Schwermetalle und Pflanzen - eine komplizierte Beziehung (I)

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1 Schwermetalle und Pflanzen - eine komplizierte Beziehung (I) Schwermetall-Hyperakkumulation im Wilden Westen modified from:

2 Die Dosis macht das Gift - auch bei Schwermetallen! hemmend Effekt förderlich nur Schadstoff (z.b. Quecksilber) Mikronährstoff (z.b. Kupfer) Konzentration

3 Schwermetall-Mangel als globales Problem der Landwirtschaft grün = moderater Zinkmangel; rot = starker Zinkmangel Aus: Alloway BJ Zinc the vital micronutrient for healthy, high-value crops. Brussels, Belgium: International Zinc Association.

4 Cadmium Cadmium als Pflanzen-Nährstoff in Thalassiosira weissflogii. A, B: Wachstum der Algen. (Lane and Morel, 2000, PNAS97)

5 Carboanhydrase von Thalassioria weissflogii: Ein Enzym mit Cadmium im aktiven Zentrum Größe der Cadmium-Carboanhydrase im Vergleich zur normalen Zn-Carboanhydrase (Lane and Morel, 2000, PNAS Vol. 97) EXAFS-Spektrum der isolierten Cadmium- Carboanhydrase (Lane et al., 2005, Nature Vol. 435)

6 Cadmium-Mangel im Cd/Zn-hyperaccumulator Thlaspi caerulescens Mit 10 µm Cadmium in der Nährlösung --> gesunde Pflanzen Ohne Cadmium in der Nährlösung --> Schaden durch Insektenbefall Küpper H, Kroneck PMH (2004) MIBS 44 (Sigel et al., eds), chapter 5

7 Eisen Eisen an der Ozeanoberfläche (oben) und in 1000m Tiefe (unten) Von: www-paoc.mit.edu

8 Mechanismen der Eisenaufnahme in Pflanzen: Strategien der Eiseneffizienz Nicotianamin

9 Mechanismen der Eisenaufnahme in Pflanzen: An der Eisenaufnahme beteiligte Proteine IRT-Expression bei Eisenmangel (links) und Eisenzugabe (rechts) Aus:Connolly et al., 2002, PlantCell 14,

10 Ausgewählte wichtige pflanzliche Enzyme mit Eisen im aktiven Zentrum Katalase SOD Cytb6f Cytochrom c

11 Biochemie von Eisen in Eisenzymen Häm Wichtige Typen von Eisen- Schwefel- Clustern Von: dasher.wustl.edu Von:

12 Symptome und Wirkungsmechanismen von Eisenmangel Von: Cannabis World.

13 Kupfer Allgemeines zu Kupfer Kupfer als essentieller Pflanzen-Nährstoff

14 Tafelbild: Vereinfachtes Schema der Kupferaufnahme und -Verteilung in Pflanzen

15 Ausgewählte wichtige pflanzliche Enzyme mit Kupfer im aktiven Zentrum Plastocyanin Multi-Kupfer-Oxidasen, z.b. Laccasen

16 Symptome und Wirkungsmechanismen von Kupfermangel

17 Nickel Allgemeines zu Nickel Nickel als essentieller Pflanzen-Nährstoff

18 Urease: Ein Enzym mit Nickel im aktiven Zentrum

19 Nickelmangel in Ni-Hyperakkumulatoren Shoot dry weight (g) (a) 14 Thlaspi goesingense Alyssum bertolonii 12 Alyssum lesbiacum Ni concentration (µg g -1 ) (b) Thlaspi goesingense Alyssum bertolonii Alyssum lesbiacum Ni added to the substrate (mg kg -1 ) Ni added to the substrate (mg kg -1 ) Alyssum lesbiacum Küpper H, Lombi E, Zhao FJ, Wieshammer G, McGrath SP (2001) J Exp Bot 52 (365),

20 Zink Allgemeines zu Zink Zink als essentieller Pflanzen-Nährstoff

21 Mechanismen der Zinkaufnahme in Pflanzen Wichtige beteiligte Proteine ZIP-Transporter Aus:Guerinot ML, 2000, BBA 1465, CDF (cation diffusion facilitator)- Transporter Aus: Kobae et al., 2004, PlantCellPhysiol 45, 1749-^58 CPx-ATPasen:?

22 Zinkeffizienz Aus: Hacisalihoglu G, Kochian, LV.How do some plants tolerate low levels of soil zinc? Mechanisms of zinc efficiency in crop plants. New Phytologist 159 (2),

23 Ausgewählte wichtige pflanzliche Enzyme mit Zink im aktiven Zentrum Carboanhydrase Zinkfinger-Motiv Tyrosin-Phosphatase

24 Symptome und Wirkungsmechanismen von Zinkmangel

25 Schwermetalle als Mikronährstoffe complexation by strong ligands (e.g. phytochelatins) cytoplasm vacuoles cytoplasm cell walls epidermis cells (not present e.g. in Elodea) photosynthetic cells (e.g. mesophyll cells, stomatal guard cells) cell walls leaf phloem leaf xylem in the case of submerged aquatic plants stem epidermis stem phloem stem xylem ± root to shoot translocation cell walls vacuole root root uptake exclusion mechanisms Heavy metals in soil or water Küpper H, Kroneck PMH (2004) MIBS 44 (Sigel et al., eds), chapter 5

26 Alle Folien meiner Vorlesungen im Internet unter /FuF/Bio/kuepper/Homepage /AG_Kuepper_education.html weiterführende Literatur als pdf auf Anfrage