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The influence of drought stress on mosses and liverworts
Stefanie Doan-Lin Wernig
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Botany
Betreuer*in
Ingeborg Lang
DOI
10.25365/thesis.78598
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-22361.01181.402680-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Zusammenfassung: Moose sind bemerkenswerte Organismen, die eine entscheidende Rolle sowohl in ökologischen Systemen als auch in der wissenschaftlichen Forschung spielen. Ihre Widerstandsfähigkeit, insbesondere durch den Mechanismus der Poikilohydrie, macht sie besonders wertvoll für Studien zur Dehydrierungstoleranz. Diese Strategie, bei der Moose austrocknen und nach der Rehydrierung wieder zum Leben erwachen, liefert bedeutende Einblicke in die grundlegenden Mechanismen der Stressantworten auf zellulärer und molekularer Ebene. Die Fähigkeit der Moose, extreme Dehydration zu überstehen, stellt unser Verständnis der Wasserregulation in Pflanzen infrage, insbesondere im Kontext des Klimawandels, der zu häufigeren und intensiveren Dürren führt. Die Art und Weise, wie Moose den Wasserverlust managen, zelluläre Strukturen während der Dehydrierung schützen und bei der Rehydrierung die Stoffwechselprozesse wieder aufnehmen, könnte potenziell Ansatzpunkte für die Verbesserung der Dürretoleranz in Nutzpflanzen bieten. Darüber hinaus machen die einfache Struktur und die relativ geringen Pflegeanforderungen der Moose sie zu idealen Objekten für experimentelle Forschungen. Die Untersuchung ihrer Anpassungsmechanismen könnte auch unser Verständnis der Pflanzenentwicklung vertiefen, insbesondere in Bezug darauf, wie frühe Landpflanzen wie Moose in der Lage waren, in Umgebungen zu überleben und zu gedeihen, die sich erheblich von den aquatischen Lebensräumen ihrer Vorfahren unterschieden. In ihrer natürlichen Umgebung haben sich Moose an wiederkehrende Trocken-, und Nasszyklen angepasst, was sie zu ausgezeichneten Modellorganismen macht. Ziel dieser Arbeit war, zu untersuchen, wie Moose auf morphologischer, physiologischer, und zellulärer Ebene, auf Austrocknung,- und Rehydrierungserien reagieren. Es wird darauf eingegangen, wie Trockenstress, bedingt durch lang andauernde Austrocknung, die Photosynthestis che Aktivität, Gewicht, Zellfläche, Blattfläche, Gametophyt-Fläche beeinflusst. 5 Arten, die für die Dehydrierung- und Rehydrierung verwendet wurden, sind A. undulatum, P. patens, F. hygrometrica, M. polymorpha, welche in vitro Kultur und P. affine unter Gewächshausbedingungen gezogen wurden. Der Gewichtsverlust wurde in regelmäßigen Abständen gleichzeitig mit der Quantum yield (Φ), einem wichtigen Indikator der photosynthetischen Effizienz gemessen. Die Dehydratonsserie ersteckte sich über 48 Stunden und die Rehydration über 120 Minuten. Die Reaktion des Quantum yield auf Dehydration zeigte einen mit artspezifischen Rückgang mit Schwankungen. Zell- und Blattflächen wurden mithilfe der Lichtmikroskopie untersucht, um strukturelle Veränderungen während der Dehydration zu analysieren. Die Zell-Durchmesser wurden mithife von Confocal Laser Scanning Microscopy (CLSM) bestimmt. Dieser Ansatz ermöglichte einen vergleichenden Überblick über artspezifische Trockentoleranz unter kontrollierten Bedingungen. Ein Gewichtsverlust von 50 % wurde bei A. undulatum, P. affine, P. patens und F. hygrometrica nach einer Stunde und zwei Stunden bei 68-84 % beobachtet. M. polymorpha wich ab, mit einem Rückgang von 36 % nach einer Stunde und 66 % nach zwei Stunden. Alle Arten zeigte nach 3-4 Stunden einen Verlust von 90 % und blieben auf diesem Niveau bis 48 Stunden. Nach der Rehydrierung nahm die photosynthetische Effizienz zunächst zu, fiel anschließend ab. Diese Ergebnisse verdeutlichen die unterschiedlichen physiologischen Strategien, die Moose entwickeln, um mit Wasserverlust umzugehen, und bieten wertvolle Einblicke in die Mechanismen der Desikationstoleranz.
