Was erforschen Pflanzenwissenschaftler? …...Klaaten 2085 e lanenelt nee nt Was erforschen Pflanzenwissenschaftler? Trockenstress #2 Arme Länder leiden besonders unter dem Klimawandel

Klimagarten 2085 Die Pflanzenwelt

unserer Zukunft

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Klimawandel betrifft auch die Schweizer Landwirtschaft. Der Klima-wandel wird mit grosser Wahrscheinlichkeit zu häufiger auftreten-den Trockenperioden führen und somit zu erheblichen Verlusten in der landwirtschaftlichen Produktion.

Claudia HahnDoktorandin am Departement für Umweltwissenschaften, Universität Basel

Ich untersuche wie in Europa verbreitete Futtergräser im Früh-ling, Sommer und Herbst auf saisonale Trockenperioden re-agieren. Je nach Entwicklungsstadium gibt es Unterschiede im Wasserbedarf der Pflanzen. Während der Blüte haben die Grä-ser einen hohen Wasserbedarf und reagieren daher sensitiver auf Trockenheit. Wir möchten herausfinden, ob es eine ent-scheidende Rolle für die Produktivität und auch Futterqualität von Gräsern spielt, wann eine Trockenperiode eintritt. Unser Ziel ist es Managementstrategien zu entwickeln, mit denen ideal auf Trockenperioden reagiert werden kann. Diese Infor-mationen geben wir an Vertreter der Landwirtschaft, der Saat-gutindustrie oder politischen Entscheidungsträgern weiter. Dies geschieht in der Regel über Informationsblätter und Saat-gutempfehlungen.

Steven Yates & Kristina JonaviciencePostdoktoranden am Institut für Agrarwissenschaften, ETH Zürich

Wir züchten Futterpflanzen, die eine erhöhte Trockenresistenz aufweisen. Dazu gehört z.B. das mehrjährige Weidelgras (Lo-lium perenne L.). Wir untersuchen auf molekularer Ebene wie Trockenresistenz reguliert wird. Die sogenannten HUB-Gene sind hier von besonderem Interesse, da sie als Schlüsselregula-toren von Trockenstress funktionieren. Wenn wir verstehen, wie diese Gene reguliert werden, können wir das Wissen auf andere Nutzpflanzen übertragen.

Was erforschen Pflanzenwissenschaftler?Trockenstress #1

Trockenexperimente unter Regendächern, die den Niederschlag ausschliessen und Trockenheit simulieren.Bild: Claudia Hahn



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Arme Länder leiden besonders unter dem Klimawandel. Wo es heute trocken ist, wird es zukünftig noch trockener werden. Wo es bereits heute Überschwemmungen gibt, werden diese noch zunehmen. Bei einer Erhöhung der Erdtemperatur um 2°C werden das südliche Af-rika und die Mittelmeerregion über 20 bis 30 Prozent weniger Was-ser verfügen. Gleichzeitig wird durch die weiter schmelzenden Ge-birgsgletscher die Wasserversorgung in den Trockenzeiten schwieriger. Davon betroffen sind zuerst die Menschen in Südame-rika, die heute von Wasser aus dem Andengebirge leben. Gegen Ende des Jahrhunderts könnte bei einer Temperaturerhöhung von 5 °C so-gar der Himalaya betroffen sein - dies würde Hunderte von Millio-nen Menschen in China und in Indien treffen.

Ezequiel LentzEhemaliger Postdoktorand am Institut für Agrarwissenschaften, ETH Zürich

Unsere Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit der Frage, welche Gene für Trockentoleranz in Maniok (Manihot escu-lenta) verantwortlich sind und wie diese Gene reguliert wer-den. Maniok, auch Cassava genannt, ist in vielen Entwick-lungsländern eine sehr wichtige Nutzpflanze. Wir suchen insbesondere nach Genen, die das Wachstum des Wurzelsys-tems unter Trockenstress verbessern. Unser Ziel ist, die geneti-schen Grundlagen von Maniokpflanzen so zu verbessern, dass sie mit den in Zukunft voraussichtlich häufiger auftretenden Trockenperioden besser umgehen können.

