Vortrag von Dr. Dipl. Biol. Almut Gerhardt

Wasserpflanzen
Wissenswertes über Algenfarn und Entengrütze
Dr. Dipl. Biol. Almut Gerhardt
LimCo International
An der Aa 5
D-49477 Ibbenbüren
www.limco-int.com
Wie passen sich Wasserpflanzen
an ein Leben im Wasser an ?
1) Sie schwimmen in Nährstoffen
Deshalb:
- dünne Epidermis oft ohne Cuticula, Stoffaufnahme über gesamte Pflanze
- keine Wurzeln
- Kaum Stützgewebe, jedoch viel Luftgewege (Aerenchym) für Gasaustausch
2) Lichtabschwächung im Wasser
Deshalb:
- Zahlreiche Chloroplasten, die je nach Lichtverhältnissen verlagert werden
- Ausbildung von Schwimmblättern, epistomatisch
3) Blühen im Wasser, macht das Sinn?
Deshalb: vegetative Vermehrung
Azolla: Algenfarn, Wasserfarn
1) Moosähnliche, reich verzweigte schwimmende Farnpflanze mit Wurzeln
2) Weltweite Verbreitung der Gattung von USA aus., in Deutschland 2 Arten
3) Standortansprüche: viel Sonne, Wärme, Säuretoleranz, keine
Luftverschmutzung
4) Azolla ist schlau!
Arbeitsteilung mit Cyanobakterium Anabaena azollae
Blattanordnung für das Leben auf und im Wasser
Azolla kann auch kompliziert sein!
Heteromorpher heterophasischer Generationswechsel
1) Regelmäßiges Abwechseln von einer sich vegetativ und einer sich
geschlechtlich fortpflanzenden Generation
2) Beide Generationen sitzen an ein und derselben Pflanze
3) Der Sporophyt (eigentliche Farnpflanze) ist diploid und der sehr kleine,
Fast bis auf die Antheridien und Archegonien reduzierte Gemtophyt
ist haploid
Die Ehe zwischen
Azolla und Anabaena azollae: Symbiose
Das Erfolgsrezept:
Azolla bietet dem Bakterium einen geschützten Lebensraum in
Gewebehöhlen und verwöhnt das Bakterium mit Nährstoffen (Zucker)
Wer könnte da schon NEIN sagen?
Anabaena azollae liefert der Pflanze aus der Luft gebundenen Stickstoff
Rarität: Nur wenige Lebewesen können Luftstickstoff fixieren
Sie brauchen dazu den Enzymkomplex Nitrogenase
Azolla im Dienste der Menschen
1) Die Chinesen haben es schon vor 1000 Jahren erkannt:
Gründünger mit Azolla im Reisanbau
2) Azolla ist nährstoff- und proteinreich, somit ein gutes Futter für Vieh
und sicher besser als kontaminierte Tierkadaverreste, ein Grund zur
Ausbreitung von BSE.
3) Azolla ist eine natürliche und preiswerte Kläranlage
Es kann den P-Gehalt von häuslichem Abwasser um 36 % verringern
4) Azolla gegen lästige Mücken, Malariabekämpfung
Wasserlinsen - Lemnaceae
Unterschiede zu Azolla
Kleinste Blütenpflanzen der Welt
(Wolffia arrhiza, 1-1.5 mm)
Blüten an Kolben (Spadix) und mit Hüllblatt (Spatha)
Vorwiegend vegetative Vermehrung, selten Blühen
Extrem rasante Vermehrung
Gemeinsamkeiten von Azolla und Lemnaceae
Algenfarn-Wasserlinsen-Gesellschaft
(Azollo filiculoides-Lemnetum minisculae):
Gemeinsames Vorkommen, Konkurrenz
Ausbildung von dichten
„Blüten“, Teppichen, Decken
Ausbreitung:
Wasservögel, Schiffahrt, Hochwasserwellen,
Tornados
Wasserlinsen
- schwimmend
- nicht in Sproß und Blatt
gegliedert
- mit oder ohne Wurzeln
Weltweit verbreitet
In Deutschland:
Lemna (3 Arten)
Spirodela polyrhiza
Wolffia arrhiza
Lemna gibba
Stark aufgebläht durch Aerenchym
Salztolerant
Oft an Oberseite Rotfärbung
(Anthocyan)
Bevorzugt mediterranes
Klima
Spirodela polyrhiza
Oben:
Pflanze mit vielen Wurzeln
Und dunklen Turions
Unten:
auskeimendes Turion
Bildung eines Turions,
Gefüllt mit Stärke, 2 mm,
Zur Überwinterung
Wolffia arrhiza
Kleinste Blütenpflanze der Welt
Ohne Wurzeln
Licht- und Farbensehen bei Pflanzen ?
