Botanisches Institut - Jahresbericht 2002

A Organisation / formelle Partnerschaften

Das Botanische Institut deckt mit seinen drei Professuren (A. Wiemken, Th. Boller, Ch. Körner) und mehreren internen und externen Privatdozierenden das ganze Gebiet der Pflanzenwissenschaften von der Molekularbiologie bis zum Ökosystem ab. Es wird arbeitsteilig von den drei Professoren geleitet. Ein rotierender geschäftsführender Vorsteher (derzeit Ch. Körner) vertritt das Institut nach aussen, wobei diese Funktion seit der Gründung des Departements in formellen und budgetären Angelegenheiten durch den Departementsvorsteher und die Departementsleitung weitgehend abgelöst wurde. In den Jahren 2001 und 2002 war Th. Boller Departementsvorsteher (seit Wintersemester 2002/2003 im Turnus V. Schmid, Zoologie).
Die drei Arbeitsgruppen des Botanischen Instituts umfassen zusammen etwa 100 Mitarbeiter von denen etwa ein Drittel auf Stellen der Universität Basel, ein Drittel auf Nationalfonds-Projekte und ein Drittel auf sonstige Projekte entfallen. Die Arbeitsgruppen des Botanischen Instituts sind zentral in den Häusern Schönbeinstrasse 6 und Hebelstrasse 1, einige Gehminuten vom Kollegiengebäude der Universität und dem Departement Biozentrum, untergebracht. Der Botanische Garten der Universität beim Spalentor ist ein integrierender Teil des Institutes.
Auf Grund der bekannten Umstrukturierungen bei Novartis wird sich das FMI in Zukunft ausschliesslich auf Forschungsbereiche konzentrieren, die für die pharmazeutische Industrie relevant sind. Die Forschungsaktivitäten im Bereich der pflanzlichen Molekularbiologie werden auf Ende 2003 eingestellt. Diese Neuorientierung führt zu einer sehr schmerzlichen Einbusse an Forschungs- und Lehrkapazität im Bereich der Pflanzenforschung. Insbesondere soll die in den letzten Jahren sehr erfolgreiche Arbeitsgruppe von Th. Boller am FMI auf Ende 2003 aufgelöst werden. Glücklicherweise scheint jedoch die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. F. Meins (Pflanzliche Entwicklungsbiologie) am FMI für die nächsten Jahre gesichert.
Das neu aus der Taufe gehobene "Zurich-Basel Plant Science Center" schafft für uns in Forschung und Lehre einen gewissen Ausgleich. Seit 2002 ist das BIB, zusammen mit der Abteilung Biologie NLU, formell einer der drei Partner des genannten Zentrums. Diese Partnerschaft stärkt die Zusammenarbeit in Lehre und Forschung und ermöglicht eine vertiefte und verbreiterte Ausbildung, insbesondere im Bereich der Graduierten-Ausbildung (derzeit Doktorierende, in Zukunft auch Studierende des Master-Studiengangs der Pflanzenwissenschaften). Ein weiteres Ziel des "Zurich-Basel Plant Science Center" sind Forschungskooperationen, die über neue Drittmittel finanziert werden sollen. Schon ab dem Jahr 2003 sollen auf vertraglicher Basis mit der Syngenta AG Mittel im Umfang von ca. sechs Stellen für Doktorierende einfliessen.

B Forschung

Finanzielle / strukturelle Rahmenbedingungen

Auch im Jahr 2002 war das Botanische Institut in mehreren Forschungsfeldern sehr aktiv und warb eine Jahrestranche von mehr als 2.5 Mio Franken an Forschungsmitteln von aussen ein. Diese Mittel kommen vor allem jungen Mitarbeitern (Doktoranden und Postdoktoranden) zugute, deren Mitarbeit in der Lehre unverzichtbar ist. Das BIB bemüht sich auch, dass fortgeschrittene Mitarbeiter aus dem sogenannten 'Mittelbau' selbständige Forschungsgruppen mit eigenen Drittmitteln aufbauen (derzeit 7 solche Gruppen). Da der Nationalfonds sich aus Geldmangel seit Jahren genötigt sieht, für alle Gesuchstellende nur ein laufendes Projekt zu genehmigen (eine Kopfquotenregelung, die unter den hochentwickelten Wissenschaftsnationen einmalig ist), ist die Antragstellung von Mitarbeitern ohne feste Stelle (meist geht es um 1-2 zusätzliche Doktoranden) essentiell, um das Forschungsvolumen und die Lehraufgaben des Institutes wahrnehmen zu können. Das 'seed money' dafür stellen die Assistierendenstellen der Universität dar (am Botanischen Institut 1.5 pro Professur, üblicherweise mit zwei 75% Assistenzen besetzt). Da die Löhne im Segment Assistierende von Doktorandensalär im ersten Jahr bis zu Oberassistentensalär fast um einen Faktor 3 variieren und Doktorierende beim Nationalfonds nicht antragsberechtigt sind, trifft es den Kern unseres Bemühens, zusätzliche Drittmittel einzuwerben, wenn die Universitätsverwaltung aus Gründen der Übersichtlichkeit Durchschnittslöhne im Budget vorsieht. Dies macht es uns unmöglich, unter Einhaltung des Stellenplanes und eines zunehmend knapperen Globalbudgets qualifizierte Assistierende einzustellen, die beim Nationalfonds Chancen für eine zusätzliche Projektfinanzierung haben. Um den Stellenmangel an der Universität mit Drittmitteln besser ausgleichen zu können, wünschen wir uns dringend eine leistungsorientierte Budgetierung auf dem Niveau der Assistierenden.

