Gemäßigte Farne werden oft mit lichtarmen Umgebungen in Verbindung gebracht, wie z. B. dem schattigen Unterholz von Laubwäldern. Während die meisten dieser Farnarten laubabwerfend sind, sind einige Arten immergrün. Wintergrüne Farne, wie z Polystichum acrostichoides, behalten ihre Wedel das ganze Jahr über trotz Gefriertemperaturen und drastischen jahreszeitlichen Schwankungen der Bodenfeuchtigkeit und Lichtintensität. Wintergrüne Unterholzblätter müssen den tiefen Schatten des Sommers vertragen, aber auch höhere Lichtintensitäten und niedrige Lufttemperaturen, wenn das Blätterdach geöffnet ist. Die Auswirkungen von Temperatur und Licht auf die photosynthetische Kapazität im Winter werden durch die Anfälligkeit des Gefäßsystems für Embolien infolge von Frost-Tau-Zyklen verstärkt. Während bei Angiospermen und Gymnospermen Unverständnis bezüglich der Winterembolie herrscht, ist die Wissenslücke bei wintergrünen Farnen umso größer.

Wedel des wintergrünen Farns Polystichum acrostichoides wächst am Studienstandort im Yale Myers Forest, Connecticut. Bildnachweis: Prats & Brodersen.

In ihrer neuen Studie veröffentlicht in AoBP, Prats & Brodersen überwachten die Photosyntheseleistung und den Funktionszustand des Gefäßsystems P. acrostichoides über ein Jahr im Yale Myers Forest, Connecticut, USA. Sie fanden heraus, dass die erste Nacht unter 0 °C zu einem Verlust der Leitfähigkeit von 25 % in den Stielen (dem Farnblattstiel) führte, was darauf hindeutet, dass eine winterbedingte Embolie auftrat. Sie fanden jedoch heraus, dass sich die Photosynthese im Frühjahr erholte, obwohl sie mehr als 60 % ihrer Wassertransportkapazität durch durch Frost und Tauwetter verursachte Kavitation verloren hatten. Die Autoren fanden heraus, dass die lokalisierte, durch Frost ausgelöste Wedelflexibilität es der Art ermöglicht, flach auf dem Boden zu liegen und wärmere Blatttemperaturen aufrechtzuerhalten. Dieser Vorgang wird durch hochflexible Gefäßbündel erleichtert, die sich biegen, ohne den wasserleitenden Weg zu stören. Das Xylem von P. acrostichoides sind flexibel und dennoch robust, tolerieren Winterembolien und Gelenke, ohne die photosynthetische Maschinerie zu beschädigen. Diese wintergrünen Strategien tragen zum Erfolg von bei P. acrostichoides in nordöstlichen Wäldern.

Forscher-Highlight

Kyra Prats ist Doktorandin in Pflanzenökophysiologie im Labor von Craig Brodersen an der Yale School of the Environment, Connecticut, USA. Sie ist außerdem Cullman Fellow und gemeinsame Doktorandin am New York Botanical Garden. Ihre Forschung konzentriert sich auf die Ökophysiologie von Pflanzen – insbesondere von Farnen – unter Umweltstressoren wie Dürre oder Gefriertemperaturen. Sie verwendet eine Vielzahl von Methoden im Feld und im Labor – von der Messung der Photosynthese und des Xylem-Wasserflusses bis hin zur Verwendung von Röntgenstrahlen und Mikroskopen – um Fragen zu untersuchen, die sich auf die Reaktion von Pflanzen auf die Umwelt beziehen.