Maniok Feld in Fortaleza im Nord-osten von Brasilien. Das Feld wurde weder bewässert noch ge-düngt. Ernteertrag ist 10-15 t/ha. Bild: Ezequiel Lentz

Maniok Feld, welches gedüngt und bewässert wurde. Erntertrag ist 40-45 t/ha.Bild: Ezequiel Lentz



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Eri Yamasaki Postdoktorandin am Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaf-ten, Universität Zürich

Ich beschäftige mich mit der Blütenbildung bei Bäumen, wel-che in den tropischen Regenwäldern Südostasien’s heimisch sind. In den tropischen Wäldern in Borneo konnten wir beob-achten, dass bei Trockenheit, die Mehrheit der Bäume zu blü-hen anfängt. Nun untersuchen wir, was dabei auf molekularer Ebende passiert. Am Macaranga Baum, untersuche ich, wie sich die Aktivität von Genen bei Trockenheit verändert und welche Gene für die Blütenbildung verantwortlich sind.

Guillaume LacavéDoktorand am Institut für Agrarwissenschaften, ETH Zürich

Ich untersuche, wie sich Trockenstress auf das Wachstum von Kartoffeln und den Gehalt an gesundheitsfördernden Substan-zen auswirkt. Mit Computertomographie untersuche ich im Labor das Knollenwachstum und messe den Gehalt an bioakti-ven Substanzen von fünfzehn chilenischen Kartoffelsorten. Ich möchte diejenigen Kartoffelsorten finden, die trockenresistent sind und das beste Potential als Superfood aufweisen. Unsere Erkenntnisse teilen wir mit Bauern und Marktforschungsinsti-tuten in Chile.

Blühende Macaranga Baum. Bild: Eri Yamasaki

Einheimische Kartoffelsorten aus Chile.Bild: M. Luzian Messmer



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Ariana NigroDoktorandin am Institut für Pflanzen- und Mikrobiologie, Universität Zürich

Eine Strategie von Pflanzen mit Wasser- und Salzstress umzu-gehen, besteht darin, Zucker in ihren Zellen zu akkumulieren. Damit wird der Verlust von Wasser verringert und Proteine in der Zelle und in der Zellmembran vor Denaturierung ge-schützt. Ich untersuche an der Modelpflanze Arabidopsis thali-ana (Acker-Schmalwand), wie die Zuckerakkumulation unter normalen Bedingungen und bei Trocken- und Salzstress regu-liert wird. Die Resultate unserer Forschung können dazu bei-tragen, Kulturpflanzen an Trockenheit anzupassen.

Enrico MartinoiaProfessor für Molekulare Pflanzenphysiologie, Universität Zürich

Meine Forschungsgruppe untersucht, wie die Poren der Blat-toberfläche, die sogenannten Spaltöffnungen, über molekulare Mechanismen reguliert werden. Spaltöffnungen bestehen aus zwei Schliesszellen, welche je nach Umweltbedingungen die Pore unterschiedlich weit öffnen oder schliessen. Bei Trocken-heit werden sie zum grössten Teil geschlossen. Sie integrieren dazu Informationen über die Lichtverhältnisse, die Tempera-tur, den CO2- Gehalt, den Kalziumgehalt oder auch wie viel vom Pflanzenhormon Abscisinsäure vorhanden ist. Unsere Forschung hilft uns besser zu verstehen, wie Pflanzen auf Blat-tebene mit den Klimaveränderungen umgehen werden.

Pflanzenwachstum von Arabidop-sis thaliana in normaler Erde und rechts im Bild, in Erde mit hohem Salzgehalt.Bild: Ariana Nigro



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Was erforschen Pflanzenwissenschaftler?Alpenregionen #1

Alpine Regionen sind vom Klimawandel am stärksten betroffen. Der Klimawandel könnte den aktuellen Lebensraum von Alpenpflanzen bis zum Ende des 21. Jahrhunderts in etwa halbieren, da nicht alle Pflanzen in höher gelegene, kühlere Gebiete vordringen können. Be-sonders betroffen sind jene Pflanzenarten, die ausschließlich in den Alpen vorkommen.

Gianalberto LosapioDoktorand am Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften, Universität Zürich

Ich möchte verstehen, welche Rolle die Interaktionen zwischen den Pflanzen spielen, insbesondere, wenn es darum geht, mit Umweltveränderungen umzugehen. Ich ermittle die Belastbar-keit eines Pflanzennetzwerks unter verschiedenen Klimasze-narien, und suche nach solchen Pflanzenarten, die zur Stabili-tät von Ökosystemen beitragen. Wenn wir wissen, welche Pflanzen das Wachstum von anderen Pflanzen positiv beein-flussen, können wir einen wichtigen Beitrag zur Arterhaltung leisten.

