Anatomische und hydraulische Merkmale können indirekt bzw. direkt die Transportkapazität einer Wurzel messen. Die Erforschung der Variation von Wurzelmerkmalen entlang topologischer Ordnungen innerhalb von Arten ist der Schlüssel zum Verständnis funktioneller Veränderungen entlang der Wurzelarchitektur und ihrer anatomischen Grundlagen. Allerdings hat keine Studie die Variation der feinen Wurzelgefäßmerkmale entlang topologischer Ordnungen innerhalb und zwischen Arten untersucht.
In einem Studie veröffentlicht in Zeitschrift für experimentelle BotanikForscher des Xishuangbanna Tropical Botanical Garden (XTBG) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und ihre Mitarbeiter untersuchten die Variation der feinen Wurzelröhrenmerkmale entlang topologischer Ordnungen innerhalb und zwischen tropischen Baumarten. Sie untersuchten auch, wie die Feinwurzelmerkmale durch Umweltfaktoren, Artenmerkmale und ökologische Nischen beeinflusst werden.
Die Forscher charakterisierten feine Wurzelmerkmale im Zusammenhang mit Rinde, Stele und Gefäßen in fünf topologischen Ordnungen in 80 Einzelbäumen von 20 Arten in Xishuangbanan, China.
Sie fanden starke Unterschiede in den meisten Merkmalen, die über die topologischen Wurzelordnungen hinweg untersucht wurden. Insbesondere fanden sie einen starken Anstieg der theoretischen spezifischen Xylem-Hydraulikleitfähigkeit (Kth, der am häufigsten verwendete Parameter zur Untersuchung des Xylem-Wassertransports), des mittleren Gefäßdurchmessers (MVD) und des mittleren hydraulischen Durchmessers mit zunehmender Wurzeltopologieordnung.
Darüber hinaus zeigen feine Wurzelgefäße und hydraulische Merkmale starke Kovariationsmuster zwischen den Arten. Arten mit dickeren Feinwurzeln bevorzugen eher die hydraulische Effizienz als die Sicherheit. MVD und Gefäßfraktion standen artenübergreifend immer in einem positiven Zusammenhang mit Kth, was die mechanistische Bedeutung der Gefäßgröße und -fraktion für die Feinwurzeltransportkapazität unterstreicht.
Innerhalb jeder Art nahmen der Wurzeldurchmesser (RD), der Stelendurchmesser (SD) und das Stelen-zu-Fäulnis-Durchmesser-Verhältnis (SDR) sowie Kth mit zunehmender Wurzeltopologieordnung zu, und Kth hatte signifikante positive Beziehungen zu RD, SD und SDR.
Die Ergebnisse zeigten die dominierende Rolle der topologischen Ordnung bei der Steuerung der Wassertransportkapazität der Wurzeln und spiegelten die phänotypische Plastizität und strukturelle Anpassungen des Wurzelxylems als Reaktion auf die variierende Bodenwasserverfügbarkeit im Zuge des Klimawandels wider.
„Unsere Arbeit ist eine der ersten Studien, die gemeinsam die Variation und Kovariation von Wurzelgefäßmerkmalen über einen kontinuierlichen Gradienten topologischer Ordnungen untersucht. Sie liefert neue Einblicke in die Variation feiner anatomischer Wurzelmerkmale und unterstreicht die wichtige Rolle ordnungsbasierter Rahmenwerke.“ bei der Aufklärung feiner Wurzelhydraulikprozesse in tropischen Waldarten“, sagte Xia Shangwen von XTBG.
Mehr Informationen:
Guangqi Zhang et al.: Die topologische Ordnung der Wurzeln treibt die Variation feiner Wurzelgefäßmerkmale und hydraulischer Strategien in tropischen Bäumen voran. Zeitschrift für experimentelle Botanik (2024). DOI: 10.1093/jxb/erae083