Bedeutung der Calcium-Versorgung für die Holzdifferenzierung sowie die elektrische Signalleitung in der Pappel

Diese Dissertation untersuchte die Bedeutung der Calciumernährung für die Xylemdifferenzierung sowie für die elektrische Signalleitung in der Pappel. Einhergehend mit der Abnehme der Calciumkonzentration in der Nährlösung kann ein deutlicher Rückgang im Holzzuwachs, in der Gefäßgröße und in der Faserlänge im Stamm beobachtet werden. Mittels EDX-Analyse wird gezeigt, dass mit ansteigender Calciumversorgung in der Nährlösung auch die Konzentration dieses Ions in den Geweben des Stammes ansteigt, am deutlichsten im Apoplasten des Phloems. TEM Untersuchungen machen deutlich, dass die cambialen Zellen unter Calciummangel keine großen Vakuolen ausbilden, wie sie hingegen bei optimal versorgten Pappeln ausgebildet werden. FTIR-Spektroskopie an den Holzzellwänden lässt einen deutlichen Rückgang nahezu aller funktioneller Gruppen unter Calciummangel erkennen; insbesondere die Acetyl-Gruppen sowie die Metoxy-Gruppen des S-Lignin erweisen sich unter Calciummangel als rückläufig. Die Calcium-mangelernährten Pappeln zeigen aber anhand der elektrischen Signalleitung, auch deutliche Unterschiede in den physiologischen Vorgängen des Phloems auf. Während optimal nährstoffversorgte Pappeln auf einen Hitzereiz hin deutlich mit dem Aufbau und der Weiterleitung von elektrischen Signalen reagieren, zeigen Calcium-mangelernährte Pappeln nur ein sehr gering ausgeprägtes Signal. An optimal nährstoffversorgten Pappeln wird gezeigt, dass diese Pflanze sehr sensitiv auf elektrische Signale reagiert, indem sie die Photosyntheseaktivität vorübergehend unterdrückt, wohingegen Calcium-mangelernährte Pappeln weder auf Hitzereizung reagieren, noch Änderungen in der Photosyntheseaktivität aufweisen.
This PhD thesis analyses the impact of calcium nutrition on wood formation as well as on electrical signalling in poplar trees. Along with decreasing Ca-nutrition a distinct reduction of wood growth, vessel size and fibre length can be seen in the stem. EDX-analysis further reveals that with increasing Ca2+ supply in the nutrient solution the Ca2+ concentration also increases within the stem tissues, most strongly in the phloem apoplast. TEM indicates that cambial cells lack large vacuoles under Ca2+ deficiency which are shown to be typical for plants grown under optimum conditions. FTIR - measurements on wood cell walls exhibit a strong reduction of almost all functional groups under calcium starvation. In particular, acetyl groups as well as methoxy groups responsible for S-lignin are reduced under Ca2+ starvation. Calcium-deficient poplar trees also show significant differences concerning physiological processes in the phloem like electrical signal transmission. While poplars grown under optimum nutrient supply strongly reveal the generation and transmission of electrical signals in response to heat-stimulation, Ca2+-deficient trees show a marked contrast inasmuch as the amplitude of the signal was distinctly reduced. It is shown that poplars grown under balanced nutrition respond very sensitive to electrical signals in a transient reduction of photosynthetic activity, whereas poplars grown under calcium starvation neither respond to heat-stimulation, nor show photosynthetic changes.