Translocation and storage of chloride in chlorine-stressed maize (Zea mays L.)

Zhang, Xudong

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Zhang, Xudong

Translocation and storage of chloride in chlorine-stressed maize (Zea mays L.)

Translokation und Lagerung von Chlorid in mit Chlor gestresstem Mais (Zea mays L.)

(Übersetzungstitel)

Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:100-opus-18437
URL: http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2021/1843/

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SWD-Schlagwörter:

Mais , Biomasse , Photosynthese

Freie Schlagwörter (Deutsch):

Chloridstress , Nitratreduktaseaktivität

Freie Schlagwörter (Englisch):

chloride stress , maize , biomass , photosynthesis , nitrate reductase activity

Institut:

Institut für Kulturpflanzenwissenschaften

Fakultät:

Fakultät Agrarwissenschaften

DDC-Sachgruppe:

Landwirtschaft, Veterinärmedizin

Dokumentart:

Dissertation

Hauptberichter:

Zörb, Christian Prof. Dr.

Sprache:

Englisch

Tag der mündlichen Prüfung:

09.11.2020

Erstellungsjahr:

2020

Publikationsdatum:

17.02.2021

Lizenz:

Veröffentlichungsvertrag mit der Universitätsbibliothek Hohenheim

Kurzfassung auf Englisch:

Maize (Zea mays L.) is a moderately salt-sensitive species, its sensitivity to NaCl being mainly associated with the accretion of toxic sodium in shoots for example leading to the sodium-induced damage of leaf chloroplasts. However, less attention has been paid to the effects of chloride (Cl-). The work described in this dissertation therefore aims at elucidating the physiological adaptations of maize plants to Cl- salinity. It involves four research questions: 1) how do sensitive maize plants respond to Cl- salinity with regard to crop yield and plant performance; 2) how are the translocation and tissue storage patterns of Cl- correlated with tolerance to Cl- salinity; 3) how do osmotic stress and Cl- stress impact biomass, chlorophyll content, and nitrate reductase activity (NRA); 4) does sensitivity to Cl- salinity differ between maize and faba bean plants?
Soil pot experiments and hydroponic culture experiments in the greenhouse have shown that maize is able to withstand Cl- salinity by being a shoot excluder. The relevant genotypic difference is believed to be based on its ability to undertake Cl- root-to-shoot translocation. The resistance mechanism of the genotype ES-metronom, which is a more Cl- -tolerant variety, has been attributed to its more efficient shoot exclusion of Cl-,whereas that of the genotype P8589, which is a more Cl- -sensitive variety has been ascribed to the preferable sequestration of Cl- away from the young photosynthetic tissues, such as into old leaf blades, and Cl- movement in roots possibly to achieve Cl- dilution. In the mildly tolerant genotype LG30215, osmotic stress does not interfere with NRA but slows down mass flow, which probably reduces NO3- transport to leaf tissues, whereas excess Cl- indirectly inhibits NRA through the antagonistic limitation of NO3- uptake. In comparison with maize, faba bean plants are more sensitive to Cl- salinity rather than to sodium toxicity.

Kurzfassung auf Deutsch:

Mais (Zea mays L.) ist eine moderat salzempfindliche Spezies, deren NaCl-Sensitivität vorwiegend mit der Anreicherung von Natrium im Spross verbunden ist. Diese Anreicherung führt unter anderem zu einer Schädigung der Blattchloroplasten. Bisher wurde den Auswirkungen von Cl- jedoch weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Deshalb ist das Ziel dieser Arbeit, die physiologischen Anpassungen von Maispflanzen an Cl- -Überschuss aufzuklären. Dazu werden vier Fragestellungen verfolgt: 1) wie reagieren sensitive Maispflanzen auf Cl- -Salinität im Hinblick auf Physiologie und Ertrag? 2) Korreliert die Translokation und das Einlagerungs-Muster im Pflanzengewebe mit der Toleranz gegenüber Cl-? 3) Wie wirkt sich osmotischer Stress und Cl- Stress auf die Biomasse, den Chlorophyllgehalt und die Nitratreduktaseaktivität (NRA) aus? 4) Wie unterscheiden sich Mais und Ackerbohne in ihrer Cl--Sensitivität?
Gewächshausversuche in Boden und Hydrokultur zeigen, dass Mais der Cl- -Salinität standhalten konnte, da Mais die Verlagerung von Cl- in den Spross weitgehend unterdrückt. Der genotypische Unterschied hängt vermutlich mit der Wurzel-zu-Spross Translokation von Cl- zusammen. Die Resistenz im moderat Cl- -toleranten Genotypen ES-Metronom war auf eine effizientere Vermeidung der Verlagerung von Cl- in den Spross zurückzuführen, während der moderat Cl- -sensitive Genotyp P8589 Cl- vorwiegend außerhalb von jungen, fotosynthetisch aktiven Blättern, wie zum Beispiel den alten Blattspreiten einlagerte oder in die Wurzeln verlagerte, um einen Cl- -Verdünnungseffekt zu erzielen. In dem moderat Cl- -toleranten Genotypen LG30215 trat durch osmotischen Stress keine Hemmung der NRA, aber eine Verlangsamung des Massenflusses auf, welcher vermutlich den NO3--Transport zu den Blättern reduzierte, während Cl- eine indirekte Hemmung der NRA durch die antagonistische Limitierung der NO3--Aufnahme verursachte. Im Vergleich zu Mais ist die Ackerbohne sensitiver gegenüber Cl- -Salinität als zu Natriumsalinität.