraktionen von FZB24

Da der KF-Test zeigte, dass B. subtilis offenbar Metabolite produziert, die von der Pflanze innerhalb einiger Tage aufgenommen werden und zu einer gewissen Salztoleranz führten, versuchten wir in axenischen Tests weiter zu klären, ob eventuell bestimmte Fraktionen der KF, besonders hinsichtlich unterschiedlicher Peptidgehalte, welche die hauptsächliche Metabolit-Gruppe von B. subtilis sein könnten, möglicherweise mit eine Rolle auf die Salztoleranzerhöhung spielen.

Fraktionen 8-13 und 14-16

↓49

Die Tabelle 3 zeigt den Einfluss der hohen Salinität und die Wirkung der KF-Fraktionen 8-13 und 14-16 auf das Wachstum der Tomatensämlinge.

Die NaCl-Applikation hatte eine negative, statistisch nicht gesicherte Auswirkung auf die Länge und die Trockenmasse des Sprosses, sowie die Blattfläche, die Frischmasse wurde dadurch jedoch signifikant gefördert im Vergleich zur gesunden Kontrolle.

Die Anwendung der KF-Fraktionen führte in allen Konzentrationen zu einer leichten Stimulierung des Sprosswachstums.

↓50

Die Salzzuführung bewirkte eine erhebliche Hemmung bei allen Parametern des Wurzelwachstums im Vergleich zur gesunden Kontrolle.

Die Behandlung der Sämlinge mit der KF-Fraktion 14-16 20 % führte, mit einer 10 %-Förderung im Verhältnis zur gestressten Kontrolle, eine signifikante Erhöhung der Wurzellänge herbei (Abbildung 3). Insgesamt hatten die KF-Fraktionen einen positiven Einfluss auf das Wurzelwachstum.

Besonders auffallend ist die KF-Fraktion 14-16 20 %, die auf einen spezifischen positiven Effekt hinweist hinsichtlich der toleranzerhöhenden Wirkung gegenüber Salzstress.

↓51

Abb. 3: Wirkung einer Wurzelapplikation der Kulturfiltrat-Fraktionen 8-13 und 14-16 von FZB24 auf die Wurzellänge von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=5, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

Tab. 3: Wirkung einer Wurzelapplikation der Kulturfiltrat-Fraktionen 8-13 und 14-16 von FZB24 auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSFM=0,14, HSDSTM=13,40, HSDBF=2,91, HSDWL=34,59, HSDWFM=44,90)

  

Kontrolle -

Kontrolle +

Fr. 8-13 20% +

Fr. 8-13 2% +

Fr. 8-13 0,2% +

Fr. 14-16 20% +

Fr. 14-16 2% +

Fr. 14-16 0,2% +

SL 1

cm

7,0

±

0,4

a

6,4

±

0,6

a

6,5

±

0,8

a

6,7

±

0,2

a

6,4

±

0,5

a

6,8

±

0,4

a

6,4

±

0,4

a

6,5

±

0,5

a

rel.

100

91

94

97

92

98

92

94

SFM

g

0,79

±

0,04

b

0,96

±

0,13

a

1,03

±

0,12

a

1,00

±

0,07

a

1,00

±

0,07

a

1,07

±

0,10

a

1,03

±

0,11

a

1,00

±

0,12

a

rel.

100

122

131

127

127

135

130

127

STM

mg

87

±

8

a

78

±

9

a

85

±

11

a

79

±

6

a

81

±

9

a

85

±

11

a

79

±

10

a

81

±

12

a

rel.

100

90

98

91

93

98

91

93

BF

cm2

18,4

±

1,6

a

17,3

±

1,9

a

18,9

±

2,1

a

17,6

±

1,9

a

17,8

±

1,7

a

18,9

±

2,3

a

18,2

±

1,9

a

18,6

±

2,9

a

rel.

100

94

102

95

97

103

99

101

WL

cm

340,0

±

12,5

a

159,2

±

19,6

c

180,8

±

13,9

bc

167,6

±

13,0

bc

177,8

±

15,5

bc

195,0

±

20,3

b

182,2

±

15,3

bc

170,2

±

22,3

bc

rel.

100

47

53

49

52

57

54

50

WFM

mg

432

±

42

a

187

±

23

b

209

±

32

b

200

±

35

b

220

±

25

b

216

±

31

b

219

±

39

b

223

±

25

b

rel.

100

43

48

46

51

50

51

52

WTM

mg

20

±

0

*

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

rel.

100

50

50

50

50

50

50

50

Fraktionen 12-18, 19-25, 26-31 und 32-36

↓52

Die Tabelle 4 stellt den Einfluss des hohen Salzstress und die Wirkung der KF-Fraktionen 12-18, 19-25, 26-31 und 32-36 auf das Wachstum der Testpflanzen dar.

Die Salzapplikation hatte eine signifikant negative Auswirkung auf alle Wachstumsparameter des Sprosses, mit Ausnahme die Frischmasse, welche dadurch leicht erhöht wurde im Vergleich zur gesunden Kontrolle.

Die Behandlung der Pflanzen mit der KF-Fraktion 12-18 0,2 % bewirkte eine erhebliche Stimulierung der Trockenmasse um 18 % gegenüber der gestressten Kontrolle. Die Anwendung der KF-Fraktion 19-25 führte zu einer statistisch bedeutsamen Förderung der Frischmasse um 23 %, der Trockenmasse um 21 % und der Blattfläche um 19 % in der 2 %-Konzentration und der Trockenmasse um 18 % im Verhältnis zur NaCl-Kontrolle in der 0,2 %-Konzentration. Die Behandlung der Sämlinge mit der KF-Fraktion 26-31 zeigte eine statistisch gesicherte Erhöhung der Frischmasse um 24 %, der Trockenmasse um 25 % und der Blattfläche um 22 % in der 20 %-Konzentration, der Trockenmasse um 18 % in der 2 %-Konzentration, und der Länge um 15 %, der Frischmasse um 27 %, der Trockenmasse um 26 % und der Blattfläche um 19 % in der 0,2 %-Konzentration im Vergleich zur gestressten Kontrolle. Die Applikation der KF-Fraktion 32-36 konnte in den Konzentrationen von 2 % und 0,2 % die Trockenmasse der Testpflanzen erheblich erhöhen um 27 % bzw. 18 % gegenüber der salzgestressten Kontrolle. Insgesamt führte die Behandlung der Sämlinge mit den oben genannten KF-Fraktionen in allen angewandten Konzentrationen zu einer Förderung des Sprosswachstums, was bei der Trockenmasse (Abbildung 4) am deutlichsten erkennbar ist.

↓53

Der Stressfaktor bewirkte eine Hemmung der Wachstumsparameter der Wurzel im Verhältnis zur gesunden Kontrolle, die mit Ausnahme der Trockenmasse statistisch gesichert war.

Die Behandlung der Sämlinge mit der KF-Fraktion 19-25 in der 0,2 %-Konzentration und der KF-Fraktion 32-36 in der 2 %-Konzentration führte zu einer signifikanten Förderung der Frischmasse um jeweils beachtliche 19 % gegenüber der gestressten Kontrolle (Abbildung 5). Insgesamt war der beim Sprosswachstum beobachtete positive Einfluss der getesteten KF-Fraktionen auch beim Wurzelwachstum der Pflanzen erkennbar, mit Ausnahme die Trockenmasse, die sich auch hier als unempfindlicher Parameter erwies angesichts des jungen Alters der Pflanzen.

Hervorhebenswert sind die KF-Fraktionen 19-25 und 26-31 in der 0,2 %-Konzentration und die KF-Fraktion 32-36 in der 2 %-Konzentration, deren Wirkung spezielle Effekte dieser KF-Fraktionen in den jeweiligen Konzentrationen belegt, welche eine indikative Rolle bei der beobachteten Toleranzerhöhung der Testpflanzen gegenüber Salinität spielen könnten.

↓54

Abb. 4: Wirkung einer Wurzelapplikation der Kulturfiltrat-Fraktionen 12-18, 19-25, 26-31 und 32-36 von FZB24 auf die Sprosstrockenmasse von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

Abb. 5: Wirkung einer Wurzelapplikation der Kulturfiltrat-Fraktionen 12-18, 19-25, 26-31 und 32-36 von FZB24 auf die Wurzelfrischmasse von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

Tab. 4: Wirkung einer Wurzelapplikation der Kulturfiltrat-Fraktionen 12-18, 19-25, 26-31 und 32-36 von FZB24 auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,83, HSDSFM=0,19, HSDSTM=14,11, HSDBF=3,54, HSDWFM=58,50)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

Fr. 12-18 20% +

Fr. 12-18 2% +

Fr. 12-18 0,2% +

Fr. 19-25 20% +

Fr. 19-25 2% +

SL

cm

6,6

±

0,6

a

5,7

±

0,6

b

6,0

±

0,7

ab

5,9

±

0,4

ab

6,3

±

0,5

ab

6,3

±

0,4

ab

6,3

±

0,5

ab

rel.

100

86

90

88

94

96

95

SFM

g

0,82

±

0,06

b

0,84

±

0,16

b

0,83

±

0,08

b

0,88

±

0,14

ab

0,96

±

0,10

ab

1,00

±

0,09

ab

1,03

±

0,18

a

rel.

100

103

102

108

117

122

126

STM

mg

87

±

9

a

59

±

11

de

58

±

4

e

65

±

10

cde

75

±

8

abc

72

±

6

bcde

77

±

11

abc

rel.

