Grundstudium – Modul Bio 8 Teil Geobotanik /Pflanzenökologie

SS 2008 - 10.-12. Stunde, 9. u. 10. 07.2008

Projektionen, Stichworte u.ä.

Modul Bio 8 – Teil Geobotanik (Pflanzenökologie)1.    Fragestellungen, Aufgaben und Teilgebiete der Geobotanik2. Floristik und kartographische Dokumentation des Vorkommens von Pflanzenarten2.1  Das Areal einer Pflanzenart2.2 Geoelemente der Flora – Arealtypen2.3 Florenreiche2.4  Florenregionen der Holarktis 3.    Vegetationskunde4.    Vegetations- und Florengeschichte4.1  Präkambrium 4.2  Paläophytikum4.3 Mesophytikum: Trias, Jura 4.4 Kontinentaldrift 4.5  Neophytikum Kreide - Tertiär4.6           Quartär4.6.1        Kaltzeiten (Eiszeiten)4.6.2        Spät- u. Nacheiszeit Mitteleuropäische Grundsukzession4.6.3        Prägung der mitteleuropäischen Vegetation durch den Menschen5.  Pflanzenökologie5.1   Autökologie5.1.1 Pflanzlicher Strahlungs- u. Energiehaushalt

Globalstrahlung — Nettostrahlung [W m-2]

Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) Photonenflussdichte (PPFD)[µmol Photonen m2 sec-1]

Tages-() und Jahresgang () der Globalstrahlung über und in einem Buchenhochwald im Bergischen Land

( = auf Grund der Breitenlage maximal mögliche Globalstrahlung)

Reflektion

Absorption

Transmission

LAI =Blattflächenindex(leaf area index)[m2

Blattfläche m-2Grundfläche]

Typische LAI-Werte: tropische Regenwälder 8 m2 m-2

einheimische sommergrüne Wälder 5 m2 m-2

Wiesen 5 m2 m-2

Getreidefelder 9 m2 m-2

Kartoffeläcker 2 m2 m-2

Elektromagnetische Strahlung trifft die Pflanzen   - in Form von UV-Strahlung (schädlich),   - mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich   - mit Infrarotstrahlung.

Sichtbares Licht Photosynthetisch aktive Strahlung: Gewinn von Stoffwechselenergie für die Pflanze, Umwelteffekt für Vorgänge der Gestaltbildung Stimulus für Bewegungsvorgänge

Lichtpflanzen — Schattenpflanzen(Heliophyten) (Skiophyten)

Chl. a / Chl. b 2 – 3 3 - 4

Photo-oxidativer Stress >> Photoinhibition

Schutzmöglichkeiten:

        Radikalabsorber — Moleküle (z.B. Ascorbinsäure)        — Enzyme (z.B. Peroxidasen)

        Xanthophylle       

Energieabfuhr in Form von Wärme

Licht-Qualität

Phytochrome Cryptochrome

- bewegungsphysiol. Effekte

- Keimung - Sprossverlängerung- Blattentfaltung- Blütenbildung

- Phototropismen

Chlorophyll Chlorophyll

CarotinoidePhotosynthese

Saisonales Erscheinungsbild =„Phänologie“

             

                                     

 

Der UV-Anteil der Sonnenstrahlung wird in der Atmosphäre an Luftmolekülen, Wolken- und Staubpartikeln und am Boden in Abhängigkeit von der Art der Bodenbedeckung absorbiert, reflektiert und gestreut.

UV - Strahlung

UV-A : 315 – 380 nmUV-B : 280 – 315 nmUV-C : 150 – 280 nm

Mögliche Schädigungen:

Wärme-Dissipation durch langwelligeAbstrahlung

Konvektiver Wärmeaustauschmit der umgebendenAtmosphäre

Verdunstungs-Kühlung durch die Transpiration(Energieaufwand für Wasser-verdunstung: = 2,45 MJ kg-1 H2O)

