Wittmann, Christiane:

CO2-Refixierung im Context von Laubbäumen und ihre Beeinflussung durch abiotische Umweltfaktoren

Duisburg-Essen (2005), V, 253 S.
Dissertation / Fach: Allgemeines, Sonstiges
ehem. Fakultät für Biologie und Geografie
Fakultät für Biologie » Angewandte Botanik
Dissertation
Abstract:
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluß verschiedener abiotischer Umweltfaktoren (CO2, Temperatur, Strahlung) auf die corticulare Photosynthese (cort AB) von Laubbäumen untersucht. Die Kurzzeitexposition 1-jähriger Zweige unter erhöhtem atmosphärischem CO2 (700 µmol mol-1) ließ keine direkte CO2-Wirkung auf die cort AB erkennen. Dies konnte sowohl durch die hohen internen Ci-Werte, als auch den hohen peridermalen Diffusionswiderstand für CO2 begründet werden. Ein indirekter CO2-Effekt durch die im Zuge des Treibhauseffektes ansteigenden Temperaturen, konnte dagegen nicht ausgeschlossen werden. So ergaben Temperaturabhängigkeitsmessungen an Achsenorganen der Birke (Betula pendula) und Buche (Fagus sylvatica), daß die Dunkelatmung empfindlicher auf Temperaturänderungen reagierte als die corticulare Photosynthese. Ferner zeigte sich, daß sich bei steigenden Temperaturen das Gleichgewicht zwischen beiden Prozessen zugunsten der Dunkelatmung verschiebt. Die Kompensation der respiratorischen CO2-Verluste der Achsenorgane durch die cort AB wurde dadurch vermindert. Infolge der lichtabsorbierenden Eigenschaften der sekundären Abschlußgewebe ließen die Cortexchlorenchyme typische Merkmale einer ausgeprägten Schattenanpassung erkennen. Ein Überleben unter schattierten Bedingungen verlangt in der Regel eine Maximierung der Lichtausbeute begleitet von einer Minimierung der respiratorischen Energie- und Kohlenstoffverluste. Es konnte gezeigt werden, daß beide Strategien durch die corticulare Photosynthese der Achsenorgane realisiert werden. Um die Bedeutung der cort AB für die Kohlenstoffökonomie der Versuchspflanzen abzuschätzen, wurde anhand der durchgeführten in situ CO2-Gaswechselmessungen modellhaft die Kohlenstoffbilanz eines Baumes zu einem gegebenen Zeitpunkt ermittelt. Die Berechnung erfolgte unter der Annahme verschiedener (Umwelt-)Szenarien für 5-jährige Individuen von Fagus sylvatica und Betula pendula. Die daraus resultierenden Momentaufnahmen der Kohlenstoffflüsse ergaben für die Buche einen relativen Anteil der corticularen Photosynthese an der Summe der Bruttokohlenstoffeinnahmen eines Baumes von 6% (unter lichtsättigenden Bedingungen). Unter reduziertem Strahlungsangebot stieg dieser auf bis zu 11% an. Wie beachtlich diese Werte sind, wird erst deutlich, wenn man berücksichtigt, daß die Achsenorgane der untersuchten Laubbäume im Durchschnitt lediglich 13-19% der gesamten Assimilationsfläche eines fünfjährigen Baumes repräsentieren. Ferner konnte rechnerisch erstmals nachgewiesen werden, daß die relative Bedeutung der corticularen Photosynthese für den Gesamt-C-Gewinn eines Baumes unter limitierenden Umweltbedingungen (z.B. Lichtmangelsituationen, Trockenphasen) an Bedeutung gewinnt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß in Streßphasen die Reduktion der corticularen Photosynthese im Vergleich zur Blattphotosynthese in der Regel deutlich geringer ausfällt. Bei einer postulierten Schädigung der Blattorgane durch Herbivorie oder Luftschadstoffe und einer daraus resultierenden Reduktion der Gesamtblattfläche des Baumes nahm die Bedeutung der corticularen Photosynthese relativ zur Blattphotosynthese ebenfalls deutlich zu. Mit Hilfe der aus den Einzelfaktorenanalysen gewonnenen Daten und Erkenntnisse konnten abschließend zwei einfache mathematische Modelle zur näherungsweisen Abschätzung der corticularen Photosynthese entwickelt werden. Diese basieren auf den Inputvariablen Temperatur (°C) und Strahlung (PFD) sowie den physiologischen Basisparametern Dunkelatmung (RD) und maximale corticulare Photosynthese (max cort AB). Ein erster Vergleich der im Tagesgang unter Freilandbedingungen gemessenen corticularen Bruttophotosyntheseraten (cort AB) mit der „modellierten“ cort AB zeigte eine Übereinstimmung von über 90%.

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