100

68

67

75

86

83

89

BF

cm2

19,8

±

1,7

a

15,4

±

3,5

c

15,9

±

2,0

bc

16,4

±

2,4

abc

17,6

±

2,4

abc

18,4

±

1,9

abc

19,1

±

3,1

ab

rel.

100

78

80

83

89

93

97

WL 1

cm

322,4

±

22,8

a

151,6

±

5,0

b

162,2

±

17,5

ab

157,4

±

24,3

ab

157,4

±

13,4

ab

154,4

±

20,0

ab

161,2

±

11,3

ab

rel.

100

47

50

49

49

48

50

WFM

mg

332

±

59

a

140

±

42

c

151

±

28

bc

168

±

39

bc

176

±

30

bc

175

±

27

bc

177

±

36

bc

rel.

100

42

45

51

53

53

53

WTM

mg

14

±

5

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

rel.

100

71

71

71

71

71

71

↓55

Fortsetzung Tab. 4: Wirkung einer Wurzelapplikation der Kulturfiltrat-Fraktionen 12-18, 19-25, 26-31 und 32-36 von FZB24 auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,83, HSDSFM=0,19, HSDSTM=14,11, HSDBF=3,54, HSDWFM=58,50)

 

Fr. 19-25 0,2% +

Fr. 26-31 20% +

Fr. 26-31 2% +

Fr. 26-31 0,2% +

Fr. 32-36 20% +

Fr. 32-36 2% +

Fr. 32-36 0,2% +

SL

cm

6,4

±

0,5

ab

6,5

±

0,6

ab

6,2

±

0,4

ab

6,7

±

0,7

a

6,1

±

0,4

ab

6,2

±

0,7

ab

6,0

±

0,4

ab

rel.

96

98

94

101

92

93

91

SFM

g

0,97

±

0,06

ab

1,04

±

0,16

a

0,98

±

0,12

ab

1,06

±

0,20

a

0,95

±

0,11

ab

1,00

±

0,11

ab

0,94

±

0,11

ab

rel.

119

127

120

130

116

123

115

STM

mg

75

±

5

abc

81

±

10

ab

75

±

11

abc

82

±

14

ab

73

±

8

abcd

83

±

8

ab

75

±

11

abc

rel.

86

93

86

94

84

95

86

BF

cm2

18,6

±

1,0

abc

19,8

±

2,5

a

18,0

±

2,3

abc

19,1

±

3,0

ab

17,5

±

2,2

abc

18,9

±

1,5

abc

18,2

±

2,2

abc

rel.

94

100

91

97

89

95

92

WL 1

cm

176,2

±

22,8

ab

168,8

±

10,6

ab

164,8

±

26,5

ab

161,0

±

14,9

ab

161,0

±

14,7

ab

143,6

±

5,7

b

170,6

±

10,4

ab

rel.

55

52

51

50

50

45

53

WFM

mg

202

±

42

b

190

±

24

bc

173

±

54

bc

177

±

26

bc

181

±

46

bc

202

±

34

b

176

±

42

bc

rel.

61

57

52

53

55

61

53

WTM

mg

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

rel.

71

71

71

71

71

71

71

Fraktionen 37-41 und batch-50

Der Einfluss der hohen Salzbelastung und die Wirkung der KF-Fraktionen 37-41 und batch-50 auf das Wachstum der Tomatensämlinge ist in der Tabelle 5 dargestellt.

↓56

Die Introduktion des Stressors führte zu einer erheblichen Hemmumg der Länge und der Trockenmasse des Sprosses, sowie der Blattfläche der Testpflanzen gegenüber der gesunden Kontrolle.

Die Anwendung der KF-Fraktion batch-50 bewirkte eine statistisch bedeutsame Erhöhung der Trockenmasse um 19 % in der 20 %-Konzentration und der Frischmasse um 24 % im Verhältnis zur gestressten Kontrolle in der 2 %-Konzentration. Tendenziell wurde auch hier eine Förderung des Sprosswachstums erzielt durch die Behandlung der Pflanzen mit den KF-Fraktionen in allen Konzentrationen.

Die Applikation des Stressfaktors führte eine statistisch gesicherte Reduzierung der Länge, der Frischmasse und der Trockenmasse der Wurzel im Vergleich zur gesunden Kontrolle herbei.

↓57

Die Behandlung der Sämlinge mit der KF-Fraktion batch-50 konnte in der 2 %-Konzentration die Wurzellänge signifikant erhöhen mit einer beachtlichen 23 %-Förderung gegenüber der salzgestressten Kontrolle (Abbildung 6). Insgesamt wurde wie beim Spross, auch bei der Wurzel eine Stimulierung des Wachstums durch die Applikation dieser KF-Fraktionen in allen angewandten Konzentrationen beobachtet.

Herausragend ist hier die KF-Fraktion batch-50 in der 2 %-Konzentration mit zumeist positiven Effekten hinsichtlich der wachstumsfördernden Wirkung unter Salzstress, die bisheriges untermauert, d. h. von bestimmten KF-Fraktionen gehen Toleranzerhöhungseffekte aus, denen allerdings nur eine indikative Bedeutung beigemessen werden kann.

Abb. 6: Wirkung einer Wurzelapplikation der Kulturfiltrat-Fraktionen 37-41 und batch-50 von FZB24 auf die Wurzellänge von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=5, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

↓58

Tab. 5: Wirkung einer Wurzelapplikation der Kulturfiltrat-Fraktionen 37-41 und batch-50 von FZB24 auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,68, HSDSFM=0,20, HSDSTM=16,35, HSDWL=42,70)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

Fr. 37-41 20% +

Fr. 37-41 2% +

Fr. 37-41 0,2% +

batch-50 20% +

batch-50 2% +

batch-50 0,2% +

SL

cm

7,2

±

0,5

a

6,1

±

0,5

b

6,1

±

0,4

b

6,6

±

0,4

ab

6,3

±

0,7

b

6,5

±

0,4

ab

6,2

±

0,5

b

6,2

±

0,4

b

rel.

100

86

86

92

88

91

87

87

SFM

g

0,88

±

0,08

ab

0,87

±

0,23

b

0,96

±

0,09

ab

1,07

±

0,14

ab

0,97

±

0,23

ab

1,07

±

0,08

ab

1,08

±

0,13

a

1,00

±

0,07

ab

rel.

100

99

109

122

111

122

123

114

STM

mg

96

±

11

a

68

±

18

c

79

±

7

bc

81

±

10

abc

77

±

18

bc

86

±

8

ab

81

±

10

abc

78

±

4

bc

rel.

100

71

82

84

80

90

84

81

BF 1

cm2

21,0

±

1,4

a

15,4

±

6,2

b

17,4

±

2,4

b

19,9

±

2,8

ab

17,3

±

5,6

ab

19,3

±

2,2

ab

19,6

±

3,1

ab

17,9

±

1,8

b

rel.

100

73

83

95

83

92

93

85

WL

cm

312,2

±

24,4

a

143,0

±

19,1

c

149,0

±

8,5

c

170,2

±

28,7

c

169,4

±

18,2

c

172,6

±

11,7

bc

214,4

±

32,5

b

169,8

±

9,7

c

rel.

100

46

48

55

54

55

69

54

WFM 1

mg

397

±

55

a

165

±

48

b

184

±

30

b

211

±

34

b

220

±

67

b

222

±

48

b

256

±

78

ab

199

±

24

b

rel.

100

42

46

53

55

56

64

50

WTM

mg

16

±

5

*

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

rel.

100

63

63

63

63

63

63

63

5.3 Axenische Kultur mit Peptidextrakt von FZB41

Aufbauend auf den bisherigen Erfahrungen mit den KF-Fraktionen, sollte nun mit einem eindeutigen Peptideinsatz, als spezielle Metaboliten von B. subtilis, eine mögliche Rolle als Salztoleranzerhöher geprüft werden.

Die Tabelle 6 zeigt den Einfluss der hohen Salinität und die Wirkung des PE auf das Wachstum der Testpflanzen.

↓59

Der Stressor hatte eine negative, mit Ausnahme der Frischmasse erhebliche Auswirkung auf die Wachstumsparameter des Sprosses im Vergleich zur gesunden Kontrolle.

Die Anwendung des PE (Peptidextrakt) führte zu einer signifikanten Hemmung der Länge um 20 %, der Frischmasse um 46 % und der Trockenmasse um 36 % bei der 100 µg/ml-Konzentration und einer statistisch gesicherten Erhöhung der Trockenmasse um 19 % (Abbildung 7) gegenüber der Salzkontrolle bei der 0,1 µg/ml-Konzentration. Insgesamt bewirkte das PE eine Förderung des Sprosswachstums mit Ausnahme die höchste Konzentration, die eine hemmende Wirkung zeigte.

Die NaCl-Applikation führte zu einer statistisch bedeutsamen Hemmung der Parameter des Wurzelwachstums im Verhältnis zur gesunden Kontrolle.

↓60

Die Behandlung der Pflanzen mit dem PE bewirkte eine erhebliche Stimulierung der Frischmasse um 15 % bei der 0,1 µg/ml-Konzentration und der Länge um 14 % gegenüber der Salzkontrolle bei der 0,001 µg/ml-Konzentration. Auch das Wurzelwachstum wurde insgesamt durch das PE gefördert, außer bei der höchsten Konzentration.

