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Calcium-transport in Wurzeln von Mais- und Bohnenkeimpflanzen

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Summary

Calcium transport in roots of maize and bean plants.

In order to study Ca-transport in roots of intact plants, nutrient solution labelled with Ca45 was supplied to a 3 cm long root zone of 9 days old maize (Zea mays L, Velox) and bean plants (Phaseolus vulgaris L., Saxa). The remainder of the root system (length of the seminal root 25–30 cm) grew in nutrient solution without Ca45. After 1–7 days the distribution of Ca45 was determined in the different root zones and in the shoot.

  1. 1.)

    Ca45 was accumulated mainly in the root zone to which it was supplied. During the upward translocation only small amounts of Ca45 were taken up from the xylem by the surrounding root tissue. Most of the Ca45 was translocated into the leaves.

  2. 2.)

    Neither in maize nor in bean Ca45 was translocated in direction to the root tip (i.e. in the phloem), even not after increase of the Ca-concentration to 10 me/l and prolongation of the experiments to 4 or 7 days. Transport towards the root tip could only be induced after removal of the root tip; in this case, however, the apical transport obviously took place in the xylem.

  3. 3.)

    Per unit root length uptake of Ca45 in nodal roots was lower than in seminal roots due to the lower diameter of the nodal roots. Based on the dry weight, however, uptake was nearly the same. Also in nodal roots no phloem transport of Ca45 took place.

  4. 4.)

    Into young laterals (up to a length of more than 1 cm) but not into old laterals (longer than 2 cm) Ca45 was translocated from the seminal root. Obviously at the beginning of their growth laterals act as a sink for mineral elements taken up in other root zones and only at a later stage the uptake rate for the external solution exceeds their own demand. The direction of the xylem stream then changes in the basal direction and they contribute to the mineral nutrition of the shoot.

  5. 5.)

    Also under conditions of Ca deficiency in the tip zone of the root, i.e-when this zone grew in a Ca-free nutrient solution, it was not possible to induce translocation of Ca45 towards the root tip, despite the fact that high Ca concentrations (10 me/l) were supplied to basal zones. Under these conditions the root tip died within 2 days as the result of Ca deficiency. Therefore growing root tips must be permanently supplied with Ca directly from the external solution. This also explains why penetration of roots through soil layers low in available Ca is difficult or restricted.

Zusammenfassung

Zur Untersuchung des Ca-Transportes in Wurzeln intakter Pflanzen wurde Wurzeln von 9 Tage alten Pflanzen von Mais (Zea mays L., Velox) und Bohnen (Phaseolus vulgaris L., Saxa) an einer 3 cm langen Zone Ca45-markierte Nährlösung angeboten. Die übrigen Zonen der Wurzeln (Gesamtlänge der Primärwurzel 25–30 cm) befanden sich in nichtmarkierter Nährlösung. Nach einer Versuchsdauer von 1–7 Tagen wurde die Verteilung von Ca45 in den einzelnen Wurzelzonen und im Sproß ermittelt.

Wachsende Wurzelspitzen müssen somit ihren gesamten Ca-Bedarf direkt durch Aufnahme aus der Außenlösung decken, eine Durchwurzelung Ca-armer Bodenhorizonte ist deshalb erschwert oder nicht möglich. re]19730417

  1. 1.)

    Bei Angebot von Ca45 zu einer bestimmten Wurzelzone wurde Ca45 in der Angebotszone stark akkumuliert. Während der basalen Verlagerung im Xylem wurde Ca45 kaum vom umliegenden Wurzelgewebe entnommen, sondern zu einem hohen Anteil in den Sproß verlagert.

  2. 2.)

    Ein Transport von Ca45 in Richtung Wurzelspitze, d.h. ein Phloemtransport, konnte weder bei Mais noch bei Bohnen festgestellt werden, auch dann nicht, wenn die Angebotskonzentration von 1 auf 10 me Ca/l erhöht und die Versuchsdauer von 1 auf 4 bzw. 7 Tage verlängert wurde. Nur durch häufiges Abschneiden der Wurzelspitze konnte ein Transport von Ca in Richtung Wurzelspitze (allerdings im Xylem) induziert werden.

  3. 3.)

    Gegenüber Primärwurzeln wiesen Adventivwurzeln infolge ihres geringeren Durchmessers eine niedrigere Absolutaufnahme an Ca45 je Längeneinheit auf. Bezogen auf g Trockensubstanz war die Aufnahme aber fast gleich. Auch in Adventivwurzeln war kein Phloemtransport von Ca45 nachweisbar.

  4. 4.)

    In Seitenwurzeln wurde bis zu einem bestimmten physiologischen Alter (entsprechend etwa 2 cm Länge) von der Hauptwurzel über das Xylem Ca45 eingelagert. Erst später fand eine derart starke Eigenleistung der Seitenwurzeln statt, daß sich die Richtung des Xylemstromes-und damit die Richtung des Ca45-Transportes-umkehrte und basalwärts in Richtung Sproß verlief.

  5. 5.)

    Fehlendes Außenangebot an Ca zur Wurzelspitze führte ebenfalls zu keinem Phloemtransport von Ca45, auch wenn 10 me Ca/l, markiert mit Ca45 zu mehr basalen Wurzelzonen angeboten wurden. Unter diesen Bedingungen starben die Wurzelspitzen innerhalb von 2 Tagen infolge Ca-Mangel ab.

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Nutzpflanzenforschung-Pflanzenernährung, TU, Berlin

    H. von Marschner & Ch. Richter

Authors
  1. H. von Marschner
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  2. Ch. Richter
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von Marschner, H., Richter, C. Calcium-transport in Wurzeln von Mais- und Bohnenkeimpflanzen. Plant Soil 40, 193–210 (1974). https://doi.org/10.1007/BF00011422

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