Limitierende niedrige Temperaturen für das Baumxylem

Xylemparenchymzellen (XPCs) sind in der Regel das am wenigsten widerstandsfähige Stammgewebe und bestimmen daher die Frosthärte von Bäumen und ihre nördliche Verbreitungsgrenze. Auf der Grundlage der Differentialthermoanalyse (DTA) wurden zwei Mechanismen für das Frostüberleben von XPCs beschrieben: Weniger frostharte XPCs werden durch tödliches intrazelluläres Gefrieren, die so genannte tiefe Unterkühlung, abgetötet, die zwischen -24 und -50 °C auftritt. Man nimmt an, dass die meisten frostharten XPCs (-196°C) durch Gefriertrocknung überleben und wurden als frosttolerant bezeichnet. Jüngste Erkenntnisse deuten jedoch darauf hin, dass auch eine überlagerte Gefriertrocknung an der tiefen Unterkühlung beteiligt sein könnte. Die zugrundeliegenden Mechanismen der Frosthärte von XPCs sind noch weitgehend unbekannt. Daher wollen wir ein neues, hochauflösendes Differential Scanning Calorimeter (DSC) einsetzen, um das Ausmaß und die temperaturabhängige Dynamik der Unterkühlung und Gefriertrocknung von XPCs zu quantifizieren. Darüber hinaus werden spezifische Gefrierreaktionen untersucht, die auf intraspezifische Unterschiede in der Anatomie des Xylems, der XPC-Architektur und der Funktion zurückzuführen sind. Quantitative Zellparameter von XPCs und den gefäßassoziierten Zellen werden alle mit dem spezifischen Gefrierverhalten in Verbindung gebracht, das mit DSC gemessen wird. In diesem Zusammenhang werden spezifische molekulare Komponenten innerhalb der XPCs (eishemmende Substanzen) und der Zellwände, die deren Porosität und Steifigkeit beeinflussen mit Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie, als auch wie Raman-Mikrospektroskopie und der Rasterkraftmikroskopie analysiert. Die Mechanismen der Frostbeständigkeit von XPC sind unzureichend erforscht und insbesondere für die meisten europäischen Baumarten noch unbekannt. In diesem Zusammenhang ist der Aspekt der Unterschiede in den XPC-Konstruktionstypen und der Xylemanatomie bisher nicht besonders untersucht worden. Die mechanistische Beteiligung molekularer Komponenten an der Frostbeständigkeit von XPC ist, abgesehen von einigen neueren Studien, ein wenig erforschtes Thema. Angesichts des Klimawandels rücken die Austriebstermine rasch näher, was die Wahrscheinlichkeit verheerender Frostereignisse insgesamt erhöht. Daher werden die Ergebnisse zu einer dringend benötigten Verbesserung unserer Vorhersagen über die Reaktion von Bäumen auf den Klimawandel führen, was nicht nur für die Forstwirtschaft, sondern auch für den Obst- und Zierpflanzenanbau von wirtschaftlicher Bedeutung ist.