Pigmentsystem P-730 (tagsüber) und P-660 (nachts):
Je nach Dauer der Umbauprozesse unterscheidet man
Kurztagpflanzen (brauchen 15 Std. für den Umbau)
und Langtagpflanzen (9 Std.).
Die Verhältnisse der beiden roten Pigmente zueinander steuern:
Blühen
Samenkeimung
Abwurf der Blätter im Herbst
Erlaubt das sensitive Empfinden von versch. Rottönen
Sao Domingos Mine
(Süd-Portugal)
Seit über 30 Jahren aufgegeben
Emittiert saure, metallhaltige Abwässer
(Acid Mine Drainage, kurz AMD)
Fauna und Flora der Gewässer stark verarmt,
Versauerungsindikatoren (Diatomeen),
Räuber (Luftatmer) dominieren
Lemna (minor/gibba) biotest in der Ökotoxikologie
Standardtest in USA, Canada, Europa
Besonders für Herbizide
AMD (pH 3.3, 4.4, 5.0, 5.5, 6.4, 6.8 (C) )
Je 3 Replikate (untereinander)
Je 4 Pflanzen mit je 3-4 Gliedern
Expositionszeit 4-7 Tage
Parameter:
Blattfarbe (Chlorosis: grün, gelb,
Necrosis: braun, grau)
Blattvermehrung
Acid exposure after 7 days
Lemna-biotest
100
pH/AMD-abhängige Toxizität
% of leaves
80
60
40
20
Necrosis:
Säurestress ist toxischer
als AMD-stress
0
pH 3.3
pH 4.4
pH 5.0
pH 5.5
pH 6.4
Ref.
6.4
7
pH
Exposure to AMD 1 after 7 days
100
Chlorosis:
AMD-stress ist toxischer
als Säurestress
% of leaves
80
60
40
20
0
3.3
4.4
5
5.5
pH
Gerhardt, A., Janssens de Bisthoven, L., Soares, A.)
Lemna gibba in acidified water: % reproduction
Compared to control (ditch)
Säure führt nicht zur
Wachstumshemmung
% Reproduction ± SE
Lemna-biotest
200
160
120
80
40
No reproduction
0
pH 3.3
pH 4.4
pH 5.0
pH 5.5
pH 6.4
Ditch
Site
Compared to control (ditch)
240
% Reproduction ± SE
AMD führt pH-abhängig
Zu
- Stimulation bei pH 6.8
(ev. mehr Cu)
- Wachstumshemmung
bei pH < 6.4
Lemna gibba in AMD: % reproduction
200
Stimulation
160
120
80
Inhibition
40
0
pH 3.3
pH 4.4
pH 5.0
pH 5.5
pH 6.4
Res.
Ditch
Site
(Gerhardt, A., Janssens de Bisthoven, L., Soares, A.)
Was bietet Lemna spp. den Menschen ?
Natürliche Nahrung und Schutz für Wassertiere
Aquafarming:
Lemna spp. zur Produktion von Viehfutter und Fischfutter
Besonders in Entwicklungsländern eine billige, effektive Methode
Vorteil von Lemna: wächst rasant!
Wasserfläche von 1 Ha reicht aus, um 4000-7000 Hühner eine
Vegetationsperiode zu füttern.
Delikatesse?:
Wolffia globosa wird in Asien von Menschen verzehrt
Kläranlage:
Lemna spp. ist ein besserer N-eliminator aus Abwasser
als Azolla spp. Wer weiß noch warum??