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Grundstudium – Modul Bio 8 Teil Geobotanik /Pflanzenökologie SS 2008 - 10.-12. Stunde, 9. u. 10. 07.2008 Projektionen, Stichworte u.ä.

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1 Grundstudium – Modul Bio 8 Teil Geobotanik /Pflanzenökologie SS Stunde, 9. u Projektionen, Stichworte u.ä.

2 Modul Bio 8 – Teil Geobotanik (Pflanzenökologie) 1. Fragestellungen, Aufgaben und Teilgebiete der Geobotanik 2. Floristik und kartographische Dokumentation des Vorkommens von Pflanzenarten 2.1 Das Areal einer Pflanzenart 2.2 Geoelemente der Flora – Arealtypen 2.3 Florenreiche 2.4 Florenregionen der Holarktis 3. Vegetationskunde 4. Vegetations- und Florengeschichte 4.1 Präkambrium 4.2 Paläophytikum 4.3 Mesophytikum: Trias, Jura 4.4 Kontinentaldrift 4.5 Neophytikum Kreide - Tertiär 4.6 Quartär Kaltzeiten (Eiszeiten) Spät- u. Nacheiszeit Mitteleuropäische Grundsukzession Prägung der mitteleuropäischen Vegetation durch den Menschen 5. Pflanzenökologie 5.1 Autökologie Pflanzlicher Strahlungs- u. Energiehaushalt

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5 Globalstrahlung Nettostrahlung [W m -2 ] Photosynthetisch aktive Strahlung (PAR) Photonenflussdichte (PPFD) [µmol Photonen m 2 sec -1 ]

6 Tages- ( ) und Jahresgang ( ) der Globalstrahlung über und in einem Buchenhochwald im Bergischen Land ( = auf Grund der Breitenlage maximal mögliche Globalstrahlung) Reflektion Absorption Transmission

7 LAI = Blattflächenindex (leaf area index) [m 2 Blattfläche m -2 Grundfläche ] Typische LAI-Werte: tropische Regenwälder 8 m 2 m -2 einheimische sommergrüne Wälder 5 m 2 m -2 Wiesen 5 m 2 m -2 Getreidefelder 9 m 2 m -2 Kartoffeläcker 2 m 2 m -2

8 Elektromagnetische Strahlung trifft die Pflanzen - in Form von UV-Strahlung (schädlich), - mit Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich - mit Infrarotstrahlung. Sichtbares Licht Photosynthetisch aktive Strahlung: Gewinn von Stoffwechselenergie für die Pflanze, Umwelteffekt für Vorgänge der Gestaltbildung Stimulus für Bewegungsvorgänge

9 Lichtpflanzen Schattenpflanzen (Heliophyten) (Skiophyten) Chl. a / Chl. b 2 –

10 Photo-oxidativer Stress >> Photoinhibition Schutzmöglichkeiten: Radikalabsorber Moleküle (z.B. Ascorbinsäure) Enzyme (z.B. Peroxidasen) Xanthophylle Energieabfuhr in Form von Wärme

11 Licht-Qualität Phytochrome Cryptochrome - bewegungsphysiol. Effekte - Keimung - Sprossverlängerung - Blattentfaltung - Blütenbildung - Phototropismen Chlorophyll Carotinoide Photosynthese Saisonales Erscheinungsbild = Phänologie

12 Der UV-Anteil der Sonnenstrahlung wird in der Atmosphäre an Luftmolekülen, Wolken- und Staubpartikeln und am Boden in Abhängigkeit von der Art der Bodenbedeckung absorbiert, reflektiert und gestreut. UV - Strahlung UV-A : 315 – 380 nm UV-B : 280 – 315 nm UV-C : 150 – 280 nm Mögliche Schädigungen:

13 Wärme-Dissipation durch langwellige Abstrahlung Konvektiver Wärmeaustausch mit der umgebenden Atmosphäre Verdunstungs-Kühlung durch die Transpiration (Energieaufwand für Wasser- verdunstung: = 2,45 MJ kg -1 H 2 O) Energie-Eintrag durch die Global- strahlung Fühlbare Wärme Latente Wärme T e m p e r a t u r Organ- Erwärmung Vereinfachte Wärmebilanz-Gleichung: Rn = M + S + E Netto- metabolisch fühlbare latente Energie- verbrauchte Wärme Wärme Gewinn Energie

