| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen mit Print on Demand PDF - Upgedatete Version (4MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-350404
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.35040
Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
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Open Access Art: | Primärpublikation |
Datum: | 12 Januar 2017 |
Begutachter (Erstgutachter): | Prof Christoph Reisch |
Tag der Prüfung: | 24 November 2016 |
Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Ökologie und Naturschutzbiologie (Prof. Dr. Peter Poschlod) |
Stichwörter / Keywords: | common plants, genetic variation, genbank, restoration |
Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 580 Pflanzen (Botanik) |
Status: | Veröffentlicht |
Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
Dokumenten-ID: | 35040 |
Zusammenfassung (Englisch)
Genebanks for plant seeds are a necessary tool to support the conservation of biodiversity. In the last decades also the importance of intraspecific diversity within the genebank collections was emphasised. Even though background information on the distribution of genetic diversity within and between populations was scarce for common plant species, seed provenances have been delineated for seed ...
Zusammenfassung (Englisch)
Genebanks for plant seeds are a necessary tool to support the conservation of biodiversity. In the last decades also the importance of intraspecific diversity within the genebank collections was emphasised. Even though background information on the distribution of genetic diversity within and between populations was scarce for common plant species, seed provenances have been delineated for seed collection and production. Seeds have to be used in the same provenance, where they were collected for restoration projects, agriculture and forestry.
The present study aims to elucidate distribution of intraspecific genetic diversity in three common plant species over different geographic scales. In the last part, further intraspecific differences in seed traits were investigated.
Chapter 2 dealt with the distribution of genetic diversity within and between populations of Sedum album in its distribution range in Europe and the history of Central European populations. With a combination of neutral and chloroplast specific markers, we reconstructed postglacial processes that lead to the present distribution pattern in S. album. Distinct haplotypes could be detected on the Iberian Peninsula and in Eastern and Southern Europe. Central European populations have their origin in Southern Europe and show meanwhile high influence of Eastern lineages. A clear East/West subdivision was found with hybrid zone in Western Europe. Glacial refugia have been detected on the Iberian Peninsula and in the mountains of Liguria (Northern Italy). Further refugia can be assumed in south-eastern Europe, and northern refugia in small-scaled areas in Germany and Eastern Europe.
In chapter 3 and 4 we used AFLP markers to examine the distribution of genetic diversity in and between populations of Lathyrus pratensis and Hepatica nobilis in Bavaria. Correlation of genetic diversity with seed provenances was tested. The studies of two perennial, cross-pollinated plants revealed differences in genetic diversity within and between populations. In L. pratensis within population diversity was ordinary compared to other plants with similar life history traits. However, differentiation between populations was very high, what can be ascribed to the limited dispersal of the heavy seeds. Moreover, the influence of nearby anthropogenic populations can, therefore, be excluded. Gene flow was present within 110km, resembling the northern and the southern part of Bavaria (delineated by the river “Danube”). We found that the group of populations in southern Bavarian is located in and delineated by one of the official seed production areas. For L. pratensis the production zone is sufficient. Nevertheless, material for restoration should be taken as near as possible due to high differentiation between populations. Collections for genebanks should be undertaken from both northern and southern Bavaria, with an emphasis on southern parts, where genetic variation within populations was higher.
For H. nobilis, there were no correlations with official provenances or production zones. Gene flow was very limited, obviously due to the seed dispersal by ants, which agitate within few square metres. Genetic diversity within populations was high, while differentiation between populations was moderate. The pattern can be explained by random, long-distance dispersal, e.g. of plants, which have been used in horticulture for many centuries. Because ex-situ storage of seeds is difficult for H. nobilis, it is important to conserve high variation in in-situ populations in old forests.
Intraspecific differences in seed traits were examined in chapter 5. Seed quality and longevity were tested in two experimental setups. We measured percentage of filled seeds with x-ray analysis, 1000-seed-weight, initial and maximum germination rates to infer seed quality. To measure longevity seeds were conducted to accelerated aging. We collected data from wild lowland and alpine populations and from common garden populations, which were cultivated from seeds of the same populations. Percentage of filled seeds and seed weight was not different for lowland and alpine, or wild and common garden populations. Nevertheless, initial and maximal germination was higher in seeds from wild populations. Further, longevity tended to be higher in seeds from lowland than alpine and common garden than wild populations, respectively. Nevertheless, we could show that differences in longevity are environmentally influenced to some extent, because common garden populations of different origin differed less than wild populations.
In a second setup, seeds were collected in consecutive years from the same populations. Seed data were compared with climate data. We used model approaches based on results of former studies. Mean annual temperature and total annual rainfall, and mean annual temperature together with total rainfall and total sunshine within 90 days prior to harvest explained some variation in our data.
