Pflanzliche und mikrobielle Symbiosen

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1 Pflanzliche und mikrobielle Symbiosen Von Dietrich Werner 179 Abbildungen, 88 Tabellen 1987 Georg Thieme Verlag Stuttgart New York

2 Inhaltsverzeichnis 1. Begriffliche Übersicht, Bedeutung von pflanzlichen und mikrobiellen Symbiosen und Endosymbiontentheorie der Chloroplasten- und Mitochondrienevolution Kommensalismus, Parasitismus und Symbiose (Mutualismus) Bedeutung von pflanzlichen Symbiosen Endosymbiontentheorie der Chloroplasten- und Mitochondrienevolution 3 2. Spezifische Assoziationen von Mikroorganismen und Pflanzen Rhizosphäre Wurzelexsudation ph-veränderungen in der Rhizosphäre Spezifische Bakterienpopulationen im wurzelnahen Bereich Chemotaxis in der Rhizosphäre Modell zur mikrobiellen Anreicherung in der Rhizosphäre Wirkung von Rhizosphärenmikroorganismen auf die Wurzelmorphologie und die Phosphatgehalte von Wurzeln und Sprossen Phyllosphäre Spermosphäre Phycosphäre DieRhizobium/Bradyrhizobium-Fabales-Symbiose DerMikrosymbiont: Rhizobium undbradyrhizobium Taxonomie und Systematik Physiologie und Wachstum Energie-, C-,N-und H-Stoffwechsel Oberflächeneigenschaften (periplasmatische Proteine, EPS, LPS, CPS) Genetik Chromosomen und Plasmide ' nif-,fix-undnod-gene Ökologie Konkurrenz und Überlebensfähigkeit im Boden Wachstum, Konkurrenz und Überlebensrate unter definierten Bedingungen und in Inokulumprodukten N 2 -Fixierung in Reinkulturen von Bradyrhizobium japonicum Der Makrosymbiont (Wirtspflanzen): Fabales Systematische Übersicht Spezielle physiologische und biochemische Eigenschaften 58

3 VIII Inhaltsverzeichnis Ökologische Verbreitung und landwirtschaftliche Bedeutung Die Symbiose Erkennung Spezielle Eigenschaften von Wurzelhaaren von Fabales Infektion und Knöllchenentwicklung Noduline: Knöllchenspezifische Proteine Leghämoglobingene Weitere pflanzliche Gene, die an der Nodulation beteiligt sind Bakteroidendifferenziemng Cytologie und Ultrastruktur der Knöllchen Infizierte und nichtinfizierte Wirtszellen Peribakteroidenmembran und Peribakteroidenraum N 2 -Fixierung Nitrogenase: Struktur, Funktion und Regulation O 2 -Schutzmechanismen: Korkschichten, Leghämoglobin, Atmungsraten, wassergefüllte Diffusionsbarrieren Fixierungsraten pro g Knöllchen, pro Pflanze und pro Hektar Abhängigkeit der N 2 -Fixierung von Klima- und Bodenfaktoren sowie von der Pflanzenentwicklung Wirkung von NH 4 - und Nitratdüngung, Nitrattolerante Pflanzenmutanten N-undC-Stoffwechsel, Beziehung von N 2 -Fixierung zu Atmung, Photosynthese und H 2 -Produktion Sproß-Knöllchen:Sesbaniaspec Gentechnologie für neue N 2 -fixierende Symbiosen Die Bradyrhizobium sp.-parasponia-symbiose Actinorhiza DerMikrosymbiont: Frankia Taxonomie und Systematik Physiologie, Biochemie und Genetik Der Makrosymbiont: die Wirtspflanzen Systematische Übersicht Ökologische und wirtschaftliche Bedeutung ;> N 2 -Fixierung pro Hektar und Jahr Infektion und Entwicklung der Actinorhiza Infektion der Wurzelhaare und Rindenzellen, Bildung der primären Actinorhiza Bildung der sekundären Actinorhiza, Entwicklung von Hyphen, Vesikeln und Sporen des Symbionten ' Überkreuzinokulationen Einfluß von Bodenfaktoren auf die Infektiosität und die Entwicklung Funktion und Struktur der Actinorhiza Nitrogenaseaktivität pro Gramm Actinorhiza Nitrogenaseaktivität in Reinkulturen des Symbionten O 2 -Schutzmechanismen Ammoniumassimilation Weitere biochemische Kennzeichen der Actinorhiza Cytologie und Feinstruktur infizierter Zellen. 133

