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Durch zymografische Untersuchungen und Massenspektrometrie (MS) wurden neun Proteasen vom Subtilisin-Typ im Wurzelexsudat von Nicotiana tabacum identifiziert. Ein Peptid-Antikörper wurde produziert, der die affinitätschromatografische Anreicherung einer tobacco root exuded subtilase (TREXS, XP_016501597.1) und zweier Isoformen sowie eines Peroxidase-artigen und eines SERK2-artigen Proteins ermöglichte. Basierend auf dem Subtilase-EST, der in der MS identifiziert worden war, wurde die full-length cDNA von TREXS durch 5'RACE und 3'RACE sequenziert und die gDNA kloniert. Das intronfreie TREXS-Gen codiert eine 756 Aminosäuren lange Subtilase mit Signalpeptid, I9-Inhibitordomäne, PA- und Fn-III-artiger Domäne. Der Nachweis von TREXS-mRNA in Blattgewebe zeigte, dass TREXS nicht exklusiv auf Wurzeln beschränkt ist. Phylogenetische Analysen zeigten, dass SDD1 die ähnlichste Subtilase aus A. thaliana zu TREXS ist. Mit großer Wahrscheinlichkeit ist TREXS jedoch nicht das Ortholog zu SDD1, weil zum einen strukturähnlichere Subtilasen zu SDD1 in Tabak existieren und zum anderen SDD1 an der Ausprägung von Stomata in der Blattepidermis beteiligt ist, TREXS hingegen im Wurzelexsudat vorkommt. Das
MS-identifizierte SERK2-artige Protein, das bei der Peptid-Antikörper-Affinitätschromatografie zusammen mit TREXS angereichert wurde, ist Kandidat als Substrat für TREXS, weil es potenziell durch IgG–TREXS–SERK2-like-Interaktion co-angereinigt wurde, die in-silico docking-Vorhersagen zwischen den modellierten Molekülen von TREXS und SERK2-like einen proteolytisch relevanten Bindungszustand vorhersagt und es strukturelle Ähnlichkeit mit LRP, einem bekannten Substrat der Subtilase P69C, hat. Die transiente Expression rekombinanter TREXS in N. benthamiana war möglich, zeigte sich jedoch kritisch gegenüber C- und N-terminal fusionierten Anhängen: Transiente Transformation mit TREXS oder TREXS:Strep-tag führte zu proteolytisch aktivem Protein. Jedoch war der C-terminale Strep-tag nicht funktionell. Längere C-terminale Anhänge und auch TREXS-Mutanten mit inaktiviertem katalytischen Zentrum erbrachten kein Genprodukt. C-terminales GFP erbrachte – auch bei mutiertem katalytischen Zentrum – stets nur den GFP-Anteil des Fusionsproteins.
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.
Im Rahmen eines Forschungsprojekts im Bereich der Odermündung wurde ein Pflanzentest für aquatische Verunreinigungen gesucht. Der Test wurde nach einem Testprotokoll von Everiss (1979) etabliert. Als Endpunkte gingen die Frischmasse und die Gesamtsprossen ein. Die Testlösungen wurden aus einer konzentrierten Mischung von 7 Schwermetallen und Arsen (As, Hg, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn) und als Einzelsubstanzlösungen hergestellt. Die Auswertungen erfolgten in Prozent bezogen auf die Kontrolle sowie varianzanalytisch nach OECD (2002). In 100facher NKO (NKO = mittlere Konzentration Oderwasser Oberhalb der Nachweisgrenze) wurde eine schwere Schädigung durch alle Gemische verursacht. Das Gemisch ohne Cr schädigte am stärksten. In 10facher NKO konnte eine Wachstumshemmung nachgewiesen werden. Bei 1facher NKO zeigte sich eine geringe Beeinflussung. Als Einzelstoff war Cu in 100facher NKO am stärksten toxisch, gefolgt von Zn, Ni und Cd. As, Pb, Hg und Cr wirkten nicht eindeutig wachstumshemmend. In 10facher NKO war bei Cd, Cu und Zn noch Schädigung vorhanden. Kupfer wirkte auch in der 1fachen NKO noch schädigend. Bei Cd zeigte sich noch eine Reduktion des Sprosswachstums, aber keine Frischmassereduktion. Der L. minor - Test ist sensitiv und eignet sich als Screeningtest für unbekannte Gewässerproben. Er stellt eine gute Ergänzung zu anderen Biotestverfahren dar. Für eine umwelttoxikologische Einschätzung wird anhand der erzielten Ergebnisse ein Schädigungsmodell vorgeschlagen.
Im Manu Nationalpark im südöstlichen Tieflandregenwald Perus leben die Matsiguenka der Dorfgemeinschaften Tayakome und Yomibato. Zur Erwirtschaftung dringend benötigter Basisgüter begannen sie im Jahr 1997 mit dem Bau einer Touristenherberge. Die vorliegende Studie untersucht das tradierte Wirtschaftssystem dieser Dorfgemeinschaften und die Einflüsse neuer Wirtschaftsformen, insbesondere der Herberge sowie des Nationalparks. Bisher brachte die Herberge nicht die von den Matsiguenka erwünschten wirtschaftlichen Erfolge, so dass sie zur Deckung ihrer Grundbedürfnisse weiterhin auf Spenden verschiedener Organisationen angewiesen sind. Die Einflüsse durch die Herberge auf das sehr traditionelle Wirtschaftssystem der Matsiguenka sind bisher gering. Da Tourismus derzeit die einzige Möglichkeit darstellt, von den Matsiguenka erwünschte Einkommen zu erzielen, und sich gleichzeitig stabilisierend auf das Wirtschaftssystem der Matsiguenka auswirken kann, stellt die Beteiligung im Tourismusgeschäft eine Chance für eine nachhaltige Entwicklung im Nationalpark Manu dar. Um diese Ziele zu erreichen, ist aber die verstärkte Zusammenarbeit mit Tourismusunternehmen und Nationalparkverwaltung erforderlich. Außerdem müssen an den aktuellen Wissensstand der Matsiguenka angepasste Beteiligungsformen gefunden werden. Hierfür bietet sich die Ausbildung eines Co-Managementsystems in der touristischen Zone des Nationalparks an, an dem die Nationalparkverwaltung, die Matsiguenka sowie die Tourismusunternehmen beteiligt sind.