Betonenswert ist die 0,1 µg/ml-Konzentration des PE, welche die meisten positiven Effekten aufwies und eine toleranzerhöhende Wirkung der Peptide unter Salzbedingungen unterstreicht.

Abb. 7: Wirkung einer Wurzelapplikation des Peptidextraktes von FZB41 auf die Sprosstrockenmasse von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

↓61

Tab. 6: Wirkung einer Wurzelapplikation des Peptidextraktes von FZB41 auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,82, HSDSFM=0,23, HSDSTM=17,89, HSDWL=40,56, HSDWFM=58,60)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

PE 100µg/ml +

PE 10µg/ml +

PE 1µg/ml +

PE 0,1µg/ml +

PE 0,01µg/ml +

PE 0,001µg/ml +

SL

cm

7,2

±

0,5

a

6,1

±

0,5

b

4,7

±

0,9

c

6,1

±

0,5

b

6,3

±

0,5

b

6,2

±

0,4

b

6,6

±

0,6

ab

6,4

±

0,6

ab

rel.

100

86

66

85

88

86

92

90

SFM

g

0,88

±

0,08

a

0,87

±

0,23

a

0,47

±

0,21

b

1,01

±

0,13

a

1,03

±

0,17

a

1,09

±

0,13

a

1,06

±

0,11

a

1,09

±

0,18

a

rel.

100

99

53

115

117

124

121

124

STM

mg

96

±

11

a

68

±

18

c

34

±

14

d

71

±

11

bc

78

±

15

bc

86

±

8

ab

80

±

8

abc

79

±

13

abc

rel.

100

71

35

74

81

90

83

82

BF 1

cm2

21,0

±

1,4

a

15,4

±

6,2

bc

6,5

±

3,4

c

18,1

±

3,2

ab

17,7

±

3,8

ab

20,0

±

1,9

ab

19,0

±

2,0

ab

18,6

±

3,2

ab

rel.

100

73

31

86

84

95

90

88

WL

cm

312,2

±

24,4

a

143,0

±

19,1

cd

121,6

±

16,2

d

159,8

±

11,8

bcd

168,2

±

22,8

bc

180,0

±

8,5

bc

173,4

±

28,0

bc

188,8

±

19,9

b

rel.

100

46

39

51

54

58

56

60

WFM

mg

397

±

55

a

165

±

48

cd

117

±

29

d

187

±

44

bc

187

±

35

bc

226

±

36

b

205

±

38

bc

208

±

44

bc

rel.

100

42

29

47

47

57

52

52

WTM

mg

16

±

5

*

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

rel.

100

63

63

63

63

63

63

63

5.4 Axenische Kultur mit Auxinen

Bisher wurde eine komplexe Rolle von bestimmten Metaboliten aus B. subtilis nachgewiesen, die als Salztoleranz-Erhöher erscheinen. Nach unseren Untersuchungen könnten Proteine in diesem Geschehen beteiligt sein. In Form von speziellen Peptiden wäre ein Effekt denkbar, aber es ist schwer abzuleiten, welcher Prozess der Salztoleranz begünstigt wird durch diese Elicitor-Wirkung. Näher liegt diese Deutungsmöglichkeit bei Substanzen, die das Wachstum direkt beeinflussen.

Wurzelapplikation von TRP, IPyA, IAAld und IAA

↓62

Der Einfluss des hohen Salzstress und die Wirkung der Auxin-Präkursoren Tryptophan (TRP), Indol-3-pyruvat (IPyA), Indol-3-acetaldehyd (IAAld) und der Indol-3-essigsäure (IAA) auf das Wachstum der Sämlinge wird in der Tabelle 7 dargestellt.

Die Salzzuführung bewirkte eine signifikante Hemmung der Sprosstrockenmasse und der Blattfläche gegenüber der gesunden Kontrolle.

Die Anwendung der Auxin-Präkursoren hatte keine statistisch gesicherten Auswirkungen auf das Sprosswachstum, führte aber in den meisten Fällen zu einer leichten Förderung im Vergleich zur salzgestressten Kontrolle. Die Applikation des Auxins in der 10-5 M-Konzentration führte dagegen eine erhebliche Reduzierung der Länge um 14 %, der Frischmasse um 28 % und der Trockenmasse um 19 % gegenüber der NaCl-Kontrolle herbei. Insgesamt zeigte die Behandlung der Pflanzen mit dem Auxin eine stark hemmende Wirkung in der Konzentration von 10-5 M und eine leicht fördernde Wirkung auf das Sprosswachstum in der Konzentration von 10-10 M.

↓63

Die Introduktion des Stressors führte zu einer statistisch bedeutsamen Hemmung der Parameter des Wurzelwachstums im Verhältnis zur gesunden Kontrolle.

Die Behandlung der Sämlinge mit IPyA bewirkte in der 10-5 M-Konzentration eine signifikante Erhöhung der Länge mit einer 19 %-Förderung gegenüber der gestressten Kontrolle. Die Anwendung von IAAld in der 10-10 M-Konzentration konnte mit einer 13 %-Förderung die Länge und einer beachtlichen 28 %-Förderung gegenüber der NaCl-Kontrolle die Trockenmasse erheblich erhöhen. Insgesamt bewirkte die Behandlung der Pflanzen mit den Auxin-Präkursoren, mit Ausnahme von TRP 10-7 M, eine Stimulierung des Wurzelwachstums. Das Auxin zeigte keine eindeutige Wirkung.

Besonders auffallend sind IPyA 10-5 M und IAAld 10-10 M, da diese Auxin-Präkursoren in den jeweiligen Konzentrationen die häufigsten wachstumsfördernden und zugleich toleranzerhöhenden Effekte gegenüber Salzstress zeigten, die insbesondere bei den Parametern Wurzellänge (Abbildung 8) und Wurzeltrockenmasse (Abbildung 9) erkennbar sind. Das Auxin selbst wies keine vergleichbare Wirkung auf.

↓64

Abb. 8: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Wurzellänge von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=5, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

Abb. 9: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Wurzeltrockenmasse von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05)

Tab. 7: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,82, HSDSFM=0,17, HSDSTM=13,65, HSDWL=45,37)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

TRP 10 -5 M +

TRP 10 -7 M +

TRP 10 -10 M +

IPyA 10 -5 M +

IPyA 10 -7 M +

SL

cm

7,1

±

0,4

a

6,3

±

0,7

abc

6,5

±

0,5

ab

6,2

±

0,3

bc

6,2

±

0,6

bc

5,5

±

0,5

cd

6,5

±

0,4

ab

rel.

100

89

91

87

88

78

93

SFM

g

0,87

±

0,06

bc

0,98

±

0,08

ab

1,02

±

0,11

ab

0,99

±

0,13

ab

1,02

±

0,13

ab

0,91

±

0,13

abc

1,01

±

0,10

ab

rel.

100

113

117

114

117

104

116

STM

mg

92

±

11

a

71

±

6

b

78

±

9

b

73

±

9

b

74

±

10

b

72

±

8

b

75

±

10

b

rel.

100

77

85

79

80

78

82

BF 1

cm2

23,5

±

2,3

a

17,9

±

1,6

b

19,3

±

2,5

ab

18,8

±

2,4

b

19,2

±

2,4

ab

18,6

±

2,4

b

20,6

±

2,8

ab

rel.

100

76

82

80

82

79

87

WL

cm

365,8

±

22,2

a

169,6

±

21,1

de

193,4

±

13,6

bcde

156,6

±

22,7

e

189,8

±

9,0

cde

236,8

±

22,7

b

181,2

±

29,7

cde

rel.

100

46

53

43

52

65

50

WFM 1

mg

416

±

40

a

189

±

30

bc

215

±

42

bc

184

±

34

bc

194

±

38

bc

254

±

45

ab

225

±

37

abc

rel.

100

45

52

44

47

61

54

WTM

mg

22

±

4

*

10

±

0

 

11

±

3

 

10

±

0

 

10

±

0

 

14

±

5

 

10

±

0

 

rel.

100

45

50

45

45

64

45

↓65

Fortsetzung Tab. 7: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,82, HSDSFM=0,17, HSDSTM=13,65, HSDWL=45,37)

 

IPyA 10 -10 M +

IAAld 10 -5 M +

IAAld 10 -7 M +

IAAld 10 -10 M +

IAA 10 -5 M +

IAA 10 -7 M +

IAA 10 -10 M +

SL

cm

6,4

±

0,6

ab

6,7

±

0,4

ab

6,6

±

0,5

ab

6,6

±

0,7

ab

5,3

±

0,7

d

6,3

±

0,5

abc

6,7

±

0,7

ab

rel.

91

94

94

94

75

89

95

SFM

g

1,00

±

0,13

ab

0,96

±

0,10

ab

1,01

±

0,09

ab

1,04

±

0,14

a

0,74

±

0,12

c

0,97

±

0,12

ab

1,02

±

0,10

ab

rel.

115

110

116

119

85

111

117

STM

mg

73

±

9

b

76

±

10

b

81

±

9

ab

77

±

9

b

53

±

12

c

72

±

6

b

75

±

7

b

rel.

79

83

88

84

58

78

82

BF 1

cm2

19,3

±

2,1

ab

19,1

±

2,2

ab

19,9

±

1,5

ab

19,9

±

4,1

ab

15,8

±

2,9

b

18,5

±

1,4

b

19,4

±

1,8

ab

rel.

