Pflanzen werden immer häufiger langen Trockenperioden ausgesetzt. Dadurch entsteht für sie Trockenstress, da nicht mehr genug Wasser zur Verfügung steht. Dies hat negative Auswirkungen auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen. Wie stark die Pflanze unter der Trockenheit leidet und wie Ausgeprägt die Auswirkungen sind, hängt unter anderem von der Dauer der Trockenperiode ab. In diesem Versuch werde ich untersuchen, ob der Zeitpunkt zu dem die Trockenperiode einsetzt, also in welchem Entwicklungsstadium sich die Pflanze befindet, ebenfalls einen Einfluss auf das Ausmaß der Auswirkung hat.
Jede Pflanze verfügt über Eigenschaften, welche der Pflanze im Falle von Trockenheit und Wassermangel von Vorteil sein sollen. Als Trockenresistenz bezeichnet man Eigenschaften, welche der Pflanze helfen Trockenperioden zu überstehen und sie vor dem Austrocknen schützt. Wenn eine Pflanze Wassermangel ausgesetzt ist äußert sich das zunächst im Schließen der Stomata und die Photosyntheserate sinkt. Wenn eine Pflanze über einen längeren Zeitpunkt unter Trockenstress leidet lässt sich ein vermindertes Wachstum der Blätter erkennen und in einer Änderung des Spross-Wurzel Verhältnisses. Der Spross wächst langsamer und die Wurzel wächst weiter.
Ich nehme an, dass Trockenheit auf jeden Fall Einfluss auf die Pflanzen nimmt und man zwischen Gruppe 1 (Kontrollgruppe, siehe unten) und allen anderen Gruppen Unterschiede erkennen kann. Generell treten in einigen der Gruppen 2-5 im Vergleich zu Gruppe 1 vermutlich folgende Veränderungen auf:
Des weiteren nehme ich an, dass es auch Unterschiede zwischen den verschiedenen Gruppen gibt, je nachdem in welchem Entwicklungsstadium die Trockenheit auftritt. Die Pflanzen verschiedener Gruppen werden zu verschiedenen Zeitpunkten Phasenübergänge haben.
In Gruppe 2 und 5 wird sich die Blattspreite vermutlich nicht von der Kontrollgruppe unterscheidet, da in Gruppe 2 noch keine Blätter angelegt sind. und sie nach der Phase des Trockenstresses normal wachsen können und in Gruppe 5 sind sie schon ausgewachsen. In Gruppe 4 wird das Wachstum des Sprosses vermutlich am stärksten beeinträchtigt was zu der geringsten Sprosswachstumsrate führt. Die Auswirkung in der Samenbildung könnten größer ist als in der vegetativen Phase sein, da die Samen bevorzugt mit Assimilaten versorgt werden und so ein verstärktes Wurzelwachstum für bessere Wasserversorgung nicht möglich ist. Also würde ich in Gruppe 5 kein verlängertes Wurzelwachstum erwarten.
Das Experiment wird mit der Modellpflanze Arabidopsis thaliana durchgeführt. Sie werden für die Dauer von einem Generationszyklus bewässert und beobachtet.
Es werden fünf Gruppen ausgesät, die sich in ihrer Behandlung nicht unterscheiden außer in der Bewässerung. Die Pflanzen werden bei konstanten Temperaturen und Lichtbedingungen gehalten (21°C, 16 h Licht und 8 h Dunkelheit). Alle Pflanzen werden auf dem selben Medium gehalten, dieses Medium muss steril sein und es sollte fein strukturierter Boden sein. In Phasen in denen die Pflanzen normal bewässert werden, werden sie jeden zweiten Tag gegossen. In Trockenphasen werden sie nicht bewässert.
Pro Gruppe werden 10 Individuen ausgesät, insgesamt 50 Individuen.
Die Bewässerung bleibt während allen anderen Phasen jeweils normal.
Ob es Unterschiede zwischen den verschiedenen Populationen gibt wird anhand verschiedener Parameter gemessen. Es wird täglich die Sprosslänge gemessen. Nachdem der Versuch beendet wurde bestimme ich die durchschnittliche Wachstumsrate des Sprosses in jeder Phase und Gruppe. Die Wurzellänge sowie die Größe der Blattspreite wird einmalig nach Abschluss des Versuchs gemessen und es wird ein Durchschnitt für jede Gruppe berechnet. Aus den Durchschnitten der finalen Sprosslänge und der Wurzellänge wird das Verhältnis für jede Gruppe berechnet (Sprosslänge/Wurzellänge).
Um die Größe der Blattspreite zu bestimmen nimmt man an, dass diese ungefähr eine ovale Form hat und berechnet die Fläche mit der Formel:
\(A = a*b*\pi\)
Wobei a der Abstand von Spreitengrund zu Spreitenspitze und b der maximale Abstand senkrecht zur Mittelrippe ist.
Mithilfe eines Photosynthese Messgerätes (LI-6800 von LI-COR) wird täglich mehrmals zu festen Zeitpunkten die Photosyntheserate gemessen (08:00 Uhr, 14:00 Uhr, 20:00 Uhr). Aus den Messungen der Photosyntheserate wird ebenfalls ein Durchschnitt für jede Phase und Uhrzeit berechnet, sodass wir pro Phase und Gruppe drei durchschnittliche Photosyntheseraten haben.
Außerdem wird gemessen wann die Pflanzen einen Phasenübergang haben. Es wird täglich überprüft ob die Pflanzen sich in der nächsten Phase befinden und der Phasenübergang wird dann in Tagen nach dem Aussähen gemessen.
Die statistische Auswertung des Versuchs findet in R (v3.6.2) statt.
Bevor mit der Datenanalyse begonnen wird, teste ich zunächst mit dem Shapiro-Wilk-Test, ob die Messdaten Normalverteilt sind.
Jede Gruppe wird mit der Kontrollgruppe verglichen, um festzustellen ob es Unterschiede zwischen den Populationen mit Behandlung und ohne innerhalb eines Parameters gibt. Sollten die Daten normalverteilt sein benutze ich für die Auswertung einen ungepaarten two sample t-test. Sollten die Daten nicht normalverteilt sein benutze ich einen ungepaarten Willcoxon-Mann-Whitney rank sum test. Dabei wird besonders auf die Hypothesen hin geprüft.
Verglichen wird:
Es wird auch zwischen den Gruppen verglichen, ob die Unterschiede mit unterschiedlichem Ausmaß auftreten, je nachdem in welchem Entwicklungsstadium sich die Populationen befinden. Dafür benutze ich bei Normalverteilung eine one-way ANOVA und bei nicht Normalverteilung einen Kruskal-Wallis Test. Die Statistischen Tests werden mit dem üblichen Signifikanzniveau von α=0.05 durchgeführt.