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scientia halensis 4/2002 .................................................................................... Fachbereich Biologie Abb. 2: Photosynthetische Gaswechselmessungen an gestressten Gerstenpflanzen ................................................................................ dieser Gene haben wir schon näher unter 22 die Lupe nehmen können, weitere sind zur Zeit in Bearbeitung. Die Ergebnisse belegen, dass ein paar dieser Gene schon innerhalb der ersten Stunden nach einem Abfall der Außentemperatur in den Getreidepflanzen aktiviert werden. Andere Gene werden erst in späten Stadien der Blattentwicklung, wenn die Blätter schon gelbbraun geworden sind, induziert. Diese Entwicklungs- und Stressgene interessieren uns nun natürlich brennend. Sequenzanalysen haben gezeigt, dass einige der isolierten Gene Ähnlichkeiten mit schon beschriebenen Gensequenzen aufweisen, wogegen andere keine solchen Homologien zeigen. Eine spannende Frage ist nun, welche Funktionen die entsprechenden Genprodukte (= Proteine) in den Pflanzen beim Alterungsprozess oder bei der Antwort z. B. auf einen Kältestress haben und wie die Bildung solcher funktionierender Alterungs- oder Schutzproteine in der Pflanze reguliert ist. Um die Funktion eines bestimmten Gens im Rahmen der Steuerung der Blattseneszenz zu untersuchen, haben wir z. B. das entsprechende Gerstengen in Tabak eingebracht und wollen dieses Gen im Tabak zu einem bestimmten Entwicklungsstadium induzieren. Wenn alles klappt, werden dann zur rechten Zeit die entsprechenden Proteine im Tabak gebildet und eine Veränderung im normalen Entwicklungsablauf würde uns Aussagen zur Rolle dieses Proteins ermöglichen. In anderen Ansätzen benutzen wir z. B. spezifische Antikörper gegen uns interessierende Proteine, um zu analysieren, wann und wo sie in den Zellen auftauchen. Abb. 3: Auf der Suche nach Stressgenen Fotos (2): Humbeck Die Bedeutung der Alters- und Stressforschung bei Pflanzen Untersuchungen, wie sie oben beschrieben sind, dienen dem grundlegenden Verständnis der Mechanismen, die in Pflanzen bei Alterungsvorgängen oder bei bestimmten Stresssituationen ablaufen. Wir wollen z. B. verstehen, wie die Pflanzen auf molekularer Ebene auf hohe Schwermetallkonzentrationen reagieren. Diese Forschung, die hauptsächlich vorangetrieben wird von der Neugierde der Experimentatoren und deren Wunsch, die komplexen Zusammenhänge möglichst gut aufzuklären, ist demnach dem Bereich der Grundlagenforschung zuzuordnen. Ein genaues Verständnis der Blattseneszenz und der Stressantworten auf bestimmte Umweltveränderungen ist allerdings auch von erheblicher ökonomischer Bedeutung, da beide Prozesse im Hinblick auf einen guten Kornertrag der Getreidepflanzen auch bei unterschiedlichsten Umweltbedingungen eine große Rolle spielen. Der Autor ist nach Aufenthalten an den Universitäten Marburg, Hamburg, Corvallis (USA), Berkeley (USA) und Köln seit 1997 Professor für Pflanzenphysiologie am Institut für Pflanzenphysiologie der Martin- Luther-Universität in Halle. Er und seine Arbeitsgruppe forschen im neuen Biologicum im Weinbergweg 10.