82

81

85

85

67

79

82

WL

cm

186,6

±

11,3

cde

205,4

±

20,2

bcd

211,4

±

5,3

bcd

217,2

±

26,7

bc

202,4

±

34,2

bcd

153,8

±

14,9

e

175,2

±

9,1

cde

rel.

51

56

58

59

55

42

48

WFM 1

mg

206

±

23

bc

228

±

30

abc

231

±

26

ab

243

±

62

abc

170

±

28

c

188

±

15

bc

187

±

33

bc

rel.

50

55

56

58

41

45

45

WTM

mg

10

±

0

 

11

±

3

 

10

±

0

 

16

±

5

*

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

rel.

45

50

45

73

45

45

45

Die Salzapplikation hatte einen negativen Einfluss auf den Wassergehalt aller pflanzlichen Teile. Sie führte zu einer Hemmung des Wassergehaltes um 3,9 % im Apex bzw. um 6,3 % in den Blättern gegenüber der gesunden Kontrolle. Im Stängel und in der Wurzel war diese Abnahme weniger ausgeprägt und betrug 0,9 % und 0,1 % im Verhältnis zu der gesunden Kontrolle.

Die Behandlung der Pflanzen mit TRP 10-10 M und IAAld 10-5 M bewirkte eine Erhöhung des Wassergehaltes um jeweils 1,7 % in den jungen, sich noch entwickelnden Blättern, während die Behandlung mit IAA 10-5 M den Wassergehalt des Apex um 4,5 % gegenüber der gestressten Kontrolle reduzierte (Abbildung 10). In den schon entwickelten Blättern war keine Regulierung des Wassergehaltes durch die Anwendung des Phytohormons und seiner Vorstufen ersichtlich. Die Applikation von IAA 10-5 M reduzierte dagegen zusätzlich den Wassergehalt der Blätter um 1,8 % im Vergleich zu der NaCl-Kontrolle (Abbildung 11). Im Stängel der Pflanzen wurden ebenfalls keine nennenswerten Veränderungen beobachtet, außer eine weitere Abnahme des Wassergehaltes durch die Anwendung von IPyA 10-5 M um 0,9 % und IAA 10-5 M um 1,2 % gegenüber der salzgestressten Kontrolle (Abbildung 12). In der Wurzel führte die Behandlung der Sämlinge mit IPyA 10-5 M zu einer Erhöhung des Wassergehaltes um 0,8 % gegenüber der gestressten Kontrolle. Die Applikation von IAA 10-5 M führte dagegen eine Hemmung des Wassergehaltes um 1,2 % im Verhältnis zu der salzgestressten Kontrolle herbei (Abbildung 13).

↓66

Insgesamt wurde eine Förderung des Wassergehaltes durch die Auxin-Präkursoren TRP, IPyA und IAAld im Apex und in der Wurzel der Testpflanzen beobachtet. Das Auxin hatte dagegen ein negativen Einfluss auf den Wassergehalt der Sämlinge, insbesondere in der Konzentration von 10-5 M.

Abb. 10: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf den Wassergehalt des Apex von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert den durchschnittlichen Wassergehalt von 10 Pflanzen)

Abb. 11: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf den Wassergehalt der Blätter von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert den durchschnittlichen Wassergehalt von 10 Pflanzen)

↓67

Abb. 12: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf den Wassergehalt des Stängels von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert den durchschnittlichen Wassergehalt von 10 Pflanzen)

Abb. 13: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf den Wassergehalt der Wurzel von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert den durchschnittlichen Wassergehalt von 10 Pflanzen)

Wurzelapplikation von TAM und IAM

↓68

Die Tabelle 8 zeigt den Einfluss den Einfluss der hohen Salzbelastung und die Wirkung der Auxin-Präkursoren Tryptamin (TAM) und Indol-3-acetamid (IAM) auf das Wachstum der Testpflanzen.

Die Introduktion des Stressfaktors führte zu einer signifikanten Hemmung der Länge und der Trockenmasse des Sprosses gegenüber der gesunden Kontrolle, sowie der Blattfläche. Die Sprossfrischmasse der Sämlinge wurde dagegen dadurch leicht erhöht.

Die Behandlung der Pflanzen mit TAM bewirkte in der 10-10 M-Konzentration eine statistisch gesicherte Förderung der Frischmasse und der Blattfläche (Abbildung 14) um jeweils 18 % im Vergleich zur salzgestressten Kontrolle. Die Applikation von IAM führte bei der 10-7 M-Konzentration eine erhebliche Erhöhung der Trockenmasse um 14 % und der Blattfläche um 13 % gegenüber der NaCl-Kontrolle herbei. Insgesamt führte die Anwendung dieser Auxin-Präkursoren zu einer Stimulierung des Sprosswachstums, mit Ausnahme von IAM in der 10-5 M-Konzentration, die eine hemmende Wirkung zeigte.

↓69

Die Applikation von NaCl hatte eine negative, statistisch gesicherte Auswirkung auf alle untersuchten Parameter des Wurzelwachstums im Verhältnis zur gesunden Kontrolle.

Durch die Anwendung von TAM in der 10-5 M-Konzentration konnte eine signifikante Förderung der Frischmasse um beachtliche 26 % im Vergleich zur gestressten Kontrolle erzielt werden (Abbildung 15). Die Behandlung der Pflanzen mit IAM führte bei der 10-5 M-Konzentration zu einer erheblichen Förderung der Länge um 18 % und Frischmasse um 17 % gegenüber der NaCl-Kontrolle. Insgesamt bewirkte die Anwendung von TAM und IAM eine Förderung des Wurzelwachstums in allen angewandten Konzentrationen.

Hervorhebenswert sind TAM in den Konzentrationen von 10-5 M und 10-10 M und IAM in der Konzentration von 10-7 M mit den meisten positiven Effekten, die eine durch diese bestimmten Konzentrationen der Präkursoren hervorgerufene Salztoleranzerhöhung bei der Testpflanze belegen.

↓70

Insgesamt ist durch die Wurzelapplikation der Auxine und insbesondere der Auxin-Präkursoren eine Wachstumsstimulierung, vorrangig im Wurzelbereich und zugleich eine Toleranzerhöhung bei der Testpflanze gegenüber hohem Salzstress sichtbar. Dies verdeutlicht, dass die Zugabe von IAA-Präkursoren im Prozess der pflanzlichen Auxin-Synthese eingreifen und zur verstärkten Biosynthese des Phytohormons führen könnte. Infolgedessen wäre ein stärkeres Wurzelwachstum denkbar, dass die Wasseraufnahme erleichtert, die durch Salz negativ beeinflusst wird und offensichtlich einen höheren Wassergehalt herbeiführt, der besonders im Apex (Abbildung 10) und in der Wurzel (Abbildung 13) der Testpflanze erkennbar ist.

Abb. 14: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptamin und Indol-3-acetamid auf die Blattfläche von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

Abb. 15: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptamin und Indol-3-acetamid auf die Wurzelfrischmasse von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05)

↓71

Tab. 8: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptamin und Indol-3-acetamid auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,76, HSDBF=3,10)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

TAM 10 -5 M +

TAM 10 -7 M +

TAM 10 -10 M +

IAM 10 -5 M +

IAM 10 -7 M +

IAM 10 -10 M +

SL

cm

7,7

±

0,5

a

6,5

±

0,3

b

6,4

±

0,7

b

6,5

±

0,5

b

6,6

±

0,4

b

6,6

±

0,9

b

6,8

±

0,5

b

6,5

±

0,4

b

rel.

100

84

83

84

85

86

89

84

SFM 1

g

0,93

±

0,05

cd

0,99

±

0,05

bcd

1,00

±

0,09

abcd

1,09

±

0,12

ab

1,15

±

0,07

a

0,88

±

0,12

d

1,10

±

0,11

ab

1,09

±

0,13

abc

rel.

100

105

107

117

123

95

118

117

STM 1

mg

98

±

6

a

71

±

3

cd

75

±

8

bcd

81

±

7

abc

81

±

3

abc

62

±

10

d

84

±

5

ab

82

±

10

abc

rel.

100

72

77

83

83

63

86

84

BF

cm2

24,0

±

1,8

a

17,0

±

2,1

cd

18,4

±

1,9

bc

20,0

±

3,3

bc

21,4

±

1,7

ab

14,4

±

2,7

d

20,2

±

0,9

b

19,4

±

2,5

bc

rel.

100

71

77

83

89

60

84

81

WL 1

cm

311,4

±

27,1

a

135,8

±

15,8

c

153,6

±

8,4

abc

161,8

±

27,4

abc

149,4

±

22,5

bc

192,0

±

11,6

ab

151,4

±

17,6

abc

157,8

±

19,6

abc

rel.

100

44

49

52

48

62

49

51

WFM 1

mg

396

±

48

a

161

±

11

c

265

±

48

ab

206

±

22

bc

205

±

47

bc

230

±

55

ab

188

±

28

bc

197

±

53

bc

rel.

100

41

67

52

52

58

47

50

WTM

mg

18

±

4

*

10

±

0

 

11

±

3

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

rel.

100

56

61

56

56

56

56

56

Blattapplikation von TRP und IPyA

Da offensichtlich die Auxin-Präkursoren salztoleranzerhöhend bei den Pflanzen zu wirken scheinen, sollte neben der Aufnahme durch die Wurzel auch eine Aufnahme durch das Blatt geprüft werden.

