Mundraub im Wurzelraum:

Transkript

1 Mundraub im Wurzelraum: Isotopenhäufigkeitsanalysen und molekularbiologische Daten liefern neue Einblicke in die komplexe Ernährungsweise der Waldbodenvegetation Gerhard Gebauer Lehrstuhl für Pflanzenökologie Universität Bayreuth

2 Der Waldboden: ein lichtlimitierter Standort für Pflanzen Lichtverfügbarkeit am Waldboden relativ zur Einstrahlung über dem Bestand: Kiefernwald ca. 20 % Eichenwald ca. 10 % Buchenwald ca. 1 5 %

3 Ektomykorrhiza der Waldbäume Pilzhyphen Pilzpartner Schwer kultivierbare Basidio- und Ascomyceten, ( obligate Ektomykorrhizapilze) Pilzpartner Leicht kultivierbare, saprotroph im Boden lebende Basidiomyceten aus der Rhizoctonia- Formengruppe Pilzhyphen Endomykorrhiza der Orchideen

4 Nutzen der Mykorrhiza für Pflanzen- und Pilzpartner Ektomykorrhiza der Waldbäume CO 2 Exoenzyme ECM-Pilze Boden Kohlenhydrate Mineralstoffe Wasser Photosynthese Baum N-Assimilation Nitrat, Ammonium CO 2 Endomykorrhiza der grünen Orchideen Photosynthese N-Assimilation Grüne Orchidee Nitrat, Ammonium??? Mineralstoffe Wasser (Kohlenhydrate) Saprotrophe Pilze Boden Exoenzyme

5 Die Vogel-Nestwurz (Neottia nidus-avis) Beispiel einer mykoheterotrophen Orchidee der Wälder in Europa Knäuel aus Pilzhyphen in den Zellen der Wurzelrinde

6 Sarcodes sanguinea und Pterospora andromedea Beispiele für mykoheterotrophe Pyrolaceen aus den Wäldern Nordamerikas

7 Daten aus: Gebauer & Meyer (2003) New Phytol. 160: Bidartondo, Burghardt, Gebauer, Bruns & Read (2004) Proc. R. Soc. Lond. B 271: Gebauer, Allen & Allen (in Vorbereitung)

8 Ernähren sich grüne Orchideen wirklich autotroph? Weißes Waldvögelein (Cephalanthera damasonium) Rotes Waldvögelein (Cephalanthera rubra)

9 Ernähren sich grüne Orchideen wirklich autotroph? Braunrote Stendelwurz (Epipactis atrorubens) Grünliche Waldhyazinthe (Platanthera chlorantha)

10 8 Veldensteiner Forst (NO-Bayern) Buchenwald Daten aus: Cephalanthera damasonium Neottia nidus-avis Gebauer & Meyer (2003) New Phytol. 160: Bidartondo, Burghardt, Gebauer, Bruns & Read (2004) Proc. R. Soc. Lond. B 271: δ 15 N [0/ 00 ] 8 Kiefernwald 6 Epipactis atrorubens Neottia nidus-avis Cephalanthera damasonium Cephalanthera rubra Platanthera chlorantha δ 13 C [0/ 00 ] Nicht-Orchideen mit Ektomykorrhiza Nicht-Orchideen mit arbuskulärer Mykorrhiza grüne Orchideen (Gruppe 1) grüne Orchideen (Gruppe 2) mykoheterotrophe Orchideen

11 Daten aus: Bidartondo, Burghardt, Gebauer, Bruns & Read (2004) Proc. R. Soc. Lond. B 271:

12 Übergang von autotropher zu mykoheterotropher Ernährung Photosynthese CO 2 CO 2 ECM- Pilz A Photosynthese Saprotrophe Pilze Exoenzyme Mineralstoffe Wasser N-Assimilation Orchidee Organ. C Organ. N Mineralstoffe Wasser ECM- Pilz B Kohlenhydrate Bäume Mineralstoffe Wasser Boden Nitrat, Ammonium ECM- Pilz C Exoenzyme Boden N-Assimilation Nitrat Ammonium

13 Wie weit ist partielle Mykoheterotrophie geographisch verbreitet? Tritt diese Ernährungsweise auch bei Nicht-Orchideen auf? Epipactis gigantea (Orchidaceae) Pyrola picta (Pyrolaceae)

14 δ 13 C- und δ 15 N-Werte von mykoheterotrophen Orchideen (MHO) und Pyrolaceen (MHP), von grünen Orchideen (AO) und Pyrolaceen (AP) sowie von Referenzpflanzen (ECM, ARB, AM, FIX) und Bodenproben an fünf Waldstandorten in S-Kalifornien Pyrola picta forma aphylla Daten aus: Gebauer, Allen & Allen (in Vorbereitung)

15 Quantifizierung der mykoheterotrophen Ernährung Quelle B x [% ] Quelle A Beitrag von Quelle B zur Deckung des C- oder N-Bedarfs [%] Beitrag von Quelle B zur Deckung des N-Bedarfs [%]

16 Daten aus: Gebauer & Meyer (2003) New Phytol. 160: Bidartondo, Burghardt, Gebauer, Bruns & Read (2004) Proc. R. Soc. Lond. B 271: Julou, Burghardt, Gebauer, Berveiller, Damesin & Selosse (2005) New Phytol. 166: Gebauer, Allen & Allen (in Vorbereitung)

17 Zusammenfassung Partielle Mykoheterotrophie Eine bisher unbekannte Ernährungsweise von Pflanzen Partielle Mykoheterotrophie verschafft Konkurrenzvorteile unter lichtlimitierten Bedingungen und optimiert die Stickstoff-Ernährung Wechsel des Pilzpartners stellt Verbindung zu Waldbäumen her Kombination aus DNA-Analysen und Isotopenhäufigkeitsanalysen ermöglicht (1) Identifikation des Pilzpartners der Pflanzen (2) Quantifizierung des Stoffflusses zwischen Pilz und Pflanzen Naturschutzmaßnahmen bei Orchideen/Pyrolaceen sind neu zu überdenken

18 Danksagung Bastian Burghardt Universität Bayreuth Cornelia Meyer Markus Meyer Martin Bidartondo Marc-Andre Selosse Royal Botanic Garden, Kew Naturhistorisches Museum, Paris Mike und Edith Allen University of California, Riverside Bezirksregierungen von Ober- und Mittelfranken

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!