Physiologisch-biochemische Mechanismen der Schwermetalltoleranz bei Armeria maritima (Mill.) Willd. ssp. halleri (Wallr.)

Abstract

Die schwermetalltolerante Höhere Pflanze Armeria maritima ssp. halleri, die auf mittelalterlichen Schwermetallhalden wächst, ist in der Lage große Mengen an Cu und Zn in den Blättern zu akkumulieren. Die intrazelluläre Verteilung von Cu, Zn und Si wurde mittels konventioneller und analytischer Elektronenmikroskopie (EDX, ESI, EELS) untersucht. Ein Großteil der aufgenommenen Schwermetalle gelangt durch den Transpirationsstrom in die Blätter und wird durch Salzdrüsen auf den Blattoberflächen wieder ausgeschieden. Die höchsten Konzentrationen an Zn werden extrazellulär auf der Oberfläche von Salzdrüsen und Spaltöffnungen gemessen. Die Vakuole stellt den Hauptspeicherort für Cu in Armeria dar. In der Vakuole wird das Metall mit phenolischen Verbindungen komplexiert. Die Hauptkomponente der phenolischen Verbindungen wurde mittels ESI-MS identifiziert und eine Erhöhung der Konzentration der Hauptkomponente (Myricetin-3-glucorhamnosid) wird nach Zugabe von 100µM Cu beobachtet. Die Rolle von Si bei der Schwermetalltoleranz von Armeria wird diskutiert und ein alternativer Mechanismus für den Transport von Si in der Vakuole vorgeschlagen. Die gezeigten Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass in Armeria verschiedene Mechanismen für die Toleranz gegenüber einzelnen Metallen entscheidend sind.

The heavy metal tolerant Armeria maritima ssp. halleri growing on Cu and Zn polluted soil of medieval mine dumps, accumulates high concentrations of these metals in their leaves. The intracellular distributions of Cu, Zn and Si were investigated by conventional and analytical electron microscopy (EDX, ESI, EELS). A considerable amount of heavy metals are translocated via the transpiration stream into the leaves and excreted by salt glands on the surface. The highest zinc concentrations can be measured on the outer surface of salt glands and stomata. A great part of the copper is retained in the vacuoles where the copper is chelated by phenolic compounds and the main component of these compounds was identified by ESI-MS. The concentration of Myricetin-3-glucorhamnoside increases in the 100µM Cu treatment. The function of Si in heavy metal tolerance is discussed and an alternative uptake mechanism for Si into the vacuole is proposed. All this leads to the conclusion that different mechanisms are responsible for the tolerance against single metals in Armeria.