Die Funktion des Mykorrhiza unter Schwermetallbelastung

Die Verunreinigung von Böden mit Schwermetallen stellt eine Gefährdung von Mensch und Umwelt dar. Verunreinigte Böden können durch verschiedene Maßnahmen saniert werden. In situ Phytosanierung ist aufgrund ihrer geringen Kosten und geringen Nebenwirkungen auf die Umwelt eine interessante Alternative zu herkömmlichen Verfahren der Bodensanierung. Dabei werden Pflanzen auf kontaminierten Böden angepflanzt und dadurch die Schwermetalle im Boden immobilisiert oder aus dem Boden extrahiert. Pflanzen, die sich für diese Methode eignen müssen hohe interne und externe Schwermetallkonzentrationen tolerieren. Metallhyperakkumulatoren erfüllen diese Voraussetzung, doch sind sie durch ihre großteils geringe Biomasseproduktion nur von begrenztem Nutzen. Die Entdeckung hochproduktiver und Schwermetalle akkumulierender Pappeln und Weiden könnte die Effizienz von Phytosanierungsmaßnahmen markant steigern. Die Verfügbarkeit von Schwermetallen im Boden und deren Aufnahme durch Pflanzen hängt stark von Rhizosphärenprozessen ab. Mykorrhizapilze sind ein wichtiger Bestandteil der mikrobiellen Organismengemeinschaft der Rhizosphäre. Ein Großteil aller Pflanzen wächst in Symbiose mit Mykorrhizapilzen. Die meisten Metallhyperakkumulatoren bilden dabei eine Ausnahme. Daher wurde die Bedeutung der Mykorrhiza im Rahmen von Phytosanierungsmaßnahmen bisher als gering angesehen. Pappeln und Weiden bilden jedoch eine Mykorrhiza aus. Diese Mykorrhiza spielt in der Aufnahme essentieller Metalle durch Pflanzen eine wichtige Rolle: die Pilze stabilisieren mit ihren ausgedehnten Myzelien den Boden, nehmen Mineralstoffe auf und geben diese über ihre wurzelinternen Strukturen direkt an Wurzelzellen ab. Die Aufnahme toxischer Schwermetalle wird generell reduziert. Diese Feststellung basiert ausschließlich auf Ergebnissen aus Versuchen mit Pflanzen, die Schwermetalle nicht akkumulieren. Die Funktion einer Mykorrhiza hängt jedoch stark von der Wirtspflanze ab. So konnte in einer Voruntersuchung gezeigt werden, daß bei Schwermetalle akkumulierenden Weiden und Pappeln eine Mykorrhizierung die Schwermetallaufnahme markant steigerte. Generelle Themenbereiche der eingereichten Studie sind: 1) Quantitative Untersuchung der Transportprozesse und Verteilung von Schwermetallen innerhalb mykorrhizierter Pappeln. 2) Untersuchung und Quantifizierung des Einflusses von Mykorrhizapilzen auf die Verfügbarkeit von Schwermetallen in Böden. Glashaus- und Freilanduntersuchungen sind zur Erreichung folgender Zielsetzungen der Studie geplant: 1. Charakterisierung der funktionellen Kompatibilität verschiedener Mykorrhizapilze mit Schwermetalle akkumulierenden Bäumen im Vergleich zu nicht akkumulierenden Bäumen. 2. Untersuchung der funktionellen Diversität ausgewählter Mykorrhizapilze: Vergleich des Schwermetalltransportes innerhalb eines Bodenmyzels und des Transfers an die Wirtspflanze. 3. Bestimmung des Einflusses von Mykorrhizapilzen auf die Konzentration von Schwermetallen in Lösungen und die Schwermetallverfügbarkeit in Böden. Die im Rahmen der Studie erzielten Erkenntnisse werden wichtige Hinweise auf eine mögliche Nutzung von Mykorrhizapilzen im Rahmen von Phytosanierungsmaßnahmen liefern. Weiters werden sie zu einem besseren Verständnis der ökologischen Bedeutung von Mykorrhiza-Assoziationen in mit Schwermetallen kontaminierten Böden beitragen.