14 . Stoffwechselvorgang Temperaturbereich Optimum unteres oberes Pessimum Kardinalpunkte der Temperatur Latenzgrenze Letalgrenze Verschiebungen: Modulativ <> modifikativ modulative Veränderung: kurzfristig und voll reversibel modifikative Veränderung: mittelfristig erfolgend, weitgehend irreversibel, im Zuge der individuenspezifischen Ontogenese Psychrophil Thermophil mesophil

15 Erkältungsempfindlich (chilling sensitive): Schädigung bei > 0°C Frostempfindlich : Schädigung zwischen 0°C und ca. –10°C Frosttolerant: Schädigung erst bei Temperaturen < ca. –10°C Gefrier-Exotherme Tieftemperatur – Reaktion von Pflanzen

16 Kältehärtung und –enthärtung im Herbst bzw. Frühjahr Vorruhe VollruheNachruheAustrieb abhärtungsbereitenthärtungsbereit

17 Kältehärtung: Osmotika-Anreicherung (Zucker!) Vakuolen-Aufteilung Biomembran-Umbau partielle Zellentwässerung spezifische Gen-Expression (anti-freeze proteins, cold adaption proteins)

18 Lebensformen nach Raunkiaer

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20 ....

21 sukkulente Blätter mesomorphe Blätter skleromorphe (= hartlaubige) Blätter Trocken- substanz Wasser- gehalt bis 70 % 90 % 98%

22 Hydratations- Depot- freies wasser wasser Wasser homoiohydre Pflanzen schadensloser Wasserverlust poikilohydre Pflanzen

23 Poikilohydrie Homoiohydrie (nahezu alle Kormophyten) Poikilohydre Thallophyten: Algen, Pilze, Flechten, Moose Einige Farne und Blütenpflanzen Poikilohydre Kormophyten

24 Syndrom der Poikilohydrie: - kleinlumige Vakuolen - Fähigkeit zur partiellen Stabilisierung von Membranen und Makromolekülen unter Wasserentzug - geregelter Ab- und Wiederaufbau von Organellen bei weitgehender Austrocknung - Produktion austrocknungsspezifische Proteine mit Chaperon- bzw. Schutzstoff-Charakter

25 SPAC = Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum Bodenwasser: Haftwasser Senkwasser Feldkapazität

26 Evaporation = Verdunstung offener Wasserflächen Transpiration = stomatär geregelte Wasserabgabe der Blätter Luft- feuchte photo- synthet. aktive Strahlung Gesamt- Transpi- ration des Baumes

27 Stomataweiten: Faktoren-Abhängigkeit (schematisch)

28 Mittagsdepression

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30 Dürre-Resistenz von Pflanzen - Blattflächenverkleinerung - Profilstellung der Blätter - ledrige, wasserarme Konsistenz der Blätter - Kleinzelligkeit des Mesophylls - Verdickung der Epidermisaussenwände - Verdickung der Kutikula - eingesenkte Stomata - kleine Stomata in großer Anordnungsdichte - dichte Blattbehaarung Sukkulenz Wasserstress-Vermeidung (avoidance) Wasserstress-Toleranz (tolerance)

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33 Boden ist die aus der Verwitterung des anstehenden geologischen Untergrundes hervorgegangene und mit organischen Substanzen angereicherte oberste Schicht der Erdoberfläche. Sie ist partikulär strukturiert und enthält in den Zwischenräumen zwischen den festen Teilchen teils eine wässrige Lösung, teils Luft von wechselnder Gaszusammensetzung. Boden ist belebt durch eine Vielzahl von Mikroben und heterotrophen eukaryontischen Lebewesen, als vegetations­bestandener Boden ist er in seinen obersten Bereichen auch mehr oder weniger dicht durchsetzt von Pflanzenwurzeln.


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