Carbon and water dynamics during combined heat, drought and elevated atmospheric $CO_{2}$ in $\textit{Pinus halepensis}$ seedlings
Creators: name: Birami, Benjamin
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: Pinus Halepensis
Forest
Climate Change
Elevated CO2
Heat Wave
Drought
Mortality
Stress
Metabolism
Plant Physiology

description: Bäume müssen auf ungünstige Umwelteinflüsse mit Kompromissen reagieren. So werden Kohlenstoffaufnahme und Wachstum durch ihren Wasserhaushalt und ihre Wärmedosis begrenzt. Diese Umweltstressoren nehmen an Häufigkeit und Intensität zu und greifen daher stark in grundlegende Pflanzenprozesse ein, indem sie die Verfügbarkeit von Bodenwasser verringern und den Wasserbedarf der Atmosphäre durch einen Temperaturanstieg erhöhen. Der Anstieg der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentration ist die Ursache dieser Veränderungen, aber zusätzlich wird auch darüber diskutiert, dass ein hoher $CO_{2}$-Gehalt den physiologischen Stress der Pflanzen durch Sättigung der Photosynthese, Steigerung der Biomasseakkumulation, Verringerung der Photorespiration und Reduzierung der Wasserverluste durch Optimierung der Spaltöffnungen mildern könnte. Man geht davon aus, dass semiaride Regionen besonders anfällig für klimatische Veränderungen sind, aber gleichzeitig könnten sie auch stark auf hohe $CO_{2}$ Konzentrationen reagieren, da die Pflanzen bereits stark Ressourcen limitiert wachsen. Diese Arbeit soll Licht in die weniger beachteten multiplen Stress-$CO_{2}$-Wechselwirkungen von $\textit{Pinus halepensis}$-Sämlingen bringen. Im Folgenden wurde in kontrollierten Gewächshausexperimenten eine Kombination aus Trockenheit und Hitzewellen in Verbindung mit hohen $CO_{2}$ Konzentrationen untersucht. Wachstumskammern ermöglichten eine Trennung von Spross und Wurzel der Pinien Setzlinge. Pflanzenphysiologische Parameter, Gasaustausch, Primärmetaboliten, Emissionen flüchtiger organischer Verbindungen, Wachstum und Mortalität wurden analysiert und kritisch diskutiert. Schließlich konnten folgende Forschungsfragen beantwortet werden: 1.) Wie verändern sich Gasaustausch, Kohlenstoffallokation und Regeneration der Setzlinge nach wiederholten isolierten Hitze- oder Dürreperioden oder einer Kombination aus Beidem (Kapitel 2 und 3)? 2.) Welchen Einfluss hat sehr hohes atmosphärisches [$CO_{2}$] auf Hitzestressreaktionen und die Kohlenstoffbilanz von trockenheitsakklimatisierten gegenüber gut bewässerten $\textit{P. halepensis}$-Setzlingen (Kapitel 4)? Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass selbst eine sehr trockenheitstolerante Kiefernart schnell an ihre Grenzen stößt, wenn sie höheren Maximaltemperaturen ausgesetzt ist, und dass Trockenheit zusammen mit Hitzewellen ihre Stresswirkung unverhältnismäßig verstärkt. Selbst Effekte, die durch sehr hohe $CO_{2}$-Konzentrationen hervorgerufen werden, werden durch Hitzetrockenstress schnell überdeckt, obwohl sie möglicherweise den individuellen Wasserverbrauch der Bäume entlang eines Temperaturgradienten verringern. Unter zukünftigen Bedingungen mit häufigeren Hitzewellen wird dies möglicherweise dazu führen, dass Bäume immer häufiger zu Netto-$CO_{2}$-Quellen werden.