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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-69914
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2014/6991/


Stressvermeidung oder Toleranz : Anpassungsstrategien der Süßgräser Deschampsia cespitosa und Deschampsia wibeliana an periodische Überflutung

Müller, David

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SWD-Schlagwörter: Chlorophyllfluoreszenz , Anpassung , Botanik , Pflanzenphysiologie , Photosynthese
Freie Schlagwörter (Deutsch): Ökophysiologie , Adaptation , Akklimatisierung
Basisklassifikation: 42.90 , 42.41 , 42.40
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Pflanzen (Botanik)
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Hanelt, Dieter (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.08.2014
Erstellungsjahr: 2014
Publikationsdatum: 29.09.2014
Kurzfassung auf Deutsch: Überflutung führt bei terrestrischen Pflanzen zu multiplem abiotischen Stress und beeinflusst dadurch auch die Verbreitung von Pflanzenarten. Bei vollständiger Überflutung stellt insbesondere die langsamere Gasdiffusion im Wasser die Pflanzen vor große Herausforderungen. Durch die etwa 10.000-mal langsamere Gasdiffusion kommt es bei
Überflutung zu einem reduzierten Gasaustausch zwischen Blättern und Überflutungswasser, was wiederum zu Hypoxie im pflanzlichen Gewebe führt. Außerdem ist in überfluteten terrestrischen Pflanzen durch eine geringere Lichtintensität und eine erschwerte CO2-Aufnahme die Photosynthese und damit die Produktion lebenswichtiger Assimilate
eingeschränkt. Terrestrische Pflanzen sind größtenteils nicht in der Lage, unter Wasser zu wachsen und sich zu reproduzieren, da ihnen Anpassungen aquatischer Pflanzen fehlen. Jedoch haben einige terrestrische Pflanzen Anpassungsstrategien entwickelt, die ihnen ein
Überleben der Überflutung und damit ein Vorkommen an Standorten mit regelmäßiger Überflutung ermöglichen.
Deschampsia wibeliana ist ein endemisches Taxon aus dem Deschampsia cespitosa-Komplex, das nur in den Tidemarschen des Elbe-Ästuars vorkommt. Dort hat sich D. wibeliana nach der letzten Eiszeit durch Anpassung an das durch periodische Überflutung
gekennzeichnete Habitat von D. cespitosa differenziert. Die Mechanismen, die D. wibeliana ein Überleben und eine erfolgreiche Reproduktion am tidebeeinflussten Standort ermöglichen, sind jedoch unbekannt. Um diese Wissenslücke zu schließen, wurde die Aufdeckung dieser Anpassungsmechanismen in den Mittelpunkt der vorliegenden Studie gestellt.
Dazu wurden die Reaktionen auf periodische Überflutung zwischen D. wibeliana und D. cespitosa vergleichend untersucht, da D. cespitosa an Standorten ohne regelmäßige Überflutung vorkommt und somit wahrscheinlich nicht über die Anpassungsmechanismen
von D. wibeliana verfügt. Bei den Untersuchungen standen physiologische Anpassungen auf Ebene des anaeroben Stoffwechsels und der Photosynthese sowie morphologische Anpassungen der Blätter, die den Unterwasser-Gasaustausch beeinflussen, im Fokus. Dabei wurden sowohl Experimente unter kontrollierten Bedingungen im Labor als auch ein reziprokes Verpflanzungsexperiment im Freiland durchgeführt.
Es wurde nachgewiesen, dass D. wibeliana keine Akklimatisierungsreaktion der Blattmorphologie zeigt. Die Blätter weisen jedoch generell eine hohe Gasfilmdicke auf, die für einen verbesserten Unterwasser-Gasaustausch sorgt.
Außerdem wurde bei den periodisch überfluteten D. wibeliana-Pflanzen eine höhere ADH-Aktivität in den Blättern im Vergleich zu akklimatisierten D. cespitosa-Blättern nachgewiesen. Das weist auf eine echte Stresstoleranz gegenüber Überflutungsstress bei D. wibeliana hin und deutet somit auf eine „Quiescence“-Strategie in Reaktion auf Überflutung hin, die auf ein Überdauern der Überflutung ausgelegt ist und in der Literatur als vorteilhafte Anpassung an kurzzeitige Überflutungen beschrieben wird.
D. cespitosa zeigte dagegen eine starke Akklimatisierung in Reaktion auf periodische Überflutung mit der Entwicklung neuer „semi-aquatischer“ Blätter mit einer höheren spezifischen Blattfläche. Außerdem wiesen die akklimatisierten Blätter eine höhere Unterwasser-Photosyntheserate und eine niedrigere ADH-Aktivität auf.
Diese Merkmale weisen auf eine Stressvermeidungsstrategie hin, die in der Literatur als Anpassung an langfristige und tiefe Überflutungen beschrieben wird. Es gibt somit deutliche Hinweise auf spezifische Anpassungsmechanismen an Überflutung bei beiden Taxa, die sich jedoch bei unterschiedlichen Überflutungsregimen als vorteilhaft erweisen. Das könnte eine Erklärung für das distinkte Vorkommen dieser Taxa in unterschiedlichen Habitaten sein.

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