Abschlussbericht des Graduiertenkollegs (pdf) - Zentrum für ...

8 Projekte am Fachbereich 21 (Biologie)
8.1 Photosynthese, physiologische Ökologie, Streßphysiologie
Univ.-Prof. Dr. A. Wild und Mitarbeiter (Institut für Allgemeine Botanik)
8.1.1 Ökophysiologische Untersuchungen des Photosyntheseapparates bei Fichte (Picea abies
(L.) Karst) mit Hilfe der Chlorophyllfluoreszenz-Meßtechnik
Bearbeiter: Dr. Bernhard Dietz
Hauptbetreuer: Univ.-Prof. Dr. A. Wild
Die Intention der vorliegenden Arbeit war einerseits die beschreibende Erfassung und differenzierende
Beurteilung von Schadcharakteristika (diagnostischer Ausgangspunkt) und als weitere Konsequenz
die Erörterung einer praktischen Applikation dieser Erkenntnisse für eine Bioindikation ” Neuartiger
Waldschäden“.
Mit Hilfe der nichtdestruktiven Chlorophyllfluoreszenz-Meßtechnik wurden an äußerlich ungeschädigten,
grünen Nadeln unterschiedlich stark geschädigter Freilandfichten in vivo-Untersuchungen des von der
Schädigung besonders betroffenen Photosyntheseapparates vorgenommen.
Die Fluoreszenzdaten weisen auf eine gesteigerte Sensitivität geschädigter Fichten gegenüber Lichtstress
hin, welcher die Bildung toxischer Sauerstoffspezies verstärkt. Die Pflanze verfügt über eine gestaffelte,
mehrstufige Defensive, die es ihr ermöglicht, die Entstehung bzw. die Akkumulation von reaktiven Sauerstoffspezies
zu verhindern. Der erste Schritt hierbei ist das Abführen überschüssiger Anregungsenergie.
Das erhöhte terminale nicht-photochemische Quenching (qN)t der geschädigten Fichten sowie weitere
Fluoreszenzparameter lassen auf eine solche verstärkte Dissipation von überschüssiger Anregungsenergie
schließen.
Ein vielfach belegtes Indiz für Photoinhibition ist die Erniedrigung des Verhältnisses variabler zu maximaler
Fluoreszenz - ein Maß für die Quantenausbeute des PS II. Die reversible Photoinhibition wird ebenfalls als
Schutzinstrument gegenüber Lichtstress angesehen.
Ein weiteres Indiz für eine gesteigerte Lichtsensitivität geschädigter Fichten ist die gegenüber den relativ
ungeschädigten Bäumen verminderte Wiedererholung der variablen Fluoreszenz nach photoinhibitorischem
Stress.
Außerdem gibt es Hinweise auf eine Destabilisierung der lichtsammelnden Pigment-Protein-Komplexe
geschädigter Fichten. Dafür sprechen der niedrigere Kritische Punkt der Fo-Temperaturabhängigkeitskurve
und die erhöhte initiale Grundfluoreszenz geschädigter Fichten. Einen weiteren Anhaltspunkt für eine
Störung des Excitonentransfers liefern die Ergebnisse der Tieftemperaturspektren der Chlorophyllfluoreszenz.
Fast alle Parameter, die eine gesteigerte Lichtsensitivität geschädigter Fichten signalisieren, zeigen einen
ausgeprägten Jahresgang mit den deutlichsten Effekten in den Wintermonaten.
Es wird diskutiert, daß diese Beobachtung auf den sogenannten ” Memory“-Effekt des Ozons zurückgeführt
werden könnte. Die hohe Ozon-Immission bei gleichzeitig erhöhter Globalstrahlung im Sommer führt
zu einer latenten Membranschädigung, die Wochen später in einer verminderten Frosthärtung bzw.
Kälteresistenz resultiert. In der Folge kommt es zu einer stärkeren Anfälligkeit der geschädigten Fichten
gegenüber Photooxidation und Photoinhibition. Wesentlich für das Auftreten von Photoinhibition
ist nicht die Absoluthöhe der Lichtintensität, sondern das Ungleichgewicht zwischen der Absorption und
dem ” Verbrauch“ von Lichtquanten in der Photosynthese. Deshalb können selbst die mäßigen winterlichen
Lichtintensitäten in Verbindung mit niedrigen Temperaturen zu einer im Vergleich zum Sommer verstärkten
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