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A protective role of silicon in mosses under abiotic stress?
Stephan Manhalter
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Botanik
Betreuer*in
Irene Lichtscheidl-Schulz
Mitbetreuer*in
Ingeborg Lang
DOI
10.25365/thesis.48423
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-24577.83798.966272-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Im letzten Jahrzehnt haben viele Publikationen Silizium als förderliches oder gar essentielles
Element im Pflanzenbau besprochen. Dies gilt vor allem für einige Nutzpflanzen, wie zum Beispiel Zea mays oder Oryza sativa. Diese und weitere Studien verbanden pflanzenverfügbares
Silizium mit Resistenz gegen Dürre, Schwermetallstress und Pathogene. Bisher wurde allerdings
nicht viel über die Rolle von Silizium in Moosen publiziert, obwohl einige Spezies bis zu 10%
Siliziumdioxid in der Trockenmasse beinhalten.
Die durchgeführten Experimente versuchten den Einfluss von pflanzenverfügbarem Silizium, in
der Form von Natrium-Orthosilikat, auf die Stressreaktion von Moosen, zu erklären. Der Modelorganismus Physcomitrella patens (Hedw. Syn. Aphanorhegma patens) und die schwermetalltolerante Spezies Pohlia drummondii (C. Müll.) Andrews, wurden untersucht. In drei Experimenten
wurden die Moose auf festen, ursprünglich kupferfreien, Medien kultiviert. Die Hälfte der Petrischalen wurde mit 0,5 mM Natrium-Orthosilikat behandelt und die andere Hälfte wurde siliziumfrei belassen. Im ersten Experiment lag der Fokus auf der Kupferbehandlung mit CuCl2, welches den Medien in Konzentrationen von 0,1, 1 und 10 mM zugefügt wurde. Im zweiten Experiment wurde die Hälfte der Pflanzen mit UV-B Strahlung behandelt, jeweils 10 Stunden am Tag,
beginnend nach der vierten Woche Kultivierung. Im letzten Experiment wurden die Moose mit
0,2, 0,4 und 0,6 Osm NaCl behandelt, um Salzstress zu untersuchen. Die Kulturen wurden jede
Woche fotografiert und die Pflanzen wurden nach sieben Wochen geerntet. Um ausschlaggebende Beweise für die Verbindung von Silizium und Überleben, beziehungsweise Gesundheit der
Pflanze zu finden, wurden Bildanalysen, Spektrofotometrie, Sauerstoffradikalfärbung (ROS) und
Zellvermessungen durchgeführt.
Im Kupferexperiment führte die Si-Behandlung zu einer Abnahme des Kupfergehalts im Protonema der mit 1 mM Cu behandelten P. drummondii Proben. Im UV Experiment führte Si in Kombination mit UV-B Strahlung zu einer starken Biomassezunahme bei P. drummondii. Im Fall von
P. patens war die Biomasse der gleichen Behandlung gleich hoch wie in der Kontrolle, während
die UV Behandlung eine geringere Biomasse aufwies. Im Salinitätsexperiment lagen die mit 0,4
Osm NaCl behandelten P. patens Kulturen in ihrer Biomasse mit den Kontrollkulturen gleichauf,
wurden aber von den Si-behandelten und den 0,2 Osm NaCl/0,2 Osm NaCl & Si behandelten
Proben übertroffen. In diesem Falle, nahm die Biomasse auch mehr zu, als vergleichsweise bei P.
drummondii. Dies unterstützt die Hypothese, nach der P. patens eine höhere Salztoleranz hat, als
so manche andere Moose.
Abstract
(Englisch)
Within the last decade, multiple papers addressed the topic of silicon as beneficial or even essential element in plant nutrition for selected crops like Zea mays or Oryza sativa. These and other
studies linked plant available silicon to drought tolerance, heavy metal stress tolerance and
pathogen defense. Yet there is not much published on the role of silicon in bryophytes, even
though some species contain up to 10% of silicon dioxide in biomass.
The conducted experiments sought to explain the influence of plant available silicon, provided as
sodium orthosilicate, on stress response in bryophytes, in this case the model organism
Physcomitrella patens (Hedw., syn. Aphanorhegma patens) and the heavy metal tolerant Pohlia
drummondii (C. Müll.) Andrews. In three experiments the mosses were cultivated on solid, initially copper free media, half of the petri dishes with 0.5 mM sodium orthosilicate and the other
half without additional silicon. The first experiment focused on Cu treatments with added concentrations of 0.1, 1 and 10 mM CuCl2. In the second experiment half of the plants were treated
with UV-B radiation for 10 h a day after the fourth week of cultivation. In the last experiment,
the mosses were treated with 0.2, 0.4 and 0.6 Osm NaCl to look at stress caused by salinity. Images of the cultures were taken every week and the plants were harvested after a period of seven weeks. Image analysis, spectrophotometry, staining of reactive oxygen species (ROS) and cell
measurement were employed to find decisive evidence linking silicon to the viability and general fitness of the plant.
In the Cu experiment, Si treatment led to a decrease of Cu accumulation in the protonemata of P.
drummondii in 1 mM Cu treated samples. In the UV experiment, Si led to a strong increase in
biomass in combination with UV treatment of P. drummondii. In case of P. patens, the biomass of
the same treatment was equal to the control, while the UV treatment yielded lower biomass. The
0.4 Osm NaCl treated P. patens performed on par with the control, but was outperformed by the
Si treated and both 0.2 Osm NaCl/0.2 Osm NaCl & Si treated samples in the salinity experiment.
It also gained more biomass than the P. drummondii samples of the same treatment, supporting
the hypothesis that P. patens is more salt tolerant than some other mosses.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
mooses bryophytes abiotic stress heavy metals UV-B salinity silicon Physcomitrella patens Aphanorhegma patens Pohlia drummondi
Schlagwörter
(Deutsch)
Moose Bryophyta abiotischer Stress Schwermetalle UV-B Salinität Silizium Physcomitrella patens Aphanorhegma patens Pohlia drummondi
Autor*innen
Stephan Manhalter
Haupttitel (Englisch)
A protective role of silicon in mosses under abiotic stress?
Paralleltitel (Deutsch)
Eine schützende Rolle von Silizium in Moosen unter abiotischem Stress?
Publikationsjahr
2017
Umfangsangabe
72 Seiten : Diagramme
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Irene Lichtscheidl-Schulz
AC Nummer
AC13783644
Utheses ID
42783
Studienkennzahl
UA | 066 | 832 | |