Abstract
(Englisch)
Summary: Mosses represent some of the earliest land plants, having emerged around 450 million years ago during a pivotal time in Earth’s evolutionary history. Their successful colonization of terrestrial environments marks a significant milestone in the development of plant life. Unlike higher plants, mosses are non-vascular and rely on their immediate surroundings for water uptake and nutrient exchange. Despite this limitation, they have achieved a global distribution, thriving in diverse habitats ranging from temperate forests and wetlands to arid deserts and polar regions. This widespread presence underscores their remarkable evolutionary success. A key factor in their resilience is poikilohydry—a survival strategy that allows mosses to tolerate extreme dehydration by entering a dormant state and resuming metabolic activity upon rehydration. This adaptation not only enables mosses to survive in fluctuating environmental conditions but also makes them ideal model organisms for studying plant responses to drought stress. Their simple structure, ease of cultivation, and conserved stress responses provide valuable insights into the mechanisms of desiccation tolerance. Understanding these processes in mosses can inform strategies to enhance drought resistance in crop plants, contributing to agricultural sustainability in the face of climate change. This study explores the physiological, morphological, and cellular responses of mosses to dehydration and rehydration under controlled conditions. In their natural habitat, mosses have adapted to repeated drought and wet cycles, which makes them excellent model species. This study aimed to give insights into the response of mosses to dehydration, - and rehydration series on a morphological, physiological, and cytological level. Further, it revealed how drought stress caused by prolonged dehydration impacts the photosynthetic efficiency, weight, cell area, leaf area, and gametophyte area. Five species have been used for the dehydration and rehydration series, A. undulatum, P. patens, F. hygrometrica, M. polymorpha were grown in vitro culture, and P. affine under greenhouse conditions. Weight loss was measured at regular intervals in parallel with the quantum yield (Φ), a key indicator of photosynthetic efficiency. Measurements were taken during dehydration for 48 hours, and rehydration for 120 minutes to track changes in photosynthetic activity. Further, cell and leaf areas were evaluated using light microscopy to assess structural changes during dehydration and confocal laser scanning microscopy (CLSM) to determine the cell diameter. This approach allowed for a comparative analysis of species-specific desiccation tolerance and photosynthetic recovery under controlled conditions. A weight decline of 50 % was seen in A. undulatum, P. affine, P. patens, and F. hygrometrica at one hour and 2 hours, 68-84 %. M. polymorpha diverged, showing a decline of 36 % at 1 hour, and 66 % at 2 hours. All species showed a loss of 90 % at 3-4 hours and remained at this level until 48 hours. Quantum yield responses to dehydration showed a decline at various species-specific patterns, with fluctuations. Upon rehydration, photosynthetic efficiency initially increased but then steadily decreased. These results highlight the diverse physiological strategies mosses employ to cope with water loss, offering valuable insights into mechanisms of desiccation tolerance that could inform drought resilience in higher plants.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Moose Lebermoose Austrocknung Wasserverlust Austrocknung Photosynthetische Aktivität Rehydrierung
Schlagwörter
(Englisch)
mosses liverworts dehydration water loss dehydration photosynthetic activity rehydration
Autor*innen
Stefanie Doan-Lin Wernig
Haupttitel (Englisch)
The influence of drought stress on mosses and liverworts
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
147 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Ingeborg Lang
Klassifikation
42 Biologie > 42.38 Botanik. Allgemeines
AC Nummer
AC17562326
Utheses ID
75968
Studienkennzahl
UA | 066 | 832 | |