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Ökologie II (Subject) / Teil Gratzer (Lesson)

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• Leben im Ordovizium vor 490 - 443 mio. Jahre 14% O2-Anteil 4200ppm CO2
• Umweltbedingungen zur Zeit der Besiedelung des Festlandes durch Pflanzen Stabile küstenahe Shelfberreiche Frühe Bodenbildung: saurer Regen, biologische Aktivität durch Prokarionten, Verwitterung durch frühe Flechten Günstige atmospherische Klimabedingungen: CO2-Fixierung durch Phytoplankton - Reduktion des Treibhauseffekts
• Flechte Symbiose zwischen Pilzen und Algen/Zyanobakterien
• Symbiose Assoziation zweier Organismen verschiedener Arten die zusammenleben. Häufig exklusiv für +/+ Beziehungen - besser Mutualismus
• Flechten (Bezeichnung der Partner) Pilz: Mykobiont Grünalgen oder Cyanobakterien: Photobionten
• Krustenflechten Wachstum auf exponierten Felsflächen, Mauern etc. Wachstumszone am äußeren Rand der Flechte
• Laub- oder Blattflechten Die Flechte ist flächig gestaltet (folios) Verschiedene Lebensräume wie Moose, Gestein, etc. Optimierte Lichtausbeutefür die Photosynthese es Photobionten Wachstumszone ist auf den "Blatträndern"
• Strauchflechte Thallus strauchformig wächst als aufrechter Rasen auf der Erde oder Fels oder hengt von Bäumen, Totholz oder Felsen (Bart- oder Bandflechten) Die Wachstumszone liegt am Ende der einzelnen Äste
• Thallus Vegetationskörper von Pflanzen (Sprossachse, Wurzel und Blatt)
• Gallertflechte Cyanobakterien als Partner quellen bei Befeuchtung gallertartig auf meist schwärzlich bis dunkeloliv gefärbt
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• Cuticula Die Cuticula der Pflanzen ist ein wachsartiger Überzug, der nur von Epidermiszellen[1] in Blättern, jungen Sprossen und anderen, der Luft ausgesetzten Geweben ohne Periderm gebildet wird. Durch ihre hydrophoben Eigenschaften verringert sie Wasserverluste; bei Pflanzen in trockenen Gebieten auf 0,01% dessen, was eine gleich große, freie Wasseroberfläche abgeben würde. An Stellen, an denen jedoch Austausch nötig ist, kann die Cuticula auch porös oder rissig sein.[2] Die Rhizodermis weist gar keine Cuticula auf, um die Wasser- und Nährstoffaufnahme nicht zu behindern.
• Anforderung an das Leben an Land Schutz vor Austrocknung: Nachweis von früher Cuticula vor 430 mio. Jahre Wasser und Nährtstoffaufnahme: Ausbildung eines Leitungssystems Symbiose mit Pilzen: Mykorrhizae
• Mykorrhizae Mutualismus zwischen Pflanzenwurzeln und Pilzen Nährstoffe werden über die Wurzeln ausgetauscht: Kohlenydrate von der Photosynthese und Mineralische Nährstoffe aus dem Boden Vor 420 mio. Jahren unterstütze die arbuskuläre Mykorrhiza die Pflanzen bei der Eroberung des Festlandes Über 80% aller heutigen Pflanzen bilden Mykorrhizae Wurzel als Habitat für Mykorrhizapilze
• Arbuskuläre Mykorrhizapilze VAM Vorwiegend Phosphatversorgung; aktive Oberfläche erweitert und - wahrscheinlich im Zusammenwirken mit speziellen Bakterien - die Auflösung schwerlöslicher Phosphatmineralien Auch die Aufnahme weiterer Nährstoffe, deren Bedeutung für die Symbiose allerdings als nicht so hoch eingeschätzt wird
• Lebenszyklus von VAM Keimung Kontakt Besiedlung der Wurzel Besiedelung einzelner Zellen Vesikel Sporen
• Arbuskel Arbuskel, bäumchenförmig verzweigte Hyphen mit der Funktion von Haustorien. Bei der vesikulär-arbuskulären Mykorrhiza stellen sie den Kontakt zwischen den Pilzhyphen und den Wurzelzellen her.
