Wasserpflanzen Wissenswertes über Algenfarn und Entengrütze Dr. Dipl. Biol. Almut Gerhardt LimCo International An der Aa 5 D-49477 Ibbenbüren www.limco-int.com
Wie passen sich Wasserpflanzen an ein Leben im Wasser an? 1) Sie schwimmen in Nährstoffen Deshalb: - dünne Epidermis oft ohne Cuticula, Stoffaufnahme über gesamte Pflanze - keine Wurzeln - Kaum Stützgewebe, jedoch viel Luftgewege (Aerenchym) für Gasaustausch 2) Lichtabschwächung im Wasser Deshalb: - Zahlreiche Chloroplasten, die je nach Lichtverhältnissen verlagert werden - Ausbildung von Schwimmblättern, epistomatisch 3) Blühen im Wasser, macht das Sinn? Deshalb: vegetative Vermehrung
Azolla: Algenfarn, Wasserfarn 1) Moosähnliche, reich verzweigte schwimmende Farnpflanze mit Wurzeln 2) Weltweite Verbreitung der Gattung von USA aus., in Deutschland 2 Arten 3) Standortansprüche: viel Sonne, Wärme, Säuretoleranz, keine Luftverschmutzung 4) Azolla ist schlau! Arbeitsteilung mit Cyanobakterium Anabaena azollae Blattanordnung für das Leben auf und im Wasser
Azolla kann auch kompliziert sein! Heteromorpher heterophasischer Generationswechsel 1) Regelmäßiges Abwechseln von einer sich vegetativ und einer sich geschlechtlich fortpflanzenden Generation 2) Beide Generationen sitzen an ein und derselben Pflanze 3) Der Sporophyt (eigentliche Farnpflanze) ist diploid und der sehr kleine, Fast bis auf die Antheridien und Archegonien reduzierte Gemtophyt ist haploid
Die Ehe zwischen Azolla und Anabaena azollae: Symbiose Das Erfolgsrezept: Azolla bietet dem Bakterium einen geschützten Lebensraum in Gewebehöhlen und verwöhnt das Bakterium mit Nährstoffen (Zucker) Wer könnte da schon NEIN sagen? Anabaena azollae liefert der Pflanze aus der Luft gebundenen Stickstoff Rarität: Nur wenige Lebewesen können Luftstickstoff fixieren Sie brauchen dazu den Enzymkomplex Nitrogenase
Azolla im Dienste der Menschen 1) Die Chinesen haben es schon vor 1000 Jahren erkannt: Gründünger mit Azolla im Reisanbau 2) Azolla ist nährstoff- und proteinreich, somit ein gutes Futter für Vieh und sicher besser als kontaminierte Tierkadaverreste, ein Grund zur Ausbreitung von BSE. 3) Azolla ist eine natürliche und preiswerte Kläranlage Es kann den P-Gehalt von häuslichem Abwasser um 36 % verringern 4) Azolla gegen lästige Mücken, Malariabekämpfung
Wasserlinsen - Lemnaceae Unterschiede zu Azolla Kleinste Blütenpflanzen der Welt (Wolffia arrhiza, 1-1.5 mm) Blüten an Kolben (Spadix) und mit Hüllblatt (Spatha) Vorwiegend vegetative Vermehrung, selten Blühen Extrem rasante Vermehrung
Gemeinsamkeiten von Azolla und Lemnaceae Algenfarn-Wasserlinsen-Gesellschaft (Azollo filiculoides-lemnetum minisculae): Gemeinsames Vorkommen, Konkurrenz Ausbildung von dichten Blüten, Teppichen, Decken Ausbreitung: Wasservögel, Schiffahrt, Hochwasserwellen, Tornados
