O-Isotope in Pflanzen

Der Einfluss globaler Umweltveränderungen auf Ökosystemprozesse stellt für die ökologische Forschung eine große Herausforderung dar. Stabile Isotope haben sich in Ökosystemstudien als wichtiges Werkzeug erwiesen, um elementare Kreisläufe zwischen Biosphäre, Atmosphäre und Geosphäre zu untersuchen. Vor allem wurde in den letzten Jahren vermehrt auf das enorme Potential von Sauerstoffisotopen (d18O) bei der Untersuchung von Wasserkreisläufen in Ökosystemen hingewiesen. Durch die Entwicklung neuer d 18O Modelle wurde spekuliert, dass d18O aus Pflanzenmaterial z.B. eingesetzt werden könnte, um schnell und einfach mittlere Transpirationswerte von verschiedensten Pflanzenarten zu ermitteln, was mit traditionellen Methoden nur unter großem Aufwand möglich wäre. Für die Untersuchung von Ökosystemprozessen sind solche Methoden von großer Bedeutung, um Faktoren wie z. B. Artenzusammensetzung oder Biodiversität berücksichtigen zu können. Die Entwicklung der d18O-Modelle ist jedoch noch nicht ausgereift, was die Anwendung stark einschränkt. Insbesondere ist es unklar, ob bestehende d18O-Modelle universell auf verschiedene Pflanzenarten angewandt werden können oder ob artspezifische Effekte wie z. B. Blattmorphologie oder Physiologie berücksichtigt werden müssen. Daher soll im vorgeschlagenen Projekt mit drei Experimenten (E) geklärt werden, ob die Blattmorphologie verschiedener Arten einen Einfluss auf den d 18O-Wert des Blattwassers dieser Pflanzen hat (E1), ob die Blattmorphologie und Ökophysiologie verschiedener Arten die d 18O-Werte von organischer Substanz (Zucker, Zellulose) dieser Arten beeinflusst (E2), und wie bestehende d18O-Modelle verbessert werden müssen, um d18O in Pflanzen als einfachen, integrativen Parameter für Transpirationsmuster verschiedener Pflanzenarten in Ökosystemstudien herangezogen werden kann (E3). E1 und E2 sollen an ausgesuchten Pflanzenarten unter kontrollierten Bedingungen in Klimakammern durchgeführt werden, um artspezifische Effekte von Umwelteinflüssen auf d 18O-Werte trennen zu können. In E3 sollen diese Ergebnisse in bestehende d 18O-Modelle integriert und die Modelle anhand von Studien in zwei verschiedenen kalifornischen Ökosystemen getestet werden. Die zu erwartenden Ergebnisse werden dazu beitragen die ökophysiologischen Grundlagen des d18O-Signals in Pflanzen zu verstehen und d18O-Modelle weiterzuentwickeln, die den Wasserhaushalt von Pflanzen realistisch widerspiegeln. Die vorgeschlagenen Arbeiten sollen an der University von Kalifornien in Berkeley im Labor von Prof. Dawson durchgeführt werden. Prof. Dawson ist seit vielen Jahren eine international anerkannte Kapazität auf dem Gebiet der ökophysiologischen Forschung mittels stabiler Isotope, sodass sein Labor einen idealen Forschungsstandort für das geplante Vorhaben darstellt.