Die pflanzliche Kutikula

Abstract

Alle primären oberirdischen Pflanzenorgane werden von der Kutikula bedeckt, die die Grenzfläche zwischen Pflanze und Umwelt bildet. Die Kutikula ist eine extrazelluläre lipophile Membran, bestehend aus dem Polymer Kutin und ein- und aufgelagerten Wachsen. Ihre wichtigste Funktion ist der Schutz der Pflanze vor Austrocknung und Pathogenbefall. Im Rahmen dieser Dissertation wurden unter Verwendung mikroskopischer, chemisch-analytischer und transportphysiologischer Methoden verschiedene strukturelle und funktionelle Aspekte der pflanzlichen Kutikula untersucht<br /> Detaillierte Untersuchungen der Oberflächeneigenschaften der Blätter der vier wichtigen Nutzpflanzen Kartoffel (<i>Solanum tuberosum</i>), Tomate (<i>Solanum lycopersicum</i>), Wein (<i>Vitis vinifera</i>) und Apfel (<i>Malus domestica</i>) ergaben deutliche Unterschiede im Wachsgehalt, im Substanzklassenspektrum der Wachse, in der Stomatalokalisation und in den Benetzungseigenschaften dieser Arten. Die beiden Solanacaen (Tomate und Kartoffel) wiesen Stomata auf beiden Blattseiten auf. Das Substanzklassenspektrum der Wachse war gering und wurde von langkettigen linearen und verzweigten Alkanen dominiert. Stängel und Blätter wiesen eine hohe Trichomdichte auf. Bei Wein und Apfel befanden sich die Stomata nur auf der Blattunterseite, die Trichomdichte war vergleichsweise gering und beide Arten wiesen ein komplexes Wachsmuster mit einem hohen Substanzklassenspektrum auf. Indirekte Messungen zur kutikulären Permeabilität mit Hilfe des Photosyntheseinhibitors Bentazon und der Chlorophyll-Fluoreszenz Methode zeigten eine sehr schnelle Hemmung der Photosynthese bei beiden Solanacaen im Gegensatz zu Wein und Apfel. Diese Ergebnisse sind für die Optimierung der Wirkstoffaufnahme von entscheidender Bedeutung. Sie belegen die deutlichen Unterschiede zwischen den verschieden Kulturpflanzen und sie stellen die oftmals ausschließliche Verwendung von Modellsystemen zur Optimierung der Wirkstoffaufnahme in Kulturpflanzen, wie z. B. das Arbeiten mit isolierten Kutikular-membranen von astomatären, trichomfreien Blättern, in Frage.<br /> Der Beitrag der epikutikulären Wachse zur Etablierung der kutikulären Transpirationsbarriere sollte mittels Radiotracer-Studien untersucht werden. Rasterelektronenmikroskopische und chemisch-analytische Untersuchungen zeigten, dass die epikutikulären Wachse von elf verschiedenen Arten mit einer zweifachen Kollodiumbehandlung vollständig entfernt werden konnten. Die kutikuläre Permeabilität von radioaktivem Wasser änderte sich nach der Entfernung der epikutikulären Wachse mittels Kollodium nicht. Damit konnte für die hier untersuchten Arten zum ersten Mal gezeigt werden, dass die epikutikulären Wachse keinen wesentlichen Beitrag zu kutikulären Transportbarriere leisten. Die hier gewonnen experimentellen Befunde widerlegen die immer wieder in der Literatur zu findende spekulative Aussage, die epikutikulären Wachse würden die kutikuläre Transpirationsbarriere ausbilden. Die Funktion der epikutikulären Oberflächenwachse scheint demnach nicht darin zu liegen, die Transpirationsbarriere auszubilden. Sie sind vielmehr in anderen wichtigen Prozessen wie dem Lotus-Effekt, Schutz vor UV-Strahlung und Schutz vor Mikroorganismen und Herbivoren involviert.<br /> Die Kutikula bildet für Mikroorganismen (Bakterien, Pilzen und Hefen) den natürlichen Lebensraum. Das epiphylle Bakterium <i>Pseudomonas syringae</i> zeichnet sich durch die Bildung von Biotensiden aus, die ihre Fortbewegung auf der sehr hydrophoben Blattoberfläche verbessern. In transportphysiologischen Untersuchungen sollte untersucht werden, ob die Permeabilität isolierter Kutikularmembranen der Blätter von Pappel (<i>Populus canescens</i>) und Kirschlorbeer (<i>Prunus laurocerasus</i>) durch Biotenside, ähnlich wie durch synthetische Tenside erhöht wird. Nach Inokulation der Kutikula mit Biotensid-produzierenden Bakterien, Überständen und dem auf gereinigten Biotensid wurden keine oder nur minimale Erhöhungen der kutikulären Transpiration beobachtet. Diese Ergebnisse zeigten, dass im Gegensatz zu den technischen Tensiden, die vergleichsweise großen und sehr polaren Biotenside keine Permeabilitätsänderungen der Kutikula bewirken können.