BayFORKLIM

BAYERISCHER KLIMAFORSCHUNGSVERBUND

U3 (zweite Phase) UV-B-Schutzmechanismen von Nutzpflanzen

Arbeitsfeld:

Sensitivität von Arten höherer Pflanzen aus verschiedenen Höhenstufen ... Bestrahlungsstärke und Tagesdosis an UV-B nehmen mit der Höhe zu; deshalb sind Pflanzen, die in Höhenlagen wachsen, gegenüber denen im Flachland während ihres Lebens einer größeren UV-B-Belastung ausgesetzt. Sind deshalb Pflanzenarten, die bevorzugt in alpinen Habitaten vorkommen, durch ihre genetische Konstitution weniger UV-B-empfindlich als Arten, die bevorzugt im Flachland wachsen und/oder haben alpine Arten eine größere Fähigkeit, Schutzmechanismen auszubilden' Von 5 verschiedenen Pflanzengattungen wurden Paare oder Tripletts von Arten, die bevorzugt in verschiedenen Höhenstufen vorkommen, im Gewächshaus - also ohne UV-B - aus Samen angezogen; ein Teil von ihnen wurde vor der Sensitivitätsprüfung durch zusätzliches UV-B "adaptiert". Die Sensitivität gegen UV-B wurde anhand äußerlich sichtbarer Schäden geprüft; bei den gleichen Pflanzen wurde der Gehalt an UV-B-absorbierenden Substanzen (Phenylpropane, meist Flavonoide) gemessen. Zwischen den Pflanzengattungen bestehen große Unterschiede in der Sensitivität gegen UV-B. Von Arten der gleichen Gattung sind alpine Arten nicht bereits auf Grund ihrer genetischen Konstitution - eventuell durch Selektion erworben - resistenter als Flachlandarten, haben aber eine bessere Fähigkeit zur Adaptation; dies beruht z.T. auf einer UV-B-induzierten erhöhten Akkumulation von UV-B-absorbierenden Substanzen. Folgerungen: Die deutlichen Unterschiede in der Sensitivität zwischen verschiedenen Gattungen könnten bei einer Zunahme der UV-B-Strahlung zu Verschiebungen in Ökosystemen führen. Schutzmechanismen von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen ... Die Empfindlichkeit gegen UV-B-Strahlung kann zwischen verschiedenen Pflanzenarten, aber auch zwischen verschiedenen Kultursorten einer Art stark variieren; dies beruht darauf, daß sie in unterschiedlichem Ausmaß Schutzmechanismen gegen UV-B entwickelt haben. Unser Ziel war, die Stärke des UV-B-Einflusses auf die Produktivität landwirtschaftlicher Nutzpflanzen zu bestimmen sowie die molekularbiologischen Grundlagen von Unterschieden in der UV-B-Toleranz aufzuklären, um die Folgen einer erhöhten UV-B-Strahlung abschätzen und ihnen gegebenenfalls begegnen zu können. Dazu sollten Gene identifiziert werden, die in Getreide unter erhöhter UV-B-Strahlung differenziell exprimiert werden und mit der Toleranz gegen UV-B korreliert werden können. Unter Strahlungsbedingungen, die mit denen im Freiland fast identisch sind ("Sonnensimulator") wurde die Wirkung von erhöhtem UV-B (bis zum dreifachen von ambient) auf jeweils 3 Sorten von Sommerweizen und Braugerste, die in Bayern am häufigsten angebaut werden, untersucht. Beim Weizen war das Höhenwachstum bei Jungpflanzen durch UV-B etwas verzögert, bei der Gerste zeigte sich kein Effekt. Blühen und Ährenentwicklung waren bei Weizen unter erhöhtem UV-B um einige Tage verzögert, bei Gerste dagegen beschleunigt. Der Ernteertrag wurde durch UV-B nicht signifikant herabgesetzt. Molekularbiologische Untersuchungen haben ergeben, daß beim Weizen die Genexpression durch UV-B verändert wurde; einige Translationsprodukte waren erhöht, andere erniedrigt. Deutliche Unterschiede zwischen den 3 Sorten wurden beobachtet. Folgerung: Durch UV-B-induzierte differenzielle Genexpression können sich Getreide gegen Schäden durch erhöhte UV-B-Strahlung schützen.

Forschungsbedarf:
bereits abgeschlossen