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Reference Category Journals
DOI 10.1002/jpln.200420407
Title (Primary) Consequences of sodium exclusion for the osmotic potential in the rhizosphere - comparison of two maize cultivars differing in Na+ uptake
Author Vetterlein, D.; Kuhn, K.; Schubert, S.; Jahn, R.
Source Titel Journal of Plant Nutrition and Soil Science
Year 2004
Department BOOEK
Volume 167
Issue 3
Page From 337
Page To 344
Language englisch
Keywords excluder;potassium;sodium;maize;matric potential;osmotic potential;rhizosphere;salinity;soil solution
Abstract

According to the biphasic model of growth response to salinity, growth is first reduced by a decrease in the soil osmotic potential (Ψo), i.e., growth reduction is an effect of salt outside rather than inside the plant, and genotypes differing in salt resistance respond identically in this first phase. However, if genotypes differ in Na+ uptake as it has been described for the two maize cultivars Pioneer 3906 and Across 8023, this should result in differences in Na+ concentrations in the rhizosphere soil solution and thus in the concentration of salt outside the plant. It was the aim of the present investigation to test this hypothesis and to investigate the effect of such potential differences in soil Ψo caused by Na+ exclusion on plant water relations. Sodium exclusion at the root surface of intact plants growing in soil was investigated by sampling soil solution from the rhizosphere of two maize cultivars (Across 8023, Pioneer 3906). Plants were grown in a model system, consisting of a root compartment separated from the bulk soil compartment by a nylon net (30 μm mesh size), which enabled independent measurements of the change of soil solution composition and soil water content with increasing distance from the root surface (nylon net). Across 8023 accumulated higher amounts of sodium in the shoot compared to the excluder (Pioneer 3906). The lower Na+ uptake in the excluder was partly compensated by higher K+ uptake. Pioneer 3906 not only excluded sodium from the shoot but also restricted sodium uptake more efficiently from roots relative to Across 8023. This was reflected by higher Na+ concentrations in the rhizosphere soil solution of the excluder 34 days after planting (DAP). The difference in Na+ concentration in rhizosphere soil solution between cultivars was neither due to differences in transpiration and thus in mass flow, nor due to differences in actual soil water content. As the lower Na+ uptake of the excluder (Pioneer 3906) was only partly compensated by increased uptake of K+, soil Ψo in the rhizosphere of the excluder was more negative compared to Across 8023. However, no significant negative effect of decreased soil Ψo on plant water relations (transpiration rate, leaf Ψo, leaf water potential, leaf area) could be detected. This may be explained by the fact that significant differences in soil Ψo between the two cultivars occurred only towards the end of the experiment (27 DAP, 34 DAP).

Die Bedeutung der Fähigkeit, Natrium von der Aufnahme auszuschließen, für das osmotische Potential in der Rhizosphäre – Vergleich zweier Maissorten mit unterschiedlicher Na+-Aufnahme

Geht man beim Einfluss von Salz auf das Pflanzenwachstum vom Zweiphasen-Modell aus, so wird das Wachstum zunächst durch das Absinken des osmotischen Potentials (Ψo) im Boden beeinträchtigt, d. h., durch Salz außerhalb der Pflanze. Genotypen mit unterschiedlicher Salzresistenz reagieren in dieser Phase identisch. Unterscheiden sich nun aber Genotypen in ihrer Na+-Aufnahme, wie dies für die beiden Maissorten Pioneer 3906 und Across 8023 beschrieben wurde, so sollte dies zu unterschiedlichen Na+-Konzentrationen in der Rhizosphärenbodenlösung führen und somit zu Unterschieden in der Konzentration von Salz außerhalb der Pflanze. Ziel der hier vorgestellten Untersuchungen war es, diese Hypothese zu prüfen sowie die Bedeutung solch potenzieller Unterschiede im Ψo der Bodenlösung, verursacht durch Na+-Ausschluss, für den Pflanzenwasserhaushalt zu untersuchen. Der Ausschluss von Natrium an der Wurzeloberfläche intakter Pflanzen wurde durch Gewinnung der Rizosphärenbodenlösung bei zwei verschiedenen Maissorten (Across 8023, Pioneer 3906) untersucht. Die Pflanzen wurden in einem Modellsystem, bestehend aus Wurzelkompartiment und Gesamtbodenkompartimenten, welche durch Nylonnetze (30 μm Maschengröße) voneinander getrennt waren, kultiviert. Die Veränderung der Bodenlösungszusammensetzung und die Änderung des Bodenwassergehaltes konnten unabhängig voneinander mit zunehmender Entfernung von der Wurzeloberfläche (= Nylonnetz) gemessen werden. Across 8023 akkumulierte größere Mengen an Natrium im Spross als der ,Excluder‘ Pioneer 3906. Die geringere Na+-Aufnahme beim ,Excluder‘ wurde partiell durch eine höhere K+-Aufnahme kompensiert. Pioneer 3906 schloss Natrium nicht nur vom Spross, sondern auch von der Wurzel effizienter aus als Across 8023. Dies spiegelte sich in einer höheren Na+-Konzentration in der Rhizosphärenbodenlösung beim ,Excluder‘ 34 Tage nach Pflanzung (DAP) wider. Die Unterschiede zwischen den beiden Maissorten in der Na+-Konzentration in der Rhizosphärenbodenlösung waren weder auf Unterschiede in der Transpiration und damit im Massenfluss, noch auf Unterschiede im aktuellen Bodenwassergehalt zurückzuführen. Da die geringere Na+-Aufnahme beim ,Excluder‘ nur teilweise durch eine höhere K+-Aufnahme kompensiert wurde, war Ψo der Rhizosphärenbodenlösung beim ,Excluder‘ negativer als bei Across 8023. Trotz dieser Unterschiede konnte kein Einfluss des negativeren Ψo auf Wasserhaushaltsparameter (Transpirationsrate, Ψo der Blätter, Blattwasserpotenzial, Blattfläche) festgestellt werden. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass signifikante Unterschiede im Ψo der Rhizosphärenbodenlösung erst gegen Versuchsende auftraten (27 DAP, 34 DAP).

Persistent UFZ Identifier https://www.ufz.de/index.php?en=20939&ufzPublicationIdentifier=4606
Vetterlein, D., Kuhn, K., Schubert, S., Jahn, R. (2004):
Consequences of sodium exclusion for the osmotic potential in the rhizosphere - comparison of two maize cultivars differing in Na+ uptake
J. Plant Nutr. Soil Sci. 167 (3), 337 - 344 10.1002/jpln.200420407