In chapter 6, I conclude that history of populations and plant traits have more influence than recent anthropogenic events on the distribution of genetic diversity in common plants. For conservation of intraspecific diversity in common plants, plant traits should be considered in collections for genebanks and in the usage of seeds for restoration. The collection of more data concerning quality and longevity of wild plant species would improve future collections. Costs for testing, regrowth and recollection in genebanks would be reduced.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Saatgutbanken sind ein unerlässliches Mittel für den Erhalt der Biodiversität von Pflanzen. In den letzten Jahrzehnten wurde ein Schwerpunkt dabei auf die intraspezifische Diversität bestimmter Arten gelegt. Für weit verbreitete Arten sind kaum Hintergrundinformationen über die Verteilung genetischer Diversität innerhalb und zwischen Pflanzenpopulationen zu finden. Dennoch wurden ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Saatgutbanken sind ein unerlässliches Mittel für den Erhalt der Biodiversität von Pflanzen. In den letzten Jahrzehnten wurde ein Schwerpunkt dabei auf die intraspezifische Diversität bestimmter Arten gelegt. Für weit verbreitete Arten sind kaum Hintergrundinformationen über die Verteilung genetischer Diversität innerhalb und zwischen Pflanzenpopulationen zu finden. Dennoch wurden Herkunftsregionen für die Saatgutsammlung und -produktion festgelegt. Samen sollten nur innerhalb der Herkunftsregion, in der sie gesammelt wurden, wiederausgebracht werden- für Ansalbungen, land- und forstwirtschaftliche Zwecke.
Die vorliegende Arbeit untersucht die intraspezifische Diversität von drei weit verbreiteten Pflanzenarten in verschiedenen geographischen Skalen. Im letzten Teil der Arbeit werden zudem die intraspezifischen Unterschiede in Sameneigenschaften untersucht, die für die Sammlung und Langzeitlagerung relevant sind.
Kapitel 2 beschäftigt sich mit der Verteilung genetischer Diversität innerhalb und zwischen Populationen der weißen Fetthenne (Sedum album) in deren natürlichen Verbreitungszone in Europa, sowie der nacheiszeitlichen Geschichte der Populationen in Zentraleuropa. Mit einer Kombination von neutralen und chloroplasten-spezifischen genetischen Markern konnten nacheiszeitliche Prozesse rekonstruiert werden, die zur derzeitigen Verbreitungsmustern in S. album führten. Unterschiedliche Haplotypen konnten auf der Iberischen Halbinsel und in Ost- und Südeuropa nachgewiesen werden. Zentraleuropäische Populationen stammten aus Südeuropa und zeigten teilweise starken Einfluss von Populationen aus dem Osten. Eine klare Ost/West-Teilung wurde gefunden mit einer möglichen Hybrdisierungsszone in Westeuropa. Glaziale Refugien wurden auf der Iberischen Halbinsel und in den Bergen Liguriens nachgewiesen. Weitere Refugien werden in Südosteuropa vermutet, sowie vereinzelte nördliche Refugien in Deutschland und Osteuropa.
In Kapitel 3 und 4 wurden AFLP Marker verwendet um die Verteilung genetischer Diversität innerhalb und zwischen Populationen der Wiesenplatterbse (Lathyrus pratensis) und des Leberblümchens (Hepatica nobilis) in Bayern zu untersuchen. Der Zusammenhang der Verteilung genetischer Diversität mit den offiziellen Herkunftszonen wurde getestet.
Diese Studien an zwei mehrjährigen, kreuzbestäubten Pflanzenarten zeigten starke Unterschiede zwischen beiden Arten bezüglich der Verteilung genetischer Diversität. Genetische Diversität innerhalb der untersuchten Populationen von L. pratensis passten gut zu Vergleichsdaten anderer Arten mit gleichen biologischen Eigenschaften (bzgl. Langlebigkeit, Bestäubungssystem,...). Die Differenzierung zwischen den Populationen war jedoch sehr hoch, was durch die limitierte Ausbreitung der schweren Samen erklärt werden kann. Einkreuzungen aus in der Nähe angesalbten Populationen konnten somit ausgeschlossen werden. Direkter Genfluss konnte innerhalb von 110km nachgewiesen werden, was die Nord-/Südteilung des Untersuchungsgebietes widerspiegelt (die Grenzlinie entspricht der Donau). Von den beiden ermittelten Gruppen entsprach die südliche Gruppe einem der offiziellen Produktionsräume für Wildpflanzen. Die Einteilung von Sammlungs- und Wiederansiedlungsräumen entsprechend der Produktionsräume ist für L. pratensis daher ausreichend. Durch die hohe Differenzierung der Populationen gegeneinander sollte Material dennoch geographisch so nah wie möglich am Sammlungsort wiederausgebracht werden. Sammlungen für Genbanken sollten in jedem Fall sowohl nördlich als auch südlich der Donau vorgenommen werden, jedoch mit einem Schwerpunkt im Süden, da die genetische Diversität innerhalb der Populationen hier signifikant höher war.