• Vestikel Ein Konidiophor (auch Konidienträger) ist eine konidientragende Hyphe, die sich deutlich vom vegetativen Mycel unterscheidet. Ein Konidiophor kann entweder eine konidientragende Zelle sein, die direkt am Mycel sitzt, oder es handelt sich um eine konidientragende Zelle einschließlich ihrer Trägerzellen. In letzterem Fall wird auch nur die Trägerzelle, nicht aber die konidientragenden Zellen selbst, als Konidiophor bezeichnet. Der Begriff wird also uneinheitlich verwendet. Der Konidiophor ist an seinem freien Ende verdickt. Diese Verdickung wird Blase oder Vesikel genannt und an ihr finden sich die fertilen Flächen.
• Evolution der Ektomykorrhiza Vor etwa 130 mio Jahren (Kreide) Ausbreitung der Gymnospermen - Bildung von Nadelwäldern Pilze der VAM konnten Streu nicht ausreichend aufschließen und den Pflanzen verfügbar machen
• Ektomykorrhiza Eine Symbiose mit Pilzen aus der Gruppe der Ständerpilz
• Typische Beispiele für Ektomykorrhizae Bäme der Familien: Birkengewächse Bucheng. Kieferng. Weideng. Roseng.
• Eigenschaften der Ektomykorrhiza Im Gegensatz zu Arbuskulären Mykorrhiza sehr große Vielfalt 5000 - 6000 Pilzarten Hauptsächlich Ständerpilze, aber auch Schlauch- und Jochpilze
• Wachstum der Ektomykorrhiza Die Pilze kolonisieren nur sehr kleine Wurzelabschnitte (Kurzwurzeln) und nicht das gesamte Wurzelsystem. Die kurzen Wurzeabschnitte stellen anschließend ihr Längswachstum ein und verdicken sich. Ein Hyphenmantel umhüllt die kolonisierten Wurzelbereiche Der Pilz wächst nicht in einzelne Zellen hinein, sondern verbleibt im Apoplasten zwischen den Zellen
• Verbreitung von Ericoide Mykorrhiza Auf besonders nährstoffarmen insbesonder Stickstoffarmen Standorten Heide Moor oberhalb der Baumgrenze einige trockene Standorte in wärmeren Klimazonen
• Besonder Fähigkeit der Ericoide Mykorrhiza Pilzpartner vor allem aus der Klasse der Schlauchpilze setzen selbst stark gebundeneNährstoffe aus dem Boden frei
• Struktur der Ericoide Mykorrhiza Bei den Strukturen steht die Ericoide Mykorrhiza zwischen den VAM und den Ektomykorrhizae: Sie umhüllt die Wurzel einerseits mit einem lockeren Hyphengeflecht und dringt auch in die einzelnen Zellen ein
• Zuordnug von Mykhorrhiza und Lebensraum Ericoide Mykorrhiza: Moor Heide Ektomykorrhiza: Wald Arbuskuläre Mykorrhiza: Grasland, Felder, Steppe In Aufzählung von oben nach unten 2 Tendenzen: Zunehmende Temperaturen Zunehmende Mineralisierung
• Schritte der Nährstoffaufnahme einer Pflanze Die Nährstoffe sind in Form von Ionen an den Boden gebunden (K+, Ca++, Mg++ und NH4+) Die Pflanzenwurzel gibt Protonen (H+) aus organischen Säuren ab. Austausch der Nährstoffe und der Protonen Nährstofftransport in Pflanze Die Pflanze verliert Biomasse (Abfallen der Blätter im Herbst) Nährstoffe verdrängen H+ H+ bildet zusammen mit HCO3-Ionen H2O und CO2
• Stickstoffhaushalt im Waldökosystem N wird von Pflanzen überwiegend aus dem Boden als NH4+ und NO3- aufgenommen Stickstoff tritt in verschieden Formen auf: gasförmig (NH3, NOx, HNO3) fest in anorganischer Form (Salpeter) und in Wasserlöslichen und unlöslichen organischenVerbindungen höchstoxidierte Form NO3- (wird leicht ins Grundwasser ausgewaschen höchstreduzierte Form HN4+ (austauschbar an Ionenaustausch gebunden)