Forschungsfelder und –resultate

Eine bebilderte Darstellung der Forschungsaktivitäten des Institutes findet sich auf den Web-Pages des Institutes (Abt. Pflanzenphysiologie, Abt. Pflanzenökologie)
Kurz zusammengefasst brachte das Jahr 2002 Folgendes:

Abteilung Pflanzenphysiologie

Die Abteilung Pflanzenphysiologie (Leiter A. Wiemken und Th. Boller) bearbeitete schwergewichtig die folgenden acht Forschungsfelder:
  1. Ökologie der arbuskulären Mykorrhiza. In diesem von Dr. Fritz Oehl und Prof. Dr. A. Wiemken koordinierten Bereich stand die Zusammenarbeit mit Indien im Rahmen der ISCB (Indo-Swiss Collaboration In Biotechnology) im Vordergrund. Eine Arbeit über die Biodiversität der Mykorrhizen an unterschiedlich genutzten Standorten ist bei Appl. Environ Microbiol. im Druck.
  2. Evolution der arbuskulären Mykorrhiza. Hier war die Arbeitsgruppe um PD Dr. Dierk Redecker und Prof. Dr. A. Wiemken besonders erfolgreich, publizierte sie doch im angesehenen Journal NATURE einen Beitrag über den neuen und aufregenden Befund, dass sich bestimmte parasitische Blütenpflanzen über die arbuskuläre Mykorrhiza von andern Pflanzen ernähren.
  3. Biologie der Ektomycorrhiza. In diesem Bereich publizierte die Arbeitsgruppe von Dr. V. Wiemken und Prof. Dr. Th. Boller neben spezialisierten Publikationen einen wegweisenden Übersichtsartikel in CURRENT OPINIONS OF PLANT BIOLOGY, in welchem die Vernetzung der Waldbäume über das "wood-wide web" der Ektomykorrhiza-Pilze in den Vordergrund gerückt wurde (vgl. cover page der Zeitschrift).
  4. Biosynthese und Funktion des Pflanzenhormons Ethylen. Hier erarbeitete die Arbeitsgruppe um Dr. J. Oetiker und Prof. Dr. Th. Boller eine neue Methodik, um mit Hilfe der "Real Time PCR" die Expression aller neun ACC-Synthase-Gene in Tomatenpflanzen nachzuweisen.
  5. Molekularbiologie der Symbiose von Medicago mit arbuskulären Mykorrhizapilzen. In diesem Bereich gelang es der Arbeitsgruppe um PD Dr. Salzer und Prof. Dr. Th. Boller, die Expression von Chitinasen in Wurzelkulturen experimentell zu manipulieren. Es zeigte sich unerwarteterweise, dass die Wurzelkulturen, welche eine bestimmte Chitinase überexprimieren, das Wachstum und die Sporulation von Mykorrhizapilzen in einem ungeahnten Ausmass fördern. Eine Publikation zu diesem höchst überraschenden Befund ist in Vorbereitung.
  6. Fructane bei Pflanzen. Die von Prof. Dr. A. Wiemken geleitete Arbeitsgruppe identifizierte und charakterisierte im Berichtsjahr ein Schlüsselenzym der Fructan-Synthese, die 1-SST. Es konnte gezeigt werden, dass es sich dabei um ein "Schrittmacher-Enzym" für die biologisch so wichtige Synthese von Fructanen handelt.
  7. Trehalose bei Pflanzen. In dieser von Prof. Dr. A. Wiemken und Prof. Dr. Th. Boller gemeinsam geleiteten Arbeitsgruppe gelang im Berichtsjahr ein eigentlicher Durchbruch, indem mit Hilfe der "Chip"-Technologie ein gutes Dutzend Gene identifiziert werden konnten, die durch Trehalose mehr als dreissigfach induziert werden.
  8. Erkennung und Abwehr von Pathogenen bei Pflanzen. Die von Prof. Dr. Th. Boller am FMI geleitete Arbeitsgruppe konnte das Molekül Flagellin, den Hauptbestandteil des Bewegungsapparats von Bakterien, als ein zentrales Erkennungs-Signal auf Seiten der Pflanze identifizieren. Wenig später gelang auch den im medizinischen Gebiet tätigen Forscher der Nachweis, dass Flagellin ein Erkennungs-Signal bei der Immun-Abwehr von Tieren ist. Damit zeigten sich erstaunliche Parallelen zwischen der pflanzlichen und der tierischen "angeborenen Immunität" (innate immunity). Eine entsprechende, wegweisende Arbeit wurde von der Arbeitsgruppe Boller im Berichtsjahr als "Article" in NATURE publiziert.

