Das Projekt "Ursachen für den durch Argon induzierten Abfall der Nitrogenaseaktivität in Wurzelknöllchen von Leguminosen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Göttingen, Department für Nutzpflanzenwissenschaften durchgeführt. Wird der Stickstoff (N2) um die Knöllchen von Leguminosen durch das für die Nitrogenase inerte Gas Argon ersetzt, beobachtet man einige Minuten nach der Argonapplikation einen starken Abfall der anhand der H2-Freisetzung gemessenen Nitrogenaseaktivität ('argon-induced decline in nitrogenase activity'). Ziel des vorliegenden Projektes ist es zum einen, einen Beitrag zur Klärung der Ursachen dieses Phänomens am Beispiel der Modellleguminose Medicago truncatula zu leisten. Zum anderen soll für diese wichtige Leguminose dadurch auch eine Prüfung der Methode zur Messung der Nitrogenaseaktivität anhand der H2-Freisetzung erreicht werden. Der Argon-induzierte Abfall der Nitrogenaseaktivität wird im Allgemeinen durch eine verminderte Sauerstoffverfügbarkeit im Inneren der Knöllchen infolge einer sich verändernden Sauerstoffpermeabilität der Knöllchen nach Argonapplikation erklärt. Das vorliegende Projekt geht von aus experimentellen Beobachtungen gewonnenen Argumenten dafür aus, dass eine veränderte Sauerstoffaufnahme der Knöllchen nicht die Ursache sondern die Folge verminderter Nitrogenaseaktivität nach Argonapplikation ist. Hieraus werden fünf Hypothesen entwickelt, die experimentell geprüft werden sollen. Sie gehen zusammengefasst davon aus, dass die primäre Wirkung der Argonapplikation zu einer sofortigen Unterbrechung der Ammonium- und Aminosäure-, besonders Asparaginsäurebildung im Knöllchen führt, die eine Störung der Malataufnahme der Symbiosome und dadurch bedingte sinkende Nitrogenaseaktivität zur Folge hat. Dies zieht dann die verminderte O2-Aufnahme, aber auch eine verminderte CO2-Fixierung der Knöllchen nach sich. Der methodische Ansatz besteht in der Nutzung eines optimierten Gaswechselmesssystems, das besonders aufgrund kleiner Gasräume eine direkte Messung der O2-Aufnahme der Knöllchen, aber auch den Einsatz von 15N2 und 13CO2, erlaubt.
Das Projekt "Physiologische und molekulare Regulation der N2-Fixierung bei Medicago truncatula" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Georg-August-Universität Göttingen, Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Abteilung Pflanzenernährung und Ertragsphysiologie durchgeführt. Symbiontische N2-Fixierung von Leguminosen und Rhizobiumbakterien in spezifischen Organen der Pflanze (Wurzelknöllchen) stellt einen wirtschaftlich und ökologisch bedeutsamen Beitrag zur N-Ernährung von Leguminosen dar. Die Bedeutung von Leguminosen für die menschliche und tierische Ernährung wird auf nationaler und internationaler Ebene wachsen. Symbiontische N2-Fixierung ist für die Pflanze mit erheblichen Energieaufwendungen verbunden und kann im Gegenzug den überwiegenden Teil der N-Ernährung der Leguminose realisieren. Diese für die Pflanze enormen Stoffumsätze bestimmten wesentlich ihre Produktivität. Die N2-Fixierung ist über gut koordinierte längerfristige (Knöllchenansatz, Knöllchenseneszenz) und kurzfristige Mechanismen (Limitierung der Bildung organischer Säuren, N-Feedbackmechanismus) dem N-Bedarf der Sprosse der Leguminosen angepasst. Das vorliegende Projekt verfolgt das Ziel, einen Beitrag zu einem umfassenden physiologischen und molekularbiologischen Bild der Regulationsmechanismen der N2-Fixierung auf Ganzpflanzenebene zu erbringen, um Ansatzpunkte für eine verbesserte Effizienz dieses Vorgangs zu finden. Hierzu werden auf Basis umfangreicher experimenteller Erfahrung über die längerfristige Manipulation der Atmosphäre um die Wurzeln und/oder um die Sprosse einerseits und durch die Manipulation der Phloemzusammensetzung (N-Feedbackmechanismus) andererseits unterschiedliche 'Regulationszustände' der Knöllchen eingestellt. Diese Pflanzen werden dann einer vergleichenden Transkriptomanalyse auf der Basis von Genchips unterzogen. Identifizierte 'Schlüsselgene' der Knöllcheneffizienz sollen anschließend überexprimiert und die Reaktion der Symbiose verfolgt werden. Die Arbeiten sind an der Modellleguminose Medicago truncatula geplant.