KLONEN NICHT NÖTIG! .............................................................................. scientia halensis 4/2002 Fachbereich Biologie DIE VIELFALT NATÜRLICHER FORTPFLANZUNGSSTRATEGIEN BEI PFLANZEN Isabell Hensen, Astrid Grüttner und Constanze Ohl Bei Pflanzen besteht hohe »Kinder«sterblichkeit – Keimung und Etablierung stellen in ihrem Lebenszyklus die bei weitem risikoreichsten Phasen dar. Daher beschäftigt sich die Arbeitsgruppe Pflanzenökologie des Instituts für Geobotanik seit einigen Jahren mit der Aufklärung der Fortpflanzungsmechanismen und Regenerationsstrategien von Pflanzen in den verschiedensten Lebensräumen. Lebensraum in Bewegung: Wer kann hier siedeln? Gewässerränder sind unter natürlichen Bedingungen hochdynamisch. Dies gilt besonders für die Ufer von Flüssen, deren Abflussmenge extrem variabel sein kann, die ihren Lauf verändern, Substrat wegreißen, transportieren und an anderer Stelle wieder ablagern – die jüngsten Hochwasserereignisse haben uns diese Tatsache dramatisch ins Gedächtnis gerufen. Die Dynamik von Gewässerrändern stellt für pflanzliche Besiedler eine Herausforderung dar, der diese mit ausgeklügelten Anpassungen begegnen. Eine typische Gruppe von Uferpflanzen sind die Röhrichtarten, darunter das Schilf. In den dichten, hochwüchsigen Beständen besteht jedes genetische Individuum aus einer großen Zahl von Sprossen, die im Herbst Nährstoffe in unterirdische Organe verlagern, bevor sie oberirdisch absterben. Diese Vorratshaltung ermöglicht einen raschen Wiederaufbau der Bestände im Frühjahr. So erreicht das Höhenwachstum des Schilfs (Phragmites australis) im Mai und Juni mehrere Zentimeter pro Tag. In etablierten Röhrichtbeständen hat die generative Fortpflanzung durch Samen keine Chance. Wie aber schaffen es Röhrichtpflanzen, neue Wuchsorte zu besiedeln, die irgendwo und irgendwann – z. B. nach einem Hochwasserereignis – entstehen können? Die Strategie des Schilfs, aber auch der Rohrkolbenarten (Typha spec.) besteht darin, Milliarden von Samen zu produzieren, die über Wind und Wasser weithin ausgebreitet werden. Die wenigen, die zufällig an einem geeigneten Keimungsort landen, sollten in der Lage sein, ihn möglichst effektiv zu erobern. In dieser Hinsicht tut sich das Schilf mit einer auffälligen Anpassung hervor. An weitgehend vegetationsfreien Standorten erzeugt es oberirdische Kriechtriebe, die innerhalb eines Jahres bis über 20 m lang werden und ihrerseits zahlreiche ober- und unterirdische Seitentriebe produzieren. Über dieses Phänomen, das an Gewässerrändern in der nicht rekultivierten Bergbaufolgelandschaft regelmäßig zu beobachten ist, kann aus einem einzigen Keimling innerhalb von zwei Jahren ein viele Quadratmeter bedeckender Bestand werden. In der Regel benötigt Röhricht also keine Hilfestellung zur Ansiedlung von z. B. neu geschaffenen oder zu befestigenden Uferbereichen – es gibt jedoch Ausnahmen. So wurde nach unserer Konzeption ein Röhricht in einem Bergbau-Restloch südlich von Merseburg auf einer 1 500 m langen, erosionsgefährdeten Uferstrecke etabliert. Dabei wurde größter Wert auf genetische Vielfalt gelegt: das Saatgut der insgesamt ............................................................................... 100 000 Jungpflanzen war unterschiedlicher, aber regionaler Herkunft. Alternativ könnte man auch wenige, besonders wuchskräftige Individuen klonen; angesichts des »global change« ist aber zu bedenken, dass eine möglichst große genetische Vielfalt die beste Ausgangsbasis für anpassungsfähige Bestände darstellt. Oberirdische Kriechtriebe beim Schilf (Phragmites australis) 23 »Holzknolle« bei Juniperus oxycedrus, zwei Wochen nach einem Feuer Feuer: Fluch oder Segen für die Vegetation? Hitzestimulierte Keimung beim Schmetterlingsblütler Calicotome intermedia Wie reagieren Pflanzen auf Feuerereignisse? Wir alle kennen die Bilder aus den Medien, die zeigen, wie in unseren Urlaubsgebieten große Waldregionen abbrennen. Waldbrände können verheerende Ausmaße annehmen, und so verbinden wir Feuer häufig mit ökonomischem Verlust und Zerstörung oder sprechen sogar von einer ökologischen Katastrophe. Für manche Pflanzenarten (und für Feuerökologen!) ist ein Wildfeuer jedoch keineswegs eine Katastrophe, sondern einer der wenigen natürlichen Umweltfaktoren, der die Vegetationsdecke eines Gebietes vollständig zerstören
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