Die Häufigkeit und die Mechanismen von trockenheitsinduziertem hydraulischem Versagen in holzigen Angiospermen in gemäßigten und tropischen Biomen

• Antragsteller: Professor Dr. Steven Jansen
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Pflanzen und Ökosysteme
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 410768178

Da der Wasserfluss durch Pflanzen für das Funktionieren unserer Biosphäre von größter Bedeutung ist, würden die meisten von uns sehr überrascht sein zu erfahren, dass es immer noch unbekannt ist, wie genau Pflanzen Wasser transportieren. Während es massive Beweise dafür gibt, dass Pflanzen Wasser unter negativem Druck transportieren, ist es immer noch unbekannt, ob hydraulisches Versagen durch Lufteintritt ein häufiges oder seltenes Ereignis darstellt. Ziel dieses Projektes ist, die Häufigkeit von trockenstress-induzierten Embolien in holzigen Angiospermen und die zugrundeliegenden Mechanismen der Embolie an den Tüpfelmembranen in wasserleitenden Zellen zu untersuchen.In Feldstudien sollen 30 verschiedene Angiospermenarten aus einem gemäßigten Wald in Deutschland und einer Savanne und einem saisonalen Regenwald in China untersucht werden. Trotz ihrer unterschiedlichen, absoluten Embolieresistenz sollten die Pflanzen dennoch vergleichbar sein, was die relativen Embolieresistenz angeht. Wir erwarten, dass das hydraulische Versagen im Feld weitgehend auf extremen Trockenstress beschränkt ist. Der Vergleich der Embolieresistenz im Xylem von Stämmen und Blättern ermöglicht es uns, die hydraulische Vulnerabilitätssegmentierungshypothese zu testen, welche besagt, dass Xylem in Blättern anfälliger für hydraulisches Versagen als Stammxylem ist.Darüber hinaus werden wir die Idee untersuchen, dass Embolieresistenz mit dem möglichen Auftreten von positivem Wurzel- / Stängeldruck und / oder mit saisonalen Veränderungen von Xylemsaftlipiden verbunden ist. Da vor Kurzem in Xylemsaft von Angiospermen amphiphile Lipide entdeckt wurden, nehmen wir an, dass saisonale Trockenheit die Quantität und / oder Qualität dieser Lipide bestimmt, die bei der Vermeidung von Embolien eine Rolle spielen könnten.Abschließend werden funktionelle Eigenschaften von Tüpfelmembranen zwischen wasserführenden Zellen hinsichtlich ihrer Porosität und „air-seeding fatigue“ untersucht, um die Mechanismen der Embolie besser zu verstehen. Hydraulische Messungen und ultrastrukturelle Beobachtungen werden in ein dreidimensionales Modell integriert, um den Fluss und die Emboliebildung über nanoporöse Tüpfelmembranen zu simulieren.Dieses innovative Projekt wird erhebliche Erkenntnisse über das Auftreten und die räumliche Verteilung von trockenstress-induzierten Embolien im Holz von Angiospermen liefern. Bei diesem Antrag handelt es sich um eine Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Kun-Fang Cao von der Guangxi Universität (China). Von dieser Kooperation profitieren alle Teilnehmer durch das Verbinden der verschiedenen Expertisen, durch die Ausbildung von Doktoranden und die Forschungsaufenthalte in beiden Ländern. Dieses Projekt könnte Auswirkungen auf biomimetische Anwendungen haben und unser Verständnis des Wasserverbrauchs von Pflanzen unter Trockenstress verbessern, was angesichts der aktuellen Bedenken hinsichtlich des Klimawandels besonders relevant ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Kooperationspartner: Professor Dr. Kunfang Cao