4 Inhaltsverzeichnis IX -Weitere-B akterien-symbiosen...._ Algen als Wirtszellen Protozoen als Wirtszellen Die Blattsymbiosen von Rubiaceen und Myrsinaceen Insekten und Würmer als Wirte Schaben und Termiten Kornkäfer und Ambiosiakäfer Tsetsefliegen und Läuse Röhrenwürmer Die symbiotischen Leuchtorgane von Fischen DJePanjejisjjibJos ^d_er3^iedefkäuex.,_^1^ L Baklerien und Phycomyceten Ciliaten Symbiotischer Stoffwechsel Cyanobakteriensymbiosen (außer Flechten) Endocyanome DieDiatomeen-Cyanobakterien-Symbiose Die Bryophyten-Nostoc-Symbiose Anthoceros Blasia,Cavicularia und andere Lebermoose Die Azolla-Anabaena-Symbiose Morphologie und Entwicklung der Symbiose Heterocystenbildung und Funktion Ökologische und landwirtschaftliche Bedeutung Die Cycadaceen-Nostoc/Anabaena-Symbiose Die Gunnera-Nostoc-Symbiose Tierische Symbiosen mit Cyanobakterien und Prochloron Schwämme Tunikaten Polarbären Phyko-Symbiosen - v Die Piastiden der Cryptophyten als reduzierte symbiotische Zellen Dinophyten als Symbionten Riffbildende Korallen Chlorophyten als Symbionten Die Hydra-Chlorella-Symbiose Die Ciliaten-Chlorella-Symbiose ; DieConvoluta-Platymonas-Symbiose : Chrysophyten als Symbionten Rhodophyten als Symbionten Chloroplasten von Algen als Organelle in Gastropoden Vesikulär-arbuskuläre (VA-)Mycorrhiza Der Mikrosymbiont Taxonomie Physiologie und Ökologie : Wirtspflanzen (Makrosymbionten) und Nichtwirtspflanzen" 189

5 X Inhaltsverzeichnis 9.3. Entwicklung und Funktionen der Symbiose Infektion und Differenzierung der Strukturen der VA-Mycorrhiza Entwicklung und Stoffwechsel Einfluß von Klima-und Bodenfaktoren Ernährungsphysiologische Wechselbeziehungen Phosphate Spurenelemente und weitere Makroelemente Kohlenhydrate undlipide Ökologische und wirtschaftliche Bedeutung Ertragssteigerungen von Pflanzen nach VAM-Beimpfung Wirkung der VAM auf die Resistenz gegenüber Pathogenen Ektomycorrhiza, Ericales-Mycorrhiza und Orchideen-Mycorrhiza Ektomycorrhiza Mikrosymbionten und Wirte (Makrosymbionten) Strukturen und Entwicklung der Ektomycorrhiza Physiologie der symbiotischen Pilze Stoffaustausch zwischen Symbiont und Wirtspflanzen Kohlenhydrate Mineralische Nährstoffe Ökologische Verbreitung Wirtschaftliche Bedeutung und praktische Anwendung Produktion und Anwendung von Inokula Ekto-Mycorrhiza und Wurzelkrankheiten Ekt-endo-Mycorrhiza bei Koniferen Mycorrhiza der Ericales Ericaceae Arbutus und Monotropa Die Mycorrhiza der Orchideen Wirtspflanzen und Symbionten Entwicklung und Strukturen der Mycorrhiza Ernährungsphysiologie Literatur Sachverzeichnis 235