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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.