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Die Wirkung der Schwermetalle Kupfer und Arsen auf die Wurzelanatomie von Weizen (Triticum aestivum)
Christiane Ziegelwagner
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Irene Lichtscheidl
DOI
10.25365/thesis.22368
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29186.57232.310054-0
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Schwermetallstress führt bei vielen Pflanzen zu verkümmerten Wurzeln. Dieser Kümmerwuchs kann in kürzeren Zellen, Verringerung der Zellanzahl oder in der Kombination beider Faktoren begründet liegen. Diese Arbeit untersucht die morphologischen und anatomischen Veränderungen sowie die Zelllänge bei 800 µm und 1600 µm Entfernung vom ruhenden Zentrum und die Zellzahl von 0 bis 800 µm und von 800 µm bis 1600 µm Entfernung vom ruhenden Zentrum. In diesem frühen Abschnitt der Wurzel kommt es zur Streckung und Differenzierung der frisch geteilten Wurzelzellen. Als Versuchspflanze wurde Triticum aestivum gewählt; es wurde mit den Schwermetallen Kupfer und Arsen in Konzentrationen, die das Wurzelwachstum um 50% reduzieren, behandelt.
In einigen Aspekten stimmen die Reaktionen von kupfer- und arsenbehandelten Wurzeln überein; die Anzahl der Wurzelhaare bei beiden Schwermetallen ist drastisch verringert. Kupfer- und arsenbehandelte Wurzeln weisen gleichermaßen verkürzte Rhizodermiszellen im Vergleich zur Kontrolle auf. Eine verminderte Zellstreckung dürfte also bei beiden Behandlungen eine zentrale Rolle beim Kümmerwuchs der Wurzeln spielen.
Kupferbehandelte Wurzeln zeigen darüber hinaus anatomische Veränderungen der apoplastischen Barrieren und Veränderungen des Wurzelquerschnitts. Vor allem der verfrüht gebildete Caspary´sche Streifen und suberinisierte Cortexzellen in peripheren Bereichen der Wurzel sollen offenbar den Transport von Kupfer über die Zellwand eindämmen und eine weitere Aufnahme in den Zentralzylinder verhindern. Gleichzeitig werden kupferbehandelte Wurzeln im Vergleich zur Kontrolle signifikant dicker. Bei arsenbehandelten Wurzeln stellt sich hingegen keine dieser Veränderungen ein.
Untersuchungen mit energiedispersiver Röntgenspektrometrie (EDX) zeigen, dass beide Schwermetalle im Wurzelgewebe nachweisbar sind; darüber hinaus ergeben sich Veränderungen in der Elementzusammensetzung im Vergleich zur Kontrolle.
Zusammenfassend kann man sagen, dass anatomische Veränderungen zur Eindämmung der Schwermetallaufnahme nur bei Kupferbehandlung auftreten. Arsen hingegen zeigt mit der Verringerung der Wurzelhaaranzahl und verkürzten Rhizodermiszellen nur generelle Reaktionen auf Stress; spezielle Veränderungen der Anatomie auf Grund von Arsenbehandlung können nicht beobachtet werden.
Abstract
(Englisch)
In any plant species root length decreases due to heavy metal stress. This may result from the decrease in root length due to shorter cells or a decrease in cell number It might also be an interplay of both factors. This work investigates morphological and anatomical changes of roots under heavy metal stress and measures cell length at 800 µm and 1600 µm distance from the root tip and the number of cells from 0 to 800 µm and from 800 µm to 1600 µm distance from the root tip. In this tip region, the root cells start to differentiate and to elongate right after cell division. We use wheat (Triticum aestivum) as model plant and treat it with defined concentrations of copper and arsenic for a root growth decrease of 50%.
In some aspects there is no difference between copper or arsenic treated roots. Both heavy metals cause a considerable decrease in root hairs, for example. Furthermore, both treatments show that root epidermis cells at 1600 µm distance from the root tip are significantly shorter than control cells. This leads to the assumption that cell elongation plays a central role regarding the decrease in root length in both treatments.
Copper treated roots cause changes of apoplastic barriers and the root diameter. Especially the early development of the Casparian band and the suberinised cells of the outer cortex should prevent further apoplasic transport of copper in the cortex and uptake in the stele. Concerning the root diameter, there is a significant increase in roots treated with copper in comparison to the control. As regards roots treated with arsenic such anatomic changes have not been observed.
Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) on a scanning electron microscope (SEM) confirmed the uptake of copper or arsenic into the root and revealed changes in elemental composition depending on the heavy metal treatment.
To sum up, only treatment with copper triggers the development of apoplastic barriers to prevent further copper uptake in the stele. The decrease in root hairs and shorter rhizodermis cells in arsenic treated plants can be regarded as a general effect of stress. Particular changes in anatomy due to arsenic treatment can not be observed.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
heavy metal copper arsenic root anatomy wheat
Schlagwörter
(Deutsch)
Schwermetall Kupfer Arsen Wurzelanatomie Weizen
Autor*innen
Christiane Ziegelwagner
Haupttitel (Deutsch)
Die Wirkung der Schwermetalle Kupfer und Arsen auf die Wurzelanatomie von Weizen (Triticum aestivum)
Paralleltitel (Englisch)
The effect of copper and arsenic on the anatomy of wheat roots (Triticum aestivum)
Publikationsjahr
2012
Umfangsangabe
81 S. : Ill., graf. Darst.
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Irene Lichtscheidl
Klassifikation
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.00 Naturwissenschaften allgemein: Allgemeines
AC Nummer
AC10486220
Utheses ID
19979
Studienkennzahl
UA | 444 | | |