Klimawandeleffekte auf Nutzpflanzen-Bestäuber-Interaktionen

Die Umweltbedingungen ändern sich und die globale durchschnittliche Oberflächentemperatur wird sich im 21. Jahrhundert um bis zu 5 C erhöhen. Der Klimawandel wird voraussichtlich die Ernährungssicherheit beeinflussen, da sowohl Nutzpflanzen als auch Bestäuber negativ beeinflusst werden können. Blütenduft ist ein wichtiger Kommunikationskanal zwischen Pflanzen und ihren Bestäubern, und Änderungen der Temperatur beeinflussen die Duftemission von Blüten. Die Auswirkungen dieser Veränderungen im Blütenduft auf die Kommunikation von Pflanzen und Bestäubern sind jedoch noch nicht bekannt. Unser Projekt wird zum ersten Mal prüfen, ob sich Änderungen in den Blütenemissionen aufgrund eines Temperaturanstiegs auf die chemische Kommunikation zwischen Pflanzen und ihren Bestäubern auswirken. Die Ziele des vorliegenden Projektes sind, i) den Blütenduft wichtiger Kulturpflanzen bei optimalen sowie um 5 C höheren Temperaturen zu analysieren; ii) zu testen, ob bestäubende Bienen die durch Temperaturerhöhung induzierten Veränderungen des Blütenduftes detektieren und darauf reagieren. Wir vermuten, dass eine Temperaturerhöhung eine anderung in der Menge und Zusammensetzung der von den verschiedenen Kulturpflanzen emittierten pflanzlichen Düfte bedingt. Diese erwarteten Unterschiede in den Duftmustern können negative, neutrale oder positive Auswirkungen auf die Attraktivität de Bestäuber haben. Für unsere Studie wählten wir Buchweizen (Fagopyrum esculentum), Raps (Brassica napus - Brassicaceae), und Kulturererdbeere (Fragaria x ananassa) als Modelle aus, die weltweit für die menschliche Ernährung von Bedeutung sind und von Tierbestäubung abhängig sind. Wir werden die Kulturpflanzen in Wachstumskammern bei zwei unterschiedlichen Temperaturen kultivieren. Unter diesen Bedingungen werden Blütendüfte gesammelt und mittels Gaschromatographie und Massenspektrometrie (GC/MS) analysiert, um zu überprüfen, ob eine Temperaturerhöhung um 5 C quantitative und qualitative Änderungen der Blütenemissionen induziert. Parallel dazu werden elektrophysiologische Tests mittels Gaschromatographie und Elektroantennographie (GC/EAD), und Verhaltenstests in einem Flugkäfig, durchgeführt, um Reaktionen von Bestäubern auf die potentiell veränderten Blütendüfte zu testen. Diese Studie wird Erkenntnisse über die Auswirkungen des Klimawandels auf die Kommunikation zwischen Nutzpflanzen und Bestäubern liefern. Diese werden dringendbenötigt, da negative Auswirkungen schwerwiegende Folgen für die Landwirtschaft und die Produktion von Nahrungsmitteln haben könnten. Für dieses Projekt wird sich der Antragsteller, Dr. Cordeiro aus Brasilien, der Gruppe von Univ.-Prof. Dr. Dötterl an der Universität Salzburg in Österreich anschließen. Dr. Cordeiro ist ein junger Wissenschaftler mit ausgezeichneten wissenschaftlichen Arbeiten. Sein Fachwissen im Bereich Bestäubungsbiologie von Nutzpflanzen ist für die Erweiterung des Forschungsansatzes der gastgebenden Organisation von Bedeutung. Durch Weiterbildung im Bereich der chemischen Ökologie wird er selbst sein Wissen auf diesem Forschungsgebiet vergrößern. Dieses Projekt wäre positiv für die Etablierung einer langfristigen Kooperationen zwischen Österreich und Brasilien.

Es wird erwartet, dass sich die globale Erwärmung auf die Kommunikation zwischen Blütenpflanzen und ihren Bestäubern auswirken wird. Die Ziele unseres Projekts waren die Quantifizierung der Auswirkungen erhöhter Lufttemperaturen auf die Blütenduftemissionen dreier von Insekten bestäubter Kulturpflanzen (Buchweizen, Fagopyrum esculentum - Polygonaceae; Raps, Brassica napus - Brassicaceae; Erdbeere, Fragaria x ananassa - Rosaceae), und um zu prüfen, ob temperaturbedingte Veränderungen des Blütendufts die chemische Kommunikation mit den wichtigsten Bienenbestäubern (Apis mellifera, Bombus terrestris, Osmia bicornis) beeinflussen. Die Duftanalysen ergaben, dass Buchweizen und Erdbeere durch höhere Temperaturen beeinflusst wurden, Raps hingegen nicht. Unabhängig von der Temperatur wurde der Duft von Raps von p-anisaldehyd und linalool dominiert, wobei es auch bei der Gesamtmenge des Duftes keinen Unterschied gab. Buchweizen verströmte bei optimalen Temperaturen 2,4 ng Duft pro Blüte und Stunde, wobei 2- und 3-methylbutansäure (zusammen 46 %) und linalool (10 %) dominierten, und bei wärmeren Temperaturen dreimal weniger Duft (0,7 ng/Blüte/Stunde), wobei der Beitrag von 2- und 3-methylbutansäure (73 %) zum Gesamtduft erhöht war und linalool fehlte. In Verhaltensexperimenten unterschieden jedoch alle drei Bienenarten nicht zwischen den Düften der beiden Temperaturszenarien. Die Pflanzenart, die am stärksten von den erhöhten Temperaturen betroffen war, war die Erdbeere. Während Erdbeerblüten im optimalen Szenario 10,4 ng/Blüte/Stunde freisetzten, hauptsächlich p-anisaldehyd (81 %) und sieben andere Duftstoffe, verströmten die Blüten im wärmeren Szenario keinen erkennbaren Duft. Bei den Verhaltensexperimenten wurden die Bestäuber von den Düften des optimalen Szenarios angezogen. Daher wird bei dieser Kultur die chemische Kommunikation zwischen den Blüten und ihren Bestäubern durch die in einem globalen Erwärmungsszenario vorhergesagten Temperaturen beeinträchtigt. Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass höhere Temperaturen die Duftstoffemissionen der Blüten und die olfaktorische Kommunikation zwischen Nutzpflanzen und ihren Bestäubern unterschiedlich beeinflussen. Dies wirft wichtige ökologische und landwirtschaftliche Fragen auf, da eine geringere Attraktivität zumindest einiger Pflanzenarten für Bestäuber zu einer unzureichenden Bestäubung dieser Arten führen könnte, was sich negativ auf das Funktionieren der Ökosysteme und die Ernteerträge auswirken würde.