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Wachstum und Parasitenabwehr -

Wettbewerb um Ressourcen
in Nutzpflanzen
aus Land- und Forstwirtschaft
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Das Konzept

'Rationale' und Zielsetzungen am Übergang von Phase III zu Phase IV

 

Seit Beginn im Jahr 1998 sieht das wissenschaftliche Konzept des SFB 607 ein aufeinander aufbauendes Kontinuum von vier Forschungsphasen vor. Übereinstimmend mit der Konzeptplanung soll nach den vorwiegend experimentellen Aktivitäten der Phasen I - III nun die Integrationsphase IV folgen.

Auf der Basis des erarbeiteten Erkenntnisspektrums soll in Phase IV abschließend der Schwerpunkt auf vergleichender, das SFB-Konzept übergreifender Datenanalyse liegen, welche die Klärung weiterführender, integrativer Leitfragen ermöglichen wird,
unterstützt durch Modellierung und Szenariosimulation. Fokus bildet die Klärung von Gesetzmäßigkeiten der Ressourcen-allokation innerhalb der aus Pflanze, Pathogen und Mykorrhizo-sphäre gebildeten, funktionellen Einheit unter herrschenden
Konkurrenzszenarien.

Übergeordnete Zielsetzung bildet in Phase IV die integrative Klärung der 'Kosten/Nutzen-Verhältnisse' (Effizienzen) von Umsteuerungen der Ressourcenverteilung innerhalb und zwischen Nutzpflanzen unter abiotischen und biotischen Einflüssen.
Die Synthese der in den unterschiedlichen forst- und land- wirtschaftlichen Systemen erarbeiteten Befunde soll das Ausmaß biologischer Gesetzmäßigkeiten über das Spektrum pflanzlicher Lebensformen, Altersstadien und Wuchsbedingungen hinweg aus den Bereichen Forstwirtschaft, Obstbau, Grünlandwirtschaft
und Ackerbau quantifizieren und bewerten.

Beispielhaft für den bisher im SFB 607 erarbeiteten Erkenntnis-gewinns wurden kürzlich 16 Original-Publikationen und zwei Review-Artikel (MATYSSEK et al. 2005a; TREUTTER 2005) in einer Sondernummer der referierten Fachzeitschrift PLANT BIOLOGY publiziert (Vol. 7, 2005; s. MATYSSEK et al. 2005b). Eine erste Bilanz erschien bereits zuvor in Vol. 4 der gleichen Fachzeitschrift (s. MATYSSEK et al. 2002 und weitere 6 Publikationen). Darüber hinaus wurde inzwischen eine Vielzahl
weiterer referierter Original-Publikationen aus dem SFB 607 in anderen, international verbreiteten Fachzeitschriften veröffentlicht (s. interner Bereich von www.sfb607.de).