↓72

Der Einfluss der hohen Salinität und die Wirkung einer Blattapplikation der Auxin-Präkursoren Tryptophan (TRP) und Indol-3-pyruvat (IPyA) auf das Wachstum der Pflanzen ist in der Tabelle 9 dargestellt.

Die Applikation des Stressfaktors wirkte sich signifikant negativ auf die Länge und die Trockenmasse des Sprosses, sowie die Blattfläche der Sämlinge im Verhältnis zur gesunden Kontrolle aus. Auf die Sprossfrischmasse dagegen war durch die Salzapplikation keine statistisch bedeutsame Veränderung zu verzeichnen.

Die Behandlung mit TRP in der 10-5 M-Konzentration führte zu einer erheblichen Erhöhung der Frischmasse um 38 %, der Trockenmasse um 20 % und der Blattfläche um 30 % gegenüber der NaCl-Kontrolle. Auch die Anwendung von TRP in der 10-7 M-Konzentration erbrachte eine statistisch bedeutsame Förderung der Frischmasse um 33 % und der Blattfläche um 21 % im Vergleich zu der gestressten Kontrolle. Die Behandlung der Sämlinge mit IPyA in der Konzentration von 10-5 M konnte lediglich die Frischmasse signifikant erhöhen um 29 % im Verhältnis zur salzgestressten Kontrolle. Insgesamt führte die Blattapplikation dieser Auxin-Präkursoren zu einer Stimulierung des Sprosswachstums bei allen untersuchten Parametern und angewandten Konzentrationen.

↓73

Der Einfluss von 150 mM NaCl und die Wirkung der Blattapplikation von TRP und IPyA in den physiologischen Konzentrationen von 10-5 M, 10-7 M und 10-10 M auf die Blattfläche der Sämlinge ist in der Abbildung 16 dargestellt.

Die Introduktion des Stressors bewirkte eine signifikante Hemmung gegenüber der gesunden Kontrolle bei allen untersuchten Parameter, die das Wurzelwachstum charakterisieren.

Die Anwendung der beiden Auxin-Präkursoren führte zu keinen erheblichen Veränderungen beim Wurzelwachstum der Testpflanzen, dennoch konnte eine leichte positive Beeinflussung im Verhältnis zur gestressten Kontrolle beobachtet werden.

↓74

Die Abbildung 17 stellt den Einfluss der starken Salzbelastung und die Wirkung der Blattapplikation von TRP und IPyA in den physiologischen Konzentrationen von 10-5 M, 10-7 M und 10-10 M auf die Wurzelfrischmasse der Tomatensämlinge dar.

Herausragend bei der Blattapplikation dieser Auxin-Präkursoren ist TRP in der Konzentration von 10-5 M mit den häufigsten salztoleranzerhöhenden Effekten bei den Testpflanzen.

Abb. 16: Wirkung einer Blattapplikation von Tryptophan und Indol-3-pyruvat auf die Blattfläche von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

↓75

Abb. 17: Wirkung einer Blattapplikation von Tryptophan und Indol-3-pyruvat auf die Wurzelfrischmasse von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

Tab. 9: Wirkung einer Blattapplikation von Tryptophan und Indol-3-pyruvat auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,79, HSDSFM=0,19, HSDSTM=16,96, HSDBF=3,48, HSDWL=25,82, HSDWFM=60,50)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

TRP 10 -5 M +

TRP 10 -7 M +

TRP 10 -10 M +

IPyA 10 -5 M +

IPyA 10 -7 M +

IPyA 10 -10 M +

SL

cm

6,8

±

0,7

a

5,8

±

0,7

b

6,3

±

0,5

ab

6,4

±

0,4

ab

6,2

±

0,5

ab

6,0

±

0,6

b

6,2

±

0,4

ab

6,0

±

0,6

b

rel.

100

85

94

94

91

88

91

88

SFM

g

0,74

±

0,09

b

0,74

±

0,16

b

1,02

±

0,11

a

0,99

±

0,12

a

0,91

±

0,19

ab

0,96

±

0,16

a

0,88

±

0,11

ab

0,89

±

0,11

ab

rel.

100

101

139

134

124

130

119

121

STM

mg

87

±

14

a

64

±

16

b

82

±

10

a

77

±

9

ab

74

±

13

ab

79

±

14

ab

76

±

7

ab

74

±

8

ab

rel.

100

74

94

89

85

91

87

85

BF

cm2

19,4

±

2,4

a

13,8

±

3,3

b

19,5

±

2,2

a

17,9

±

2,2

a

16,9

±

3,4

ab

16,9

±

2,6

ab

16,7

±

1,4

ab

16,9

±

1,8

ab

rel.

100

71

101

92

87

87

86

87

WL

cm

254,8

±

11,2

a

125,6

±

19,7

b

134,0

±

15,2

b

136,2

±

10,4

b

133,0

±

12,2

b

133,6

±

7,2

b

130,2

±

8,6

b

147,8

±

12,0

b

rel.

100

49

53

53

52

52

51

58

WFM

mg

374

±

36

a

179

±

47

b

237

±

43

b

204

±

44

b

201

±

46

b

219

±

40

b

212

±

30

b

229

±

56

b

rel.

100

48

63

55

54

59

57

61

WTM

mg

20

±

0

*

10

±

0

 

12

±

4

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

10

±

0

 

11

±

3

 

rel.

100

50

60

50

50

50

50

55

Blattapplikation von IAAld und IAA

↓76

Neben den Auxin-Präkursoren sollte nun auch das Auxin direkt geprüft werden.

Die Tabelle 10 zeigt den Einfluss des hohen Salzstress und die Wirkung einer Blattapplikation von Indol-3-acetaldehyd (IAAld) und Indol-3-essigsäure (IAA) auf das Wachstum der Testpflanzen.

Die Salzapplikation bewirkte eine signifikante Erhöhung der Frischmasse und eine erhebliche Hemmung der Trockenmasse des Sprosses gegenüber der gesunden Kontrolle.

↓77

Die Behandlung der Sämlinge mit IAAld und IAA hatte keine statistisch gesicherten Auswirkungen auf das Sprosswachstum, dennoch konnte durch IAAld eine leichte Förderung im Vergleich zur salzgestressten Kontrolle beobachtet werden. Die Anwendung von IAA zeigte keine eindeutige Wirkung in den Konzentrationen von 10-5 M und 10-7 M und wirkte hemmend in der Konzentration von 10-10 M.

Alle Wachstumsparameter der Wurzel wurden im Verhältnis zur gesunden Kontrolle durch die NaCl-Applikation erheblich reduziert.

Durch die Anwendung der Auxine konnte keine signifikante Wirksamkeit ermittelt werden, dennoch bewirkte IAAld eine leichte Stimulierung des Wurzelwachstums. IAA zeigte denselben Trend wie beim Spross.

↓78

Betonenswert ist hier IAAld in der Konzentration von 10-5 M mit der höchsten Effektivität hinsichtlich einer Toleranzerhöhung gegenüber Salinität bei den Tomatensämlingen, die bei der Sprosstrockenmasse (Abbildung 18) am deutlichsten erkennbar ist.

Auch bei der Blattapplikation ist insgesamt eine Aktivität der Auxin-Präkursoren in der Salztoleranzerhöhung der Pflanzen ersichtlich und weniger des Auxins selbst, womit die Ergebnisse der Wurzelapplikation der Auxine bestätigt werden.

Abb. 18: Wirkung einer Blattapplikation von Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Sprosstrockenmasse von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

↓79

Tab. 10: Wirkung einer Blattapplikation von Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 7-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 150 mM NaCl und insgesamt 15-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WL:Wurzellänge, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, nWL=5, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, * bedeutet signifikanten Unterschied zur Kontrolle + nach dem Chi-Quadrat-Test mit p≤0,05, HSDSL=0,87, HSDSFM=0,17, HSDSTM=15,55, HSDBF=3,33, HSDWL=50,26)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

IAAld 10 -5 M +

IAAld 10 -7 M +

IAAld 10 -10 M +

IAA 10 -5 M +

IAA 10 -7 M +

IAA 10 -10 M +

SL

cm

7,6

±

0,7

a

7,1

±

0,6

a

7,0

±

0,4

a

7,1

±

0,7

a

6,9

±

0,7

a

7,0

±

0,6

a

6,9

±

0,5

a

6,8

±

0,6

a

rel.

100

93

93

93

91

93

92

90

SFM

g

0,89

±

0,10

c

1,13

±

0,14

ab

1,27

±

0,10

a

1,23

±

0,16

ab

1,23

±

0,10

ab

1,11

±

0,15

ab

1,17

±

0,09

ab

1,10

±

0,13

b

rel.

100

127

143

138

138

125

132

123

STM

mg

108

±

11

a

87

±

9

bc

101

±

6

ab

101

±

14

ab

94

±

10

abc

90

±

12

bc

91

±

12

bc

85

±

12

c

rel.

100

81

94

94

87

83

84

79

BF

cm2

22,1

±

2,0

a

21,1

±

2,1

a

23,0

±

1,9

a

22,3

±

2,8

a

22,0

±

2,0

a

20,6

±

2,3

a

20,5

±

1,9

a

20,2

±

3,6

a

rel.

100

96

104

101

100

93

93

92

WL

cm

350,8

±

41,5

a

221,0

±

25,3

b

227,2

±

18,5

b

228,0

±

18,0

b

214,8

±

21,8

b

205,0

±

18,4

b

208,0

±

18,4

b

207,6

±

25,2

b

rel.

