Doctoral Thesis
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Anorganische Stickstoffformen, wie Nitrat oder Nitrit, dienen in Pflanzen als Quelle für die enzymatische Bildung des Signalmoleküls Stickstoffmonoxid (NO). In Wurzeln wird NO an der apoplastischen Seite der Plasmamembran (PM) durch die Nitrit:NO-Reduktase (NI-NOR) gebildet, die für Nitrit eine hohe Affinität aufweist. Die dafür benötigten Elektronen stammen aus der Oxidation von Succinat, wobei in vitro auch Elektronen aus reduziertem Cytochrom c akzeptiert werden. Zur fluoreszenzmikroskopischen Lokalisierung der NI-NOR (in planta) innerhalb der Tabakwurzeln (Nicotiana tabacum cv. Samsun) wurden DAF-Farbstoffe (Diaminofluoresceine) eingesetzt, die sich jedoch aufgrund zahlreicher NO-unspezifische Reaktionen zum Nachweis der NI-NOR unter den gegebenen experimentellen Bedingungen nicht eigneten. Die Bestimmung und Quantifizierung der NI-NOR-Aktivität in vitro, an isolierten PM-Vesikeln, solubilisierten PM-Proteinen und partiell gereinigten PM-Proteinen, erfolgte mittels Chemilumineszenzanalyse. Neben NO wurde unter Anwendung der Membran-Inlet-Massenspektrometrie an PM-Vesikeln außerdem die Bildung von N2O und NO2 nachgewiesen. In Abhängigkeit von der externen Nitraternährung der Tabakpflanzen bestand ein Zusammenhang zwischen der NI-NOR-Aktivität und der Kolonisierungsrate der Wurzeln mit dem vesikulär-arbuskulären Mykorrhizapilz Glomus mosseae, wobei geringe NI-NOR-Aktivitäten unter Stickstoffmangelbedingungen mit hohen Kolonisierungsraten und umgekehrt hohe NI-NOR-Aktivitäten bei optimaler Nitraternährung mit geringen Kolonisierungsraten korrelierten. Die NI-NOR-Aktivität wurde konzentrationsabhängig und reversibel durch die Anwesenheit von Sauerstoff gehemmt und erreichte bei einer Luftsauerstoffkonzentration von 21 % noch etwa 22 % ihrer ursprünglichen, unter anoxischen Bedingungen gemessenen Aktivität. Um die Identität dieses Enzyms über massenspektrometrische Analysen zu klären, wurde die NI-NOR ausgehend von isolierten PM-Vesikeln aus Tabakwurzeln durch Solubilisierung sowie über chromatographische und gelelektrophoretische Trennungsmethoden aufgereinigt. Mit Hilfe der Massenspektrometrie wurden vor allem verschiedene Aquaporine und Kanäle sowie einige noch unbekannte Proteine identifiziert, bei denen es sich möglicherweise um die NI-NOR handeln könnte. Eine Oxidoreduktase, als möglicher Kandidat für die NI-NOR, wurde jedoch nicht gefunden.
Kenntnisse über Strukturen und Dynamik natürlicher und naturnaher Wälder sind die Voraussetzung für naturnahe Waldbewirtschaftung. Die Ziele der Arbeit waren deshalb die Rekonstruktion von Waldzusammensetzung und Dynamik sowie die Identifizierung der natürlichen bzw. naturnahen Waldgesellschaften im Ablagerungsgebiet der Grundmoräne des letzten Stadiums der Weichselvereisung in Mitteleuropa. Das Untersuchungsgebiet, der Eldenaer Wald, ist ein 407 ha großes Naturschutzgebiet nahe Greifswald und liegt in einer flachwelligen Grundmoränenlandschaft mit nährstoff- und basenreichen Böden. Die Vegetation wird heute vom Eschen-Buchenwald (Fraxino excelsioris-Fagetum sylvaticae) dominiert, in dem auch Acer pseudoplatanus und A. platanoides, Prunus avium, Ulmus glabra, Carpinus betulus und als Nutzungsrelikt Quercus robur vorkommen. Für die Vegetationsrekonstruktion wurden an sechs Bohrkernen aus sechs im Untersuchungsgebiet verteilt liegenden Senken Mikrofossilien und z. T. Makrofossilien analysiert sowie der Glühverlust bestimmt. Die zeitliche Einordnung erfolgte mit 25 14C-AMS-Datierungen. Für die untersuchten