• Luftstickstofffixierende Mikroorganismen Nur Prokaryoten In Boden und Wasser freilebende Assoziative Bakterien Symbiotische Mikroorganisnmen
• Rhizobium/Leguminosen Symbiose N-Fixierender Mikroorganismen Rhizobien in Böden weit verbreitet, chemotaktische Anziehung durch Wurzelexsudate (Flavonoide) Infektion, Einkrümmung des Wurzelhaares, Bildung eines Infektionsschlauches und Wurzelknöllchens Fixierung von molekularem Stickstoff mittels Nitrogenase zu Ammoniak Bakterium vollständig von der Pflanze ernährt (Kohlenstoffverbindungen)
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• Rhizosphären pH Unterschiede Sauer: NH4+ gegen H+ Basisch: NO3- gegen OH-
• Alkali-, Erdalkali-, und Schwermetallhaushalt von Waldökosystemen Alkalimetalle (K, Na) und Erdalkalimetalle (Ca, Mg) werden als Kationen aufgenommen, Schwermetalle auch als Chelate Alkali- und Erdalkalimetalle spielen als Pflanzennährstoffe und im Säure-/Basenhaushalt eine große Rolle, Schwermetalle als Spurenelemente und als toxische Schwermetalle Der biogeochemische Zyklus für diese Elemente ist sehr lang. Die Nachschaffung erfolgt überwiegend aus der Mineralwitterung, aus Staubdeposition, durch Grundwasser und durch laterale Einträge. Einträge schwermetallhaltiger Staube aus anthropogenen Quellen (Metallverhüttung, Verkehr) sind ein Bodenschutzproblem. Auswaschung von Alkali- und Erdalkalielementen bedeutet eine Versauerung des Bodens
• Wasseraufnahme durch Wurzeln genetisch fixiert mit standörlicher Anpassung Berechnung nach Gardener Wa... vom Wurzelsystem in der Zeiteinheit absorbierte Wassermenge A... Austauschfläche - aktive Wurzeloberfläche pro Volumenseinheit Boden r... Transportwoderstände ΨWurzel-ΨBoden... Potentialunterschied zwischen Wurzel und Boden Wa= A*(ΨWurzel-ΨBoden)/Σr
• Warum können Wasserpflanzenhohe NPP bei kleinerer Biomasse als Wälder haben? Da sie von den Jahreszeiten fast unabhängig produzieren können. In Wäldern gibt eine „Winterpause“ in der NPP. Algen etc. reproduzieren sich ständig neu und haben deshalb keine Zeit für eine Stammbildung (Stamm = hohe Biomasse, geringe NPP). Marin: Produktion von Phytoplanktonzellen; terrestrisch: Produktion über Photosynthese.
• Welche waren abiotische Vorraussetzungen zur Besiedelung von Land durch Pflanzen? Günstige atmosphärische  Bedingungen und Klimabedingungen. Z.B.: CO2 – Fixierung durch Phytoplankton; dadurch Reduktion des Treibhauseffektes ( im Ordovizium: dünne Luft (14% O2) im Treibhaus (4200 ppm CO2). -> frühe Bodenbildung: saurer Regen, biologische Aktivität durch Prokarionten, Verwitterung durch frühe Flechten.
• Welche anatomischen Anforderungen stellte das Leben an Land an frühe Pflanzen? Schutz vor Austrocknung, z.B. vor 430 Millionen Jahren erste Cuticula Wasser- und Nährstoffaufnahme: Ausbildung von Leitungssysteme Symbiose mit Pilzen: Mykorrhizae  
• Was sind Mykorrhizae und welche Vorteile haben die Partner? Definition: Symbiose zwischen Pflanzenwurzeln und Pilzen Vorteile: win-win-Situation: Nährstoffaustausch Phosphatversorgung: aktive Oberfläche und spezielle Bakterien erhöhen unter Anderem die Auflösung schwer löslicher Phosphatmineralien aus dem Boden. Pilze liefern der Pflanze Nährsalze und Wasser und bekommen dafür Assimilate aus der Photosynthese der Grünpflanzen.