100

63

65

65

61

58

59

59

WFM 1

mg

479

±

93

a

308

±

52

b

330

±

39

ab

316

±

65

b

326

±

44

ab

315

±

37

b

329

±

42

ab

284

±

39

b

rel.

100

64

69

66

68

66

69

59

WTM

mg

26

±

7

*

12

±

4

 

14

±

5

 

15

±

5

 

12

±

4

 

13

±

5

 

14

±

5

 

11

±

3

 

rel.

100

46

54

58

46

50

54

42

5.5 Sprosskultur mit TRP, IPyA, IAAld und IAA

Da die Aufnahme und stoffwechselmäßige Integration besonders der Auxin-Präkursoren für die Salztoleranzerhöhung sich als bedeutsam erwiesen, interessierte uns, ob auch bei anderen Auxin gesteuerten Wirkungen in der Pflanze wie z. B. die Adventivwurzelbildung sich ein ähnliches Bild abhebt.

Die Wirkung der Auxin-Präkursoren Tryptophan (TRP), Indol-3-pyruvat (IPyA), Indol-3-acetaldehyd (IAAld) und des Auxins (IAA) auf die Adventivwurzelbildung der Segmente bei 0 mM NaCl ist in der Tabelle 11 und bei 150 mM NaCl in der Tabelle 12 dargestellt.

↓80

Bewurzelungsrate

Bei 0 mM NaCl erbrachten IPyA und IAA 10-5 M mit einer Bewurzelungsrate von 92 % eine Erhöhung des Parameters um jeweils 60 % gegenüber der Kontrolle (Abbildung 19). Eine starke Hemmung bewirkten dagegen TRP 10-5 M und IAAld 10-5 M und 10-7 M mit einer Abnahme der Bewurzelungsrate um jeweils 20 % im Verhältnis zur Kontrolle.

Die Salzapplikation führte zu einer Abnahme der Bewurzelungsrate der Segmente um 24 %.

↓81

Bei 150 mM NaCl zeigte IAA 10-5 M eine Stimulierung des Parameters um beachtliche 84 %, während IPyA 10-5 M sowie IAA 10-7 M eine geringere Wirksamkeit hatten mit einer 40 %- bzw. 24 %-Erhöhung der Bewurzelungsrate im Vergleich zur Kontrolle (Abbildung 20). Nennenswert ist auch, dass die Bewurzelungsrate von IAA bei beiden Konzentrationen unverändert blieb trotz der starken Salzbelastung.

Insgesamt ist erkennbar, dass in Abwesenheit von Salz nur IPyA und IAA 10-5 M eine Förderung der Bewurzelungsrate bewirkten, während bei 150 mM NaCl IPyA und IAA 10-5 M und 10-7 M, sowie TRP und IAAld zu einer Stimulierung des Parameters führten.

Abb. 19: Wirkung von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Bewurzelungsrate von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 16-tägiger Kulturdauer bei 0 mM NaCl (-:ohne NaCl, jeder Wert repräsentiert die durchschnittliche Bewurzelungsrate von 25 Hypokotylsegmenten)

↓82

Abb. 20: Wirkung von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Bewurzelungsrate von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 16-tägiger Kulturdauer bei 150 mM NaCl (+:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert die durchschnittliche Bewurzelungsrate von 25 Hypokotylsegmenten)

Wurzelanzahl

In Abwesenheit des Stressors hatten IAA und IPyA in der 10-5 M-Konzentration einen stark positiven Einfluss auf die Wurzelanzahl der Hypokotylsegmente mit einer Stimulierung des Parameters um 211 % bzw. um 83 % im Verhältnis zur Kontrolle (Abbildung 21). Stark hemmend wirkten dagegen TRP in der 10-5 M-Konzentration und IAA in der 10-7 M-Konzentration mit einer Reduzierung der Wurzelanzahl um jeweils 52 %, sowie TRP 10-7 M und IAAld 10-5 M mit einer Hemmung des Parameters um 43 % bzw. 35 % im Vergleich zur Kontrolle.

↓83

Die Applikation des Stressfaktors führte zu einer Abnahme der Wurzelanzahl der Segmente von durchschnittlich 4,1 Wurzeln/Segment auf 1,5 Wurzeln/Segment.

Unter dem Einfluss von 150 mM NaCl blieb die positive Wirkung von IAA und IPyA in der 10-5 M-Konzentration erhalten mit einer Erhöhung der Wurzelanzahl um beachtliche 413 % bzw. 144 % im Vergleich zur Kontrolle (Abbildung 22). IAA 10-7 M und TRP 10-5 M förderten auch stark die Wurzelanzahl um 58 % bzw. 33 % gegenüber der Kontrolle. IAAld zeigte in der 10-7 M-Konzentration einen negativen Einfluss auf die Wurzelanzahl mit einer Abnahme des Parameters um 33 % gegenüber der Kontrolle.

Ähnlich wie bei der Bewurzelungsrate ist auch bei der Wurzelanzahl der Hypokotylsegmente insgesamt ersichtlich, dass in Abwesenheit des Stressfaktors nur IPyA und IAA in der 10-5 M-Konzentration eine Stimulierung der Wurzelanzahl bewirkten, während unter dem Einfluss der hohen Salinität IPyA und IAA in beiden Konzentrationen, sowie auch die anderen Auxin-Präkursoren eine positiven Einfluss auf diesen Parameter hatten.

↓84

Abb. 21: Wirkung von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Wurzelanzahl von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 16-tägiger Kulturdauer bei 0 mM NaCl (-:ohne NaCl, jeder Wert repräsentiert die durchschnittliche Wurzelanzahl von 25 Hypokotylsegmenten)

Abb. 22: Wirkung von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Wurzelanzahl von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 16-tägiger Kulturdauer bei 150 mM NaCl (+:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert die durchschnittliche Wurzelanzahl von 25 Hypokotylsegmenten)

Durchschnittliche Wurzellänge

↓85

Bei 0 mM NaCl förderten alle IAA-Präkursoren in beiden Konzentrationen die Wurzellänge, sowie IAA 10-7 M (Abbildung 23). Stärker ausgeprägt war die Wirkung von TRP 10-5 M mit einer 258 %- und TRP 10-7 M mit einer 142 %-Erhöhung des Parameters im Vergleich zur Kontrolle. IAAld, IPyA und IAA 10-7 M stimulierten ebenfalls stark die durchschnittliche Wurzellänge um 99 %, 94 % und 90 % gegenüber der Kontrolle.

Die Salzapplikation führte zu einer Erhöhung der Wurzellänge von 15 mm/Wurzel auf 39,3 mm/Wurzel.

Bei 150 mM NaCl bewirkten alle IAA-Präkursoren sowie IAA in beiden Konzentrationen eine Abnahme der Wurzellänge. Weniger ausgeprägt war die negative Wirkung von IAAld 10-5 M mit einer 9 %- und IPyA 10-7 M mit einer 62 %-Reduzierung des Parameters im Verhältnis zur Kontrolle (Abbildung 24).

↓86

In Abwesenheit von Salzstress bewirkten insgesamt alle Auxin-Präkursoren in beiden Konzentrationen eine Stimulierung der durchschnittlichen Wurzellänge, sowie IAA 10-7 M. In Anwesenheit von Salzstress dagegen führten alle Substanzen eine Hemmung der durchschnittlichen Länge der Wurzeln herbei.

Die erzielten Befunde unterstreichen: Auch an Sprosssegmenten der Testpflanze zeigte sich eine Aufnahme der applizierten Wirkstoffe und eine Aktivität in der Adventivwurzelbildung. Hinsichtlich der Bewurzelungsrate und der Wurzelanzahl waren gleichermaßen auffällig IPyA und IAA 10-5 M, in der Stimulierung der Wurzellänge dominierten TRP 10-5 M und 10-7 M. Unter gleichzeitigem Salzangebot zeigte in der Kompensation des Salzschadens bei der Bewurzelungsrate und der Wurzelanzahl eindeutig IAA 10-5 M die höchste Effektivität, sowie IPyA 10-5 M. Hinsichtlich der Wurzellänge hatten jedoch IAAld 10-5 M und IPyA 10-7 M die beste Wirkung.

Abb. 23: Wirkung von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Wurzellänge von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 16-tägiger Kulturdauer bei 0 mM NaCl (-:ohne NaCl, jeder Wert repräsentiert die durchschnittliche Wurzellänge von 25 Hypokotylsegmenten)

↓87

Abb. 24: Wirkung von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Wurzellänge von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 16-tägiger Kulturdauer bei 150 mM NaCl (+:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert die durchschnittliche Wurzellänge von 25 Hypokotylsegmenten)

Tab. 11: Wirkung von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Bewurzelungsrate, die Wurzelanzahl und die Wurzellänge von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 16-tägiger Kulturdauer bei 0 mM NaCl (-:ohne NaCl, jeder Wert repräsentiert die durchschnittliche Bewurzelungsrate, Wurzelanzahl oder Wurzellänge von 25 Hypokotylsegmenten)

 

Kontrolle -

TRP 10 -5 M -

TRP 10 -7 M -

IPyA 10 -5 M -

IPyA 10 -7 M -

IAAld 10 -5 M -

IAAld 10 -7 M -

IAA 10 -5 M -

IAA 10 -7 M -

Anzahl der eingesetzten Segmente

25

25

25

25

25

25

25

25

25

Anzahl der bewurzelten Segmente

8

3

6

23

7

3

3

23

8

Anzahl der gebildeten Wurzeln

33

6

14

174

29

8

11

295

16

Summe der Wurzellängen (mm)

495

322

509

3515

846

143

329

3929

456

Bewurzelungsrate (%)

32

12

24

92

28

12

12

92

32

Wurzelanzahl

abs.

