Mechanismen der pflanzlichen Aufnahme von Carbonylsulfid

Das Klima der Erde verändert sich derzeit aufgrund des vom Menschen verursachten Anstiegs des atmosphärischen Kohlendioxids (CO2). Die Biosphäre ist die größte Senke für CO2, doch es ist noch nicht vollständig geklärt, wie sich das Ausmaß dieser Senke im Zuge des Klimawandels verändern wird. Daher ist es wichtig, die einzelnen Komponenten des CO2- Austauschs der Biosphäre zu quantifizieren, nämlich die Bruttoprimärproduktion (GPP oder Photosynthese) und die Respiration (Re). Die derzeit verwendeten Methoden zur Abschätzung der GPP haben ihre Einschränkungen, weshalb Carbonylsulfid (COS) als Proxy für die GPP vorgeschlagen wurde. COS ist ein atmosphärisches Spurengas mit einer Konzentration von etwa 500 Teilen pro Billion, das Pflanzen über einen ähnlichen Diffusionsweg wie CO2 aufnehmen. Im Gegensatz zu CO2 verlässt COS die Pflanze jedoch nicht mehr. Über die sogenannte Leaf Relative Uptake Rate (LRU), also das Verhältnis der COS- zur CO2-Aufnahme, kann die GPP abgeschätzt werden. Jüngste Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass die LRU zwischen Pflanzenarten und unter verschiedenen Umweltbedingungen variiert. Daher ist weitere Forschung zu den Mechanismen erforderlich, die diese Variationen in der LRU verursachen. Wenn COS und CO2 in ein Blatt eintreten, überwinden sie eine Reihe von Widerständen, bevor sie den Ort der Fixierung erreichen. Diese werden als stomatäre Leitfähigkeit, interne Leitfähigkeit und Mesophyll-Leitfähigkeit bezeichnet. Die Geschwindigkeit, mit der die Gase durch die Pflanze fixiert werden, hängt von der Aktivität der Enzyme im Blattinneren ab, was ebenfalls die LRU beeinflussen kann. Dieses Projekt wird aus einer Reihe von Labor- und Feldexperimenten bestehen, die auf die verschiedenen Faktoren abzielen, welche die LRU steuern, mit dem übergeordneten Ziel, die Nutzung von COS zur Ableitung der Photosynthese zu verbessern. Es werden verschiedene Pflanzentypen verwendet, die sich hinsichtlich ihres Widerstandspfads für COS und CO2 unterscheiden. Die Pflanzen werden zudem unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt, wie Lichtintensität, Luftfeuchtigkeit und Trockenstress. Die Feldmessungen werden an einem alpinen Waldstandort in Mieming durchgeführt. Neben den Flussmessungen von COS und CO2 werden auch die Isotope dieser Gase untersucht. Isotope sind Moleküle desselben chemischen Elements, die sich in ihrer Masse unterscheiden und daher unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften besitzen. Sie können zusätzliche wertvolle Informationen über chemische Reaktionen und physikalische Prozesse wie Diffusion über Widerstände liefern. Während CO2- Isotopenmessungen in der Ökologie bereits gängige Praxis sind, stellen COS- Isotopenmessungen ein hochmodernes, aber auch herausforderndes Werkzeug dar, um die Aufnahme von COS durch Pflanzen besser zu verstehen.