• Wann entwickelten sich VAM und Ektomykorrhizae? VAM: vor etwa 420 Mio. Jahren Ektomykorrhizae: etwas später; vor ca. 130 Mio. Jahren (Kreide)  
• Welche Rolle spielten VAM bei der Besiedelung des Festlandes durch Pflanzen? Pilze waren schon früher an Land als Pflanzen (vor ca. 900 Mio. J.). sie halfen den (damals) Wasserpflanzen bei der Nährstoffaufnahme und blieben auch später in Symbiose (+/+)  
• Welche Anpassungen an Mykorrhizae finden sich bei Pflanzenwurzeln? Pflanzen entwickeln Kurzwurzeln -> Pilze kolonisieren  diese (Teile davon) -> Kurzwurzeln stellen Längenwachstum ein -> verdicken sich und Pilze entwickeln Pilzzellen (Hyphen) um die Wurzelbereiche -> Grund: Kontaktbereiche Pilz-Wurzel zum Nährstoffaustausch  
• Wie unterscheiden sich VAM von Ektomykorrhizae? Ektomy: Symbiose meist mit Ständerpilzen (auch Schlauchpilze, Jochpilze) -> große Vielfalt (5000-6000 Pilzarten). Hyphen des Pilzes dringen kaum in die Wurzel ein, sondern wachsen in die Zellzwischenräume hinein -> Umspinnen die Zelle netzartig VAM: Hyphe dringt in die Wurzel bzw. in die Zelle ein -> entwickelt spezielle Strukturen darin -> Nährstoffaustausch -> Pilz baut Kohlehydrate der Pflanze um und speichert sie in Form von Lipiden innerhalb von Speichervesikeln in der Wurzel -> neue Sporen  
• Wie verändert sich der pH-Wert des Bodensbei Aufnahme von Ammonium und Nitrat? Bei Ammonium -> wird sauer (H+ - Abgabe an Boden) Bei Nitrat -> wird basisch (OH- - Abgabe an Boden)  
• Wie viel Stickstoff kann durch verschiedene luftstickstofffixierende Mikroorganismen aufgenommen werden? in Boden und Wasser frei lebende Organismen: 5-30 (kg N/ha) Assoziative Bakterien: 10-80 Symbiotische Mikroorganismen: 20-250
• In welcher Form kommt Stickstoff in bzw. aus einem Waldökosystem? Import: Streueintrag, Tierwanderungen, Düngung, aus Luft (natürliche Quelle) Export: Streuaustrag, Tierwanderungen, Holzernte, Beeren, Wild, Waldweide
• Wie beeinflusst die Waldnutzung die Nitratkonzentrationen in Flüssen? Nach Kahlschlägen (Holzernte) kommt es einige Monate später zu einer erheblichen Nitratkonzentrationserhöhung im Boden. Durch Regen wird das Nitrat ins Grundwasser gespült -> hohe Nitratkonzentrationen schon in den Quellen! Problemlösung: Abholzung nach und nach. Paralleles einpflanzen neuer Bäume.
• Welche Wurzelsysteme gibt es? Pfahlwurzelsysteme Herzwurzels. Flachwurzelsystem mit Absenkern
• Gymnospermen Nacktsamige Pflanzen
• Angiospermen Bedecktsamige Pflanzen
• Unterschiede Gymnospermenholz/Angiospermenholz Bei der Wasserleitung unterscheiden sich Gymnospermen und Angiospermen durch die verschiedene Anwendung von Tracheen und Tracheiden im Xylem Das Holz der Gymnospermen ist einfacher und homogener Angiospermenholz: Der Holzkörper ist durchweg inhomogen aufgebaut. Im Gegensatz zu der recht übersichtlichen Architektur des Gymnospermenholzes ist es komplexer und variantenreicher Je mehr Tracheen desto schlechter ist die Stabilität
• Hydraulische Leitfähigkeit des Xylems in % des theoretischen Wertes für die idealen Kapilaren des gleichen Durchmessers Weinstock... 100 Eiche... 53 - 84 Tanne... 26-43 Birke... 35 Pappel... 22 Kräuter und Sträucher... 12-22

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