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

als im LL. Dieser Befund spricht für einen Trainingseffekt des Photosyntheseapparates im Freiland, der vor
allem auf die dort wechselnden Lichtbedingungen zurückgeführt werden muß. Algen, die im Nährmedium
im Labor adaptierten, bildeten im HL auf inhibitorische Belichtung 2.2-fach mehr Diatoxanthin als im LL.
Dies verdeutlicht, daß die Adaptation der Algen im Nährmedium im Vergleich zur Adaptation im Maarwasser
die Bildung von Diatoxanthin auf photoinhibitorische Belichtung fördert. Die Ergebnisse zeigen, daß
der Xanthophyllzyklus als Schutzmechanismus vor Photoinhibition im Freiland eine wichtige Rolle spielt.
Sowohl die Poolgröße als auch die Schnelligkeit der Umwandlung der Pigmente (Wirksamkeit) sind unter
Starklichtbedingungen erhöht. Ein deutlicher Verbrauch an α-Tocopherol auf inhibitorische Belichtung
trat nur in denjenigen Fällen auf, die während ihrer Adaptation zunächst Starklichtintensitäten und dann
Schwachlichtintensitäten ausgesetzt waren.
Trotz der entwickelten und effizient arbeitenden Schutzsyteme, die - wie gezeigt werden konnte - Freilandalgen
unter Starklichtintensitäten effektiv vor einem Photoschaden bewahren, erlitten reine Starklichtalgen
gegenüber Algen, die unter gemäßigteren Lichtintensitäten wuchsen, einen geringfügigen Produktionsverlust.
8.2.6 Untersuchung der Auswirkungen von UV-B und hoher Lichtstrahlung auf die Produktivität
des Phytoplanktons
Bearbeiterin: Dr. Anna-Maria Müller
Hauptbetreuer: Univ.-Prof. Dr. C. Wilhelm
Das Thema steht in engem Zusammenhang mit dem Kohlenstoffkreislauf der Erde, der auf dem Hintergrund
der zukünftigen Klimaentwicklung besondere Relevanz besitzt. Aus bisherigen Ergebnissen ist bekannt, daß
die Primärproduzenten ein erhebliches Anpassungspotential an wechselnde Lichtbedingungen haben, das
im Freiland sogar stärker ausgeprägt ist als unter Laborbedingungen. Die molekularen Mechanismen, die
von den Zellen benutzt werden, um schädliche Wirkungen durch überoptimales Licht oder UV-B Strahlung
abzuwehren, sind vielfältig. In letzter Zeit wird in der Literatur der sogenannte Xantophyllzyklus diskutiert.
So konnte an Laborkulturen gezeigt werden, daß bei Lichtüberschuß das Pigment Diadinoxanthin in Diatoxanthin
umgewandelt wird und infolge dieser Konversion die absorbierte Lichtenergie als Wärmeenergie
dissipiert werden kann. Unter diesen Bedingungen sinkt die Quantenausbeute der Photosynthese und das
absorbierte Licht ist nicht oder nur sehr viel weniger effizient produktionswirksam. Es ist jedoch nicht klar,
• in welchem quantitativen Verhältnis die Leistungsfähigkeit dieses Zyklus mit der Produktivität steht,
• wie die Aktivität dieses Zyklus im Freiland durch Lichtstreß beeinflußt wird,
• ob die Wirksamkeit der Wärmedissipation vom Verhältnis der beiden Pigmente oder von der absoluten
Konzentration an Diatoxanthin abhängt.
Sollte der zweite Fall zutreffen, so wäre die Diatoxanthinmenge ein sicherer Indikator für den Lichtstreßzustand
der Zellen und für eine niedrige Quantenausbeute der Photosynthese. Diese Fragen können in einer
Freilandexposition gezielt angegangen werden. Aufbauend auf den methodischen Verbesserungen und neuen
Meßmöglichkeiten, die im Rahmen der Dissertation von Herrn Lohr etabliert wurden, wurde folgendes
Experiment durchgeführt:
Im Labor vorkultivierte Kulturen wurden im Freiland in verschiedenen Tiefen für mehrere Tage exponiert bis
sich die Zellzahl etwa verdoppelt hat. Nach dieser Zeit sind die Zellen an das Lichtklima adaptiert. Während
der Exposition wurden Lichtintensität und Temperatur in-situ quasi-kontinuierlich gemessen. Von den Zellen
wurden Produktion, Absorptionseigenschaften sowie die Photosynthesekapazität (mittels Fluoreszenz) und
die Xantophyllzykluspigmente untersucht. Danach wurden die Zellen photoinhibitorischem Licht ausgesetzt
und die Diatoxanthinsyntheseleistung der Kulturen aus den verschiedenen Expositionstiefen in der Zeit
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