Florian BoucherEhemaliger Postdoktorand am Institut für Systematische Botanik und Evolutionäre Botanik, Universität Zürich

Am Modellorganismus Primula (Schlüsselblume) untersuche ich die treibenden Kräfte für die Artenbildung in alpinen Öko-systemen. Bergketten beispielsweise fungieren als biogeografi-sche Barrieren, welche die Ausbreitung von Arten unterbre-chen, andererseits enstehen neue Arten. Ich möchte verstehen, wie Artenvielfalt entsteht, damit wir sie bewahren können.

Probenentnahme einer Polsterpflanzengemeinschaft in der Hochebene der Sierra Nevada in Spanien. Bild: Gianalberto Losapio

Primula apennina, ein isolierter En-demite des Apenningebirges in Mittelitalien, wächst auf dem Monte Marmagna (1800 müM).Bild: Florian Boucher



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Was erforschen Pflanzenwissenschaftler?Alpenregionen #2

Aktuelle Prognosen gehen von einem Temperaturanstieg in den Al-penregionen von mindestens plus 3°C aus. In alpinen Regionen wird folglich die Schneefallgrenze steigen. Dies wiederum beeinflusst die Wasser-, Boden- und Luftqualität. Die Veränderung der Lebens-räume beeinträchtigt die Arten zusammensetzung und die Ausbrei-tung von Schadorganismen, Krankheiten und gebietsfremden Arten.

Loïc PellissierProfessor für Landschaftsökologie, ETH Zürich

Mein Ziel besteht darin, klimabedingte Veränderungen vonLandschaften zu verstehen. Mich interessieren insbesondere Veränderungen der Artenvielfalt und Interaktionen von Pflanze und Schädlingen. Steigende Temperaturen werden beispielsweise die Häufigkeit von Herbivoren in hochliegen-den Graslandschaften der Alpen erhöhen. Mit modernen Fer-nerkundungstechnologien können wir grosse Gebiete überwa-chen und klimabedingte Veränderungen über langere Zeiträume erfassen. Wenn wir wissen, was sich verändert, können wir effizientere Massnahmen entwickeln, um unsere Landschaften zu schützen.

Jonathan LevineProfessor für Ökologie, ETH Zürich

Wir untersuchen, wie Klimawandel die Interaktionen zwi-schen den Pflanzenarten beeinflusst. Um dies zu verstehen, pflanzen wir konkurrierende Pflanzengemeinschaften entlang eines Höhengradienten in den Schweizer Alpen an und simu-lieren auf diese Weise verschiedene Klimawandelszenarien. Weiter manipulieren wir die Konkurrenzsituation innerhalb dieser Pflanzengemeinschaften. Anhand dieser Experimente finden wir heraus, wie individuelle Pflanzenarten je nach Kon-kurrenzsituation unterschiedlich auf Klimaveränderungen re-agieren.

Alpine Grasslandschaften zeichnensich durch eine erstaunlich hoheArtenvielfalt aus. Das Foto zeigt einFeldexperiment auf 2400 m Höhe.Bild: Loïc Pellissier

Dieser Biologe untersucht die Artenzusammensetzung und wie sich diese unter Konkurrenzdruck verändert.Bild: Loïc Pellissier



unserer Zukunft


Rasche Veränderungen der Klimabedingungen führen in vielen Teilen der Welt zu einem fortschreitenden Artensterben. Um so wichtiger ist es für Forschende zu verstehen, welche Auswirkungen der Klimawandel global auf die Artenvielfalt in Ökosystemen hat und in welchen Gebieten die Artenvielfalt besonders rasch zurück-geht. Die Satellitenfernerkundung ermöglicht dabei die Erfassung des Vegetationszustandes über den ganzen Erdball.

