Grundlagen der Ökologie 2 (Fach) / Kapitel 1: Von Symbiosen, Bauplänen und der Ernährung von Pflanzen (Lektion)

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• Welche waren abiotische Voraussetzungen zur Besiedlung von Land durch Pflanzen? - Stabile küstennahe Schelfbereiche - Frühe Bodenbildungen - Günstige atmospherische und Klimabedingungen
• Welche anatomischen Anforderungen stellte das Leben and Land an frühe Pflanzen? - Schutz vor Austrockung - Wasser- und Nährstoffaufnahme: Ausbildung von Leitungssystemen (- Symbiose mit Pilzen: Mykorrhizae)
• Was ist eine Symbiose? Assoziation zweier Organismen verschiedener Arten die zusammenleben. Häufig exklusiv für +/+ Beziehungen – besser Mutualismus 
• Was sind Flechten? Symbiose zwischen Pilzen und Algen / Cynobaktereien 
• Welche Flechten gibt es? Krustenflechten Laub- und Blattflechten Strauchflechten Gallertflechten
• Was sind Mykorrhizae und welche Vorteile haben die Partner? -Symbiose zwischen Pflanzenwurzeln und Pilzen - Nährstoffaustausch -> Mineralische Nährstoffe aus dem Boden
• 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 Besiedlung des Festlandes durch Pflanzen?   Pilze waren schon früher an Land als Pflanzen. Sie halfen den (damals) Wasserpflanzen bei der Nährstoffaufnahme und blieben auch später in Symbiose (+/+)
• Warum können Wasserpflanzen hohe Nettoprimärproduktion (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).
• 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
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• Lebenszyklus von VAM Keimung Kontakt Besiedlung der Wurzel Besiedelung einzelner Zellen Vesikel Sporen
• 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
• Welche Pilzpartner und Pflanzenpartner finden sich bei Ektomykorrhizae? Bäume aus den Familien der Birken-, Buchen-, Kiefern-, Weiden- und Rosengewächse. + Ständer-, Schlauch- und Jochpilze 
• Welche Mykhorrhizea finden sich vorwiegend in Wald, Mooren und Grasland? Wald: Ektomykorrhiza Moor & Heide: Ericoide Mykorrhiza Grasland, Felder & Steppe: Arbuskuläre Mykorrhiza
• Wie funktioniert die Nährstoffaufnahme bei Pflanzen? 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
• 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)
• Wieviel Stickstoff kann durch verschiedene Luftstickstoff fixierende Mikroorgansimen 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 N in bzw. aus Waldökosystemen? 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.)
• Wann gab es die ersten Bäume? Im Zeitalter des Devon (400-354 Mio. J.) -> Entwicklung von Wurzeln.
• Was beeinflusst die in einer bestimmten Zeit aufgenommene Wassermenge? Wa = A * ΨWurzel – ΨBoden / ∑r   (nach Gardener) Wa = Austauschfläche Wurzel-Boden * Potenzialunterschied Wurzel-Boden / Summe Transportwiderstände
• Was sind Vor- und Nachteile von Tracheiden und Tracheen? Tracheiden: Festigung/Wasserleitung Zellwände verdickt/verholzt Wassertransport und Stabilität kleinerer Volumenstrom Tracheen: tote, verholzte Zellen größerer Volumenstrom, da größerer Durchmesser als Tracheiden nur für Wassertransport zuständig
• Wie ist der trade off zwischen Wasserleitung versus Stabilität? Hohe Stabilität -> schlechte Wasserleitung Hohe Wasserleitung -> schlechte Stabilität Hoher Tracheen-Anteil -> schlechte Stabilität Hoher Tracheiden-Anteil -> hohe Stabilität
• Was sind Grundvorgänge des Wasserhaushaltes? Wasseraufnahme, -leitung und Transpiration -> Fluss -> Kontinuum (Boden – Wurzel – Stamm – Blätter – Atmosphäre) Fluss folgt einem Potenzialgradienten, der zur Atmosphäre gerichtet ist.
• Was ist das Wasserpotential Psi? Psi = Arbeit, die nötig ist, gebundenes Wasser auf das Potentialniveau reinen Wassers zu heben.
• Wie groß sind typische Wasserpotentialwerte von Boden, Blätter, Stamm und Atmosphäre?  Boden: -0,01 MPa Stamm: -0,5 MPa Blätter: -1,5 MPa Atmosphäre: -100 MPa
• Wie hängen Wasserhaushalt und Photosynthese zusammen? Das vom Boden aufgenommene Wasser wird größtenteils stomatär transpiriert. Der zweitgrößte „Wasserverbraucher“ ist die Photosynthese. Bei ausreichender Befeuchtung ist die Photosyntheseleistung hoch, da viel CO2 aufgenommen wird. Die Spaltöffnungen der Blätter sind offen, da sie keine Angst vor Austrocknung haben.
• Wie kann eine Pflanze Trockenheit vermeiden? -          Einzug/Abwurf austrocknungsempfindlicher Organe -          Ausbildung von Überdauerungsorganen -          Ausbildung dürreresistenter Samen -          Aktivität nur in nicht zu trockenen Zeiten -          Schnelles Austreiben nach Niederschlägen (Wüsten)
• Wie kann der Wasserhaushalt von Landschaften gesteuert werden? Durch gezielten Kahlschlag: nackter Boden: hohe Versickerung, kein Wasserverlust durch Bäume, Grundwasserspiegel steigt. Jedoch Oberflächenabfluss, Säuberung, Auswaschung.

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