MICRO – morphologische Bioindikationen von Umweltstress
Pflanzen entwickeln Veränderungen in der mikroskopischer Struktur der betroffenen Zellen, Gewebe und Organe angesichts der ökologischen und anthropogenen Zwänge. Diese morphologischen Symptome, ihre Ausprägung und Verteilung, spiegeln die entsprechenden Störungen in der physiologischen Aktivität und variieren je nach Art des Stresses. Die Mikroskopie wird deshalb benützt um das Verhältnis zwischen Stress und Schädigung zu verstehen und um die Ursache verminderter Vitalität zu diagnostizieren.
MICRO hat das Ziel analytische Methoden zu entwickeln um Veränderungen in der Struktur von der subzellulären Ebene bis zu ganzen Organen zu bewerten und sie im Rahmen von Projekten in der Umweltforschung einzusetzen. In erster Linie werden die Effekte abiotischer Stressfaktoren untersucht.
Verschiedene qualitative und quantitative Ansätze der Licht-, Fluoreszenz- und Elektronenmikroskopie werden in MICRO verknüpft. Dadurch werden Gruppen von Bioindikationen und deren Verteilung in Zellen und Geweben charakterisiert mit dem Ziel die Antwort der Pflanzen auf physiologische Veränderungen (verursacht durch die betreffenden Stressfaktoren) zu entziffern. Strukturen, sichtbar gemacht mit histochemischen Färbungen, können via Bildanalyse quantifiziert und mit physiologischen (bio)chemischen und morphologischen Bestimmungen verglichen werden.
Details zum Projekt
Projektdauer
2011 - 2018
Projektleitung
Die in MICRO entwickelten Methoden sind vielfältig anwendbar in verschiedenen Forschungsgebieten. Unsere Fachkompetenz entwickelt sich hauptsächlich durch die Teilnahme an WSL-Grossprojekten (MODOEK) und wird angewandt in Zusammenarbeit mit Partnern innerhalb und ausserhalb der WSL. Unser Leitspruch ist, dass Veränderungen in der Struktur grundlegend sind für die Art und Weise wie Pflanzen auf Stress reagieren, und dies gleichzeitig mit Anpassungen in ihrer Physiologie.
Beispiele zu verknüpften Forschungsthemen
Verteilung von Schadstoffen aus dem Boden in Pflanzen
Durch laufende und vergangene Industrietätigkeit, Chemieunfälle und achtlose Abfallbeseitigung sind tausende Standorte in der Schweiz und in anderen Ländern mit verschiedenen organischen und anorganischen (zumeist Schwermetallen) Stoffen verschmutzt. Diese Stellen sind ungeeignet für den Pflanzenanbau und werden deshalb entweder von spontaner Vegetation besiedelt oder können (bei schwacher Kontamination) gezielt verbessert werden. Dazu verwendet man tolerante Pflanzen oder solche, welche Metalle anreichern zur Phytostabilisierung respektive Phytoextraktion, um die horizontale Verteilung der Schadstoffe oder deren Auswaschung ins Grundwasser zu verhindern.
Im Rahmen von MICRO wird die Verteilung der Schadstoffe aus dem Boden in pflanzlichen Zellen, Geweben und Organen mit histochemischen und mikoanalytischen Methoden der Metalldetektion analysiert. Die Ergebnisse werden in Beziehung gesetzt zu Stress-, Entgiftungs- und Toleranzreaktionen um die Empfindlichkeit und das Verteilungspotenzial der Pflanzen zu kennzeichnen.
Toleranz und Stress-Reaktionen in Holzpflanzen unter Klimawandel
Aufgrund der im Laufe dieses Jahrhunderts erwarteten höheren Temperaturen und geringeren Niederschläge werden grössere Verschiebungen in der Zusammensetzung der Ökosysteme vorausgesagt. Erhöhte Sterblichkeit empfindlicher Baumarten an exponierten Standorten (z.B. Föhren in den zentralalpinen Tälern) zeigt dass Ökosysteme beginnen zu reagieren.
Im Rahmen von MICRO werden insbesondere Reaktionen auf Trockenstress untersucht sowie Stresssymptome oder phänotypische Anpassungen (Veränderungen in xeromorphen Eigenschaften) in empfindlichen und toleranten Baumarten beschrieben. Um die Reaktionen der Bäume in ihrem Umfeld zu erkennen und die Mechanismen, welche im Laub stattfinden und zur Toleranz von Trockenperioden führen, zu verstehen, werden qualitative und quantitative Merkmale zur Bioindikation entwickelt.
Ozon-Symptome im Laub von Holzpflanzen
Ozonkonzentrationen auf der Nord- und teilweise auch der Südhalbkugel führen zu charakteristischen Stress-Symptomen in Blättern und Nadeln einer grossen Zahl von Holzpflanzen im Zusammenhang mit photo-oxidativem Stress.
Im Rahmen von MICRO werden diese Symptome in empfindlichen Pflanzenarten überprüft und die Zusammenhänge zwischen Ozon und anderen Stressfaktoren untersucht.