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Titelaufnahme

Titel
Koniferentüpfel: Anatomische und funktionelle Untersuchungen an Fichte (Picea abies) und Zirbe (Pinus cembra)
VerfasserMarkl, Yvonne
Begutachter / BegutachterinMarkl, Yvonne
Betreuer / BetreuerinUniv.Prof. Mag. Dr. Mayr, Stefan
Erschienen2016
HochschulschriftInnsbruck, Univ., Masterarb., 2016
Anmerkung
Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft
Datum der AbgabeJuli 2016
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Fichte / Zirbe / Hoftüpfel / Refilling / Overlap / Waldgrenze
Schlagwörter (EN)Norway spruce / Stone pine / bordered pit / refilling / overlap / timberline
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-4485 Persistent Identifier (URN)
Lizenz
CC-BY-Lizenz (4.0)Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
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 Das Werk ist frei verfügbar
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Koniferentüpfel: Anatomische und funktionelle Untersuchungen an Fichte (Picea abies) und Zirbe (Pinus cembra) [6.19 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Tracheiden der Koniferen sind durch zahlreiche Durchlassöffnungen, den Hoftüpfeln, verbunden. Deren poröse Membranstruktur (Margo) ermöglicht den Wasserfluss durch das Xylem. Bei steigender Druckdifferenz drückt jedoch die zentrale Verdickung (Torus) gegen die Öffnung (Porus) und verschließt diese. Der Überlappungsbereich des Torus (Overlap) beeinflusst die Resistenz gegenüber Lufteinbrüchen (Embolien), welche durch Trockenstress oder wiederholte Gefrier-Tau-Ereignisse auftreten. An der alpinen Wald-grenze sind diese Stressfaktoren besonders intensiv. Das Ziel dieser Studie war die Er-forschung höhenabhängiger Unterschiede in der Xylemstruktur und Tüpfelarchitektur so-wie der Aufnahme von Wasser über die Zweigoberfläche und dessen Weiterverteilung im Baum (Reparatur von Embolien).

Entlang eines Höhentransektes (1.500 2.100 m.ü.M.) wurden Bohrkerne aus Stämmen von Fichte (Picea abies) und Zirbe (Pinus cembra) entnommen. Xylem- und Tüpfeldimensi-onen wurden unter dem Licht- sowie Elektronenmikroskop analysiert. Für das Refilling-Ex-periment wurden während des Frühjahres Plastiksäcke mit Deuterium-markiertem Was-ser an Fichten montiert und die Veränderung in Wasserpotential und Leitfähigkeit ana-lysiert.

Die anatomischen Messungen ergaben relativ konstante Xylemstrukturen entlang des Transektes. Die Zirbe zeigte etwas größere Tüpfel- als auch Torusdurchmesser (17 21 m; 8,8 11,4 m) als die Fichte (16 20 m; 8,2 10,1 m) sowie einen größeren Overlap. Beide Arten wiesen mit steigender Höhe sinkende Overlaps in Relation zum Torus (O_rel1) sowie steigende Overlaps in Relation zur Membran (O_rel2) auf. Beim Re-filling-Experiment stiegen die Wasserpotentiale binnen zwei Wochen von -3,4 MPa auf

-0,05 MPa, während die Leitfähigkeitsverluste um 20 50 % verringert wurden.

Die von der Höhenlage weitgehend unbeeinflusste Architektur der Tüpfel deutet darauf hin, dass die Bildung der Tüpfel entweder trotz größerer Stressintensitäten an der Wald-grenze nicht limitiert oder hydraulisch von großer Bedeutung ist und die Tüpfeldi-

mensionen deshalb konstant gehalten werden. Allerdings könnten die geringfügigen Ände-rungen beim Overlap eine etwas instabilere Aspiration des Torus aber auch einen etwas reißfesteren Margo in Bäumen größerer Höhenlage bedingen. Das Refiling-Experiment belegt, dass Koniferen an der Waldgrenze Wasser über die Zweigoberfläche aufnehmen und in der Krone verteilen können, um damit die Wasserpotentiale zu heben und Embolien zu reparieren. Die Tüpfel sind dabei vermutlich für die Isolierung von embolierten und intakten Xylembereichen von Bedeutung. Diese Arbeit ermöglichte neue Einblicke in die Struktur und Funktion von Koniferen-Hoftüpfeln, die hinsichtlich Embolie-Resistenz und Reparatur eine entscheidende Rolle spielen.

Zusammenfassung (Englisch)

Coniferous tracheids are connected by numerous cell wall openings, the bordered pits. Their porous membrane (margo) facilitates water flow through the xylem, while pit clo-sure occurs by sealing of the aperture (porus) by a central thickening (torus) when pres-sure differences increase. The ratio between torus and porus (overlap) thus influences re-sistance against air entry (embolism), induced by drought stress or repeated freeze-thaw events. At the alpine timberline, these stress factors occur with high intensity. The aim of this study was to investigate altitude dependent differences of xylem structure and pit ar-chitecture as well as the uptake of water over the surface of twigs and its distribution within a tree (embolism repair).

Stem cores of Norway spruce (Picea abies) and Stone pine (Pinus cembra) were taken a-long an altitudinal transect (1.500 2.100 m a.s.l.). Xylem dimensions and pit properties were measured under both, light and electron microscope. For a refilling experiment, plastic bags with Deuterium labeled water were mounted during early spring on Picea abies and changes of water potential and conductivity were monitored.

The anatomical measurements showed relatively constant xylem structures along the transect. Stone pine exhibited slightly larger pit (17 21 m) and torus diameters (8,8 11,4 m) than Norway spruce (16 20 m; 8,2 10,1 m, respectively), as well as a big-ger overlap. In both species the overlap in relation to the torus size (O_rel1) decreased, while the overlap in relation to the pit membrane (O_rel2) increased with increasing ele-vation. In the refilling experiment water potentials increased from -3,4 MPa to -0,05 MPa and conductivity recovered by 20 50 %.

The pit architecture was hardly influenced by elevation, which indicates that pit formation was not limited despite higher stress intensities at the timberline or that pit dimensions are hydraulically important and therefore kept constant. However, observed minor chan-ges in overlap might cause a slightly more instable aspiration of the torus or a slightly higher rigidity of the margo in trees at higher elevation. The refilling experiment showed

that conifers at the alpine timberline can take up water via the branch surface and distribute this water within the crown to increase water potentials and repair embolism. Pits thereby are probably important to isolate embolised from intact xylem sections. The present study enabled new insights into the structure and function of conifer pits, which play a central role in both embolism resistance and embolism repair.