Energie-Eintrag durch die Global- strahlung

FühlbareWärme

Latente Wärme

T e m p e r a t u r

Organ-Erwärmung

VereinfachteWärmebilanz-Gleichung:Rn = M + S + ENetto- metabolisch fühlbare latenteEnergie- verbrauchte Wärme WärmeGewinn Energie

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. .Stoffwechselvorgang

Temperaturbereich

Optimum

unteres oberesPessimum Pessimum

Kardinalpunkte der Temperatur

Latenzgrenze

Letalgrenze

Verschiebungen:Modulativ <> modifikativ

modulative Veränderung:

kurzfristig und voll reversibel

modifikative Veränderung:

mittelfristig erfolgend,

weitgehend irreversibel,

im Zuge der individuenspezifischen

Ontogenese

PsychrophilThermophilmesophil

Erkältungsempfindlich (chilling sensitive): Schädigung bei > 0°C Frostempfindlich : Schädigung zwischen 0°C und ca. –10°C Frosttolerant: Schädigung erst bei Temperaturen < ca. –10°C

Gefrier-Exotherme

Tieftemperatur – Reaktion von Pflanzen

Kältehärtung und –enthärtung im Herbst bzw. Frühjahr

Vorruhe Vollruhe Nachruhe Austrieb

abhärtungsbereit enthärtungsbereit

Kältehärtung:• Osmotika-Anreicherung (Zucker!)

• Vakuolen-Aufteilung• Biomembran-Umbau• partielle Zellentwässerung• spezifische Gen-Expression („anti-freeze proteins“, „cold adaption proteins“)

Lebensformen nach Raunkiaer

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sukkulenteBlätter

mesomorpheBlätter

skleromorphe(= hartlaubige)

Blätter

Trocken-substanz

Wasser-gehalt

bis70 %90 % 98%

Hydratations- Depot- freies wasser wasser Wasser

homoiohydre Pflanzen

schadensloserWasserverlustpoikilohydre

Pflanzen

Poikilohydrie

Homoiohydrie(nahezu alle Kormophyten)

PoikilohydreThallophyten:

Algen, Pilze, Flechten, Moose

Einige Farne und Blütenpflanzen Poikilohydre Kormophyten

Syndrom der Poikilohydrie: - kleinlumige Vakuolen

-  Fähigkeit zur partiellen Stabilisierung von Membranen und Makromolekülen unter Wasserentzug

- geregelter Ab- und Wiederaufbau von Organellen bei weitgehender Austrocknung

- Produktion austrocknungsspezifische Proteine mit Chaperon- bzw. Schutzstoff-Charakter

SPAC = Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum

Bodenwasser: — Haftwasser — Senkwasser • Feldkapazität

Evaporation = Verdunstung offener Wasserflächen

Transpiration = stomatär geregelte Wasserabgabe der Blätter

Luft-feuchte

photo-synthet.aktiveStrahlung

Gesamt-Transpi-

rationdes

Baumes

Stomataweiten: Faktoren-Abhängigkeit (schematisch)

Mittagsdepression

Dürre-Resistenz von Pflanzen

- Blattflächenverkleinerung- Profilstellung der Blätter- ledrige, wasserarme Konsistenz der Blätter- Kleinzelligkeit des Mesophylls- Verdickung der Epidermisaussenwände- Verdickung der Kutikula - eingesenkte Stomata- kleine Stomata in großer Anordnungsdichte- dichte Blattbehaarung

Sukkulenz

Wasserstress-Vermeidung(avoidance)

Wasserstress-Toleranz(tolerance)

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Boden ist die • aus der Verwitterung des anstehenden geologischen Untergrundes hervorgegangene • und mit organischen Substanzen angereicherte oberste Schicht der Erdoberfläche. • Sie ist partikulär strukturiert • und enthält in den Zwischenräumen zwischen den festen Teilchen • teils eine wässrige Lösung, • teils Luft von wechselnder Gaszusammensetzung. • Boden ist belebt durch eine Vielzahl von Mikroben • und heterotrophen eukaryontischen Lebewesen, • als vegetations bestandener Boden ist er in seinen obersten Bereichen auch mehr oder weniger dicht durchsetzt von Pflanzenwurzeln.