Stoffflüsse in Makrophytensystemen: Ein Vergleich zwischen Küstenlagunen der südlichen Ostsee
(2017)
In früheren Jahrzehnten verschlechterte sich der ökologischen Zustand von zahlreichen inneren Küstengewässern der Ostsee durch die Eutrophierung, was z. B. zu intensiven Algenblüten führte. Submerse Makrophyten können den ökologischen Zustand von Süßgewässern verbessern, denn sie unterstützen z. B. die Sedimentation von suspendiertem Material und verringern die Resuspension. Zudem reduzieren sie indirekt das Phytoplankton, weil sie Zooplankton einen Prädationsschutz bieten und somit die Beweidung des Phytoplanktons durch das Zooplankton fördern. Es ist möglich, dass diese Rückkopplungsmechanismen in Brackgewässern weniger effektiv sind. Das Zooplankton ist anders zusammengesetzt und beweidet dadurch weniger effektiv das Phytoplankton. Außerdem wird es selbst, innerhalb der Makrophyten, durch bestimmte Fische und Invertebraten gefressen. In der vorliegenden Arbeit, wurden die Interaktionen zwischen submersen Makrophyten und ihrer abiotischen und biotischen Umgebung in zwei verschiedenen Küstengewässern der südlichen Ostsee untersucht: Vitter Bodden (mesotroph, Makrophyten-dominiert) und Darß-Zingster Boddenkette (DZBK, eutroph bis stark eutroph, Phytoplankton-dominiert). Die folgenden Parameter wurden von Juni bis September 2013 (Vitter Bodden) und von März bis November 2014 (DZBK) gemessen: Lichtattenuation, Konzentration von Gesamt-suspendiertem Material (TSM), von Chlorophyll a (Chl a), von Gesamt-Phosphor (TP) und von Gesamt-Stickstoff (TN). Zudem wurden die Verhältnisse TP zu TN und Chl a zu TP bestimmt. Der Beweidungsdruck des Zooplanktons auf das Phytoplankton wurde sowohl für den Tag als auch für die Nacht berechnet, in dem das jeweilige Zooplankton ausgezählt, die Biomasse und die Beweidungsrate berechnet wurde. Im Vitter Bodden wurde die Zusammensetzung der Makrophyten bestimmt, sowie ihr Bedeckungsgrad und ihr Anteil an der Wassersäule (PVI) in einer Wassertiefe <1 m geschätzt. In der DZBK wurde die Biomasse der Makrophyten bis in eine Wassertiefe von 1,9 m bestimmt. Die Tiefenverbreitung der Makrophyten war im Vitter Bodden nicht Licht-limitiert, aber in der DZBK, da sich dort der Hauptanteil der Makrophytenbiomasse nur bis in eine Wassertiefe von 1 m befand. In der DZBK hatte das Phytoplankton einen großen Anteil an der Lichtattenuation und limitierte dadurch vermutlich die Lichtverfügbarkeit nicht nur für die Makrophyten sondern auch für sich selbst. Aufgrund der TN zu TP Verhältnisse war das Phytoplankton in der DZBK P-limitiert, während es im Vitter Bodden durch beide Nährstoffe gleichzeitig limitiert war. Die Beweidung durch das Zooplankton konnte zeitweise vermutlich das Phytoplankton im Vitter Bodden reduzieren, aber nicht in der DZBK. Der Bedeckungsgrad der Makrophyten war hoch, aber sie hatten eine flache Wachstumsform und daher nur einen geringen PVI. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass der vermutlich hohe Wasseraustausch mit der Ostsee und der fehlende Eintrag aus Fließgewässern verantwortlich für die hohe Lichtverfügbarkeit im Vitter Bodden sind. Ein möglicher Einfluss der Makrophyten auf Wassertrübung, Nährstoffe, Phytoplankton und Zooplankton wurde vermutlich durch diesen Wasseraustausch maskiert. Im Gegensatz dazu gab es keine Effekte der Makrophyten auf Nährstoffe in der Wassersäule, sowie auf Phytoplankton und Zooplankton in der DZBK, da die Makrophyten nur auf die Randbereiche der Bodden beschränkt sind. Da Sedimentation und Resuspension hauptsächlich die Wassertrübung beeinflussen, wurde in einem weiteren Teil der vorliegenden Arbeit ermittelt, in wie weit Wind-induzierte Wellen die Sedimentationsraten beeinflussen, wenn sie unmittelbar sedimentiertes Material wieder resuspendieren. Zu diesem Zweck wurden zwei verschiedene Sedimentationsfallen verwendet: Zylinderfallen (ZF) und Tellerfallen (TF). Die TF wurden in dieser Studie das erste Mal an einem Wellen-exponiertem Standort verwendet. Sie erlaubten, dass unmittelbar sedimentiertes Material wieder resuspendiert werden konnte, was die ZF nicht konnten. Sedimentationsraten wurden mit beiden Fallentypen in einer Wassertiefe zwischen 0,9 m und 1,6 m bestimmt. Die Wellenexposition wurde berechnet, indem die halbe Oberflächenwellenlänge (λ/2) durch die Wassersäule oberhalb der Fallen (dF) dividiert wurde. Eine hohe Wellenexposition war definiert als (λ/2) / dF >1. Die Sedimentationsraten in beiden Fallentypen waren von der Wellenexposition beeinflusst. Jedoch in gegensätzlicher Weise. Bei hoher Wellenexposition sedimentierte ein geringerer Anteil des TSM pro Stunde auf den TF als bei geringer Wellenexposition, während in den ZF ein größerer Anteil sedimentierte. Daher wurde die Sedimentationsrate bei hoher Wellenexposition mit den ZF überbestimmt. Die verwendeten TF sind ein viel versprechendes Mittel um Sedimentationsraten in flachen, Wellen-exponierten Orten abzuschätzen, denn sie reflektieren den unmittelbaren Einfluss von Wellenbewegungen auf die Sedimentation von suspendiertem Material.