'Wachstum' und 'Parasitenabwehr' - die Schlüsselwörter des SFB 607 - geben die zentrale Problematik der Ressourcenallokation zwischen zwei grundlegenden Anforderungen des pflanzlichen Stoffwechsels wieder. Mit welchen Mechanismen werden Energie, Kohlenstoff, Wasser und Nährstoffe zwischen physiologischen Bedürfnissen verteilt, und auf welche Weise wird der Wettbewerb um diese Ressourcen innerhalb von Einzelpflanzen und zwischen pflanzlichen Individuen im Bestand (Nutzpflanzen im Kontext des SFB 607) reguliert? An welchen Faktoren orientiert sich die Regulation, und wie werden induzierte Signale zur Steuerung der Allokationsmechanismen weitergeleitet und umgesetzt? Und letztlich, wie läßt sich die Regulation in stofflich-energetischer Hinsicht charakterisieren? Aus diesen Fragen ergibt sich das Konfliktfeld des pflanzlichen Stoffwechsels Zwang zum Wachstum als Ausdruck pflanz-lichen Konkurrenzverhaltens, aber auch Zwang zur Abwehr von biotischem Streß(HERMS & MATTSON 1992; ZANGERL & BAZZAZ 1992; ( s. Kap. "Definitionen" 'Definitionen im SFB 607').
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Den aufgeworfenen Forschungsfragen entspricht die Projekt-struktur des SFB 607, in der die Analyse der Interaktions-typen 'Pflanze-Pflanze' (intra- und interspezifische Konkurrenz), 'Pflanze-Bodenorganismen' (potentiell konkurrenz-stärkend) und 'Pflanze-Parasit' (konkurrenzschwächend) in die Klärung der gemeinsamen, zugrundeliegenden 'Zentralen Allokations-mechanismen' auf biochemisch-molekularer Ebene ('genetische Schalter') integriert ist (s. Kap. "Projektbereiche" ).
'Effizienzen' charakterisieren die 'Umsetzung' der Ressourcen-allokation in allometrische Beziehungen und die aus der Raum-besetzung resultierenden Kosten/Nutzen-Bilanzen (MÄKELÄ & VANNINEN 1999), sie stellen damit den eigentlichen Mechanis-mus pflanzlichen 'Konkurrenzverhaltens' dar (TILMAN & GRACE 1990; KüPPERS 1994; BAZZAZ 1997; HIKOSAKA et al. 1999). Wird der Konkurrenzvorteil hoher Ressourcen-aufnahmekapazität (als ein Aspekt von Fitneß) dadurch geschwächt, dass zugleich die Fähigkeit des Ressourceneinbehalts (als weiterer Aspekt von Fitneß) durch geringe Abwehrkapazität gegenüber Parasiten (oder abiotischem Streß) gefährdet ist (cf. BUNGENER et al. 1999)? Ist ein solches Szenario typisch für Nutzpflanzen mit hoher Ressourcenversorgung, während bei Ressourcenlimitierung steigende Primärproduktion vielleicht eher mit hoher Sekundärstoff-wechselaktivität korreliert ist (Abb. 1; HERMS 1999)? Dann wäre ein 'Trade-off' wie in Abb. 2a,  insbesondere seine Linearität, nur bedingt gültig - und genau die Prüfung dieses Sachverhalts bildet den Kern der zentralen Hypothese im SFB 607 (Abb. 1 ; HERMS 1999)? Dann wäre ein 'Trade-off' wie in Abb. 2a,  insbesondere seine Linearität, nur bedingt gültig - und genau die Prüfung dieses Sachverhalts bildet weiterhin den Kern der zentralen Hypothese im SFB 607 (s. Kap. "Hypothesen"). Die Umsetzung der Ressourcenallokation in allometrische Beziehungen spiegelt auch insofern die inhärente Kopplung mit der Streßabwehr wider, als die 'Wertigkeit' eines Organs für die Abwehr mit dessen zunehmender Abundanz in der Gesamtbiomasse abnehmen könnte (ZANGERL & BAZZAZ 1992; Abb. 2b). Damit wären bei einem niedrigen Wurzel/Sproß- Quotienten und begrenzter, unter-irdischer Ressourcenaufnahme-kapazität die 'Abwehrkosten' für die Wurzel und ihr Wert für die Aufrechterhaltung der Ressour-cenaufnahme-Kapazität (somit der 'competitiveness') ent-sprechend erhöht. 'Indirekte Kosten' komplizieren solche Zu-sammenhänge, wenn konstitutive Abwehr per se bereits den Assimilatpool für Wachstumsprozesse schmälert (PENNYPACKER 2000).

Um die oben skizzierten Fragen zu beantworten, werden in der Phase IV des SFB 607 die bisher erarbeiteten Grundlagen bei der Modellierung berücksichtigt und die methodischen Entwicklungen für die angestrebte Ergebnisintegration genutzt. Auf diese Weise soll ein gesichertes Erreichen der übergeordneten Ziele, die nach wie vor Gültigkeit besitzen, gewährleistet werden.