English

Sunflower and rape are important oil plants which differ in their heavy metal content. For example, the cadmium (0,4 mg/kg dw) and nickel (2 mg/kg dw) content in sunflower seeds exceeds that in rape seeds by nearly one order of magnitude. This study investigated which mechanisms such as binding forms or immobilization to cellular structures are responsible for these differences. For this purpose sunflower and rape organs (roots, stems, leaves, seeds) were analysed to determine the distribution of Cd, Cu, Fe, Ni, Zn. In contrast to sunflower plants a physiological barrier for cadmium was observed in rape plants. It was localized in the placenta of rape pods. The proportion of extractable, soluble Cd in sunflower and rape organs is nearly the same. Thus, the influence of water soluble Cd binding forms on the distribution of cadmium in sunflower and rape organs seems to be negligible. By contrast, less than 10 % of the total nickel were extractable from roots and stems of rape plants. Ni is evidently immobilized by non-soluble cell structures (e.g. cell walls) and cannot be transported into the shoots and seeds. In sunflower roots the soluble amount of Ni is about 70 %. Thus, a greater portion of the total Ni could be transported into the shoots and seeds of sunflower than rape plants. Therefor, besides the “cadmium barrier” in rape pods, another important factor was found, which should be responsible for the differences in the heavy metal content of rape and sunflower seeds. The molecular weight of metal binding compounds, extracted from sunflower and rape organs by Tris-HCl-buffer, was determined with gel filtration chromatography. For example, Cd binding compounds (~ 25 kD) from sunflower and rape roots were isolated and investigated by amino acid analysis, fluorescence-HPLC and ESI-MS. It was demonstrated that these compounds were no phytochelatins.

Deutsch

Ziel der vorliegenden Arbeit war, die Ursachen für die unterschiedlichen Cadmium- und Nickelgehalte von Sonnenblumenkernen (0,4 mgCd/kg TS, 2 mgNi/kg TS) im Vergleich zu Rapssamen (0,04 mgCd/kg TS, 0,4 mgNi/kg TS) aufzuklären. Die Schwermetallverteilung in den Pflanzen wurde durch Analyse der Schwermetalltotalgehalte (AAS) in den Grundorganen (Wurzel, Stängel, Blatt, Frucht) bestimmt. Es konnte gezeigt werden, dass Rapspflanzen im Unterschied zu Sonnenblumen über eine physiologische Barriere für Cadmium verfügen. Diese wurde in der Plazenta der Schoten, in welche die Rapssamen eingebettet sind, lokalisiert. Bilanzierungsstudien belegen, dass die Anteile an extrahierbaren, löslichen Cd-Bindungsformen in den vegetativen Pflanzenteilen von Sonnenblumen und Raps ähnlich hoch sind, sodass deren Einfluss auf die unterschiedliche Schwermetallverteilung in den Ölsaaten nur gering sein kann. Anders ist die Situation beim Nickel, das sich aus den Wurzeln und dem Stängel von Rapspflanzen lediglich in Spuren extrahieren lässt (< 10 %), da es bevorzugt an unlösliche Zellbestandteile gebunden und somit nur gering mobil ist. Der hohe Extraktionsgrad des Nickels (65 %) aus Wurzeln von Sonnenblumen belegt, dass dieses Element in größerem Maße aus der Wurzel in den Spross transportiert und von den Sonnenblumenkernen akkumuliert werden kann. Damit ist, neben der Ausbildung einer „Cadmium-Barriere“ in Rapspflanzen ein weiterer Faktor gefunden, der zur unterschiedlichen Schwermetallakkumulation der Ölpflanzen beiträgt. Aus den Wurzeln von Sonnenblumen und Raps wurden mit der Gelchromatographie (GFC) Cd-haltige Substanzen (~ 25 kD) isoliert und mit Aminosäureanalyse, Fluoreszenz-HPLC sowie ESI-MS strukturanalytisch untersucht. Danach handelt es sich bei diesen Cd-Bindungsformen nicht um Phytochelatine, sondern wahrscheinlich um Stressproteine.