Theses

Besides carrying out a traineeship students have the possibility to write a thesis at the department of Environmental Science. Currently, two topics are available (description in Dutch).

1. Oorzaken voor de accumulatie van non-protein stikstof in planten

Level: Master
Start: Anytime
Project duration: 6 weeks  (or longer)
Project form: Paper (scriptie)
Supervision: Prof. dr. Ton Breure / Dr. Arnold van den Burg
Mail addresses: T.Breure@science.ru.nl / bsp@upcmail.nl

Stikstof is een belangrijk element voor levende organismen, onder andere omdat het een essentieel element is van aminozuren die op hun beurt de eiwitten vormen. Wanneer je echter de organische vormen van stikstof in planten onderzoekt, blijkt dat slechts een beperkt deel (in de ordegrootte van enkel 10-tallen procenten) zich in eiwitten bevindt of aminozuren die voor de eiwitsynthese gebruikt kunnen worden. De resterende stikstof behoort tot de non-protein stikstof (NPN), wat een verzamelnaam is voor een breed scala van stikstofhoudende verbindingen.

Veel plantensoorten van voedselarme bodems (bijvoorbeeld droge, zure zandgronden) zijn van oudsher stikstof gelimiteerd. Vanuit evolutionair perspectief valt dan ook te verwachten dat deze planten efficiënt de beschikbare stikstof in de omgeving proberen te benutten. Deze stikstof kan dan o.m. gebruikt worden voor de eiwitsynthese en daarmee voor de verdere groei en fotosynthesecapaciteit van de plant.

Door stikstofdepositie kunnen de planten verzadigd raken met stikstof. Dit leidt mogelijk tot een toename van het stikstofgehalte van de plant zonder een toename van aminozuren of eiwitten. Vermoedelijk komt dit doordat andere componenten dan stikstof limiterend worden voor de groei van de plant. Als gevolg van het opheffen van de stikstoflimitatie hoopt zich NPN op.

Doel van het literatuuronderzoek is vast te stellen:

1. welke NPN verbindingen onder stikstoflimiterende omstandigheden voorkomen, in welke hoeveelheden en wat de functie is van die verbindingen.
2. hoe de ophoping van NPN verandert onder niet stikstoflimiterende omstandigheden, wat de functie van die verbindingen is en welke milieuomstandigheden daarop van invloed zijn.
3. wat de precieze oorzaken zijn van de NPN ophoping, bekeken vanuit de fysiologie van de plant, de bodemkwaliteit en milieukundige processen zoals verzuring, vermesting en zware metalen depositie.

Startliteratuur
Huang T, Jander G, de Vos M. 2011. Non-protein amino acids in plant defense against insect herbivores: representative cases and opportunities for further functional analysis. Phytochemistry. 2011 72:1531-1537
Thompson JF, Morris CJ, Gering RK. 1960. The effect of mineral supply on the amino acid composition of plants. Qualitas Plantarum et Materiae Vegetabiles 6: 261-275.

2. De effecten van non-protein stikstof in voedselketens

Level: Master
Start: Anytime
Project duration: 6 weeks  (or longer)
Project form: Paper (scriptie)
Supervision: Prof. dr. Ton Breure / Dr. Arnold van den Burg
Mail addresses: T.Breure@science.ru.nl / bsp@upcmail.nl

Stikstof is een belangrijk element voor levende organismen, onder andere omdat het een essentieel element is van aminozuren die op hun beurt de bouwstenen voor eiwitten zijn. Wanneer je echter de organische vormen van stikstof in planten onderzoekt, blijkt dat slechts een beperkt deel (in de ordegrootte van enkel 10-tallen procenten) zich in eiwitten bevindt of in aminozuren die voor de eiwitsynthese gebruikt kunnen worden. De resterende stikstof behoort tot de non-protein stikstof (NPN), wat een verzamelnaam is voor een breed scala van stikstofhoudende verbindingen.

De NPN-verbindingen zullen deels dienen als efficiënte vorm van stikstofopslag, maar er zijn ook verbindingen met heel andere functies, bijvoorbeeld de basen van nucleïnezuren. Een deel van deze functies zal samenhangen met de interne fysiologie van de plant. Er is relatief weinig bekend over de functies van dergelijke verbindingen. Wij hebben het vermoeden, dat een deel van de verbindingen negatieve effecten heeft op herbivoren of mogelijk zelfs kunnen worden doorgegeven tussen verschillende trofische niveaus in de voedselketen. Hierdoor zouden NPN-verbindingen in planten negatief kunnen doorwerken tot op het niveau van toppredatoren.

NPN-verbindingen zouden verantwoordelijk kunnen zijn voor vraatremming door herbivoren, maar ook bijvoorbeeld fysiologische processen in dieren kunnen verstoren, waardoor ze minder goed functioneren. Doel van de scriptie is om vast te stellen uit welke klassen verbindingen de NPN bestaat en welke hiervan effecten laten zien in de voedselketen, waar mogelijk aangevuld met de mechanismen hierachter.

Startliteratuur over een non-protein aminozuur dat een effect heeft twee niveaus hoger in de voedselketen dan het niveau waarop het is geproduceerd:
Cox P.A., Banack S.A., Murch S.J. 2003. Biomagnification of cyanobacterial neurotoxins and neurodegenerative disease among the Chamorro people of Guam. PNAS 100: 13380-13383.

Last update: 17 April 2013


Jack bean
Een zwaardboon (Canavalia
gladiata
) kan het non-protein zuur
L-Canavanine gebruiken voor de
afweer van insecten
(Huang et al. 2011)


Effecten van een non-protein zuur in een voedselketen
Biomagnificatie van een cyano-
bacteriale non-protein zuur (BMAA)
in Guam. De breedte van de pijlen
is proportioneel naar de
concentratie van vrije BMAA die
geleverd wordt aan et volgende
trofische niveau. Cox et al. 2003)