Da Feuchtgebiete nicht wie reguläres Ackerland genutzt werde können, werden sie oft als Ödland betrachtet und daher für Ackerbau trockengelegt. Diese sehr einseitige Perspektive auf Feuchtgebiete übersieht die vielfältigen Ökosystemleistungen, die es Menschen und Natur zur Verfügung stellt. Einige dieser Leistungen sind das Speichern und die Reinigung von Abwasser, die Bereitstellung von Lebensmitteln und Rohmaterialien, die lokale Klimaregulierung und die Nutzung als Habitat. Viele dieser Leistungen werden von der Natur „umsonst“ bereitgestellt und haben keinen monetären Wert auf traditionellen Märkten. In China bedecken Feuchtgebiete 8% der Gesamtfläche, sind aber in einer bedrohlichen Situation, auch wenn in den letzten Jahren einige Teile erfolgreich restauriert werden konnten. In den vergangenen 50 Jahren gingen mehr als 20% der Feuchtgebiete durch Verschmutzung, Wasserableitung und -aufstauung, Nutzbarmachung, Trockenlegung und Übernutzung der Resourcen verloren. Die Wasserressourcen und Feuchtgebiete – besonders in Nord- und Nord-Ost-China sind bedroht, da sie in ariden oder semi-ariden Regionen liegen. Feuchtgebiete stellen gleichwohl wichtige Ökosystemdienstleistungen für die genannte Region zur Verfügung und tragen signifikant und in vielfältiger Weise zu lokalem Lebensunterhalt bei, z. B. durch Nahrungs- und Rohstoffbereitstellung. Ziel dieser Arbeit war es, zu einer ökonomisch-ökologischen Bewertung des Gemeinen Schilfs (Phragmites australis) am Wuliangsuhai See zu kommen, in dem Schilf in großen Mengen vorkommt und lokal relevant ist. Schilf wurde an einem Fallbeispiel in der Inneren Mongolei, China, untersucht, ein Teil des Forschungsprojektes “Sustainable Water Management and Wetland Restoration in Settlement of Arid Central Asia” war, welches in der Inneren Mongolei, China, durchgeführt wurde. Meine Arbeit beeinhaltete vielfältige Apsekte: Zuerst wurde eine detaillierte Literaturanalyse durchgeführt, um die kommerzielle Nutzung von Schilf weltweit zu untersuchen. Es konnten vielfältige Verwertungen ausgemacht werden, viele lokal und nur in kleinem Maßstab (z. B. Nahrung), einige andere innovativ und/oder noch im Experimentierstadium (z. B. Ethanol). Im Bezug auf den Wuliangsuhai See kann geschlussfolgert werden, dass nur große, “einfache” Lösungen in Frage kommen. Besonders der Einsatz als Rohstoff zur Verfeuerung und als Baumaterial scheint erfolgversprechend. Daran anschließend wurde die Biomasseproduktivität am Wuliangsuhai See mit Hilfe zweier Feldkampagnen erhoben und dann auf den gesamten See projiziert. Diese Daten waren entscheidend, da sie Basis waren, um die totale verfügbare Biomasse sowie auch den Einfluss der Schilfernte auf das Nährstoff-Budget abzuschätzen, da ein erheblicher Anteil an Nährstoffen jährlich durch die Ernte dem See entzogen wird. Nach der Bestimmung der verfügbaren Schilfressourcen wurde deren Verwendung durch qualitative Interviews untersucht und mit dem „Netchain Approach“ dargestellt. Die verschiedenen Interessengruppen, die in das Schilfgeschäft involviert sind, sowie deren Einkommen wurden skizziert. Es wurde deutlich, dass die Verwertung zur Papierproduktionen aus einer Vielzahl von Gründen kaum profitabel ist. Basierend auf dieser Erkenntnis wurden vier verschiedene Szenarien für eine innovative Schilfenergienutzung am Wuliangsuhai See analysiert und bewertet. Die Schilfenergienutzung ist unter bestimmten Voraussetzungen profitabel, aber nur schwer wettbewerbsfähig gegenüber günstiger und lokal verfügbarer Kohle. Abschließend wurde der Wuliangsuhai See in einen umfassenderen Ausblick eingeordnet, welche auch das Bewässerungssystem stromaufwärts miteinschloss. Vier Szenarien beleuchteten, wie heutige Entscheidungen die Zukunft des Sees beeinflussen. Diese Arbeit präsentiert die folgenden Haupteinsichten und Empfehlungen für das Management des Wuliangsuhai Sees: 1. Ein übergreifendes Konzept für den Wuliangsuhai See ist nötig, welches auch das gesamte Hetao Bewässerungsgebiet miteinbezieht. 2. Der See ist in dieser sehr trockenen Gegend einzigartig und sollte nicht nur für die Bereitstellung von Marktgütern, sondern auch für „Nicht-Markt-Leistungen“, wie die Abwasserreinigung, beachtet werden. 3. Die Restorationsleistung der Schilfernte konnte in dieser Publikation gezeigt werden und sollte bei zukünftigen Managemententscheidungen berücksichtigt werden. 4. Die lokale Schilfökonomie wird von verschiedenen Seiten herausgefordert. Dennoch scheint auch die lokale Schilfenergienutzung kaum profitabel. 5. Aufgrund der hohen Relevanz der Schilfökonomie für die lokale Ökonomie und Ökologie sollte die Regierung die Seeverwaltung unterstützen. Zusammenfassend konnten die vielfältigen sozialen, ökologischen und ökonomischen Werte von Schilf am Wuliangsuhai See aufgezeigt werden. Da nur geringe Informationen vorhanden waren, stellt dies den ersten umfassenden Überblick dar und soll Entscheidungsträgern ermöglichen, auf diesen Informationen basierend Entscheidungen für die Zukunft des Sees zu treffen.
Zusammenfassung
Der Iran besitzt zwölf UNESCO-Biosphärenreservate, die reich an einmaligen Natur- und Kulturschätzen und hohem menschlichen Potenzial aus verschiedenen ethnischen Gruppen sind. Die ersten neun Biosphärenreservate wurden frühzeitig mit den ersten Biosphärenreser-vaten der Welt im Jahr 1976 gegründet, die auch gleichzeitig andere Kategorien der Schutz-gebiete im Iran wie Nationalparks, geschützte Lebensräume für Wildtiere und Naturschutzge-biete beinhalten und bis heute unter ihrem alten Status verwaltet werden. Damit entsprechen sie nicht den aktuellen internationalen Anforderungen an Biosphärenreservate und besteht die Gefahr, dass diese Gebiete in baldiger Zukunft ihre natürlichen und kulturellen Werte verlie-ren und irreversibel beschädigt werden.
Diese Studie untersucht und bewertet die zwei exemplarisch ausgewählten iranischen Bio-sphärenreservate Golestan und Dena unter Berücksichtigung der UNESCO-Kriterien, unter anderem die Ziele und Grundlagen der Sevilla-Strategie und der Internationalen Leitlinien für das Weltnetz der Biosphärenreservate (1995). Das Biosphärenreservat Golestan wurde im Jahr 1976 gegründet und ist somit eines der ältesten Biosphärenreservate des Irans. Bei dem im Jahre 2010 gegründeten Biosphärenreservat Dena, handelt es sich um das jüngste Biosphä-renreservat im Iran zu Beginn der Studie.
