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

Lage sind, die absorbierte Lichtenergie in Wärme zu überführen. Diese physiologischen Regulationsmechanismen
hängen jedoch vom Adaptationszustand der Zellen ab, der vom Licht selbst getriggert wird. Es ist
daher interessant zu untersuchen, wie unter wechselnden Lichtbedingungen, diese Anpassungsmechanismen
ausgeprägt werden.
Herr Lohr hat dies in zwei verschiedenen experimentellen Zugängen realisiert. Er hat zum einen im Labor
rhythmische Lichtdunkelwechsel bei einem veränderten Nährstoffangebot durchgeführt und die Reaktionen
der Zellen unter diesen Bedingungen studiert. Er hat zweitens die Zellen in einem natürlichen Lichtklima
ausgesetzt und dann solcherart angepaßte Zellen hinsichtlich ihrer Reaktionen auf Lichtstress untersucht.
Es zeigte sich bei den Laborexperimenten, daß rhythmische Photoinhibition im Langzeitexperiment (über
mehrere Tage) die Produktivität kaum negativ beeinflußt, da die Zellen Resistenzmechanismen entwickeln,
die zu einer schnellen Wiedererholung führen. Versuche, die Primärproduktion auf der Grundlage von Gaswechselmessungen
zu quantifizieren, zeigen eine aussichtsreiche Perspektive. Produktionsabschätzungen
allein auf der Grundlage von Fluoreszenzmessungen scheinen bestenfalls relativ aber keinesfalls absolut
möglich zu sein. Die Ergebnisse der Laborexperimente sind in zwei Publikationen niedergelegt (Wilhelm et
al. 1994, Wilhelm et al. 1995).
8.2.5 Molekulare Analyse des Photosyntheseapparates von Phytoplanktonalgen unter freilandnahen
Bedingungen
Bearbeiterin: Dipl.-Biol. Anna-Maria Müller
Hauptbetreuer: Univ.-Prof. Dr. C. Wilhelm
Zielsetzung der Untersuchung war es, die Adaptation des Photosyntheseapparates der Diatomee Phaeodactylum
tricornutum an die natürlichen Licht- und Temperaturbedingungen im Freiland auf physiologischer
und molekularer Ebene zu charakterisieren und die Reaktionen auf künstliche photoinhibitorische Belichtung
zu testen. Vergleichend dazu sollte die Adaptation dieser Alge an die konstanten Licht- und Temperaturbedingungen
im Labor untersucht werden. Dazu wurden im Labor vorkultivierte und physiologisch definierte
Algenkulturen in drei verschiedene Systeme überführt. Zwei Ansätze verblieben im Labor und adaptierten
jeweils an konstante HL- und LL-Bedingungen. In einem Ansatz befanden sich die Algen in Maarwasser,
im anderen im Nährmedium der Algen. Der dritte Ansatz, in dem die Algen ebenfalls in Maarwasser
überimpft waren, wurde in drei verschiedene Teile des Meerfelder Maars exponiert. Insgesamt wurden vier
Freilandexpositionen unter verschiedenen Lichtklimata durchgeführt.
Unter naturnahen Freilandbedingungen adaptierte Algen zeigten ausgeprägte Adaptationen an die gegebenen
Lichtintensitäten. Drastische Unterschiede hinsichtlich der Adaptation ergaben sich zwischen ” rein“
Starklicht-adaptierten und ” rein“ Schwachlicht-adaptierten Freilandalgen. An Starklichtbedingungen im
Freiland adaptierte Algen zeichneten sich durch eine hohe Sensitivität gegenüber Starklichtbestrahlung
aus. Schon nach kurzer inhibitorischer Belichtung senkten sie ihre Fluoreszenzemission und Sauerstoffproduktion
bei 18.9 W/m 2 dramatisch. Nach Abklingen der Belichtung war dieser zustand innerhalb kurzer
Zeit umkehrbar. Zum Zeitpunkt, an dem die fluoreszenzemission vollständig regeneriert war, hatte sich die
Sauerstoffproduktion bei der genannten lichtintensität noch nicht vollkommen erholt. Fluoreszenzquenching
und -recovery gingen in diesen Algen einher mit der Hin- und Rückumwandlung das Xanthophyllzykluspigmente
Diadinoxanthin und Diatoxanthin. Algen, die an abgeschwächtere Lichtbedingungen adaptierten,
reagierten hinsichtlich Fluoreszenzemission, Sauerstoffproduktion bei 18.9 W/m 2 und Umwandlung der
Xanthophyllzykluspigmente weniger sensitiv. in Starklichtalgen fiel sowohl die Poolgröße der Xanthophyllzykluspigmente
als auch deren Umwandlungsrate auf photoinhibitorische Belichtung sehr viel höher aus als
in Schwachlichtalgen. Darüber hinaus verfügten Starklichtalgen über einen höheren α-Tocopherolgehalt als
Schwachlichtalgen. Algen, die im Maarwasser im Labor gewachsen waren, bildeten auf inhibitorische Belichtung
im HL nur geringfügig (1.2-fach) mehr Diatoxanthin als im LL. Unter vergleichbaren, aber schwankenden
Lichtintensitäten im Freiland gewachsene Algen bildeten dagegen im HL 3.6-fach mehr Diatoxanthin
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