Bedeutung genetischer Diversität für Ökosystemfunktionen und Stresstoleranz


Versuchsfrage
Anthropogene Aktivitäten engen die Lebensräume für Fauna und Flora immer weiter ein. Dabei wird das Reservoir genetischer Diversität verkleinert. Derzeit bestehen über die Bedeutung von intraspezifische Diversität für die Funktionalität und die Leistungsfähigkeit von Ökosystemen keine gesicherten Erkenntnisse. Mit der Modelbaumart Pappel soll der Einfluss zunehmender intraspezifischer Diversität auf Ökosystemfunktionen untersucht werden. Hierfür wird ein Pappelexperiment angelegt, indem verschiedene Herkünfte in 4 oder 3 verschiedenen Diversitätsstufen angepflanzt werden.
Auf den Versuchsflächen sollen Physiologie, Produktivität, Interaktion mit anderen Organismen, sowie Nährstoffkreisläufe untersucht werden, um das minimale genetische Reservoir zu identifizieren, das nötig ist, um Ökosystemfunktionen aufrechtzuerhalten.

Versuchsdurchführung
Auf einer Grünlandfläche sollen 8 Pappelherkünfte in verschiedenen Diversitätsstufen gepflanzt werden. Die Diversität soll dabei von einer Herkunft stufenweise auf zwei, auf vier und auf acht Herkünfte erhöht werden. Die Auswirkungen der Konkurrenzen der Pappeln untereinander und zwischen den Herkünften sollen anhand des Versuchsaufbaues näher untersucht werden. Dabei soll festgestellt werden, welche Pappelarten und Herkünfte am besten an Klima und Standortbedingen angepasst sind und durch Produktivität und Holzqualität überzeugen können. Die Funktionalität des Ökosystems und seine Leistungsfähigkeit sollen untersucht werden und das hierzu nötige genetische Reservoir festgestellt werden.


Untersuchungsmethoden
C1: Molekulare Physiologie der Pappel
Ziel ist die Ernährungs- und Stressphysiologie in Relation zur Produktivität zu untersuchen. Dazu wird das Wuchsverhalten bonitiert und zu ausgewählten Zeitpunkten die Blattmetaboliten (Kohlehydrate, Aminosäuren, Tanniene, und andere Abwehrstoffe) sowie die Mineralstoffversorgung (C, N, P, K und andere) untersucht. Herkünften die deutliche Unterschiede in den Blattmetaboliten zeigen werden nach molekularen Grundlagen anhand von Mikroarrys charakterisiert und die Genexpression ausgewählter Stressgene an Feldproben analysiert.


C2: Pflanzenökologie
Mit Hilfe von morphologischen und physiologischen Parametern (beispielsweise Gaswechsel-, Photosynthese- und Wasserhaushaltsmessungen) sollen die unterschiedlichen Pappel Herkünfte charakterisiert werden. Insbesondere die Auswirkungen von Mykorrhizainfektionen auf die Morphologie und Physiologie der Bäume sollen untersucht werden.


C3: Tierökologie
Das Agro-Ökologieprojekt untersucht Pflanze-Insekt Interaktionen an den Pappeln um die Bedeutung genetischer Unterschiede der Wirtsbäume und mutualistischen Mykorrhiza Infektionen zu analysieren. Die Untersuchungen beinhalten unter anderem Versuche mit Herbivoren (zum Beispiel Spodoptera Raupen) und die Quantifizierung verschiedener Insektengruppen wie Blattminierer, Gallbildner, Pflanzensaftsaugern und Herbivoren, welche mit ihren Mandibeln große Mengen an Blattmaterial abfressen, sowie deren natürlichen Feinde.