Wasserlinsen - schwimmend - nicht in Sproß und Blatt gegliedert - mit oder ohne Wurzeln Weltweit verbreitet In Deutschland: Lemna (3 Arten) Spirodela polyrhiza Wolffia arrhiza
Lemna gibba Stark aufgebläht durch Aerenchym Salztolerant Oft an Oberseite Rotfärbung (Anthocyan) Bevorzugt mediterranes Klima
Spirodela polyrhiza Oben: Pflanze mit vielen Wurzeln Und dunklen Turions Unten: auskeimendes Turion Bildung eines Turions, Gefüllt mit Stärke, 2 mm, Zur Überwinterung
Wolffia arrhiza Kleinste Blütenpflanze der Welt Ohne Wurzeln
Licht- und Farbensehen bei Pflanzen? Pigmentsystem P-730 (tagsüber) und P-660 (nachts): Je nach Dauer der Umbauprozesse unterscheidet man Kurztagpflanzen (brauchen 15 Std. für den Umbau) und Langtagpflanzen (9 Std.). Die Verhältnisse der beiden roten Pigmente zueinander steuern: Blühen Samenkeimung Abwurf der Blätter im Herbst Erlaubt das sensitive Empfinden von versch. Rottönen
Sao Domingos Mine (Süd-Portugal) Seit über 30 Jahren aufgegeben Emittiert saure, metallhaltige Abwässer (Acid Mine Drainage, kurz AMD) Fauna und Flora der Gewässer stark verarmt, Versauerungsindikatoren (Diatomeen), Räuber (Luftatmer) dominieren
Lemna (minor/gibba) biotest in der Ökotoxikologie Standardtest in USA, Canada, Europa Besonders für Herbizide AMD (ph 3.3, 4.4, 5.0, 5.5, 6.4, 6.8 (C) ) Je 3 Replikate (untereinander) Je 4 Pflanzen mit je 3-4 Gliedern Expositionszeit 4-7 Tage Parameter: Blattfarbe (Chlorosis: grün, gelb, Necrosis: braun, grau) Blattvermehrung
Lemna-biotest 100 80 Acid exposure after 7 days ph/amd-abhängige Toxizität % of leaves 60 40 Necrosis: Säurestress ist toxischer als AMD-stress 20 0 100 ph 3.3 ph 4.4 ph 5.0 ph 5.5 ph 6.4 Ref. ph Exposure to AMD 1 after 7 days Chlorosis: AMD-stress ist toxischer als Säurestress % of leaves 80 60 40 20 0 3.3 4.4 5 5.5 6.4 7 ph Gerhardt, A., Janssens de Bisthoven, L., Soares, A.)
Lemna gibba in acidified water: % reproduction Compared to control (ditch) Lemna-biotest Säure führt nicht zur Wachstumshemmung % Reproduction ± SE 200 160 120 80 40 No reproduction 0 ph 3.3 ph 4.4 ph 5.0 ph 5.5 ph 6.4 Ditch Site AMD führt ph-abhängig Zu - Stimulation bei ph 6.8 (ev. mehr Cu) - Wachstumshemmung bei ph < 6.4 % Reproduction ± SE 240 200 160 120 80 40 0 Lemna gibba in AMD: % reproduction Compared to control (ditch) Stimulation Inhibition ph 3.3 ph 4.4 ph 5.0 ph 5.5 ph 6.4 Res. Ditch Site (Gerhardt, A., Janssens de Bisthoven, L., Soares, A.)
Was bietet Lemna spp. den Menschen? Natürliche Nahrung und Schutz für Wassertiere Aquafarming: Lemna spp. zur Produktion von Viehfutter und Fischfutter Besonders in Entwicklungsländern eine billige, effektive Methode Vorteil von Lemna: wächst rasant! Wasserfläche von 1 Ha reicht aus, um 4000-7000 Hühner eine Vegetationsperiode zu füttern. Delikatesse?: Wolffia globosa wird in Asien von Menschen verzehrt Kläranlage: Lemna spp. ist ein besserer N-eliminator aus Abwasser als Azolla spp. Wer weiß noch warum??