Beide Schutzgebiete sind gebirgig und beinhalten die wichtigsten Waldökosysteme mit einer großen Biodiversität. Das Biosphärenreservat Golestan befindet sich im Nordosten des Irans im östlichsten Teil des Elburs-Gebirge und Dena liegt im zentralen Zagros-Gebirge im Westiran.
Für den methodischen Ansatz dieser Studie wurde ein Methodenmix aus qualitativen Elemen-ten: Oral History, Interviews, offenen Fragen und Teilnehmender Beobachtung und quantita-tiven Elementen: SWOT-Analyse (engl. Akronym für Strengths (Stärken), Weaknesses (Schwächen), Opportunities (Chancen) und Threats (Bedrohungen) und Auswertung der Fra-gebögen mit Hilfe des statistischen Programms SPSS20 angewendet.
Die untersuchten Gruppen bestanden gemäß der jeweiligen Analyse aus Experten des De-partments für Umwelt (DoE) in Teheran, den Provinz-Umweltschutzbehörden von Golestan und Kohgiluye und Boyer Ahmad, Akademikern, der Nationale Commission for UNESCO in Teheran, Zeitzeugen, lokaler Bevölkerung, Rangern, Umwelt-NGOs (engl. Non-Governmental Organization), dem Tourismus-Sektor und den Umwelt-Medien.
Die Ergebnisse in dieser Studie zeigen, dass die Entwicklung der iranischen Biosphärenreser-vate seit ihrer Gründung 1976 bis heute von den Veränderungen der wirtschaftlichen, politi-schen und gesellschaftlichen Situation des Irans und demzufolge von den Veränderungen in der Organisationsstruktur des Departemants für Umwelt (DoE) und der Prioritätensetzung in Bezug auf die Gesetze zu Umwelt- und Naturschutz beeinflusst wurden.
Überdies stellen die Ergebnisse dar, dass in den beiden untersuchten Biosphärenreservaten Golestan und Dena hinsichtlich der internationalen UNESCO-Kriterien und Richtlinien ver-gleichsweise ähnliche Defizite und Mängel bestehen:
• fehlende nationale Rechtsstruktur für die Biosphärenreservate im Iran,
• fehlender Managementplan für Biosphärenreservate und somit auch schwaches Mana-gementsystem der Biosphärenreservate,
• Mangel an Kenntnissen über Biosphärenreservate,
• beschränkte Beteiligung an den Angelegenheiten der Biosphärenreservate seitens aller untersuchten Gruppen – von der lokalen Bevölkerung bis hin zu den staatlichen Ent-scheidungsträgern und
• ungenügende Zusammenarbeit zwischen Staat und Interessengruppen in diesen Gebie-ten.
Ebenso wurde in dieser Studie versucht, konkrete Lösungsansätze zur Verwirklichung der Ziele der Biosphärenreservate bzw. der Verbesserung ihrer aktuellen Situation zu empfehlen.
In diesem Zusammenhang ist es erforderlich, dass Gesetze für die Biosphärenreservate auf nationaler Ebene definiert und die vorhandenen Biosphärenreservate im Iran gründlich nach internationalen Kriterien untersucht und mit einem systematischen Managementplan auf wis-senschaftlicher Grundlage verwaltet werden. Des Weiteren benötigen diese Gebiete für ihre Funktionalität eine Erhöhung und Verbesserung der Kenntnisse über die Biosphärenreservate der aktiven Personen, sowie der Kooperation und Kommunikation zwischen allen zuständigen Behörden und Interessengruppen. Hiermit soll allen sozialen, kulturellen, geistigen und wirt-schaftlichen Anliegen der Interessengruppen, vor allem aber der lokalen Bevölkerung, Rech-nung getragen werden, entsprechend dem weltweiten Ansatz der UNESCO-Biosphärenreservate.
Die mitteleuropäischen Flachbärlappe (Gattung Diphasiastrum) sind in Deutschland alle hochgradig gefährdet und können ohne geeignete Artenhilfsmaßnahmen hier nicht dauerhaft überleben. In der vorliegenden Arbeit werden die Grundlagen für ein Artenhilfsprogramm geschaffen, indem die Reproduktionsbiologie untersucht worden ist und die ökologischen Ansprüche und Gefährdungsursachen ermittelt wurden, um entsprechende Hilfsmaßnahmen für die Arten zu entwickeln.
Um Rückschlüsse auf das Reproduktionssystem der Eltern- und Hybridarten zu erhalten, wurde die genetische Diversität ermittelt. Dabei kam das fingerprinting-Verfahren AFLP zum Einsatz, womit Arten und genetisch verschiedene Individuen voneinander abgegrenzt werden können. Verwendet wurden die beiden Primer-Kombinationen EcoRI-AAG / VspI-CT und EcoRI-ACT / VspI-CAG. Die größte genetische Diversität der Elternarten weist D. complanatum auf, die überwiegend durch echte Fremdbefruchtung (outcrossing) entsteht, während die genetische Diversität der beiden anderen Elternarten D. alpinum und D. tristachyum gering ist und nur knapp oberhalb einer definierten Fehlerrate liegt. Die Proben der Hybridarten unterscheiden sich so stark voneinander, dass davon ausgegangen werden muss, dass dies immer wieder neu entstehende F1-Hybriden sind, wenngleich die Unterschiede bei D. oellgaardii vergleichsweise gering aufgrund der geringen genetischen Diversität der Elternarten D. alpinum und D. tristachyum ist.
Die Sporenproduktion in den Sporenständen wurde unter anderem direkt durch Zählung von Sporen in den Sporangien unterm Stereomikroskop und Zählung der Sporangien in den Sporenständen ermittelt. Sporangien von L. clavatum enthalten demnach 27735 (± 7492) Sporen pro Sporangium, 105,2 (± 3,7) Sporangien pro Sporenstand und hochgerechnet etwa 2,1 bis 3,8 Millionen Sporen pro Sporenstand.
Die terminale Fallgeschwindigkeit liegt für L. clavatum bei 2,16 (± 0,11) cm*s-1 und für D. complanatum bei 2,25 (± 0,10) cm*s-1. Die Sporen haben einen Durchmesser von 29,5 (± 2,0) μm bzw. 32,3 (± 2,5) μm. Die gemessene Geschwindigkeit liegt deutlich unter der theoretischen und lässt sich damit erklären, da Sporen keine perfekten Kugeln sind und aufgrund ihrer stark reliefierten Oberfläche Turbulenzen erzeugt werden, die den Fall verlangsamen.
