Das Projekt "Einsatz stabiler Isotope in der Ökophysiologie: Stickstoff- und Kohlenstoffallokation sowie Kohlenstoffumsatz junger Bäume im Bodenraum" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Forstwissenschaftliche Fakultät, Lehrstuhl für Forstbotanik durchgeführt. Im Rahmen des hier beantragten 12-monatigen Aufenthalt bei Prof. Dr. T. Dawson werde ich verschiedene Einsatzmöglichkeiten von stabilen Isotopen zum mechanistischen Verständnis von Prozessen in der Ökophysiologie/Baumphysiologie erlernen. Besonderer Schwerpunkt wird hierbei auf dem Studium biotischer Interaktionen und Stoffumsätze im Boden liegen. Anhand von eigenem Probenmaterial aus bereits abgeschlossenen Experimenten werde ich mir zunächst die Probenaufarbeitung, Verwendung der Massenspektrometer und Dateninterpretation von Grund auf aneignen. Während eines etwa vierwöchigen Aufenthalts bei Dr. C. Andersen werde ich in die Handhabung einer Messvorrichtung für unterirdische Untersuchungen an jungen Bäumen eingeführt. Diese 'mycocosms' werden anschließend für die in Berkeley geplanten Versuche eingesetzt. Mit Hilfe der stabilen Isotope 13C und 15N und Messungen der Bodenatmungsraten werden der Fluss an neu fixiertem C von den Blättern in den Boden, der C-Umsatz dort quantifiziert sowie die N- und C-Allokation erfaßt. Die Experimente dienen dem mechanistischem Verständnis qualitativer und quantitativer Änderungen dieser Allokations- und Umsatzprozesse durch Mykorrhizapilze und Konkurrenzinteraktionen. Die erlernten Methoden werden nach Beendigung des Auslandsstipendiums in Deutschland im Rahmen von Projekten eingesetzt, die sich mit der Konkurrenz zwischen Buche und Fichte beschäftigen.
Das Projekt "EUROSILVA - Biochemische Charakterisierung der Entwicklung von Ectomykorrhizen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Fakultät für Biologie, Botanisches Institut durchgeführt. Auf der Grundlage einer in vitro-Synthese von Ektomykorrhizen zwischen Fichtenkeimlingen und verschiedenen Pilzpartnern (Amanita muscaria, Hebeloma crustuliniforme, Cenococcum geophilum) untersuchen wir biochemische Parameter, die mit der Regulation von Bildung (photosynthetisch aktive Nadel) und Verbrauch von Saccharose (Wurzel +- Mycorrhiza-Pilz) verbunden sind. Die Mykorrhizierung 4 Monate alter Keimlinge fuehrte zu einem Anstieg der extrahierbaren Aktivitaet an Saccharosephosphat Synthase (SPS), einem Schluesselenzym der Saccharosesynthese, in den am weitesten entwickelten Nadeln. Parallel dazu war eine Abnahme des Gehaltes an Fructose-2,6bisphosphat (F26BP), einem potenten Inhibitor der Saccharosesynthese zu beobachten. Beide Veraenderungen deuten auf eine Erhoehung der Synthesekapazitaet fuer Saccharose in mykorrhizierten Keimlingen hin. Um das Schicksal der Saccharose in der Wurzel zu erfassen, verglichen wir Transporteigenschaften von Protoplasten von Mykorrhizapilzen unter dem Aspekt des zellwandlokalisierten Saccharose-Stoffwechsels in der Wurzel. Protoplasten von A. muscaria nahmen z.B. bevorzugt Glucose auf (Km 1,25 mM, Vmax 18 pmol/(10(ex=6) Protoplasten mal 60 sec), wohingegen Saccharose nicht transportiert wurde. Dieser Befund ist in Uebereinstimmung mit einer Beschraenkung der Invertase-Aktivitaet (Hydrolyse von Saccharose unter Bildung von Glucose und Fructose) auf das Wirtsgewebe, d.h., Saccharose muss vom Wirt fuer die Nutzung durch den Pilzpartner aufbereitet werden. Eine Laengszonierung mykorrhizierter Feinwurzeln in 0,5 mm-Schritten (Fichte/Fliegenpilz) ergab eine Absenkung des Saccharose-Gehaltes in Bereichen, die durch einen hohen Pilzanteil (bestimmt ueber Ergosterin) gekennzeichnet waren. Hier war der Gehalt an Trehalose, einem pilzspezifischen Zucker, stark erhoeht. Mykorrhiza-Bereiche, die eine intensive Interaktion zwischen den Partnern erwarten lassen, wiesen zudem hohe Gehalte an F26BP auf. Unsere laufenden Untersuchungen deuten darauf hin, dass dieser Regulator vor allem im Pilzpartner erhoeht ist und hier offensichtlich die Glycolyse signifikant steigern duerfte. Damit sind wir sehr wahrscheinlich einem Regelmechanismus auf der Spur, der den starken Assimilatverbrauch mykorrhizierter Feinwurzeln erklaeren koennte.