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TP 4: Molekularphysiologische Untersuchungen von Adaptationsmechanismen an Trockenheit bei Bäumen

In Niedersachsen ist die mittlere Jahrestemperatur in den letzten 50 Jahren bereits um 1,4°C gestiegen und Klimamodelle projizieren heißere und trockenere Sommer für die Zukunft. Diese Veränderungen werden sich massiv auf das Wachstum von Bäumen und anderen Pflanzen auswirken. In diesem Teilprojekt werden daher die molekularphysiologischen Grundlagen der Adaptationsmechanismen an Trockenheit bei der Buche erforscht.

Dabei werden Buchen aus verschiedenen Versuchsflächen, die in einem Feuchtigkeitsgradienten liegen, verwendet (Unterlüss (ca. 800 mm Jahresniederschlag) und Göhrde (ca. 630 mm) in der Lüneburger Heide, Niedersachsen, sowie Calvörde (ca. 550 mm) in Sachsen-Anhalt).

Durch anatomische Untersuchungen im Holz konnte eine Abstufung von verschiedenen Parametern entlang des Feuchtigkeitsgradienten gezeigt werden. Die Messung der Jahrringdicken macht deutlich, dass der jährliche Zuwachs auf den Versuchsflächen mit abnehmendem Niederschlag ebenfalls abnimmt (Abb. 1). Zudem bilden die Buchen der trockeneren Flächen mehr Leitgefäße mit geringerem Durchmesser, um einer möglichen Kavitation (Abreißen des Wasserstroms im Xylem) bei geringer Wasserverfügbarkeit vorzubeugen.

Abb. 1: Mikroskopische Holzschnitte von Rotbuchen der Sandflächen aus Unterlüss (a), Göhrde (b), und Calvörde (c). Der Jahrring von 2009 ist mit Pfeilen markiert.

Um diese veränderte Holzbildung bei Trockenstress zu untersuchen, wurden Aminosäuren und Stickstoffgehalt gemessen. Am Stickstoffgehalt in Holz und Rinde lässt sich zeigen, dass eine geringere Wasserverfügbarkeit, wie sie auf den trockeneren Versuchsflächen vorherrscht, auch zu einer schlechteren Nährstoffversorgung führt. Untersuchungen der Expression einiger ausgewählter Gene soll Aufschluss über die Zusammenhänge zwischen Trockenstress und Holzbildung geben.

Dazu soll in der zweiten Projektphase das Verhältnis der Kohlenstoffisotope (δ13C ) in einzelnen Jahrringen des Holzes gemessen werden, da dieses negativ korreliert ist mit der relativen Luftfeuchtigkeit und so auf Trockenstress in vergangenen Jahren rückschließen lässt. In dieser zweiten Phase wird außerdem die Genexpression und Membranschädigung von Jungbuchen der Versuchsflächen in einem Trockenstress-Experiment, das vom TP 5 durchgeführt wird, untersucht.

Das Teilprojekt schließt die Lücke zwischen der genetischen Konstitution der Buchen und den ökologischen Folgen von Trockenheit. Es kann somit einen Beitrag liefern, um die Auswirkungen der Klimaänderungen auf die einheimischen Wälder besser zu verstehen und die wissenschaftliche Grundlage für zukünftige waldbauliche Entscheidungen erheblich zu verbessern.

Antragstellerin: Prof. Dr. Andrea Polle

Mitarbeiter: Dr. Caroline Carsjens, M.Sc. Nguyen Ngoc Quynh, Viktoria Pfander

Kontakt:

Universität Göttingen

Forstbotanik und Baumphysiologie

Büsgenweg 2

D-37077 Göttingen

Forstbotanik und Baumphysiologie/Uni. Göttingen