Die Anzahl der in Entfernungen bis 200 m zu einer sporenbildenden Population fliegenden Sporen wurde mithilfe von vertikalen klebenden Sporenfallen bei D. complanatum, D. tristachyum und L. clavatum bestimmt. Nur für die Population von L. clavatum mit 11358 reifen Sporenständen auf kleiner Fläche wurden weitere Berechnungen durchgeführt. Folgende Funktion beschreibt die Anzahl der durch die Luft fliegenden Sporen in einer Höhe von etwa 40 cm über dem Boden in Abhängigkeit zur Entfernung x: f(x) = 45878*x-2,302 (R² = 0,9979). Es konnten selbst in 200 m Entfernung noch einzelne Sporen an den Sporenfallen nachgewiesen werden. Da die maximale theoretische Ausbreitungsdistanz bei nur knapp 130 m liegt, selbst wenn ein konstant horizontal wehender Wind von 100 km/h angenommen wird, müssen aufwärtsgerichtete Luftströmungen eine entscheidende Rolle bei der Fernausbreitung spielen.
Die Ansiedlungsversuche wurden im Thüringer Schiefergebirge am Grünen Band bei Brennersgrün (D. alpinum und D. tristachyum) und im Pöllwitzer Wald (D. complanatum) durchgeführt. Als Vergleichsart wurde wieder L. clavatum verwendet. Die Sprossverpflanzungen verliefen insgesamt erfolgreich mit einer Überlebensrate von 8% für D. alpinum, 17% für D. complanatum, 8% für D. tristachyum und 22% für L. clavatum. Der jährliche Rhizomzuwachs liegt bei 0,5 cm, 13,3 (± 1,8) cm, 7,5 cm bzw. 9,1 (± 4,0) cm für die entsprechenden Arten.
Die Vegetationsbedeckung vorher abgeplaggter Flächen liegt zwischen 39 und 53% nach zwei Jahren, jedoch mit großen Unterschieden selbst zwischen benachbarten Flächen und wird hauptsächlich durch ein schnelles Mooswachstum bestimmt.
Nach etwa fünf Monaten sind keine Sporen auf sterilem Nährstoffmedium gekeimt, obwohl diese unterschiedlich behandelt wurden, zum Beispiel mit Rauchgas, Hitze, konzentrierter Schwefelsäure oder durch Mörsern. Auch die Keimungsversuche an den Wuchsorten waren nach 2,5 Jahren erfolglos. Eine Erklärung kann ein Dormanzstadium unbekannter Dauer vor der Keimung sein.
Der Anzahl der jährlich gebildeten vertikalen Sprossbüschel wurde indirekt für je eine Population für D. zeilleri (2,5/Jahr) und D. issleri (2,0/Jahr) bestimmt, indem der Quotient aus der Anzahl der Sprossbüschel an der längsten Rhizomverbindung und dem bekannten Alter des Standorts ermittelt worden ist. Die Zugehörigkeit von Rhizomstücken zu einem Klon wurde mit der AFLP-Methode abgesichert. Die meisten Populationen in Deutschland werden demnach mehrere Jahrzehnte alt, jedoch ohne beobachtete Verjüngung über Prothallien. Eine Erklärung könnten die immer noch sehr geringen pH-Werte in den Unterböden von 3,6 (± 0,24) sein, die giftige Al3+-Ionen pflanzenverfügbar machen.
In Mitteleuropa kommen innerhalb der Gattung Diphasiastrum neben drei Ausgangsarten (D. alpinum, D. complanatum, D. tristachyum) drei Taxa hybridogenen Ursprungs vor (D. x issleri = D. alpinum x D. complanatum; D. x oellgaardii = D. alpinum x D. tristachyum; D. x zeilleri = D. complanatum x D. tristachyum). Alle sechs Taxa sind diploid. Die homoploiden Hybriden unterscheiden sich sowohl morphologisch als auch hinsichtlich ihres Kern-DNA-Gehaltes deutlich voneinander und nehmen eine intermediäre Stellung zwischen ihren Elternarten ein. Daher ist zu vermuten, dass es genetische Schranken für Rückkreuzungen gibt. Außer den regelmäßig auftretenden diploiden Hybriden konnten drei sehr seltene triploide Diphasiastrum-Hybriden nachgewiesen werden. Auf Grund ihres Kern-DNA-Gehaltes und der Morphologie kann auf folgende Kombinationen geschlossen werden:
Diphasiastrum alpinum x D. x issleri (Genomformel AAC),
Diphasiastrum alpinum x D. x oellgaardii (Genomformel AAT),
Diphasiastrum complanatum ssp. complanatum x D. x issleri (Genomformel ACC).
Es kann vermutet werden, dass diese triploiden Hybriden durch eine Kreuzbefruchtung zwischen einem diploiden Gametophyten, entstanden aus einer Diplospore, und einem haploiden Gametophyten hervorgegangen sind. Diplosporen könnten auch zur Vermehrung der diploiden Hybriden mittels Sporen beitragen; allerdings sind sie bei Flachbärlappen noch nicht experimentell eindeutig nachgewiesen. Bisherige Untersuchungen dreier genetischer Marker (cp, RPB, LFY) sowie die Ergebnisse einer AFLP-Analyse legen jedoch eine überwiegende de-novo-Entstehung durch primäre Kreuzungsereignisse nahe.
Die drei Elternarten unterscheiden sich hinsichtlich ihrer genetischen Diversität erheblich. Während von D. alpinum mindestens zwei genetische Linien existieren, ist D. tristachyum offensichtlich wenig variabel. Die größte genetische Vielfalt weist D. complanatum auf, für das eine sexuelle Reproduktion durch flowzytometrische Untersuchungen der gametophytischen Generation nachgewiesen werden konnte. Auch die Hybriden sind genetisch nicht einheitlich, was für unabhängige Entstehungsereignisse spricht.
Die Vertreter der Gattung Diphasiastrum weisen einen ausgeprägten Pioniercharakter auf und können Lebens-räume mit frühen Sukzessionsstadien erfolgreich besiedeln. Hier bilden sie durch ihr klonales Wachstum flächig ausgedehnte Bestände (Klone) aus. Diese können, längerfristig geeignete Standortbedingungen vorausgesetzt, ein Alter von vielen Jahrzehnten bis zu mehreren Hundert Jahren erreichen. Mit ihren staubfeinen Sporen sind Flachbärlappe auch zur Besiedlung von Gebieten, die von bestehenden Vorkommen weiter entfernt sind, mittels Langstreckentransport durch die Luft befähigt.