Maria Alejandra ParrenoDoktorandin am Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften, Universität Zürich

Ich untersuche wie Änderungen der Landnutzung in bestimm-ten Wald- oder Agrarsystemen die Biodiversität oder die Koh-lenstoffspeicherung dieser Ökosysteme verändert hat. Ich möchte verstehen, welche Folgen diese ökologischen Verände-rungen auf den Lebensstandard der dort lebenden Bevölke-rung hat. Dazu erhebe ich Daten mit Hilfe von Satellitenmes-sungen oder Feldmessungen beispielsweise zur Bodenqualität. Die Schlüsse die sich daraus ziehen lassen, sollen dazu beitra-gen, bessere Strategien für die zukünftige Landnutzung zu entwickeln.

Was erforschen Pflanzenwissenschaftler?Globale Veränderungen

In einem beträchtlichen Teil der Si-birischen Steppe ist Kohlenstoff zu-sätzlich in Permafrostböden ge-bunden. Diese könnten infolge der Klimaerwärmung tauen und große Mengen CO2 freisetzen.Bild: Maria A. Parreno



unserer Zukunft


Infolge des Klimawandels werden mehr Extremereignisse wie Stürme und Hitzeperioden erwartet. Damit steigt die Gefahr für Waldbrand und Schäden durch Insekten. Forschende untersuchen wie sich der Klimawandel auf die Holzproduktion, die Grundwasser-qualität, die Kohlenstoffspeicherung, oder die Artenzusammenset-zung auswirkt.

Yuanyuan HuangDoktorandin am Institut für Evolutionsbiologie und Umweltwissenschaften, Universität Zürich

Das Ziel meiner Forschung besteht darin herauszufinden, ob Wälder mit grösserer Biodiversität mehr CO2 aus der Atmo-sphäre aufnehmen als Wälder mit geringerer Biodiversität und falls ja, ob sie dadurch in der Lage sind die negativen Folgen der Klimaerwärmung zu mildern. Dazu messe ich das Baum-wachstum in Abhängigkeit verschiedener Umweltfaktoren, und rechne dies von der Ebene einer Parzelle auf lokale und auf regionale Ebene hoch. Anhand der Ergebnisse möchte ich Richtlinien für die artenreiche Bepflanzung von Wäldern ent-wickeln.

Was erforschen Pflanzenwissenschaftler?Waldökosysteme

Installation eines Streufall-sammlers im tropischen Regenwald. Bild: Yuanyuan Huang



unserer Zukunft


Die künftigen Folgen des Klimawandels hängen stark davon ab,welche Mengen an Treibhausgasen wir in die Atmosphäreabgeben und welche Temperaturerhöhungen diese auslösen. Die heu-tige intensive Landwirtschaft setzt hohe Mengen anTreibhausgasen frei. Aus diesem Grund suchen Forschendenach Anbaumethoden, die den Austoss von Treibhausgasenvermindern.

Nina BuchmannProfessorin für Grasslandwissenschaften, ETH Zürich

Meine Forschungsgruppe untersucht, wie sich der Stickstoff und Kohlenstoffkreislauf infolge des Klimawandels verändert.Der Mensch beeinflusst den Kohlenstoffkreislauf tiefgreifend,wenn er etwa fossile Treibstoffe verbrennt oder Wälder rodet.Als Folge steigt die Konzentration von CO2 und Methan in der Luft. Jedoch bleiben nur etwa 40 Prozent des Kohlenstoffs, der in Form von CO2 freigesetzt wird, in der Atmosphäre. Den Rest nehmen die Ozeane und die Landbiosphäre auf. Wälder sind wichtige Kohlenstoffsenken, die einen Grossteil des at-mosphärischen CO2 aufnehmen und im Holz speichern. Wer-den Wälder durch landwirtschaftliche Ackerflächen verdrängt, kann CO2 nicht langfristig gespeichert werden. Bei Ackerflä-chen oder Wiesen und Weiden funktioniert lediglich der Bo-den als Kohlenstoffsenke. Die durch den Klimawandel beding-ten höheren Temperaturen intensivieren die Atmung des Bodens, wodurch mehr CO2 in die Atmosphäre gelangt.Es gibt viele solcher negativen oder positiven Rückkopplun-gen zwischen dem globalen Kohlenstoffkreislauf und dem Klima. Diese genauer zu verstehen, ist heute dringlicher denn je.

Was erforschen Pflanzenwissenschaftler?Treibhausgase

Mit dem abgebildeten C02 - Gas-sensor kann man den CO2- Ver-brauch von Pflanzen messen. Bild: Nina Mann


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