Abteilung Pflanzenökologie

Leitung: Prof. Ch. Körner gemeinsam mit PD S. Hättenschwiler, PD J. Stöcklin und PD G. Zotz
Wissenschaftliche Mitarbeiter (Postdoktoranden): E. Hiltbrunner, G. Hoch, F. Meyer, J. Paulsen, H. Schneider, S. Spehn, P. Uria-Alvarez
Die Abteilung Pflanzenökologie bearbeitete 2002 schwergewichtig 4 Forschungsfelder:
  1. Das 'Swiss Canopy Crane' Projekt, das in Ko-Finanzierung aus dem Bundesamt für Wald, Umwelt und Landschaft (BUWAL), dem Schweizerischen Nationalfonds (NF), dem Bundesamtes für Wissenschaft und Bildung (COST-Programm), der Universität Basel und dem Paul Schärer Institut (PSI, Würenlingen, ETH Annex-Anstalt) den bisher ersten Versuch darstellt, einen ausgewachsenen Naturwald einer zukünftigen CO2-Atmosphäre auszusetzen. 2002 war das zweite volle Jahr dieser Simulation. Wir konnten unter Anderem zeigen, dass bestimmte Baumarten ihren Wasserverbrauch einschränken, sich die Gewebequalität in Blättern und Zweigen verändert, dadurch die Entwicklung von Forstschädlingen je nach Baumart gefördert oder gehemmt wird, und dass sich die Veränderungen in den Kronen sehr rasch der Bodenlebewelt mitteilen. Im Jahr 2002 erschien eine umfassende Dokumentation dieser neuen Simulationsmethode, die einen technischen Durchbruch in der Forstökologie darstellt, weil damit die Beschränkung auf kleine Bäume und der Grossteil der bisher nötigen, aufwendigen Infrastruktur wegfallen. Besucher aus den USA und Japan studierten die Anlage in Hofstetten bei Basel.
  2. Unser zweites Forschungsfeld ist die Waldgrenzforschung. Wir schlossen ein dreieinhalbjähriges NF-Projekt ab, in dem wir die 'Urfrage' nach den Gründen für die Kältegrenze von Bäumen bearbeiteten. In einem Vergleich der Reservestoffaustattung (mobile Kohlenhydrate und Lipide) an Waldgrenzbäumen in N-Schweden (500 m), den Alpen (2200 m) und in Mexiko (4000 m) konnten wir die These untermauern, dass es nicht der Mangel an Photosynthesprodukten, sondern die kältebedingte Limitierung des strukturellen Wachstums ist, die das Baumwachstum ab einer bestimmten Höhe unmöglich macht. Unter Ausnützung digitaler Kartengrundlagen (Geographisches Informationssystem, GIS) konnten wir auch eine quantitative Darstellung der Höhe und Exposition der natürlichen Waldgrenzen der Schweiz erstellen. In Kooperation mit dem Institut für Schnee und Lawinenforschung Davos, (SLF, an der Eidgenössischen Forschungsanstalt WSL) betreiben wir mit grossem Aufwand den weltweit ersten Versuch einer CO2-Anreicherung von Bäumen an der Waldgrenze, wobei sich zeigt, das Lärche und Bergföhre divergierend reagieren, aber beide anfänglich eine Stimulierung erfahren (Leitung PD Hättenschwiler).
  3. Unser dritter Schwerpunkt, die alpine Ökologie, fand in der Installierung eines Simulationsversuches zur interaktiven Wirkung von Schafbeweidung, Klimaerwärmung und atmosphärischer Stickstoffdeposition in 2500 m im Furkagebiet einen neuen Auftakt (NFP 48 Programm des NF). Im Jahr 2002 wurde die Neuauflage des Fachbuches 'Alpine Plant Life' (Ch. Körner, Springer Verlag) redaktionell abgeschlossen.
  4. Im Rahmen unseres vierten Schwerpunkts, Populationsökologie und Reproduktionsbiologie (Leitung PD Jürg Stöcklin) untersuchen wir z. Z. die genetischen und evolutionsbiologischen Konsequenzen isolierter Populationen in der natürlich frag-mentierten alpinen Landschaft (NF). Mit Hilfe molekularer Analysen konnte inten-siver Genaustausch zwischen benachbarten Populationen, grössräumig hingegen eine starke genetische Differenzierung nachgewiesen werden. Im Zentrum eines neuen Projekts (NFP 48, Programm des NF) untersuchen wir den Einfluss traditio-neller und moderner Landnutzung sowie unterschiedlicher Kulturtraditionen auf die Biodiversität von der Landschaft bis zur molekularen Ebene.
Weitere Projekte befassen sich mit den physiologischen und populationsbiologischen Merkmalen von tropischen Epiphyten (Panama-Projekt von PD Gerhard Zotz), der Erklärung von Sturmschäden aus Holzmerkmalen (BUWAL, Lothar Projekt, Dr. F. Meyer), der Mikroklimaforschung im Gebirge und dem Einfluss von erhöhtem CO2-Angebot auf die genetische Drift in Rasengemeinschaften.

