PEGasuS

Plant-Enzyme Interactions along Gradients of Resource Stoichiometry

Hintergrund

Die ökologische Stöchiometrie erforscht die Wechselwirkungen zwischen Organismen und Ökosystemfunktionen, indem sie Elementverhältnisse von Organismen und ihrer Umwelt miteinander in Beziehung setzt. Ökoenzyme sind Enzyme in der Umwelt, die eine breite Substratspezifität aufweisen und für diverse Stoffwechselfunktionen wichtig sind. Basierend auf ökologischen Grundlagen wird eine Kopplung zwischen den Stöchiometrien von Pflanzen, Mikroorganismen, Boden und Ökoenzymen angenommen. Ein Hotspot dieser Kopplungen ist die Rhizosphäre. Die anthropogene Landnutzung verändert stöchiometrische Beziehungen, was Auswirkungen auf das Vorkommen von Pflanzenarten haben kann.

Ziele/Hypothesen

PEGasuS untersucht die bestimmenden Mechanismen der Nährstoffaufnahme von Grünland-Pflanzenarten, die sich in ihren Nischenoptima entlang des Landnutzungsintensitätsgradienten (LUI-Gradienten) unterscheiden. Ziel ist es zu verstehen, wie Veränderungen in der Homöostase oder Plastizität die Verbreitung und Konkurrenzfähigkeit von Arten in Grünland inklusive entsprechender Konsequenzen auf Ökosystemfunktionen beeinflussen.

Wir stellen die folgenden Hypothesen auf:

• Unterschiede in der Homöostase und im Nährstoffbedarf von Pflanzen können ihre Verbreitung und Konkurrenzfähigkeit entlang des LUI-Gradienten beeinflussen.
• Mikroorganismen und Ökoenzyme bestimmen die stöchiometrischen Verhältnisse in der Rhizosphäre.
• Interaktionen zwischen Pflanzen und Bodenenzymen steuern Ökosystemprozesse.
• Eine experimentelle Reduktion der Landnutzungsintensität beeinflusst das Pflanze-Rhizosphäre-Boden-System.

Methoden

Für 12 Zielpflanzenarten mit unterschiedlichen Nischenoptima entlang des LUI-Gradienten werden die Elementkonzentrationen von C, N, P, S und anderen Bioelementen in Pflanzenblättern und -wurzeln, Rhizosphärenboden und in der mikrobiellen Biomasse der Rhizosphäre sowie die Kinetiken von C-, N-, P- und S-spezifischen Enzymen bestimmt. Enzymreaktionen werden mit einem erweitertem Michaelis-Menten-Ansatz ermittelt, um den Einfluss der stöchiometrischen Homöostase auf die Artenverteilung und Konkurrenzfähigkeit entlang des LUI-Gradienten im Grünland zu untersuchen. Die Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und Enzymen werden auf 60 Grünland EPs und 45 RPs (Plots mit reduzierter LUI) untersucht. Die Auswirkungen von Pflanzendiversität und Ressourcengradienten auf die Pflanze-Enzym-Interaktionen werden auf Plot- und Individuenebene bewertet. Durch die Kombination von Daten aus den Biodiversitätsexploratorien und PEGasuS können Mechanismen identifiziert werden, die die Pflanze-Enzym-Interaktionen und ihre Reaktion auf den LUI-Gradienten steuern. PEGasuS trägt damit zu einem mechanistischeren Verständnis der Auswirkungen von LUI und LUI-Reduktion auf Ökosystemfunktionen bei.

Konzeptioneller Rahmen von PEGasuS. Für 12 Grünland-Pflanzenarten, die sich in ihrem Nischenoptimum entlang des LUI-Gradienten unterscheiden, werden stöchiometrische Mikrobengemeinschaft der Rhizosphäre und der Wirtspflanzen sowie die funktionale Fähigkeit extrazellulare Enzymkinetiken und damit die Nährstoffverfügbarkeit zu steuern untersucht. 

PIs: Prof. Dr. Kleinebecker, PD Dr. Ute Hamer (WWU Münster), Dr. Alexander Tischer (Uni Jena), Dr. Yves Klinger

Wissenschaftliche Mitarbeiterin: Veronika Irmscher

Laufzeit: 2023-2026

Mittelgeber: DFG