TY - THES T1 - Reaktionen einer Weizen-Wildkraut Gemeinschaft auf erhöhtes CO2 im FACE Experiment: Proteomik, Physiologie und Bestandesentwicklung A1 - Weber,Simone Y1 - 2007/02/05 N2 - Der Anstieg der atmosphärischen CO2-Konzentration aufgrund anthropogener Einflüsse der letzten 150 Jahre stellt die wichtigste Komponente des globalen Klimawandels dar. Die meisten bislang durchgeführten experimentellen Studien zur CO2-Wirkungsforschung wurden unter kontrollierten Bedingungen durchgeführt, während weltweit nur circa 30 Anlagen existieren, in denen Experimente unter Freilandbedingungen durchgeführt werden. Vor diesem Hintergrund waren die Ziele dieser Arbeit, die Auswirkungen erhöhter CO2-Konzentrationen auf eine Pflanzen-Gemeinschaft hinsichtlich (i) des Pflanzenproteoms, (ii) der Physiologie, (iii) der Bestandesentwicklung sowie (iv) der potentiellen Beziehungen zwischen diesen Wirkungskriterien unter Freilandbedingungen zu untersuchen. Dazu wurde eine Weizen-Wildkraut-Gemeinschaft mittels der Mini-FACE-Technologie zwei unterschiedlichen Behandlungen ausgesetzt: (a) Ambient (CO2-Konzentration der Umgebungsluft, circa 380 ppm) und (b) FACE (Ambient + 150 ppm CO2). Im Fokus der Untersuchungen standen die Kulturart Sommerweizen (Triticum aestivum cv. Triso) und die Wildkrautart Ackersenf (Sinapis arvensis L.) hinsichtlich ihrer biochemischen und physiologischen Reaktionen auf die CO2-Behandlung. Der erstmalige Einsatz der SELDI-TOF-MS-Technologie auf dem Gebiet der CO2-Wirkungsforschung ermöglichte die quantitative und qualitative Analyse niedermolekularer Proteine mit sehr geringen Konzentrationen, was mit den bisherigen Standardmethoden der Proteomik nur bedingt möglich war. Zusätzlich zu den biochemischen und physiologischen Analysen wurde während der Vegetationsperiode die Bestandesentwicklung mittels kontinuierlicher Bestimmung der phänologischen Stadien und der Deckungsgrade untersucht. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Proteinmuster des Sommerweizens und des Ackersenfs aufgrund der CO2-Exposition beeinflusst wurden. Dabei zeigte sich, dass kein spezifisches Protein neu gebildet wurde, sondern Veränderungen der relativen Konzentrationen mehrerer Proteine auftraten. Das Ausmaß dieser Veränderungen war hierbei in beiden Arten vom Entwicklungszustand abhängig, in dem sich die Pflanzen zum Zeitpunkt der Beprobung befanden. Das Proteinmuster der Blätter des Weizens wurde hauptsächlich während der generativen Pflanzenentwicklung beeinflusst. Demnach scheint dieser Zeitpunkt eine Phase besonderer Sensibilität gegenüber Umweltveränderungen zu sein. Insgesamt konnten drei Proteine identifiziert werden, die signifikant von erhöhten CO2-Konzentrationen beeinflusst wurden. Hierbei handelt es sich um ein Protein aus dem Primärstoffwechsel der Pflanzen, den Saccharose-H+-Symporter aus den Körnern des Weizens. Dieses Protein stellt eine wichtige Kontrollstelle für den Saccharose-Import in die sich entwickelnden Körner dar. Die erhöhten Kohlendioxid-Konzentrationen scheinen folglich über eine Regulation der Saccharose-H+-Symporter aktiv in die Assimilatverteilung der Pflanzen einzugreifen. Darüber hinaus reagierten auch Proteine des Sekundärstoffwechsels auf die CO2-Begasung. Hier konnten das PR4-Protein in den Körnern und die LRR-Kinase in den Blättern identifiziert werden. Beide Proteine stehen in engem Zusammenhang mit der Abwehrreaktion der Pflanze gegenüber Pathogenen. Erhöhtes CO2 bewirkte in den vegetativen Organen eine Erniedrigung der Abwehrerkennung, was bei einem Befall von Pathogenen negative Auswirkungen auf die Pflanze haben kann. Der Konzentration an löslichen Proteinen sowie des Gesamt-N wurden in den Blättern des Sommerweizens verringert, während das C/N-Verhältnis der Blätter anstieg. Demgegenüber wurde die relative Chlorophyll a-Konzentration und die Entwicklung des Sommerweizens nicht beeinflusst, wodurch ein beschleunigtes Wachstum der Pflanzen unter erhöhtem CO2 ausgeschlossen werden kann. Das vorliegende Reaktionsmuster weist demzu-folge auf eine verbesserte N-Nutzungs-Effizienz der Pflanzen unter erhöhten Kohlendioxid-Konzentrationen hin. Es kam nicht zu einer Förderung der Biomasseentwicklung einzelner Sommerweizenpflanzen während der Vegetationsperiode; parallele Untersuchungen weisen jedoch auf ein erhöhtes Wachstum und einen höheren Ertrag der Pflanzen am Ende der Vegetationsperiode hin. Die Deckungsgrade des Weizens und der Wildkräuter wurden in keinem der beiden Untersuchungsjahre aufgrund erhöhter CO2-Konzentrationen verändert. Die Resultate lassen den Schluss zu, dass einjährige ackerbaulich genutzte Systeme unter Freilandbedingungen zwar hinsichtlich der Proteomik und Physiologie starke Veränderungen zeigen, die Bestandesentwicklung jedoch aufgrund einer relativ kurzen Expositionsdauer nicht beeinflusst wurde. Die in dieser Studie nachgewiesenen Reaktionen auf Proteomebene könnten langfristig bei der Züchtung optimal angepasster Pflanzen eine bedeutende Rolle spielen. KW - Proteomanalyse KW - Kohlendioxid KW - Kohlendioxidbegasung KW - Kohlendioxidemission KW - Aktivierung KW - Proteom KW - Stickstoff KW - Pflanzenökologie KW - Ko CY - Hohenheim PB - Kommunikations-, Informations- und Medienzentrum der Universität Hohenheim AD - Garbenstr. 15, 70593 Stuttgart UR - http://opus.uni-hohenheim.de/volltexte/2007/172 ER -