Sauerstoff in Bäumen

Der Sauerstoffgehalt kann auch in oberirdischen Pflanzenteilen, besonders in Baumstämmen, auf sehr niedrige Werte absinken. Es scheint, daß ein beträchtlicher Anteil des Sauerstoffs im lebenden Splintholz bei vielen Bäumen mit dem Transpirationsstrom und nicht über Diffusion durch das ziemlich undurchlässige Kambium zugeführt wird. Über die Kurzzeitdynamik der Schwankungen von Sauerstoffgehalten im Holz ist beinahe nichts bekannt. Ein Hauptgrund für die relativ geringe Aufmerksamkeit, die man bisher dem Sauerstoff im Stamm entgegengebracht hat, ist der, daß er mit den traditionellen Methoden schwierig und mühsam zu messen ist. Eine Sauerstoffelektrode auf Basis des Fluoreszenzquenchings erlaubt Punktmessungen von O2-Konzentrationen über längere Zeit und in kleinen Volumina. Sie verspricht, ein höchst wertvolles Werkzeug für ein besseres Verständnis der Sauerstoffverhältnisse in der Pflanze zu werden. Der erste Teil unserer Arbeiten soll einen Überblick über diurnale und jahreszeitliche Schwankungen im Stamm verschiedener Arten erbringen. Wir gehen von der Hypothese aus, daß die Sauerstoffverläufe eine Beziehung zur Anatomie des Baumes und zu seinen Standortsansprüchen, besonders zu seiner Überschwemmungstoleranz, haben werden. Wir stellen hier ferner die Hypothese auf, daß Sauerstoff ein bedeutender Streßfaktor bei Bäumen und besonders wichtig in den Beziehungen zwischen Bäumen und Pathogenen ist. Holzbesiedelnde Pilze könnten die Sauerstoffkonzentration verringern, und zwar entweder durch Atmung oder durch zusätzliche Verstopfung von Gefäßen und Tracheiden, wodurch der Transport mit dem Transpirationsstrom verhindert wird. Wenn Sauerstoff mit dem Transpirationsstrom zugeführt wird, können verschiedene Formen von Streß zur Abnahme der Sauerstoffkonzentrationen im Holz und sogar zu Anoxie führen: Überschwemmung, die den Sauerstoff im Boden verdrängt, starke Trockenheit, die den Saftfluß reduziert, und Infektionen, die die Atmung steigern und den Saftfluß reduzieren können. Anoxie führt oft zur Bildung von Ethanol, einem wichtigen Lockstoff für Borkenkäfer. Hier soll die Hypothese getestet werden, daß verschiedene Arten von Streß den Sauerstoffgehalt herabsetzen, wodurch Ethanol entsteht und Borkenkäfer anlockt. Jedoch werden Transpiration, Stammatmung und die Löslichkeit von Sauerstoff in Wasser auch ohne Streß stark von Klimafaktoren beeinflußt, was Voraussagen in diesem komplexen und ungenügend erforschten System erschwert.

Baumstämme sind von Luft mit einer Sauerstoffkonzentration von 20.9% umgeben, und dennoch ist der Nachschub des Sauerstoffs, der von den lebenden Zellen im Holz verbraucht wird, keineswegs gesichert. Es gibt augenscheinlich zwei mögliche Wege für dieses Gas (Diffusion durch Borke, Rinde und Kambium oder Transport im Wasser, das durch die Transpiration aus dem Boden gefördert wird), aber über ihre relativen Beiträge im Feld und unter variablen Umweltbedingungen ist wenig bekannt. Das vorliegende Projekt, das sauerstoffempfindliche Optoden für Messungen im Stammholz von Bäumen einsetzte, konzentrierte sich auf zwei Hypothesen: a) Sauerstoff könnte in gestressten Fichten bis zu einer Konzentration abnehmen, bei der lebende Zellen sich auf Gärung umstellen und Ethanol produzieren, das für Borkenkäfer stark attraktiv ist; b) Buchen bilden rotfärbiges Kernholz, wenn Sauerstoff durch Verletzungen in den Stamm eindringt, während in normalen Stämmen Rotkernbildung durch Sauerstoffmangel unterbunden wird. Hypothese a) konnte an jungen Topffichten, die durch Trockenheit und Flutung gestresst wurden, nicht bestätigt werden. Stress hatte einen sehr geringen Einfluss auf den Sauerstoffgehalt und keinen auf die Emissionen von Ethanol Sauerstoff scheint zwar zur Rotkernbildung nötig und der Gehalt war in rotkernigen Buchen etwas höher, allerdings in allen Bäumen hoch genug für eine Verfärbung, sodass erhöhte Sauerstoffkonzentrationen allein mit Sicherheit zu wenig sind, um die Bildung von Rotkern auszulösen. Die Messungen für das Projekt erbrachten eine Fülle von neuen methodischen Informationen und einige recht unerwartete Ergebnisse.