Einfluss von Umweltveränderungen auf den Wurzelraum von Waldbäumen: Zustand der Mykorrhizen

Problemstellung

Ektomykorrhizierter Birken-Keimling (Betula pendula - Paxillus involutus ) gewachsen auf Nährmedium in einer Petrischale.

Feinstwurzeln von Waldbäumen sind die eigentlichen Schnittstellen zwischen der Bodenlösung und der Pflanzen. Allerdings sind die physiologisch aktivsten Feinstwurzeln in der Regel immer mit Mykorrhizapilzen als sog. Mykorrhizen assoziert. Durch diese Interaktion profitieren die Bäume in zweifacher Weise:

1. Die Pilzfäden erhöhen die Absorptionsoberfläche für die Mineralstoffaufnahme durch die Erschliessung der Bodenlösung in den feinsten Bodenporen.
2. Die pilzliche Besiedlung der Feinstwurzeln erhöht die Toleranz gegenüber Frost, Trockenheit und pathogenen Organismen.

Die Mykorrhizen selbst sind Organe der Assimilation und der Akkumulation von Mineralstoffen und anderer Elemente (Aluminium, Schwermetalle, Radioisotope). Im Austausch mit Kohlenhydraten transferiert der Pilz Mineralstoffe und Assimilationsprodukte zu der Pflanze. Zunehmende Stickstoff- und Säure-Einträge in Waldökosysteme verändern den Chemismus der Bodenlösung. Mykorrhizen reagieren darauf unter Umständen mit strukturellen und biochemischen Veränderungen, aber auch mit einer Abnahme des extramatrikulären Mycels.

Ziel des Projekts

Das Ziel dieses Projektes ist die Erarbeitung und die Evaluation indikativer Parameter von Feinstwurzeln oder bestimmter Mykorrizen in Abhängigkeit von Umweltveränderungen (zunehmende Stickstoffeinträge, Bodenversauerung). Diese Parameter sollten den Zustand dieser Organe in Bezug auf die Funktionalität charakterisieren. Potentielle Parameter sind Aenderungen in Struktur, Elementgehalt und Biochemismus von Feinstwurzeln und Mykorrhizen.

Methode

• Feldarbeit
  Entnahme von Feinwurzeln in subalpinen Nadelwäldern, Bestimmung der Biomassen, der Elementgehalte, des Stärkegehaltes und der Vitalität. Sammeln von Mykorrhizen (Hebeloma, Coenococcum) und unmittelbares Gefrieren im flüssigen Stickstoff zwecks späterer Analyse der Expression bestimmter indikativer Gene.
• Laborarbeit
  Durchführung von Versuchen in Klimakammer und Gewächshaus unter Verwendung von Koniferen-Keimlingen, unbeimpft oder beimpft mit Mykorrhizapilzen, unbehandelt oder behandelt mit unterschiedlichen Konzentrationen und Formen von Stickstoff. Analyse der Mykorrhizierung, der Elementgehalte, und Vergleich der Expression induzierter und konstitutiver Pflanzen- und Pilzgene mit Hilfe des RT-PCR und spezifischer Primer.

Laufende und geplante Arbeiten

• Feldarbeit
  Wurzel- und Mykorrhizaprobenahmen in subalpinen Nadelwäldern (Chironico TI, Beatenberg BE, Nationalpark GR), Aufarbeitung des Materials für die unterschiedlichen Analysen.
• Laborarbeit
  Klimakammer- und Gewächshausversuche, Aufarbeitung und Analyse des Pflanzen- und Pilzmateriales, Verifizierung geeigneter RNA-Extraktionsmethoden und RT-PCR- Bedingungen, Applikation spezifischer oder degenerierter Primer für Gene des Stickstoffmetabolismus bei Koniferen und Mykorrhizapilzen.

Beteiligte

• Sabine Brodbeck
• Ivano Brunner

Kontakt

• Ivano Brunner
  

Weitere Informationen

Auf den LWF-Flächen besteht eine Zusammenarbeit mit den Projekten "Kartierung, Erhebung und Analyse der Böden auf LWF-Flächen (Kern-Projekt)", "Diversität der Ektomykorrhizen" und "Vorkommen und Verbreitung von Armillaria spp. im Schweizer Wald".