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Zusammenfassung (Englisch)

To attract pollinators, tobacco plants produce nectar. Nectar is an aqueous solution with a high sugar content and also contains amino acids, proteins, anions and cations, organic acids and secondary metabolites. The composition of the nectar varies from species to species, but the concentration of the components and their proportionate ratio is similar intra-specifically. Therefore, the question arises on which factors the nectar composition depends, for example, on the adaptation to certain pollinator groups or on the phylogeny of the respective species. In order to test this, the nectar of 20 tobacco species was analysed for the different components. The protein content in the nectar was similar for many species, but the protein profile differed according to species. Statistical analyses have shown that mainly sugar and amino acids are dependent on the pollinators, whereas for ions and the most important organic acid malate, the influence of pollinators and phylogeny is equally high. This gave rise to the question of how Nicotiana can regulate the nectar composition. Since only sucrose reaches the nectar-producing tissue through phloem, the hexoses present in the nectar have to be produced by saccharose-cleaving enzymes. The expression and activity of cell wall invertases in day- and night-flowering tobacco was examined at different time points simultaneously to the sugar composition in nectaries and nectar. The sugar composition of the nectar was already predetermined before and during its secretion, as there was a high correlation between the percentages of fructose and sucrose in nectaries and nectar and additionally no post-secretory modification of the sugars in the nectar could be found. In case of the night-flowering species, the sugar concentration in the nectar was even higher in relation to the nectaries than in day-flowering species. Considering this and the sub-cellular concentrations of sugars in the nectaries, other transport mechanisms must be involved in the secretion in night-flowering Nicotiana species than in day-flowering species. Further results suggest that additional enzymes besides cell wall invertases must be involved in the production of nectar.

Zusammenfassung (Deutsch)

Tabakpflanzen produzieren Nektar, um Bestäuber anzulocken. Der Nektar ist eine wässrige Lösung mit einem hohen Zuckeranteil und enthält außerdem Aminosäuren, Proteine, Anionen und Kationen, organische Säuren und sekundäre Metabolite. Die Zusammensetzung des Nektars variiert dabei von Art zu Art, die Konzentration der Inhaltsstoffe und ihr anteiliges Verhältnis ist aber intra-spezifisch ähnlich. Daher stellt sich die Frage, von welchen Faktoren die Nektarzusammensetzung abhängig ist, zum Beispiel von der Anpassung an bestimmte Bestäubergruppen oder von der Phylogenese der jeweiligen Art. Um dies zu untersuchen, wurde der Nektar von 20 verschiedenen Tabakarten auf verschiedene Komponenten hin analysiert. Der Proteingehalt im Nektar war ähnlich bei vielen Arten, aber das Proteinprofil unterschied sich ebenfalls je nach Art. Statistische Analysen zeigten, dass vor allem Zucker und Aminosäuren von den Bestäuber abhängig sind, bei Ionen und der wichtigsten organischen Säure Malat ist der Einfluss von Bestäubern und Phylogenie gleich hoch. Daraus ergab sich die Frage, wie Nicotiana die Nektarzusammensetzung regulieren kann. Da über das Phloem nur Saccharose zu den Nektarien, dem Nektar-produzierenden Gewebe, gelangt, müssen die im Nektar vorhandenen Hexosen durch Saccharose-spaltende Enzyme in den Nektarien gebildet werden. Die Expression und Aktivität von Zellwandinvertasen wurde bei tag- und nachtblühendem Tabak zu unterschiedlichen Zeitpunkten parallel zur Zuckerzusammensetzung in Nektar und Nektarien untersucht. Die Zuckerzusammensetzung des Nektars war hauptsächlich schon vor und während der Nektarsekretion vorgegeben, da eine hohe Korrelation der prozentualen Anteile von Fructose als auch von Saccharose zwischen Nektar und Nektarien vorhanden war und keine post-sekretionale Modifikation der Zucker im Nektar stattfand. Bei den nachtblühenden Arten war die Zuckerkonzentration im Nektar im Verhältnis zu den Nektarien noch stärker als bei den tagblühenden Arten erhöht. In Anbetracht dessen und der subzellulären Konzentrationen der Zucker in den Nektarien müssen bei nachtblühenden Nicotiana-Arten andere Transportmechanismen als bei tagblühenden Arten an der Sekretion beteiligt sein. Weitere Ergebnisse lassen vermuten, dass noch zusätzliche Enzyme außer Zellwandinvertasen an der Nektarproduktion beteiligt sein müssen.

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