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Titelaufnahme

Titel
Oxygen in tree stems and possible relations to pathogens and red heart formation / submitted by Johannes Sorz
VerfasserSorz, Johannes
Begutachter / BegutachterinHietz, Peter
Betreuer / BetreuerinHietz, Peter
Erschienen2006
Umfang158 Bl. : Ill., graph. Darst
HochschulschriftWien, Univ. für Bodenkultur, Diss., 2006
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
Bibl. ReferenzOeBB
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)Baumphysiologie / Picea abies / Fagus sylvatica / Sauerstoffversorgung / Gasdiffusion / Sauerstoffgehalt im Stamm / Wasserstress / Ethanol / Monoterpene / fakultative Rotkernbildung
Schlagwörter (EN)tree physiology / Picea abies / Fagus sylvatica / oxygen supply / gas diffusion / stem oxygen content / water stress / ethanol / monoterpenes / red heart formation
Schlagwörter (GND)Fichte / Stamm <Botanik> / Sauerstoffversorgung / Rotfäule / Rotbuche / Stamm <Botanik> / Sauerstoffversorgung / Rotfäule
URNurn:nbn:at:at-ubbw:1-15847 Persistent Identifier (URN)
Zugriffsbeschränkung
 Das Werk ist frei verfügbar
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Oxygen in tree stems and possible relations to pathogens and red heart formation [7.19 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Neu entwickelte Sauerstoffoptoden, die auf der Technik des Fluoreszenzquenching basieren, ermöglichten es Messungen direkt im Holzkörper von Bäumen durchzuführen. Es wurde untersucht, wie lebende Zellen im Splint mit Sauerstoff versorgt werden. O2 kann entweder durch radiale Diffusion oder in gelöster Form mit dem Saftstrom transportiert werden. In einem Laborversuch wurde die Diffusionsgeschwindigkeit von O2 in axialer und radialer Richtung im Holz gemessen. Die gemessenen Diffusionskoeffizienten waren stark vom anatomischen Bau und dem Wassergehalt abhängig, Modellrechnungen zeigten, dass Splintholz unter bestimmten Bedingungen allein durch radiale Diffusion mit O2 versorgt werden kann. Langzeitmessungen in Buchen und Fichten zeigten deutliche Tagesschwankungen und Unterschiede zwischen verschiedenen Positionen im Stamm (Splint/Kernholz, Höhe im Baum). Es wurden Hinweise auf die Bedeutung beider Transportwege für die O2-Versorgung des Splints gefunden. Bei Versuchen mit eingetopften Fichten wurde getestet, ob Trockenstress oder Überflutung O2 im Stamm reduziert. Nach einer Hypothese sollte unter Sauerstoffmangel im Stamm gebildetes Ethanol als Signalstoff für Borkenkäfer dienen. Gestresste Bäume zeigten jedoch weder reduzierte Sauerstoffkonzentrationen, noch erhöhte Emissionen. Es wurde getested, ob erhöhte Sauerstoffzufuhr der auslösende Faktor für die fakultative Ausbildung von Rotkernen in Buchen ist. Dazu wurden Messungen an verkernten und nicht verkernten Buchen durchgeführt und Holz mikrobiologisch untersucht. Bei Lagerungsversuchen zeigte sich, dass das Ausmaß der Rotfärbung von der Sauerstoffkonzentration abhängig ist. Es verfärbten sich allerdings auch Holzstücke bei 0% O2 und auch bereits gebildetes Kernholz. O2 in stehenden Bäumen mit und ohne Farbkern unterschied sich nur selten, aber sowohl in verkernten als auch in nicht verkernten Buchen wurde O2 im Stamm in einer genügend hohen Konzentration festgestellt um potentiell Farbkernbildung auszulösen. O2 ist ein essentieller, aber nicht der einzige Faktor bei der fakultativen Rotkernbildung ist, und eine Beteiligung von Mikroorganismen wird vermutet.

Zusammenfassung (Englisch)

Aerobic processes in plant metabolism require a constant supply with oxygen. Whereas gas exchange of leaves and roots is a central topic in plant eco-physiology and has been studied in much detail, only few studies have dealt with gas exchange and especially the oxygen content of stems. This was probably due to the lack of a proper methodology. Recently developed micro-sensors, based on fluorescence quenching, allowed the direct measurements of oxygen in the stem of standing trees. The research conducted in this study measured the oxygen concentration in standing spruce and beech trees, investigating how the living parts of the sapwood are supplied with enough oxygen for respiration. It was hypothesized that oxygen is either transported to the parenchyma cells by means of radial diffusion through bark, phloem and cambium or in dissolved form with the transpiration stream upwards from the roots to the crown. It was further investigated what factors can influence the oxygen content of a stem, and if and how a reduction of oxygen can affects a tree. First, the velocity of axial and radial oxygen diffusion was measured in wood of various native trees to determine if diffusion allone can supply the living sapwood with oxygen. Results showed that oxygen diffusion is strongly dependent on wood anatomy and water content, and model calculations implied that active sapwood can be supplied with oxygen under certain conditions. However, if water content and respiration are too high to assure a sufficient supply by radial diffusion, respiration in the sapwood is reduced by oxygen deficiency. Continuous long-term measurements in stems of spruce and beech trees showed distinct diurnal fluctuation of oxygen, and differences in oxygen between various depths and positions in the stem (sapwood versus heartwood, stem height). These results suggest that both transport pathways play a role. On the one hand, the decrease of oxygen with stem height found in spruce and the dependency of oxygen in beech on soil moisture indicated the importance of the transpiration stream as medium of oxygen transport. On the other hand the fact that oxygen replenished even in times of zero sapflow, and it did not decrease when sapflow was reduced suggests that at least some oxygen enters by radial diffusion. Experiments with potted spruce saplings were conducted to investigate if drought stress or flooding induces oxygen deficiency in the stem. A hypothesis was tested, suggesting that the emissions of ethanol and volatile terpenes are enhanced under conditions of hypoxia or anoxia, which successively could lead to an increased attractiveness for bark-beetles that locate stressed individuals by their emission spectrum. In this study oxygen was not reduced in stressed individuals and emissions of ethanol and volatile terpenes were not increased. Further the hypothesis was tested that oxygen, penetrating into the heartwood through injuries in beech trees, induces the formation of red heart, while bacteria and fungi are irrelevant in the process. Oxygen was measured in beech trees with and without red heart and wood samples were secreened for the presence of micro-organisms. In exposure experiments beech wood was stored at various oxygen concentrations in the laboratory. Although wood discolorations were stronger in the presence of elevated oxygen concentrations in the laboratory, discolorations were also found in beech wood exposed to 0% oxygen and in already formed red heart. In the standing tree a difference in oxygen concentration between beeche trees with and without red heart was found only on few occasions, and oxygen was present in both in a sufficient concentration to induce red heart. The results of this study imply that oxygen is not the only factor necessary for the formation of red heart in beech, and the involvement of micro-organisms needs to be studied in more detail.