4,1

2,0

2,3

7,6

4,1

2,7

3,7

12,8

2,0

rel.

100

48

57

183

100

65

89

311

48

Wurzellänge

mm

15,0

53,7

36,4

20,2

29,2

17,9

29,9

13,3

28,5

rel.

100

358

242

135

194

119

199

89

190

Tab. 12: Wirkung von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Bewurzelungsrate, die Wurzelanzahl und die Wurzellänge von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 16-tägiger Kulturdauer bei 150 mM NaCl (+:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert die durchschnittliche Bewurzelungsrate, Wurzelanzahl oder Wurzellänge von 25 Hypokotylsegmenten)

 

Kontrolle +

TRP 10 -5 M +

TRP 10 -7 M +

IPyA 10 -5 M +

IPyA 10 -7 M +

IAAld 10 -5 M +

IAAld 10 -7 M +

IAA 10 -5 M +

IAA 10 -7 M +

Anzahl der eingesetzten Segmente

25

25

25

25

25

25

25

25

25

Anzahl der bewurzelten Segmente

2

2

4

12

6

5

1

23

8

Anzahl der gebildeten Wurzeln

3

4

7

44

10

9

1

177

19

Summe der Wurzellängen (mm)

118

109

149

649

324

322

1

1929

407

Bewurzelungsrate (%)

8

8

16

48

24

20

4

92

32

Wurzelanzahl

abs.

1,5

2,0

1,8

3,7

1,7

1,8

1,0

7,7

2,4

rel.

100

133

117

244

111

120

67

513

158

Wurzellänge

mm

39,3

27,3

21,3

14,8

32,4

35,8

1,0

10,9

21,4

rel.

100

69

54

38

82

91

3

28

54

5.6 Sprosskultur mit IPyA und IAA

↓88

Interessant erscheint im weiteren zu prüfen, ob und inwieweit ein zusätzliches Angebot sowohl eines Auxin-Präkursors (Indol-3-pyruvat, IPyA), als auch Auxins (IAA) zur Aufnahme durch Gewebe der Testpflanze bei einer Sprosskultur und zu einer Anreicherung bzw. Gehaltsänderung dort selbst führt, und zwar unter normalen und salzgestressten Wachstumsbedingungen.

Im Verlauf der Zeit wurde eine Abnahme des natürlichen IAA-Gehaltes der Segmente beobachtet und die Salinität führte zu einer weiteren Hemmung während der Kultivierung. Nach 2, 4 und 6 d Kulturdauer wurde durch die Salzbelastung eine Abnahme des IAA-Gehaltes um 0,25, 0,04 und 0,16 nmol/g Trockenmasse festgestellt.

Bei 0 mM NaCl betrug der endogene IAA-Gehalt der Segmente 2 d nach Beginn der Kultur 2,04 nmol/g Trockenmasse (Abbildung 25). 4 bzw. 6 d nach Beginn der Kultur nahm der IAA-Gehalt ab um 0,66 bzw. 0,43 nmol/g Trockenmasse. Bei Applikation von IPyA 10-5 M blieb der IAA-Gehalt nach 2 und 4 d Kultur unverändert. Nach 6 d Kultivierung förderte jedoch IPyA 10-5 M den IAA-Gehalt der Segmente um 0,12 nmol/g Trockenmasse gegenüber der Kontrolle. Zugabe von exogenem IAA 10-5 M zeigte eine frühere und stärkere Wirksamkeit mit einer Förderung des IAA-Gehaltes um 0,1, 0,05 und 0,53 nmol/g Trockenmasse im Verhältnis zur Kontrolle nach 2, 4 und 6 d Kultur.

↓89

In Anwesenheit des Stressfaktors betrug der endogene IAA-Gehalt der Segmente 2 d nach Beginn der Kultivierung 1,79 nmol/g Trockenmasse (Abbildung 26). 4 bzw. 6 d nach Beginn der Kultur nahm der IAA-Gehalt um 0,45 bzw. 0,55 nmol/g Trockenmasse ab. Zufuhr von IPyA 10-5 M wirkte sich positiv auf den IAA-Gehalt der Segmente aus mit einer Erhöhung um 0,07 bzw. 0,12 nmol/g Trockenmasse im Vergleich zur Kontrolle nach 2 bzw. 6 d Kulturdauer. Nach 4 d Kultivierung wirkte sich IPyA 10-5 M dagegen negativ auf den IAA-Gehalt aus mit einer Abnahme um 0,04 nmol/g Trockenmasse gegenüber der Kontrolle. Zugabe von IAA 10-5 M förderte konstant den IAA-Gehalt der Segmente mit einer Erhöhung um 0,25, 0,14 und 0,34 nmol/g Trockenmasse im Verhältnis zur Kontrolle nach 2, 4 und 6 d Kulturdauer.

Insgesamt führte die exogene Applikation von IPyA und IAA 10-5 M zu einer Erhöhung des IAA-Gehaltes, auch bei einer Exposition der Sprosssegmente gegenüber hoher Salinität, die den endogenen IAA-Gehalt vermindert. Außerdem zeigt die Dynamik des IAA-Gehaltes der Segmente eine zeitliche Verlagerung der positiven Wirkung der zugeführten IPyA und IAA nach Exposition zu NaCl-Stress.

Die Untersuchungsbefunde belegen, dass mit exogener Auxin- bzw. Auxin-Präkursoren-Zufuhr der endogene IAA-Gehalt pflanzlichen Gewebes erhöht wird, auch und insbesondere unter dem Stresseinfluss von Salz. Damit ist eine Introduktion von zugeführtem Auxin in das salzgestresste Pflanzengewebe mit einem „Eingriff“ in das Stoffwechselgeschehen als realistisch zu bewerten. Wenngleich allerdings bei allen Pflanzenversuchen von den applizierten Auxin-Präkursoren eine deutliche Einwirkung auf die pflanzliche Toleranz gegenüber Salzstressung ausging, dominiert in den vorliegenden Modellversuchen nur mit Sprossgewebe in der Aufnahme und Introduktion die IAA.

↓90

Abb. 25: Wirkung von Indol-3-pyruvat und Indol-3-essigsäure auf den Indol-3-essigsäure-Gehalt von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 2-, 4- und 6-tägiger Kulturdauer bei 0 mM NaCl (-:ohne NaCl, jeder Wert repräsentiert den durchschnittlichen Indol-3-essigsäure-Gehalt von 15 Hypokotylsegmenten)

Abb. 26: Wirkung von Indol-3-pyruvat und Indol-3-essigsäure auf den Indol-3-essigsäure-Gehalt von Hypokotylsegmenten aus Tomatensämlingen nach 2-, 4- und 6-tägiger Kulturdauer bei 150 mM NaCl (+:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert den durchschnittlichen Indol-3-essigsäure-Gehalt von 15 Hypokotylsegmenten)

5.7 Gewächshauskultur

Aus den bisherigen Modellversuchen lässt sich ableiten, dass Auxin-Präkursoren bzw. Auxin als Stoffwechselprodukte von B. subtilis, von der Pflanze aufgenommen werden - vorzugsweise offenbar die Auxin-Präkursoren - und über eine Integration in den pflanzlichen Hormonhaushalt eine positive Rolle bei der Toleranzerhöhung der Pflanzen gegenüber Salzstress einnehmen. Es interessierte uns, ob dieses Phänomen auch bei erwachsenen Pflanzen an natürlichen in vivo Pflanzensystemen eintrifft. Zur Beantwortung der Frage führten wir den Gewächshausversuch.

↓91

Die Tabelle 13 zeigt den Eifluss der Salinität in Höhe von 100 mM NaCl, und die Wirkung der Auxin-Präkursoren Tryptophan (TRP), Indol-3-pyruvat (IPyA) und Indol-3-acetaldehyd (IAAld) und des Auxins (IAA) in den Konzentrationen von 10-5 M und 10-10 M auf das Wachstum der Testpflanzen.

Die Salzeinführung hatte eine negative, statistisch nicht gesicherte Auswirkung auf das Sprosswachstum der Pflanzen, mit Ausnahme die Blattfläche, die dadurch signifikant gehemmt wurde gegenüber der gesunden Kontrolle.

Durch die Behandlung der Pflanzen mit den Auxinen konnten keine erhebliche Wirksamkeiten verzeichnet werden. Lediglich die Anwendung von TRP 10-5 M führte zu einer signifikanten Hemmung der Länge um 15 % im Verhältnis zur NaCl-Kontrolle. Erwähnenswert ist, dass die Behandlung der Pflanzen mit IPyA 10-5 M und 10-10 M die Blattfläche der Pflanzen leicht förderte, um 14 % und 17 % im Vergleich zur salzgestressten Kontrolle (Abbildung 29). Die Applikation von IAAld in den Konzentrationen von 10-5 M und 10-10 M bewirkte ebenfalls eine leichte Stimulierung der Blattfläche gegenüber der gestressten Kontrolle um jeweils 9 %. Insgesamt führte die Anwendung von IPyA, insbesondere bei der 10-5 M-Konzentration, zu einer positiven Beeinflussung des Sprosswachstums, während die Applikation von TRP, IAAld und IAA einen negativen Einfluss zeigte.

