Correlation between anatomical/chemical wood properties and genetic markers as a means of wood certification

Abstract

Die Wälder im Südosten Asiens zeichnen sich durch eine hohe Artenvielfalt aus. Die bekanntesten Baumarten aus Asien kommen aus der Familie der Dipterocarpaceae. Diese Familie ist mit mehr als 500 Arten in 17 Genera extrem artenreich. Dipterocarpaceae sind sowohl von großer ökologischen als auch ökonomischen Bedeutungen. Aufgrund ihrer großen ökonomischen Bedeutung hat die Zerstörung der Wälder in den Entwicklungsländern beängstigend zugenommen. Die illegale Rodung der Wälder ist eine der Hauptursachen. Aber auch das Bewusstsein für die Notwendigkeit von Wald-Schutzprogrammen nimmt zu. In den frühen 90er Jahren des vorigen Jahrhunderts wurden Zertifizierungssysteme für Wälder eingeführt, welche es dem Konsumenten des Holzes ermöglichen, den Weg eines Produktes von der Fällung in einem zertifizierten Wald bis zum Endprodukt lückenlos zu verfolgen. Ein Hauptproblem ist allerdings die Herkunftsbestimmung von Holzprodukten. Durch die große Artenvielfalt der tropischen Wälder ist es auch heute noch schwierig viele Arten genau zu bestimmen. Außerdem werden verschiedene Holzarten oft unter demselben Handelsnamen verkauft. Dies trifft insbesondere für die Dipterocarpaceae zu. Die wichtigsten Holzarten der Familie der Dipterocarpaceae sind nur unter wenigen Handelsnamen bekannt. Im Rahmen dieser Studie sollten mit Hilfe neuer Methoden, der FTIR (Fourier-Transform-Infrarpt-Spektroskopie) in Kombination mit Multivarianz- und anderen Analyseverfahren, sowohl die Baumarten als auch die Wuchsgebiete bestimmt werden. Bei der FTIR-Spektroskopie werden Holzproben mit Infrarotlicht bestrahlt. Die verschiedenen chemischen Komponenten der Holzproben absorbieren Licht unterschiedlicher Wellenlänge, so dass ein charakteristisches Absorptionsspektrum entsteht, der sogenannte chemische Fingerabdruck. Als Fallbeispiel wurden Buchenproben (Fagus sylvatica) von 6 verschiedenen Standorten in Deutschland und Luxemburg mittels FTIR-Spektrokopie analysiert, da Holz von verschiedenen tropischen Standorten nicht verfügbar war. Mittels FTIR-Spektroskopie in Kombination mit PCA (Principal Component Analysis) oder Clusteranalyse konnten die Bäume von 5 der 6 Standorte deutlich unterschieden werden. Nur Bäume von 2 Standorten mit ähnlichen Boden- und klimatischen Bedingungen konnten nicht getrennt werden. Diese Ergebnisse zeigten, dass es möglich ist, mit FTIR-Spektroskopie Baumindividuen derselben Baumart von verschiedenen Standorten zu unterscheiden. In einem weiteren Versuch wurden Holzproben der fünf ökonomisch wichtigsten Dipterocarpaceae-Arten (Dipterocarpus kerrii, Hopea plagata, Parashorea malaanoman, Shorea almon und Shorea contorta) von Plantagen mit Hilfe von FTIR analysiert sowie Holzdichte und Baumhöhe ermittelt. Mittels Multivarianzanalysen der Holzdichte und der Baumhöhe konnten deutlich 3 der 5 Baumarten voneinander unterschieden werden. S. contorta konnte nicht von P. malaanoman getrennt werden. Dies entsprach auch einer Untersuchung mit molekularen Markern. Auch mit dieser Methode konnten die beiden Arten nicht separiert werden. Die Methode des chemischen Fingerabdrucks konnte hingegen zur Artunterscheidung bei Holz bis zur Gattungsebene erfolgreich angewandt werden. Die Beständigkeit der fünf tropischen Baumarten wird als sehr unterschiedlich beschrieben. Da Lignin die Dauerhaftigkeit von Holz beeinflusst, wurde es extrahiert und analysiert. FTIR Spektren des extrahierten Lignins wurden aufgenommen. Unterschiede im Ligningehalt und in der Ligninzusammensetzung wurden festgestellt. Multivarianzanalyse wurde durchgeführt, um die fünf Baumarten anhand ihrer FTIR Spektren von extrahiertem Lignin zu unterscheiden. Das Lignin von H. plagata und D. kerrii unterschied sich von dem von P. malaanoman, S. almon und S. contorta. H. plagata hatte die geringste Ligninkonzentration bezogen auf Gewichtseinheiten. Da dieses Holz aber die größte Dichte hat, war die Ligninkonzentration pro Volumeneinheit in dieser Baumart am höchsten. Weiterhin wurden anatomische und biochemische Holzuntersuchungen zur Unterscheidung der Baumarten durchgeführt. Es wurde die Häufigkeit der Gefäße, der durchschnittliche Gefäßdurchmesser, die Gefäßelementlänge, die berechnete Leitfähigkeit, die Länge der Fasertracheiden, die Zellwanddicke, die Anteile der verschiedenen Zellelemente und das C/N- sowie das Lignin/Kohlenhydrat Verhältnis (1505/1738) bestimmt. Der Schwerpunkt lag auf den Gefäßen und den Fasertracheiden, da sie besonders wichtig für den Wassertransport und die Holzfestigkeit sind. Die anatomischen Analysen ergaben, dass sich in den meisten Fällen D. kerrii und H. plagata von den anderen drei Arten unterschieden. P. malaanoman und die beiden Shoreaarten hatten meistens ähnliche Eigenschaften. Eine Multivarianzanalyse mit den anatomischen und biochemischen Eigenschaften der Baumarten ergab, dass sich D. kerrii, H. plagata und S. contorta unterschieden. P. malaanoman und S. almon konnten anhand dieser Analysen nicht unterschieden werden, was die enge Verwandtschaft dieser beiden Arten verdeutlicht. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der chemische Fingerabdruck mittels FTIR-Spektroskopie eine Methode ist, um Holzproben aus verschiedenen Wuchsgebieten zu unterscheiden. Es sind aber noch weitere Untersuchungen mit unterschiedlichen tropischen Baumarten aus verschiedenen Gebieten notwendig. Die Anwendung einfacher Merkmale, wie z.B. Holzdichte und Baumhöhe, können verwendet werden, um tropischen Baumarten zu unterscheiden. Eine enge Verwandtschaft zwischen P. malaanoman, S. almon und S. contorta konnte sowohl mit molekularen Analysen als auch mit anatomischen und biochemischen Merkmalen nachgewiesen werden. Nur eine begrenzte Anzahl an Baumarten wurden in dieser Studie analysiert, da nur wenige Proben tropischer Hölzer zur Verfügung standen. Für weiterführende Arbeiten wär die Analyse weiterer Holzproben der gleichen Baumarten aus anderen tropischen Ländern oder Provinzen interessant.