Zeitschrift für Pflanzenphysiologie und Pathologie

Auswirkungen von exogenem Spermidin auf die Zellwandzusammensetzung und den Kohlenhydratstoffwechsel von Marsilea-Pflanzen unter Cadmiumstress

Malay Kumar Adak

In einem Experiment zum Nachweis zellulärer Veränderungen des Kohlenhydratgehalts und der damit verbundenen enzymatischen Aktivitäten wurde eine Studie mit Marsilea minuta L., einer Wasserfarnart, unter simulierten Bedingungen einer Cadmiumtoxizität (Cd) durchgeführt. Anhand unterschiedlicher Cd-Dosen (0, 50, 100 und 200 μM) und einer Ergänzung mit Spermidin (2 mM) zeigte sich, dass die Pflanzen unter Cd-Stress dosisabhängig unter einer Ansammlung von Gesamtkohlenhydraten litten. Der maximale Rückgang des Kohlenhydratgehalts lag im Vergleich zur Kontrollgruppe bei 58 %, der durch die Spermidin-Gabe um das 1,42-Fache wiederhergestellt wurde. In ähnlicher Weise waren die Pflanzen auch im Stärkegehalt und im Gesamtgehalt an reduzierendem Zucker um 42 % bzw. 63,04 % gegenüber der Kontrollgruppe betroffen. Die Pflanzen konnten den Rückgang von Stärke und Gesamtzucker um das 1,32-Fache bzw. 1,52-Fache wiederherstellen. Im Gegenteil, die Pflanzen hatten einen 3,84- bzw. 4,66-fachen Anstieg der Strukturkohlenhydrate in Form von Zellulose und Hemizellulose. Aufgrund enzymatischer Aktivitäten wiesen die Pflanzen eine signifikante Herunterregulierung der Aktivitäten löslicher Invertase und wandgebundener Invertase um maximal 51,27 % bzw. 42,07 % über den Kontrollwert auf und bewiesen so ihre relativ gute Integrität im Kohlenhydratstoffwechsel. Spd konnte, ungeachtet dieser Enzyme, seine Aktivität um das 1,66- bzw. 1,53-fache wiedererlangen. Die Cd-Toxizität hat eine Art anaeroben Stress ausgelöst, wodurch Marsilea-Pflanzen dazu neigen, die Enzyme Alkoholdehydrogenase (ADH) und Malatdehydrogenase (MDH) auszuüben, die beiden durch anaeroben Stress induzierten Proteine, im Verlauf der Cd-Konzentration um das 1,83-fache zu erhöhen bzw. um maximal 58,34 % abzunehmen. Interessant ist, dass die α- und β-Amylase-Aktivität ein weiteres zelluläres Merkmal darstellt, das durch die Cd-Konzentration gegenüber der Kontrolle um 50,42 % bzw. 44,53 % abnimmt. Spd rief zwar die Aktivitäten für beide hervor, war jedoch nicht statistisch signifikant. Daher hat die Marsilea-Pflanze ihre zellulären Reaktionen in verschiedenen Aspekten des Kohlenhydratstoffwechsels entwickelt, und diese könnten als Biomarker für Cd in der aquatischen Umwelt dargestellt werden.