Kohlenstoffallokation und das Recycling von veratmetem CO2

Die Kohlenstoffallokation ist ein zentraler Prozess, der den Kohlenstoffhaushalt von Pflanzen und Ökosystemenundseine Reaktion auf den Klimawandelmaßgeblichbeeinflusst. Die Kohlenstoffallokation beschreibt den Transfer von Kohlenstoff (C) von Quellen- zu Senkenorganen, wo der C für Wachstum, Atmung und Speicherung verwendet wird. Bislang wurde die überwiegend in den Blättern stattfindende Photosynthese als die einzige C-Quelle der Pflanze betrachtet und dabei vernachlässigt, dass CO2 aus den Atmungsprozessen im Xylemsaft gelöst, transportiert und in anderen Pflanzenorganen rezykliert werden kann. Diese zusätzliche, bisher kaum untersuchte alternative C- Quelle könnte zusehends bedeutsam für die Pflanze werden, wenn es zu Einschränkungen der Blattphotosynthese, zB. während Dürreperioden kommt. Obwohl der Prozess der C-Rezyklierung somit für die C-Bilanz und C-Allokation eine wichtige Rolle spielen könnte, gibt es dazu noch kaum Untersuchungen. Das beantragte Projekt hat zum Ziel, die Rolle des Recyclings von veratmetem CO 2 als C-Quelle und seine Bedeutung für die C-Allokation bei guter Wasserversorgung und bei Dürre zu untersuchen. Als Modellpflanzen werden junge Buchen verwendet. In einem ersten Projektschritt wird ein neuartiger Ansatz zur Analyse des Recyclings von veratmetem CO2 entwickelt. In einem zweiten Schritt soll anhand von Isotopenmarkierungsexperimenten der Beitrag von rezykliertem CO2 für die Stoffwechselaktivität verschiedener Pflanzenorgane bei guter Wasserversorgung und bei Dürre untersucht werden. C-Allokationsdynamiken in Atmungsprozessen und Kohlenhydrat-Pools werden durch Laserspektroskopie und komponentenspezifische Isotopenanalysen gemessen. In einem letzten Schritt werden die experimentellen Ergebnisse in einem C-Allokationsmodell zusammengeführt, das um ein Modul zur Berücksichtigung der Rolle von rezykliertem CO2 erweitert werden und in der Folge dazu dienen soll, die Rolle des Recyclings von veratmetem CO2 als C-Quelle und seine Bedeutung für die C-Allokation bei unterschiedlicher Wasserversorgung zu quantifizieren.

Die Kohlenstoffallokation ist ein zentraler Prozess, der den Kohlenstoffhaushalt von Pflanzen und Ökosystemen und seine Reaktion auf den Klimawandel maßgeblich beeinflusst. Die Kohlenstoffallokation beschreibt den Transfer von Kohlenstoff (C) von Quellen- zu Senkenorganen, wo der C für Wachstum, Atmung und Speicherung verwendet wird. Bislang wurde die überwiegend in den Blättern stattfindende Photosynthese als die einzige C-Quelle der Pflanze betrachtet und dabei vernachlässigt, dass CO2 aus den Atmungsprozessen im Xylemsaft gelöst, transportiert und in anderen Pflanzenorganen rezykliert werden kann. Diese zusätzliche, bisher kaum untersuchte alternative C-Quelle könnte zusehends bedeutsam für die Pflanze werden, wenn es zu Einschränkungen der Blattphotosynthese, zB. während Dürreperioden kommt. Obwohl der Prozess der C-Rezyklierung somit für die C-Bilanz und C-Allokation eine wichtige Rolle spielen könnte, gibt es dazu noch kaum Untersuchungen.Im vorliegenden Projekt wurde das Kohlenstoffisotop 13C als Tracer für den im Holz (Xylem) und Phloem (Bast) transportierten C verwendet. In einem ersten Pulsmarkierungs-Experiment wurde der Tracer an der Stammbasis von jungen Eichen (Quercus rubra) injiziert, um den C-Transport im Xylem zu erfassen. Dies war durch die Messung der C-Isotopenverhältnisse von aus dem Stamm und dem Boden diffundiertem CO2 zeitlich hoch aufgelöst möglich. Dabei zeigte sich, dass ein großer Teil des im Xylem transportierten C bereits kurz nach der 13C-Pulsmarkierung in die Atmosphäre freigesetzt wurde. Weiters wurde ein Teil des Tracers in löslichen Kohlenhydraten gefunden, was auf eine Koppelung des C-Transports von Xylem und Phloem hinweist. In einem zweiten Experiment wurde der 13C-Tracer über eine Pulsmarkierung der Baumkrone eingebracht, um den Transport von den photosynthetisch aktiven Blättern zu den C-Senken der Bäume zu untersuchen. Die C-Transport- und emissionsdynamiken unterschieden sich deutlich von jenen des Xylemtransports, und waren im Vergleich deutlich verzögert. Im dritten Experiment wurde untersucht, ob und wie C während der Dürre aufgenommen bzw. rezykliert wird. Dazu wurde der Tracer in Kammern direkt über dem Stamm ausgebracht, was zu einer Anreicherung von 13C führte. Somit zeigte das Projekt die Rolle physikalischer und physiologischer Prozesse im Kohlenstofftransport im Xylem und Phloem auf und lokalisierte Blattadern und stiele als wichtige Senken von rezykliertem Kohlenstoff. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Rolle des C-Recyclings bei Dürre trotz seines Potenzials als gering einzuschätzen ist.