Root exudates in the grassland ecosystem

Abstract

Um die Nährstoffverfügbarkeit zu erhöhen oder mit anderen Organismen interagieren zu können, exsudieren Pflanzen Metabolite des primären und sekundären Stoffwechsels in die Rhizosphäre. Diese exogenen, aber auch endogene Faktoren (z.B. Art-Identität und Pflanzen spezifische Merkmale) beeinflussen dabei die Zusammensetzung der exsudierten Metabolit-Profile. Diese Arbeit untersucht das Exsudationsmuster in einer natürlichen Rhizosphäre. Dafür wurden zehn mehrjährige Grasland-Arten in existierende Grasländer der „Biodiversitäts Exploratorien“ gepflanzt und auf ihre Exsudations Profile mittels zweier massenspektrometrischen und einer ungerichteten Metabolit-Profiling Methode analysiert. Ein Teil der Metabolite wurden klassifiziert und identifiziert. Die Exsudat Profile wurden auf Faktoren wie die pflanzlichen Merkmale, pflanzliche Artenzusammensetzung der Nachbarschaft, abiotische Boden und Klima Parameter und Landnutzung bezogen. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Faktoren einen Einfluss auf die Exsudation haben; die Stärke des Einflusses ist jedoch Metaboliten abhängig. Damit zeigt diese Arbeit, dass eine Untersuchung von Exsudaten unter realistischen, nicht-kontrollierten Feldbedingungen möglich ist.

Plants exude metabolites of the primary and secondary metabolism into the rhizosphere to affect the nutrient availability as well as interact with other organisms. These exogenous environmental and endogenous factors (e.g. species-specific and plant specific traits) influence the chemical composition of exuded metabolite profiles. This thesis aims to describe the exudate patterns in natural rhizosphere. Therefore, ten perennial grassland plant species were planted in existing grasslands of the Biodiversity Exploratories and analysed for their exudate profiles by two mass spectrometric and an untargeted metabolite-profiling approach. Metabolites were classified and identified to some extent. Exudate patterns were related to different drivers, including information on plant functional traits, plant species composition of the neighbourhood, abiotic soil and climate conditions and land use intensity. The results show that these factors affect the exudation of plant roots, whereby the relative impact of the different factors was found to be highly metabolite-specific. Thus, this thesis that an investigation of exudates under realistic non-controlled field conditions is feasible.