Die Lebensgeschichten von Pflanzen werden mit saisonalen Änderungen der Umweltbedingungen wie Temperatur und Lichtverfügbarkeit synchronisiert. Das fanden Forscher 2012 heraus die Blütezeit ist pro Dekade um 1 Tag vorgerückt in 490 blühenden Arten, die über 20-50 Jahre auf wärmende Frühlingstemperaturen reagieren. Um zu verstehen, wie Ökosysteme durch den Klimawandel beeinflusst werden, ist es wichtig, das Pflanzenwachstum, die Samenproduktion und das Auflaufen von Sämlingen über mehrere Generationen hinweg zu untersuchen.
Dr. Steven Footitt und Kollegen von der University of Warwick und der Boğaziçi University testeten das Potenzial für Veränderungen des Pflanzenwachstums und der Samenkeimung der Modellpflanzenarten Arabidopsis thaliana bei einem Temperaturgradienten von +4°C. Die weite Verbreitung von Arabidopsis Ökotypen (Populationen, die an lokale Umweltbedingungen angepasst sind) machen sie zu einer idealen Indikatorart, um die Auswirkungen der globalen Erwärmung auf die Pflanzenphänologie zu untersuchen. Die Forscher fanden heraus, dass ein obligater Winter-Annual-Ökotyp positiver auf die globale Erwärmung reagiert als ein obligater Sommer-Annual-Ökotyp. Früher in diesem Sommer, die Forscher bestimmte genomweite Expressionsmuster über einen jährlichen Ruhezyklus in zwei Jahren Arabidopsis thaliana Ökotypen.
Die Forscher verwendeten zwei Ökotypen von Arabidopsis thaliana, die an die warmen/trockenen Kapverdischen Inseln (Makaronesien; Cvi) und das kühle/feuchte Klima des Burren (Irland; Bur) angepasst waren. Die Wissenschaftler erstellten einen Thermogradienten-Tunnel mit einem Temperaturgradienten von +4°C, um ein realistisches Szenario der globalen Erwärmung für das Versuchsgebiet zwischen 2011-13 und 2080 zu erzeugen. Schalen mit 24 Pflanzen wurden am kühlen/Umgebungsende (C) und am Ende platziert warmes (W) Ende des Tunnels. Blütezeit, Pflanzenbiomasse, Höhe und Samenertrag wurden gemessen. Die Forscher sammelten die reifen Samen der ersten Population (F1) und verwendeten dann die F1-Samen, um im Tunnel erneut Pflanzen zu züchten. Von der zweiten Population (F2) wurden erneut Samen gesammelt und die Samenkeimung und das Auflaufen der Sämlinge getestet.
Die simulierte globale Erwärmung reduzierte die jährliche Sommerpflanzengröße und den Samenertrag in einem Sommerlebenszyklus. In einem Winterlebenszyklus verlängerten steigende Temperaturen die Blütezeit um 10.1 Tage °C-1 im Winter jährlich und 4.9 Tage °C-1 im Sommer alljährlich. Der Keimlingsauflaufzeitpunkt der F2-Generation reagierte auf die Umgebung, die während der F1-Samenproduktion erfahren wurde. Der irische Ökotyp zeigte mehr phänotypische Plastizität in Rosettenblättern als der makaronesische Ökotyp. Der Gesamtaufgang des irischen Ökotyps nahm bei höherem Aufgang ab, während der Aufgang des makaronesischen Ökotyps zunahm.
„Wir zeigen eine starke Anpassungsreaktion auf die globale Erwärmung beim winterlichen Ökotyp Cvi, verglichen mit einer schwächeren Reaktion beim sommerlichen Ökotyp Bur“, sagten Footitt und Kollegen.
„Der Zeitpunkt des Auflaufens der Sämlinge, der im nordeuropäischen einjährigen Sommer-Ökotyp beobachtet wird, kann die negativen Auswirkungen der vorhergesagten erhöhten Frühlings- und Sommertemperaturen auf ihre Etablierung und Fortpflanzungsleistung verschlimmern.“
„Im Gegensatz dazu kann die Etablierung von Sämlingen der makaronesischen Wintereinjährigen von höheren Bodentemperaturen profitieren, die das Auflaufen bis zum Herbst verzögern, aber auch eine frühere Frühjahrsblüte und die konsequente Vermeidung hoher Sommertemperaturen erleichtern.“
Sie können sich ein kurzes Video von Dr. Steven Footitt ansehen, der die thermischen Gradiententunnel im Warwick Crop Centre erklärt.