↓92

Die Introduktion des Stressfaktors bewirkte eine leichte, nicht signifikante Hemmung der Frischmasse und der Trockenmasse der Wurzel gegenüber der gesunden Kontrolle.

Die Anwendung der Auxine führte beim Wurzelwachstum ebenfalls zu keinen erheblichen Unterschieden. Dennoch konnte durch die Behandlung der Pflanzen mit IPyA 10-5 M eine leichte Förderung der Trockenmasse um 15 % im Vergleich zur salzgestressten Kontrolle beobachtet werden (Abbildung 30). Die Frischmasse der mit IPyA 10-5 M behandelten Pflanzen war ebenfalls um 15 % höher als der entsprechende Parameter bei den Kontrollpflanzen. Insgesamt bewirkten IPyA und IAA 10-5 M eine leichte Stimulierung des Wurzelwachstums, während diese Substanzen in der Konzentration von 10-10 M sowie TRP und IAAld hemmend wirkten.

Abb. 27: Gewächshausversuch

↓93

Abb. 28: Versuchsanstellung im Gewächshaus
(1 = Plastiktopf mit Deckel, 2 = Kapillarschlauch, 3 = Schaumstoffstückchen)

Abb. 29: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Blattfläche von Tomatensämlingen nach 6-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 100 mM NaCl und insgesamt 27-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

Abb. 30: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf die Wurzeltrockenmasse von Tomatensämlingen nach 6-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 100 mM NaCl und insgesamt 27-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, n=10, verschiedene Buchstaben bedeuten signifikante Unterschiede nach dem Tukey-Test mit p≤0,05)

↓94

Die Salzapplikation führte zu einer Abnahme des Wassergehaltes im Spross der Testpflanzen um 0,7 % im Verhältnis zur gesunden Kontrolle.

Die Behandlung der Pflanzen mit IPyA 10-5 M und 10-10 M bewirkte eine Erhöhung des Wassergehaltes um 0,5 % bzw. 0,6 % gegenüber der salzgestressten Kontrolle (Abbildung 31). Die Anwendung von IAAld und IAA 10-10 M führte ebenfalls zu einer Förderung des Parameters um jeweils 0,2 % im Vergleich zur NaCl-Kontrolle. Die Anwendung von TRP und IAAld 10-10 M hatte keinen Einfluss auf den Wassergehalt des Sprosses. Einen negativen Einfluss zeigten IAA 10-10 M und TRP 10-5 M mit einer Hemmung des Wassergehaltes um 0,2 % bzw. 0,4 % im Verhältnis zur gestressten Kontrolle. Insgesamt zeigte die Behandlung der Pflanzen mit IPyA in beiden Konzentrationen, sowie die Behandlung mit IAAld und IAA einen positiven Einfluss auf den Wassergehalt des Sprosses.

Die Introduktion von NaCl bewirkte eine Abnahme des Wassergehaltes in der Wurzel der Pflanzen um 0,3 % gegenüber der gesunden Kontrolle.

↓95

Die Anwendung von IPyA und IAA 10-10 M führte zu einer Förderung des Wassergehaltes der Wurzel um jeweils 0,5 % im Vergleich zur salzgestressten Kontrolle (Abbildung 32). Die Behandlung der Sämlinge mit IAAld 10-10 M und IPyA 10-5 M bewirkte ebenfalls eine Stimulierung des Parameters um 0,4 % bzw. 0,1 % im Verhältnis zur NaCl-Kontrolle. Die Anwendung von TRP 10-10 M und IAA 10-5 M zeigte keinen Einfluss und die Applikation von TRP und IAAld 10-10 einen negativen Einfluss auf den Wassergehalt der Wurzel mit einer Hemmung des Parameters um 0,5 % gegenüber der gestressten Kontrolle. Ähnlich wie beim Spross, ist auch bei der Wurzel insgesamt eine Förderung des Wassergehaltes durch die Behandlung der Pflanzen mit IPyA in beiden Konzentrationen, sowie durch die Behandlung mit IAAld und IAA ersichtlich.

Wenngleich nur in begrenzten Umfang, gibt auch der in vivo Gewächshausversuch aus der Gesamtermittlung aller Modellversuche, dass eine mit 6 Tagen Jungpflanzenbehandlung der Tomate mit dem Auxin-Präkursor IPyA die Pflanzen befähigte, während einer nachfolgenden 3-wöchigen Versuchsdauer unter erheblichem Salzstress, ein besseres Wachstum als die entsprechende Kontrolle zu realisieren (hervorgehobene Relativwerte in Tabelle 13). Übereinstimmend beeindruckt, dass der für einen hohen Salzstress typische Wasserverlust der Pflanzen ebenfalls durch eine 6-tägige Vorbehandlung der Pflanzen mit dem Auxin-Präkursor IPyA (und z. T. auch IAA in der Wurzel) deutlich reduziert wird und einer Salzstress-Toleranzerhöhung gleichkommt. Gründe hierfür ließen sich auch durch die Beobachtung in den Modellversuchen im Gewächshausversuch machen.

Abb. 31: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf den Wassergehalt des Sprosses von Tomatensämlingen nach 6-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 100 mM NaCl und insgesamt 27-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert den durchschnittlichen Wassergehalt von 10 Pflanzen)

↓96

Abb. 32: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf den Wassergehalt der Wurzel von Tomatensämlingen nach 6-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 100 mM NaCl und insgesamt 27-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, jeder Wert repräsentiert den durchschnittlichen Wassergehalt von 10 Pflanzen)

Tab. 13: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 6-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 100 mM NaCl und insgesamt 27-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, HSDBF=103,09, HSDWFM=4,62, HSDWTM=0,22)

 

Kontrolle -

Kontrolle +

TRP 10 -5 M +

TRP 10 -10 M +

IPyA 10 -5 M +

SL 1

cm

25,4

±

4,1

a

15,2

±

2,1

ab

11,4

±

2,2

c

11,8

±

2,2

bc

14,4

±

2,4

abc

rel.

100

60

45

47

57

SFM 1

g

51,66

±

12,95

a

25,65

±

3,35

ab

18,04

±

5,84

b

20,23

±

6,26

b

26,15

±

6,58

ab

rel.

100

50

35

39

51

STM 1

g

4,42

±

1,15

a

2,04

±

0,33

abc

1,35

±

0,46

c

1,59

±

0,50

bc

2,20

±

0,56

ab

rel.

100

46

30

36

50

BF

cm2

533,9

±

115,6

a

214,5

±

33,9

bc

147,9

±

60,9

c

226,3

±

79,0

bc

289,9

±

74,4

b

rel.

100

40

28

42

54

WFM

g

10,65

±

2,61

a

7,88

±

2,16

ab

6,02

±

2,22

ab

7,24

±

2,58

ab

9,50

±

1,01

ab

rel.

100

74

57

68

89

WTM

g

0,69

±

0,12

a

0,49

±

0,06

abc

0,34

±

0,07

c

0,45

±

0,15

bc

0,60

±

0,06

ab

rel.

100

71

49

64

86

Fortsetzung Tab. 13: Wirkung einer Wurzelapplikation von Tryptophan, Indol-3-pyruvat, Indol-3-acetaldehyd und Indol-3-essigsäure auf das Wachstum von Tomatensämlingen nach 6-tägiger Behandlung, nachfolgendes Wachstum der Pflanzen bei 100 mM NaCl und insgesamt 27-tägiger Kulturdauer (-:ohne NaCl, +:mit NaCl, SL:Sprosslänge, SFM:Sprossfrischmasse, STM:Sprosstrockenmasse, BF:Blattfläche, WFM:Wurzelfrischmasse, WTM:Wurzeltrockenmasse, n=10, Werte mit verschiedenen Buchstaben unterscheiden sich signifikant nach dem Tukey-Test oder 1 nach dem Kruskal-Wallis-Test mit p≤0,05, HSDBF=103,09, HSDWFM=4,62, HSDWTM=0,22)

 

IPyA 10 -10 M +

IAAld 10 -5 M +

IAAld 10 -10 M +

IAA 10 -5 M +

IAA 10 -10 M +

SL 1

cm

14,6

±

1,4

ab

12,6

±

1,1

bc

13,3

±

1,5

bc

12,9

±

1,1

bc

13,6

±

2,1

bc

rel.

58

50

53

51

53

SFM 1

g

25,60

±

4,00

ab

21,59

±

4,69

b

21,18

±

4,28

b

23,96

±

3,04

b

20,54

±

6,66

b

rel.

50

42

41

46

40

STM 1

g

2,18

±

0,40

ab

1,75

±

0,38

bc

1,68

±

0,35

bc

1,94

±

0,25

bc

1,59

±

0,56

bc

rel.

49

40

38

44

36

BF

cm2

306,6

±

55,1

b

259,4

±

60,2

b

261,8

±

64,1

b

212,1

±

35,7

bc

215,8

±

91,8

bc

rel.

57

49

49

40

40

WFM

g

6,94

±

0,99

ab

7,56

±

0,65

ab

6,41

±

1,84

ab

8,24

±

0,28

ab

5,84

±

1,75

b

rel.

65

71

60

77

55

WTM

g

0,46

±

0,02

bc

0,43

±

0,04

bc

0,42

±

0,10

bc

0,51

±

0,03

abc

0,39

±

0,10

bc

rel.

67

63

61

74

57


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15.12.2005