Flachbärlappe sind obligate Dunkelkeimer mit sich über mehrere Jahre erstreckenden Entwicklungszyklen. Die heterotrophen unterirdisch lebenden Gametophyten benötigen für Ihre Entwicklung Mykorrhizapilze. Funde von Gametophyten des Alpen-Flachbärlapps boten die Möglichkeit, den assoziierten Mykorrhizapilz morphologisch und genetisch zu untersuchen. Dieser wurde als zur Sebacinales-Gruppe B (Agariomycota) zugehörig identifiziert. Diese Pilzgruppe ist auch als Mykorrhizapartner von Ericaceen (Heidekrautgewächse) bekannt. Da keine Hinweise auf eine Mykorrhizierung des sporophytischen Bärlapp-Gewebes gefunden wurden, ist die Beziehung zwischen Pilz und Bärlapp möglicherweise nicht symbiotischer sondern parasitischer Natur. Der mykoheterotrophe Bärlapp-Gametophyt würde in diesem Fall epiparasitisch auf Vertretern der Ericaceen leben. Dies würde die regelmäßige Vergesellschaftung von Flachbärlappen mit verschiedenen Heidekrautgewächsen erklären. Eine ericoide Mykorrhiza bei Bärlappen, bestehend aus einem Netzwerk zwischen Ericaceen, Mykorrhizapilzen und Bärlapp-Gametophyten, wurde zuvor nicht beobachtet.
Die aktuelle Verbreitung der Flachbärlappe ist in den meisten Landesteilen Deutschlands und auch in einigen anderen Regionen Mitteleuropas weitgehend bekannt. Ihre früheren Arealbilder sind hingegen erst für Teilgebiete geklärt, was auf ihre schwierige Bestimmbarkeit und der über Jahrzehnte in der botanischen Literatur bestehenden taxonomischen Verwirrung zurückzuführen ist. Die frühere Verbreitung konnte auf der Basis kritischer Herbarrevisionen bislang für Niedersachsen und Bremen, Nordrhein-Westfalen, Thüringen und Teilgebiete Hessens und Bayerns rekonstruiert werden.
Die standortökologischen Ansprüche der Flachbärlapp-Sippen sind für Deutschland und einige Regionen angrenzender Länder hingegen gut untersucht. Es werden Sandböden mit unterschiedlich hohen Lehm- und Tonanteilen besiedelt, die relativ humusreich sind und größere Skelettanteile aufweisen können. Die Böden sind trocken bis frisch, reagieren sehr stark bis stark sauer (pH-Werte zwischen 2,9 und 4,5) und sind nährstoffarm (Stickstoffgehalte im Mittel zwischen 0,12 % und 0,25 %). Hinsichtlich ihrer Lichtansprüche unterscheiden sich die Flachbärlapp-Taxa erheblich. D. complanatum, D. tristachyum und ihre Hybride D. x zeilleri besiedeln recht heterogene Wuchsorte und sind sowohl an halbschattigen als auch lichtreichen Standorten zu finden (relativer Lichtgenuss meist zwischen 20 % und 80 %). D. alpinum und seine Hybriden D. x issleri und D. x oellgaardii bevorzugen dagegen offene Wuchsorte mit einem relativen Lichtgenuss zwischen 80 % und 100 %.
Die allermeisten Vorkommen von Flachbärlappen sind in Mitteleuropa heute an Sekundärstandorten anthropogenen Ursprungs zu finden. Primärstandorte stellen außerhalb des Alpenraumes die große Ausnahme dar. Die Vergesellschaftung der Flachbärlappe ist gut dokumentiert. Neben verschiedenen von Nadelhölzern dominierten Wald- und Forstgesellschaften (Leucobryo-Pinetum, Cladonio-Pinetum, Vaccinio myrtilli-Piceetum) treten sie in verschiedenen Vegetationstypen des Offenlandes mit lückiger und kurzrasiger Struktur auf (Vaccinio-Callunetum, Genisto anglicae-Callunetum, Violion- und Nardion-Gesellschaften, Festuca nigrescens-Agrostis capillaris-Bestände).
Die Flachbärlappe sind seit Jahrzehnten von einem dramatischen Bestandsrückgang betroffen und werden daher in den meisten nationalen Roten Listen Mitteleuropas als stark gefährdet oder sogar als vom Aussterben bedroht geführt. Hauptgrund ist das fast vollständige Verschwinden ihrer ehemaligen Lebensräume durch Aufgabe traditioneller Nutzungsformen und Änderungen in der forstlichen Bewirtschaftung. Die zunehmende Eutrophierung durch die ständig intensiver werdende Landwirtschaft stellt einen sukzessionsbeschleunigenden Faktor dar und bedingt, dass die Verweildauer eines Bestandes an einem Sekundärstandort ohne pflegende Eingriffe mittlerweile auf maximal 10 bis 15 Jahre gesunken sein dürfte. Allerdings lassen sich die Bestände durch das regelmäßige manuelle Entfernen bzw. Eindämmen pflanzlicher Konkurrenten stützen und ihre Überlebensdauer damit deutlich erhöhen, wie Erfahrungen im Rahmen diverser Artenhilfsprogramme in verschiedenen Teilen Deutschlands gezeigt haben. Auch die Flachbärlapp-Hybriden bilden langlebige und flächig ausgedehnte Klone aus und können fernab einer oder sogar beider Elternarten auftreten. Unabhängig von ihrer noch ungeklärten generativen Reproduktionsfähigkeit verhalten sie sich wie unabhängige Arten und sollten daher naturschutzfachlich auch als solche bewertet werden.
Der starke Rückgang sowie eine hohe internationale Verantwortlichkeit Deutschlands für einige Diphasiastrum-Taxa, speziell für D. x issleri und D. x oellgaardii, zeigen die dringende Notwendigkeit für gezielte Artenhilfsprogramme für diese faszinierende Pflanzengruppe.
