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Schwermetalle und Pflanzen - einekomplizierte Beziehung (I)
Schwermetall-Hyperakkumulation im Wilden Westenmodified from:
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hem
men
d
Effe
kt
förd
erlic
h
Konzentration
nur Schadstoff (z.B. Quecksilber) Mikronährstoff (z.B. Kupfer)
Die Dosis macht das Gift - auch bei Schwermetallen!
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Schwermetall-Mangel als globales Problem derLandwirtschaft
Aus: Alloway BJ. 2001. Zinc the vital micronutrient for healthy, high-value crops. Brussels, Belgium: International Zinc Association.
grün = moderater Zinkmangel; rot = starker Zinkmangel
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Cadmium
Cadmium als Pflanzen-Nährstoff in Thalassiosira weissflogii. A, B: Wachstum der Algen. (Laneand Morel, 2000, PNAS97)
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Carboanhydrase von Thalassioria weissflogii:Ein Enzym mit Cadmium im aktiven Zentrum
EXAFS-Spektrum der isolierten Cadmium-Carboanhydrase (Lane et al., 2005, Nature Vol.435)
Größe der Cadmium-Carboanhydrase imVergleich zur normalen Zn-Carboanhydrase(Lane and Morel, 2000, PNAS Vol. 97)
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Cadmium-Mangel im Cd/Zn-hyperaccumulatorThlaspi caerulescens
Mit 10 µM Cadmium in der Nährlösung--> gesunde Pflanzen
Ohne Cadmium in der Nährlösung--> Schaden durch Insektenbefall
Küpper H, Kroneck PMH (2004) MIBS 44 (Sigel et al., eds), chapter 5
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Eisen
Eisen an der Ozeanoberfläche(oben) und in 1000m Tiefe(unten)
Von: www-paoc.mit.edu
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Mechanismen der Eisenaufnahme in Pflanzen:Strategien der Eiseneffizienz
Nicotianamin
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Mechanismen der Eisenaufnahme in Pflanzen:An der Eisenaufnahme beteiligte ProteineIRT-Expression bei Eisenmangel (links) und Eisenzugabe (rechts)
Aus:Connolly et al., 2002, PlantCell 14, 1347-57
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Ausgewählte wichtige pflanzliche Enzyme mit Eisen imaktiven Zentrum
Katalase SOD
Cytochrom cCytb6f
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Biochemie von Eisen in Eisenzymen
Häm
Wichtige Typenvon Eisen-Schwefel-Clustern
Von: dasher.wustl.edu
Von: www.chem.ox.ac.uk
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Symptome und Wirkungsmechanismen von Eisenmangel
Von: Cannabis World. http://www.overgrow.com
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Kupfer
Allgemeines zu Kupfer
Kupfer als essentieller Pflanzen-Nährstoff
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Tafelbild:Vereinfachtes Schema der
Kupferaufnahmeund
-Verteilung in Pflanzen
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Ausgewählte wichtige pflanzliche Enzyme mit Kupfer imaktiven Zentrum
• Plastocyanin
•Multi-Kupfer-Oxidasen, z.B. Laccasen
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Symptome und Wirkungsmechanismen von Kupfermangel
http://www.nrs.mcgill.ca/whalen/nutrient/copper/copper.html
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Nickel
Allgemeines zu Nickel
Nickel als essentieller Pflanzen-Nährstoff
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Urease: Ein Enzym mit Nickel im aktiven Zentrum
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Nickelmangel in Ni-Hyperakkumulatoren
(a)
Ni added to the substrate (mg kg-1)
0 1000 2000 3000 4000
Shoo
t dry
wei
ght (
g)
0
2
4
6
8
10
12
14 Thlaspi goesingenseAlyssum bertoloniiAlyssum lesbiacum
Alyssum lesbiacum
(b)
Ni added to the substrate (mg kg-1)
0 1000 2000 3000 4000
Ni c
once
ntra
tion
(µg
g-1)
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000Thlaspi goesingenseAlyssum bertoloniiAlyssum lesbiacum
Küpper H, Lombi E, Zhao FJ, Wieshammer G, McGrath SP(2001) J Exp Bot 52 (365), 2291-2300
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Zink
Allgemeines zu Zink
Zink als essentieller Pflanzen-Nährstoff
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Mechanismen der Zinkaufnahme in Pflanzen
Wichtige beteiligte Proteine
• ZIP-Transporter
• CDF (cation diffusion facilitator)-Transporter
• CPx-ATPasen: ?
Aus:Guerinot ML, 2000,BBA 1465, 190-8
Aus: Kobae et al., 2004,PlantCellPhysiol 45,
1749-^58
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Zinkeffizienz
Aus: Hacisalihoglu G, Kochian, LV.How do some plants tolerate low levels of soil zinc?Mechanisms of zinc efficiency in crop plants.
New Phytologist 159 (2), 341-350.
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Ausgewählte wichtige pflanzliche Enzyme mit Zink im aktivenZentrum
Zinkfinger-Motiv
Tyrosin-Phosphatase
Carboanhydrase
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Symptome und Wirkungsmechanismen von Zinkmangel
http://www.nrs.mcgill.ca/whalen/nutrient/zinc/Zinc.html
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Schwermetalle als Mikronährstoffe
Heavy metals in soil or water
root uptake exclusionmechanisms
root
± root to shoottranslocation
stemepidermis
stemxylem
stemphloem
leaf xylemleaf phloem
photosynthetic cells(e.g. mesophyll cells,stomatal guard cells)
epidermis cells(not present e.g. in Elodea)
vacuoles
cell walls
cell walls vacuole
in the case ofsubmerged
aquatic plants
cyto-plasm
cytoplasm
cell walls
complexation by strong ligands (e.g. phytochelatins)
Küpper H, Kroneck PMH (2004) MIBS 44 (Sigel et al., eds), chapter 5
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Alle Folien meiner Vorlesungen im Internet unter
http://www.uni-konstanz.de/FuF/Bio/kuepper/Homepage/AG_Kuepper_education.html
weiterführende Literatur als pdf auf Anfrage