Pflanzenfunktionen im Klimawandel (Wahl Pflanzenwissenschaften) - Cheatsheet.pdf

Mechanismen der CO2-Aufnahme und -Nutzung in Pflanzen

Definition:

CO2-Aufnahme und -Nutzung in Pflanzen durch Photosynthese, Lichtabhängige Reaktionen und Calvin-Zyklus. Essentiell für Biomasseproduktion.

Details:

• CO2-Aufnahme über Stomata
• Diffusion von CO2 in Mesophyllzellen
• Carboxylierung von RuBP durch RubisCO zu 3-PGA
• Reduktion von 3-PGA zu G3P
• Regeneration von RuBP
• C\textsubscript{3}-Pflanzen: 3-PGA als erstes stabiles Produkt
• C\textsubscript{4}-Pflanzen: CO2-Fixierung in Mesophyllzellen, Transport als Malat zu Bündelscheidenzellen
• CAM-Pflanzen: zeitlich getrennte CO2-Fixierung und Calvin-Zyklus

Veränderungen im Wasserhaushalt und deren Auswirkungen auf Pflanzen

Definition:

Veränderungen im Wasserhaushalt beeinflussen die Verfügbarkeit von Wasser für Pflanzen und damit deren Wachstum, Stoffwechsel und Überlebensfähigkeit.

Details:

• Wasserdefizit führt zu Schließung der Stomata
• Reduzierte Photosyntheseleistung
• Osmotischer Stress und Zellschädigung
• Verstärkte Produktion von Abwehrstoffen
• Längere Trockenperioden führen zu erhöhtem Risiko von Pflanzensterben
• Überschwemmungen verursachen Wurzelfäule und Nährstoffmangel
• Änderungen im Wasserhaushalt tragen zur Verschiebung von Vegetationszonen bei

Stressphysiologie und Anpassungsstrategien von Pflanzen

Definition:

Studium der physiologischen Reaktionen von Pflanzen auf abiotischen und biotischen Stress sowie deren Anpassungsstrategien.

Details:

• Abiotic stress: Trockenheit, Hitze, Kälte, Salz
• Biotic stress: Pathogene, Schädlinge
• Erhöhung der ABA-Konzentration während Trockenheit
• ROS-Bildung und antioxidative Abwehrmechanismen
• Osmotische Anpassung: Akkumulation von kompatiblen Soluten (z.B. Prolin, Glycinbetain)
• Hitze- und Kälteschockproteine (HSPs/CSPs)
• Crosstalk zwischen Signalkaskaden: ABA, Ethylen, Jasmonat
• Genexpression und Transkriptionsfaktoren wie DREB/CBF

Einfluss von Klimaveränderungen auf Photosynthese und Atmung

Definition:

Einfluss von Klimaveränderungen auf Photosynthese und Atmung - Anpassungen von Pflanzenprozessen an veränderte Umweltbedingungen.

Details:

• Erhöhte CO\textsubscript{2}-Konzentrationen fördern anfänglich die Photosynthese: \texttt{C\textsubscript{3}}-Pflanzen profitieren mehr als \texttt{C\textsubscript{4}}-Pflanzen.
• Temperaturanstieg kann Photosyntheserate beeinflussen: Optimum unterschiedlich je nach Pflanzenart.
• Hitzestress beeinträchtigt Enzymaktivität, insbesondere Rubisco.
• Wassermangel und erhöhter Evapotranspirationsdruck reduzieren Stomataöffnung, verringern CO\textsubscript{2}-Aufnahme.
• Bei langfristigem Klimawandel können Anpassungsstrategien wie veränderte Blattstrukturen oder tiefere Wurzelsysteme auftreten.
• Atmung (Respiration) steigt mit Temperatur, erhöhter Kohlenstoffverlust.
• Verhältnis von Photosynthese zu Atmung (Nettoprimärproduktion, NPP) beeinflusst Kohlenstoffbilanz der Pflanzen.

Morphologische und genetische Anpassungen an Umweltstress

Definition:

Morphologische und genetische Anpassungen an Umweltstress - Anpassungen, die Pflanzen ermöglichen, unter Umweltstressfaktoren zu überleben.

Details:

• Morphologische Anpassungen: Veränderungen in der äußeren Struktur der Pflanze (z. B. Blattdicke, Wurzeltiefe)
• Genetische Anpassungen: Genetische Veränderungen, die die Stressresistenz erhöhen (z. B. Aktivierung von Stressantwortgenen)
• Beispiele für Umweltstress: Dürre, hohe Salzkonzentrationen, extreme Temperaturen
• Mechanismen: Osmoregulation, Antioxidansproduktion, Hitzeschockproteine

Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern unter Klimawandelbedingungen

Definition:

Auswirkungen des Klimawandels auf die wechselseitige Beziehung zwischen Pflanzen und ihren Bestäubern.

Details:

• Veränderte Blühzeiten durch Temperaturänderungen
• Veränderte Bestäuberaktivität und -verfügbarkeit
• Phänologische Entkopplung zwischen Pflanzen und Bestäubern
• Einfluss auf Bestäuberpopulationen und -gesundheit
• Potenzial für Bestäuber-Verschiebungen und neue Interaktionen
• Risiko von Ertragsverlusten bei Nutzpflanzen

Moderne Forschungsmethoden zur Analyse von Pflanzenphysiologie und -anpassungen

Definition:

Moderne Forschungsmethoden zur Analyse von Pflanzenphysiologie und -anpassungen

Details:

• Genomische Ansätze: Verwendung von Sequenzierungstechniken zur Identifikation von Genen und Genomregionen.
• Proteomik: Analyse des gesamten Proteinspektrums einer Pflanze.
• Metabolomik: Untersuchung der Stoffwechselprodukte zur Bewertung der Stoffwechselfunktionen und Anpassungen.
• Phänotypisierung: Hochdurchsatz-Plattformen zur Beobachtung von physischen und biochemischen Eigenschaften.
• Bilderfassung und -analyse: Einsatz von Drohnen und spektralen Kameras zur Fernerkundung.
• Umweltkontrollierte Experimente: Gewächshaus- und Wachstumskammern-Experimente zur Untersuchung der Anpassungen an Umweltstressbedingungen.
• Mathematische Modellierung: Anwendung von Modellen zur Vorhersage und Analyse von Pflanzenwachstum und -entwicklung unter verschiedenen Klimabedingungen.
• Geneditierung: Einsatz von CRISPR/Cas um gezielt Genveränderungen herbeizuführen und Anpassungsmechanismen zu untersuchen.