Die internationale Stellung der Basler pflanzenwissenschaftlichen Forschung

In der internationalen Rangliste der Forscher (ISI Essential Science Indicators), herausgegeben vom Institute of Scientific Information(Thompson-ISI) der Jahre 1992-2002 sind alle drei Professoren des Botanischen Instituts auf den vordersten Plätzen ihrer Fachgebiete aufgeführt. Alle drei gehören damit im Untersuchungszeitraum zu der Elite der weltweiten Forschungslandschaft: Th. Boller mit 102 Publikationen und durchschnittlich 23 Zitationen pro Publikation, Ch. Körner mit 86 Publikation und durchschnittlich 22 Zitationen pro Publikation und A. Wiemken mit 71 Publikationen und durchschnittlich 20 Zitationen pro Publikation. Das Botanische Institut hat damit im Bereich 'Environment/Ecology' und 'Plant and Animal Science' weltweit einen Spitzenplatz inne. Solche personenzentrierte Zahlen spiegeln natürlich nur eingeschränkt den Leistungsausweis des gesamten Institutes wider und beinhalten einen ‚Altersbonus’. Wie die Publikationslisten auf der Homepage des Institutes zeigen, tragen je nach Projekt und Forschungsfeld jüngere Mitarbeiter mit eigenständigen Publikationen massiv zur internationalen ‚Sichtbarkeit’ unseres Institutes bei. Das Botanische Institut trug damit auch wesentlich dazu bei, dass die Universität Basel im Vergleich der Schweizer Universitäten bei der Forschung in diesen Bereichen an erster Stelle steht (vgl. BaZ 22.11. 2002 und 1/2. 2.2003).

C Lehre

Das Botanische Institut betreut in der Lehre nach alter und neuer Studienordung zusammen etwa 400 Studierende im Hauptfach und 100 im Nebenfach.
Im Jahr 2002 erreichte der erste Jahrgang von Studierenden nach der neuen Studienordung Biologie das 3. Jahr. Erstmals wurde der Blockkurs Pflanzenwissenschaften durchgeführt. Dieser 7-wöchige Intensivkurs wurde von fast 30 Studierenden besucht. Dies erforderte sowohl von der Betreuung als auch von den Teilnehmern sehr grossen Einsatz. Es gelang, bis vor kurzem nur Speziallabors vorbehaltene Methoden der molekularen Pflanzenbiologie kursmässig einzusetzten. Von der Ausstattung her waren die neuen Laboreinrichtungen im Pharmazentrum und die eigens für diesen Kurs getätigten apparativen Anschaffungen perfekt. Allerdings machten die baulichen Unzulänglichkeiten und Mängel im ganz neuen Kurslabor des Pharmazentrums allen Lehrenden und Lernenden schwer zu schaffen.
In der Eingangsstufe ist der Zustrom an Studierenden etwa konstant, wobei sich in den Basislehrveranstaltungen zunehmend bemerkbar macht, dass auch Studierende aus der Pharmazie, der Geographie und der Nanowissenschaften diese wählen, sodass etwa 150-170 Erstsemestrige den Hörsaal des Pharmazentrums füllen. Entsprechend aufwändig gestalten sich die Prüfungen.
Der erste Durchgang des gemeinsamen Graduierten-Kollegs des Zurich-Basel Plant Science Center konnte von den Möglichkeiten der Direktübertragung profitieren (Telepoly). Es gab im WS 2002/03 insgesamt 14 zweistündige Kurse mit Life-Ton und Bild aus allen in Zürich und Basel vertretenen Fachrichtungen.
Im Rahmen des Programmes Virtueller Campus Schweiz (VCS) ist das BIB in einem Lehrprogramm ALPECOLe engagiert. Im Gebirgsland Schweiz soll dieser elektronische Kurs die Kompetenz von 4 Universitäten, der WSL und des Naturmuseum Chur bündeln und einen zertifizierten Abschluss in Hochgebirgsökologie ermöglichen.
Das Standardlehrbuch der Botanik im deutschen Sprachraum 'Strasburger' trägt seit seiner völlig neuen, 35. Auflage, die im September 2002 erschien, auch einen 'Basler Stempel'. Ch. Körner verfasste als einer der 5 Autoren den Teil Ökologie. H. Schneider verfasste die Studienhilfe des Spektrumsverlages dazu.