Charakterisierung plasmamembrangebundener Proteasen von Nicotiana tabacum und Hordeum vulgare
(2012)
Es wurden erstmals zwei plasmamembrangebundene Proteaseformen in den Wurzeln der Gerste massenspektrometrisch identifiziert und den Metalloaminopeptidasen der Peptidasefamilien M17 und M24 zugeordnet. Ausgehend von Enzymaktivitätstests mit verschiedenen Substraten und gelelektrophoretischer Fraktionierungen existieren darüber hinaus weitere PM-Proteasen des Aminopeptidase-, Carboxypeptidase- und Endoproteasetyps an der pflanzlichen Plasmamembran (PM). Die untersuchten PM-Proteasen stellen Triton X-114-resistente Proteine dar, die erfolgreich mit Octylglucosid solubilisiert wurden und sowohl an der inneren als auch an der apoplastischen Seite der PM lokalisiert sein könnten. Durch endogene Proteolyse werden andere PM-Proteine wie Aquaporine und P-Typ-H+-ATPasen durch die PM-Proteasen reguliert. Dabei zeigen einige dieser Proteolyseprodukte Proteaseaktivität, die für vier Proteaseformen der Gerste erst nach der Abtrennung von der PM nachweisbar war.
Vegetation dynamics and carbon sequestration of Holocene alder (Alnus glutinosa) carrs of NE Germany
(2010)
Erlenwälder auf Moorstandorten werden oft als Zeichen von Moordegradation und Torfoxidation gewertet, aber erlenholzreiche Moorablagerungen (teilweise mehrere Meter tief) sind unter anderem in Nordostdeutschland weit verbreitet. Die Genese von Erlen-Holztorfen wurde bisher überwiegend durch das Konzept der „Verdrängungstorfbildung“ erklärt. Hierbei wird ein von gehölzfreier Vegetation akkumulierter Torf nach einer Grundwasserabsenkung durch nachträglich einwachsende Baumwurzeln verändert. Dieses Prinzip ist aber auf tiefgründige Erlen-Holztorfe nicht übertragbar, da Alnus glutinosa auf naturnahen Moorstandorten meist nur wenige Dezimeter tief wurzelt. Anliegen der vorliegenden Dissertation mit dem Titel „Vegetation dynamics and carbon sequestration of Holocene alder (Alnus glutinosa) carrs in NE Germany“ war die Identifizierung torfbildender Erlenwälder. Die torfbildende Vegetation, die Wasserstände während der Torfbildung und die Vegetationsdynamik dieser bewaldeten Niedermoore wurden durch Analysen von Makrofossilien, Pollen und sonstigen Mikrofossilien (u.a. Pilz-, Pflanzen-, und tierische Reste) rekonstruiert. Hierbei wurden in enger Kooperation mit dem Promotionsvorhaben von Frau Anja Prager (Non-pollen palynomorphs [NPPs] from modern alder carrs [NE Germany] - Tools for reconstructing past vegetation and site conditions) ca. 150 bisher unbekannte Mikrofossilien beschrieben und teilweise identifiziert. Die Datenauswertung wurde anhand von Fossilien-Diagrammen und statistischen Methoden (DCA, Clusteranalysis; Broken Stick Analysis) durchgeführt. Zur Altersbestimmung erfolgten 14C-AMS-Datierungen und der Kohlenstoffgehalt wurde über die Bestimmung der Trockenrohdichte ermittelt, wobei ein durchschnittlicher Kohlenstoffanteil von 56% angenommen wurde. Die untersuchten Erlen-Holztorfe wurden überwiegend direkt in Erlenwäldern abgelagert („Echter Bruchwaldtorf“); sind aber auch teilweise als Verdrängungstorfe aus vorherigen Seggentorfen entstanden oder in von Weiden dominierten Gehölzen gebildet worden. Die jährlichen Medianwasserstände der torfbildenden Erlenwälder lagen einerseits über Flur („sehr nass“-„very wet“) und zum anderen 0 bis 10 cm unter Flur („nass“ - „wet“). Die Vegetationszusammensetzung der sehr nassen Erlenwälder ähnelte teilweise dem Wasserfeder-Erlen-Wald und in einem Fall dem Zweizahn-Erlen-Bruchgehölz. Die nassen Erlenwälder konnten nicht auf der Ebene von Vegetationsformen rekonstruiert werden; charakteristisch war das häufige Auftreten von Urtica und eine Carex-dominierte Krautschicht. Über einen Vergleich der Mikrofossilien der Erlenholz-Tofe mit Mikrofossilien von Oberflächenproben aus rezenten Erlenwäldern konnten die Medianwasserstände nasser, torf-akkumulierender Erlenwälder auf 0-10 cm unter Flur festgelegt werden. Alle untersuchten Profile zeigten eine zyklische Bewaldung mit Zwischenphasen von Offenvegetation (meist Seggenriede). Als Bindeglieder zwischen Erlenwald und Seggenried traten teilweise Weidengebüsche auf, welche sich mitunter auch langfristiger etablieren konnten. Die zyklische Vegetationsentwicklung von Seggenrieden, Weidengebüschen und Erlenwäldern basierte fast ausschließlich auf einem schwankenden Wasserangebot im Moor. Dieses war fast immer die Folge von zyklischen Ent- und Wiederbewaldungen der umliegenden, grundwasserfernen Standorte durch den Menschen. Die „Echten Bruchwaldtorfe“ sind unter verschiedenen hydrologischen Bedingungen entstanden (Verlandungs-, Versumpfungs-, Überrieselungs- und Überflutungsmoor). Die Kohlenstoff-Akkumulationsraten („LORCA“-long-term apparent rate of carbon accumulation) liegen zwischen 31-44 g C m-2 yr-1 in sehr nassen und 50-81 g C m-2 yr-1 in nassen Erlenwäldern. Die höheren Akkumulationsraten in nassen Erlenwäldern können durch die deutlich steigende Produktivität von Erlen-Wäldern schon bei leicht sinkenden mittleren Wasserständen erklärt werden. Eine Verringerung der durchschnittlichen Wasserstände von über Flur zu leicht unter Flur führt annähernd zu einer Verdopplung der Primärproduktion von oberirdischem Holz und Wurzelholz. Dadurch gelangt auch ein größerer Anteil von Wurzelholz in den dauerhaft wassergesättigten Bereich. Da mit sinkenden Wasserständen auch die oxidative Zersetzung zunimmt, ist für die teilweise sehr hohen Torfakkumulationsraten in Erlenwäldern die Zersetzungsresistenz von Holz (Lignin) von zentraler Bedeutung. Die Akkumulationsraten nasser Erlenwälder übersteigen die borealer Waldmoore deutlich und erreichen die Größenordnung der Kohlenstoffakkumulation in den tropischen Waldmooren Süddostasiens. Die vorliegende Dissertation belegt die weitverbreitete und oft umfangreiche Torf- bzw. Kohlenstoffakkumulation in Holozänen Erlen-Wäldern Nordostdeutschlands.