Proben wurden Altersangaben inter- und extrapoliert. Weiterhin wurden historische Akten und Karten ausgewertet. Für die Rekonstruktion der Vegetation in der nahen Umgebung der Untersuchungspunkte (UP) wurde eine Methode zur Trennung von (extra)lokalen und regionalen Signalen der Mikrofossil-Typen entwickelt. Dabei werden Mikrofossil-Werte der UP mit den regionalen Daten eines Bohrkerns aus dem Greifswalder Bodden (Bucht der südlichen Ostsee) verglichen. (Extra)lokale Anteile zeigen sich in Form von überhöhten Werten im Vergleich zu den regionalen Werten. Der Vergleich wurde getrennt für Mikrofossil-Typen, die sich schlecht bzw. gut erhalten, durchgeführt, um die Unterbewertung der ersteren zu verringern. Mit Hilfe von Korrekturfaktoren (ANDERSEN 1970, 1984) wurden aus dem (extra)lokalen Anteil der Gehölz-Pollen die etwaigen Anteile der Gehölze an der gehölzbestandenen Fläche der frischen bis trockenen Standorten im Umkreis von etwa 100 m um den UP rekonstruiert. Der Offenheitsgrad der Vegetation wurde aus dem Auftreten indikativer Mikrofossil-Typen abgeleitet. Die rekonstruierte Vegetation innerhalb der Senken bildeten hauptsächlich nasse Erlenwälder. Durch anthropogene Entwässerungen und andere Eingriffe bildeten sich Röhrichte, Birken- und Weidengehölze sowie Erlen-Eschenwälder. Die Vegetation der frischen bis trockenen Standorte im Umkreis der Hohlformen war sehr unterschiedlich ausgebildet und wechselte auch an den verschiedenen UP sehr stark. Der Vergleich der UP zeigte, dass im Zeitabschnitt von AD 200 - 700, außer an einem UP, keine Hinweise auf Nutzungseinflüsse auftraten. Trotzdem waren die Gehölzbestände als Folge früherer menschlicher Aktivitäten z. T. noch sehr stark von Zwischenwaldarten (Acer, Fraxinus, Ulmus) geprägt. Nur an zwei Standorten traten auch über diesen Zeitabschnitt hinaus relativ stabile, von Tilia bzw. Fagus dominierte und nicht nachweisbar von menschlicher Aktivität beeinflusste Gehölzspektren auf. Ab AD 1100 sind nach und nach an allen UP massive Veränderungen im Gehölzspektrum nachweisbar, die mit dem wachsenden Nutzungsdruck infolge der slawischen Besiedlung, der Klostergründung (AD 1199) und den Dorfgründungen (ab AD 1250) einhergingen. Erst im Zeitraum AD 1820 - 2000 stellten sich mit der Einführung der geregelten Forstwirtschaft an fast allen Standorten ähnliche, von Fraxinus und Fagus dominierte Gehölzspektren ein. Mit Hilfe von Cluster-Analyse und Detrended Correspondence Analysis aller rekonstruierten Gehölzbestände wurden vier typische Gesellschaften der Gehölzvegetation der letzten 2000 Jahre herausgearbeitet. Fraxinus-Acer-Quercus-Bestände und Carpinus-Fagus-Quercus-Bestände stellen Vor- und/oder Zwischenwälder dar, die sich mit der Wiederbewaldung von Offenflächen einstellten und aus denen sich Schlusswälder entwickelten. (Betula-)Corylus-Tilia-Bestände beinhalten Schlusswälder, die noch bis etwa AD 1500 im Untersuchungsgebiet existierten. Die Fraxinus-Fagus-Bestände sind ebenfalls Schlusswälder, die fast im gesamten Untersuchungszeitraum nachgewiesen wurden. Aus den Untersuchungen wurde deutlich, dass die Entwicklung der Waldbestände stark durch anthropogene Einflüsse geprägt war. Das Verschwinden der Tilia-bestimmten Bestände und die Ausbreitung von Fagus wurden durch menschliche Aktivitäten ausgelöst. Das Gattungsspektrum der heute dominierenden Waldgesellschaft, des Eschen-Buchenwaldes (Fraxino excelsioris-Fagetum sylvaticae), konnte am Standort EXB bis ins 1. Jh. AD auch in nutzungsfreien Phasen zurückverfolgt werden, so dass es als natürlich gelten kann.