Die Verunreinigung von Böden mit Schwermetallen stellt eine Gefährdung von Mensch und Umwelt dar. Verunreinigte Böden können durch verschiedene Maßnahmen saniert werden. In situ Phytosanierung ist aufgrund ihrer geringen Kosten und geringen Nebenwirkungen auf die Umwelt eine interessante Alternative zu herkömmlichen Verfahren der Bodensanierung. Dabei werden Pflanzen auf kontaminierten Böden angepflanzt und dadurch die Schwermetalle im Boden immobilisiert oder aus dem Boden extrahiert. Pflanzen, die sich für diese Methode eignen müssen hohe interne und externe Schwermetallkonzentrationen tolerieren. Metallhyperakkumulatoren erfüllen diese Voraussetzung, doch sind sie durch ihre großteils geringe Biomasseproduktion nur von begrenztem Nutzen. Die Entdeckung hochproduktiver und Schwermetalle akkumulierender Pappeln und Weiden könnte die Effizienz von Phytosanierungsmaßnahmen markant steigern. Die Verfügbarkeit von Schwermetallen im Boden und deren Aufnahme durch Pflanzen hängt stark von Rhizosphärenprozessen ab. Mykorrhizapilze sind ein wichtiger Bestandteil der mikrobiellen Organismengemeinschaft der Rhizosphäre. Ein Großteil aller Pflanzen wächst in Symbiose mit Mykorrhizapilzen. Die meisten Metallhyperakkumulatoren bilden dabei eine Ausnahme. Daher wurde die Bedeutung der Mykorrhiza im Rahmen von Phytosanierungsmaßnahmen bisher als gering angesehen. Pappeln und Weiden bilden jedoch eine Mykorrhiza aus. Diese Mykorrhiza spielt in der Aufnahme essentieller Metalle durch Pflanzen eine wichtige Rolle: die Pilze stabilisieren mit ihren ausgedehnten Myzelien den Boden, nehmen Mineralstoffe auf und geben diese über ihre wurzelinternen Strukturen direkt an Wurzelzellen ab. Die Aufnahme toxischer Schwermetalle wird generell reduziert. Diese Feststellung basiert ausschließlich auf Ergebnissen aus Versuchen mit Pflanzen, die Schwermetalle nicht akkumulieren. Die Funktion einer Mykorrhiza hängt jedoch stark von der Wirtspflanze ab. So konnte in einer Voruntersuchung gezeigt werden, daß bei Schwermetalle akkumulierenden Weiden und Pappeln eine Mykorrhizierung die Schwermetallaufnahme markant steigerte. Generelle Themenbereiche der eingereichten Studie sind: 1. Quantitative Untersuchung der Transportprozesse und Verteilung von Schwermetallen innerhalb mykorrhizierter Pappeln. 2. Untersuchung und Quantifizierung des Einflusses von Mykorrhizapilzen auf die Verfügbarkeit von Schwermetallen in Böden. Glashaus- und Freilanduntersuchungen sind zur Erreichung folgender Zielsetzungen der Studie geplant: 1. Charakterisierung der funktionellen Kompatibilität verschiedener Mykorrhizapilze mit Schwermetalle akkumulierenden Bäumen im Vergleich zu nicht akkumulierenden Bäumen. 2. Untersuchung der funktionellen Diversität ausgewählter Mykorrhizapilze: Vergleich des Schwermetalltransportes innerhalb eines Bodenmyzels und des Transfers an die Wirtspflanze. 3. Bestimmung des Einflusses von Mykorrhizapilzen auf die Konzentration von Schwermetallen in Lösungen und die Schwermetallverfügbarkeit in Böden. Die im Rahmen der Studie erzielten Erkenntnisse werden wichtige Hinweise auf eine mögliche Nutzung von Mykorrhizapilzen im Rahmen von Phytosanierungsmaßnahmen liefern. Weiters werden sie zu einem besseren Verständnis der ökologischen Bedeutung von Mykorrhiza-Assoziationen in mit Schwermetallen kontaminierten Böden beitragen.