Der rundblättrige Sonnentau (Drosera rotundifolia L.) ist typisch für nährstoffarme Hochmoore und nimmt eine besondere Rolle im Moor-Ökosystem ein. Die Pflanzenart gilt in vielen europäischen Ländern als gefährdet bzw. stark gefährdet. Ihre Gefährdung lässt sich auf drei Ursachen zurückführen:
1) Seit Jahrzehnten führt die Bewirtschaftung der europäischen Moore und die damit einhergehende Entwässerung und Düngung zu einem deutlichen Rückgang der von Drosera-Arten bevorzugten oligotrophen, nassen und sauren Standorte.
2) Bereits im Mittelalter waren Drosera-Arten als Heilpflanzen bekannt und wurden hauptsächlich zur Behandlung von Atemwegserkrankungen (Asthma, Bronchitis, Keuchhusten etc.) eingesetzt.
3) Obwohl seit den 1920er Jahren bereits immer wieder Kultivierungsversuche mit Drosera-Arten durchgeführt wurden, konnte bisher keine Methode für den großflächigen Anbau von Sonnentau realisiert werden, um die von der Pharmaindustrie benötigten Mengen des Drosera-Rohstoffs zu produzieren. Daher werden bis heute europäische und nicht europäische Drosera-Arten immer noch in großen Mengen in natürlichen Mooren gesammelt.
Die zunehmende Zerstörung der natürlichen Moore und die Sammlung für arzneiliche Zwecke stellen zusammen eine ernsthafte Bedrohung für den Erhalt von D. rotundifolia dar. Die Torfmooskultivierungsflächen in Deutschland sind in vieler Hinsicht vergleichbar mit intakten Hochmooren. Das nährstoffarme Milieu der kultivierten Torfmoose dient als Lebensraum für heimische Drosera-Arten, wie Drosera rotundifolia L. und Drosera intermedia Hayne. Daher bieten diese Kulturflächen eine neue Alternative für den Anbau von Drosera-Arten.
In vier Studien wurde die Eignung von Torfmoosrasen für den Drosera-Anbau untersucht, mit Schwerpunkt auf den Anbau von Drosera rotundifolia auf Torfmoos- kultivierungsflächen. In der ersten Studie wurde das Wissen über die Morphologie, Verbreitung, Ökologie, Reproduktion, Nutzung, den Schutz und den Anbau von D. rotundifolia erstmals zusammenfassend diskutiert, um eine wissenschaftliche Grundlage für einen erfolgreichen Anbau auf Torfmoosrasen zu schaffen. Basierend auf diesen Kenntnissen konzentriert sich die zweite Studie auf die Keimfähigkeit von D. rotundifolia und die Überlebensrate von jungen Drosera-Pflanzen auf Torfmoosrasen unter natürlichen, naturnahen und künstlichen Bedingungen. Die dritte Studie fokussiert auf den Gehalt pharmakologisch wirksamer Inhaltsstoffe angebauter und „wild wachsender“ D. rotundifolia- sowie D. intermedia-Pflanzen auf Torfmooskultivierungsflächen. Die vierte Studie untersucht die Biomasseproduktivität und den Ertrag, d. h. den Biomasseanteil der geerntet wird, von beiden o. g. Drosera-Arten auf Torfmooskultivierungsflächen.
Die generierten Daten und Erkenntnisse der vier Studien wurden in vier wissenschaftlichen Artikeln zusammengefasst, wovon zwei bereits veröffentlicht und zwei eingereicht sind.
Die wichtigsten Ergebnisse dieser Studien sind die Folgenden:
I) Drosera rotundifolia ist sehr stark mit Sphagnum-dominierten Pflanzengemeinschaften verbunden, welche durch Entwässerung europaweit zurückgegangen bzw. verschwunden sind. Dadurch ist D. rotundifolia in den meisten europäischen Ländern eine seltene und geschützte Pflanzenart geworden.
II) Verschiedene Drosera-Arten, u. a. D. rotundifolia, D. intermedia, D. anglica und D. madagascariensis, werden immer noch von Pharmaunternehmen verwendet. Die Pflanzen werden in der freien Natur gesammelt, weil deren Anbau zeitaufwendig und (noch) nicht effizient ist. Daher ist die Entwicklung von Anbaumethoden erforderlich.
III) Die selbstentwickelte „Torf-Gefäß-Methode“ ergab sich als die meist geeignete Drosera-Anbau-Methode durch das spezielle Mikroklima des Sphagnum- Rasens, das konkurrenzarme Milieu und den permanent nassen Sphagnum- Torf in den Pflanzgefäßen.
IV) In den Feldversuchen wurden bei der Aussaat sehr niedrige Keimungsraten < 1 % registriert. Deshalb sind für den Anbau mit Aussaat große Mengen an Samen erforderlich.
V) Die Entfernung von Gefäßpflanzen zeigte im ersten Jahr eine positive Korrelation mit der Anzahl der Drosera-Keimlinge und führte im zweiten Jahr zu einer höheren Anzahl überlebender Drosera-Pflanzen.
VI) Auf Torfmooskultivierungsflächen wachsende Drosera-rotundifolia-Pflanzen wiesen eine 7- bis 8-mal höhere Konzentration von 7-Methyljuglon auf als D. madagascariensis, die hauptsächlich für ‘Droserae herba’ verwendet wird.
VII) Für Drosera rotundifolia gab es bezüglich der Tageszeit keine signifikanten Unterschiede in den Konzentrationen bioaktiver Inhaltsstoffe. Dies bedeutet, sie kann ganztägig zwischen 7 und 16 Uhr gesammelt werden. Die höchsten Konzentrationen bioaktiver Inhaltsstoffe wurden für D. rotundifolia und D. intermedia bei 13 bis 24 Monate alten blühenden Pflanzen festgestellt
VIII) Im Vergleich zu natürlichen Mooren Mittel- und Nordeuropas, zeigte D. rotundifolia auf den Torfmooskultivierungsflächen eine 3-34 Mal höhere Biomasseproduktivität (275 kg ha-1 a-1) und einen 2-21 Mal höheren Ertrag (214 kg ha-1 a-1).
IX) Der höchste Ertrag von D. rotundifolia und D. intermedia wurde im Juli und August dokumentiert. In diesen Monaten erreichen die Pflanzen ihr höchstes Gewicht. Auf Torfmooskultivierungsflächen erreichte D. rotundifolia einen viermal höheren Ertrag als D. intermedia. Deshalb ist D. rotundifolia für den Anbau zu bevorzugen.
X) Für eine langfristige nachhaltige Produktion von Drosera wird die Ernte von mindestens 12 Monate alten Pflanzen empfohlen.