Bei H. nobilis konnten keine Zusammenhänge mit Herkunftsregionen oder Produktionsräumen nachgewiesen werden. Der Genfluss bei dieser Art ist auf wenige Quadratmeter limitiert, was durch die Samenausbreitung durch Ameisen erklärt werden kann. Die genetische Diversität innerhalb der Populationen war hoch, während die Differenzierung zwischen den Populationen eher gering war verglichen mit anderen Arten, die dieselben biologischen Eigenschaften aufweisen. Zufällige Ausbreitung über große Distanzen, z.B. durch ausgegrabene und verpflanzte Individuen (H. nobilis wurde seit mehreren Jahrhunderten in Gärten kultiviert) spielen für dieses genetische Muster sicherlich eine Rolle. Die Langzeitlagerungvon H. nobilis Samen ist schwierig - daher ist der Erhalt von hoher Diversität innerhalb der natürlichen Vorkommen in alten Wäldern umso wichtiger.
Intraspezifische Unterschiede von Sameneigenschaften wurden in Kapitel 5 untersucht. Saatgutqualität und Langlebigkeit von Saatgut wurden in zwei Experimenten getestet. Um die Saatgutqualität zu ermitteln wurde der Prozentsatz gefüllter Samen mittels Röntgenanalysen, das 1000-Samen-Gewicht, Anfangs- und maximale Keimrate erfasst. Samen wurden künstlich gealtert um die Langlebigkeit zu ermitteln. Diese Daten wurden von alpinen Standorten und Standorten im Tiefland erfasst, sowie von daraus angezogenen common-garden Populationen in erster Generation. Der Prozentsatz gefüllter Samen und das Samengewicht unterschied sich nicht zwischen alpinen und Tiefland-Populationen, und zwischen Wildstanorten und common-garden Populationen. Anfangs- und maximale Keimrate war jedoch höher bei Samen von Wildstandorten. Die Langlebigkeit war höher bei Samen aus Tiefland- verglichen mit alpinen Standorten, und höher bei Samen aus common-garden Populationen verglichen mit Wildstandorten.
Wir konnten nachweisen, dass diese Unterschiede zum Teil auf maternale Effekte (Umwelteinflüsse, die auf die Mutterpflanzen wirken) zurückzuführen sind: common-garden Populationen aus alpinen und Tiefland-Populationen wiesen Unterschiede auf, jedoch nicht mehr im selben Maß wie die Wildpopulationen.
In einem zweiten Experiment wurde Saatgut derselben Populationen in verschiedenen Jahren gesammelt. Die ermittelten Daten zur Saatgutqualität und Langlebigkeit wurden mit Klimadaten verglichen. Verschiedene Modelle (basierend auf früheren Studien) wurden in Betracht gezogen und untereinander verglichen. Die Unterschiede in unseren Daten wurden am besten durch die mittlere Jahrestemperatur und den jährlichen Gesamtniederschlag erklärt, sowie durch die mittlere Jahrestemperatur in Verbindung mit dem Gesamtniederschlag und der Sonnenscheindauer innerhalb der 90 Tagen vor der Saatgutsammlung.
Abschließend wurden in Kapitel 6 die Ergebnisse aller Studien verglichen. Als Fazit hatten die Geschichte der einzelnen Populationen und die biologischen Eigenschaften der Arten allgemein höheren Einfluss auf die Verteilung genetischer Diversität in weit verbreiteten Pflanzenarten als neuere anthropogene Einflüsse. Für den Erhalt von intraspezifischer Diversität in weit verbreiteten Pflanzenarten durch Genbank-Sammlungen und Wiederansiedlungen sollten die biologischen Eigenschaften der Arten stärker berücksichtigt werden. Die Erhebung weiterer Daten zu Saatgutqualität und Langlebigkeit von Wildpflanzen würde zu einer Optimierung zukünftiger Sammlungen führen. Die Kosten für regelmäßige Tests von Saatgutqualität, für Nachzuchten und Nachsammlungen könnten somit stark reduziert werden.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 21:45