D Dienstleistung und Öffentlichkeitsarbeit

Das Botanische Institut ist Anlaufstelle für alle möglichen Auskünfte über Pflanzen aus der NW-Schweiz. Wir pflegen den internationalen Austausch von Herbarien und Samen. Es betreibt eine wissenschaftliche Bilddatenbank, die bereits 60'000 mal besucht wurde.
Der Botanische Garten ist ein besonders attraktives Tor der Universität zur Öffentlichkeit. Freiflächen und Gewächshäuser ziehen täglich zahlreiche Besucher und die Schulen an. Sonderausstellung wurden inzwischen zu einem Markenzeichen. Im Frühjahr besuchten in 3 Tagen 7'000 Menschen die Orchideenausstellung 2002. Während von Seiten der Universität vor allem die wissenschaftlichen Aspekte im Vordergrund standen, begeisterten die mitgestaltenden Vereine aus der Region mit besonders prachtvollen Exponaten. Derartige Anlässe prägen auch das Bild der Universität in breiten Bevölkerungskreisen.
Im Sommerhalbjahr sind die wöchentlichen Feierabendführungen im Botanischen Garten Tradition. In Summe etwa 1000 Besucher nehmen dieses Bildungsangebot pro Saison wahr.
Die Dozenten des Institutes leisten regelmässig Beiträge an die Volkshochschule und die Seniorenuniversität.

Besondere wissenschaftliche Anlässe

Im Jahr 2002 organisierte das BIB die Nordwestschweizer Botanikertagung. Im August fand eine internationale Arbeitstagung der Europäischen Forschungsgemeinschaft (ESF) zum Thema "CO2 and Water" statt. Ch. Körner war Mitorganisator des Hauptsymposiums der Jahrestagung der SANW in Davos und Organisator einer zweiten ESF Tagung in Weimar zum Thema "The significance of forest biodiversity".

Nationale Funktionen

Th. Boller hat ein Mandat als Mitglied des schweizerischen Forschungsrats (Abteilung III des Nationalfonds). Ch. Körner präsidiert das Schweizerische Forum für Global and Climate Change PROCLIM bei der SANW und ist Mitglied des Rates der Schweizerischen Akademien (CASS).

Internationale Funktionen

Das globale mountain biodiversity assessment (GMBA) von DIVERSITAS hat seinen Sitz am BIB und organisierte von hier aus eine Tagung in Tanzania und eine im folgenden Jahr in La Paz.
Das Millennium Assessment der UNESCO das sich eine Zustandserhebung der Ökosysteme der Erde zum Ziel setzt, beauftragte 2002 Ch. Körner mit der Leitung des chapters 27 (mountains), was die Koordination eines globalen Autorenteams erfordert.
Im Internationalen Geosphere-Biosphere Programm ist Ch. Körner der Vertreter der Schweiz und für die CO2-Forschung im Steuerungsauschuss.

Hauptverantwortliche Redaktionsarbeit

Ch. Körner ist "editor in chief" for Plant Sciences von OECOLOGIA (Springer) und am board of editors von SCIENCE.

Publikationen

Die wissenschaftlichen Veröffentlichungen des BIB können auf der homepage des Institutes gesamthaft und nach Autoren sortiert eingesehen werden (Abt. Pflanzenphysiologie Abt. Pflanzenökologie).