| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (5MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-398526
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.39852
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 1 April 2019 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Peter Poschlod |
| Tag der Prüfung: | 26 März 2019 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Pflanzenwissenschaften Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Ökologie und Naturschutzbiologie (Prof. Dr. Peter Poschlod) |
| Stichwörter / Keywords: | Dormancy, Phylogeography, AFLP, Longevity, Ageing, Calcarous grassland, Seed, Soil seed persistence, X-ray, Ex situ |
| 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: | 39852 |
Zusammenfassung (Englisch)
The thesis at hand dealt with the topic of preservation of calcareous grasslands by comprising various aspects, which range from phylogeographic research to seed science. The aim of this thesis was to elucidate the origins of rare and threatened calcareous grasslands species and to provide tools for a successful conservation of biodiversity via seeds. Chapter 1 presented an introduction by ...
Zusammenfassung (Englisch)
The thesis at hand dealt with the topic of preservation of calcareous grasslands by comprising various aspects, which range from phylogeographic research to seed science. The aim of this thesis was to elucidate the origins of rare and threatened calcareous grasslands species and to provide tools for a successful conservation of biodiversity via seeds.
Chapter 1 presented an introduction by reporting on threatened and endangered landscapes in Germany, the current conservation status of calcareous grasslands, their known restoration potential and provided knowledge about the origin of calcareous grassland species. Moreover the issue of ex situ conservation via seed banks was addressed, detailing important subjects of seed science such as seed morphology, germination and dormancy, viability and longevity. The aims of all chapters were listed and the used scientific approaches were explained.
Chapter 2 focused on the postglacial spread of a common calcareous grassland species, Sanguisorba minor Scop., to Central Europe. Furthermore, seed morphology was included, as it is the main determinant of subspecies of the morphologically extremely variable species. To achieve these objectives, leaf and seed material from 38 populations throughout Europe were collected and examined in a two-step analysis. Firstly, the spatial genetic structure was investigated via AFLP and secondly, the findings were combined with the seed morphology.
The phylogeographic analysis revealed a distinct separation of eastern and western lineages and rare markers pointed towards a traditional southern but also a potential northern refugia. Genetic similarity between south-eastern and south-western subsp. balearica populations was lower than between northern subsp. minor and south-western subsp. balearica populations. It was concluded that S. minor recolonized Central Europe from Iberia or northern glacial refugia in France, Belgium or Germany. The present situation of the subspecies depicts either incomplete lineage sorting or the existence of secondary hybrid zones, which is differently expressed in neutral marker and morphological differentiation.
In Chapter 3 seed traits associated with seed ageing and ex situ storage and their prospects for ex situ conservation were evaluated. Seeds of 39 calcareous grassland species were collected and the seed longevity was determined by artificially ageing under rapid ageing conditions. The results showed that the seed longevity values strongly varied. Physical dormancy and endosperm absence had significantly positive effects and physiological dormancy was negatively correlated with seed longevity. Seed mass, seed shape and seed coat thickness were not associated with longevity. Calcareous grassland species therefore do not solely rely on seed longevity for long-term persistence and regeneration. The influence of physical dormancy and endosperm presence were discussed with regard to the evolution from endospermic to non-endospermic seeds. Low seed longevity of physiologically dormant seeds was explained by the lack of germination specific antioxidants that otherwise counteract oxidative damages in non-dormant aged seeds.
Chapter 4 addressed the question whether seed longevity of calcareous grassland species in the soil and in ex situ storage are correlated. Therefore, longevity information gained from artificial ageing trials was compared with soil seed bank persistence on the basis of soil seed bank persistence categories of (Poschlod et al., 1998) and the longevity index LI of Thompson et al. (1997). For three-quarter of the surveyed species soil seed bank persistence and survival of artificially aged seeds were correlated, which was explained by an inherent species-specific seed longevity. Regarding seed traits, a correlation with endosperm presence and physiological dormancy was confirmed for soil seed bank persistence. Remaining contradictory results of species with long-lived soil seed banks but low survival at artificial ageing and vice versa were interpreted with unpredictable effects that operate on seeds in the soil like germination, seed regeneration by wet-dry cycling, predation and the seed size-seed number trade-off, which may cover the actual inherent longevity.
In Chapter 5 the assessment of seed viability via X-ray was investigated. X-rays provide information about the internal structures of a seed and therefore show promise for detection of viability and even germination capacity without destroying valuable seeds. Combined germination-Tetrazolium tests and X-ray images of 176 wild flowering plant species from 207 accessions were compared in order to examine the efficiency of X-ray analysis to detect viability. The comparison revealed a strong analogy of viability determination of both methods. Whereas the evaluation of little/non-endospermic seeds gave approximately same results, endospermic seed evaluation differed. Therefore especially for non/little endospermic seeds X-ray analysis can provide a useful and quick tool for viability detection and prediction of germinability, whereas for endospermic seeds additional research is needed.
Chapter 6 summarized the gained results with regard to ex situ and in situ seed dispersal in space and time. Seeds have contributed the most to species current geographical distribution (dispersal in space). It was pointed out that for calcareous grassland species such as S. minor long distance seed dispersal by domestic animals are of importance for colonization. Even during the LGM, contiguous European human populations extended from central France to the lowlands in Southern Germany and to Eastern Europe and may have caused direct and indirect carriage of S. minor. It was suggested that the discovered northern refugia of S. minor might be of importance as a source for future safeguarding calcareous grassland species. Due to present-day limited dispersal in space, it was postulated that at least dispersal in time needed to be guaranteed by integrative strategies. Maintaining genepools on site but additionally preserve viable seeds in seed banks was proposed to be necessary to safeguard calcareous grasslands plant inventory and improve the success of restoration efforts. In the following the relevance of seed traits for calcareous grassland conservation (dispersal in time) was discussed. The importance of the seed trait “endosperm presence” for ecological studies was emphasized as it points towards seed longevity and provides information about the feasibility of quick viability assessment via X-ray analysis.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die vorliegende Dissertation thematisiert den Erhalt von Kalkmagerrasen anhand vielfältiger Aspekte, welche phylogeographische sowie samenmorphologische und samenökologische Untersuchungen umfassen. Die Arbeit sollte zum einen klären, wie die Arten des gefährdeten Habitats Kalkmagerrasen Mitteleuropa kolonialisiert haben und zum anderen Möglichkeiten für deren erfolgreichen Erhalt mittels Samen ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Die vorliegende Dissertation thematisiert den Erhalt von Kalkmagerrasen anhand vielfältiger Aspekte, welche phylogeographische sowie samenmorphologische und samenökologische Untersuchungen umfassen. Die Arbeit sollte zum einen klären, wie die Arten des gefährdeten Habitats Kalkmagerrasen Mitteleuropa kolonialisiert haben und zum anderen Möglichkeiten für deren erfolgreichen Erhalt mittels Samen aufzeigen.
In Kapitel 1 wurden die derzeitige Situation von Kalkmagerrasen, Möglichkeiten zur Wiederherstellung und der aktuelle Wissensstand bezüglich der Herkunft der ihn auszeichnenden Arten dargestellt. Zudem wurden Genbanken als Instrumente des Ex-situ-Naturschutzes und deren Bedeutung im Rahmen der Saatgutforschung (Untersuchungen zur Samenmorphologie, -keimung und -dormanz, Lebensfähigkeit und Langlebigkeit) hervorgehoben. Die Zielsetzungen der jeweiligen Kapitel und die verwendeten Untersuchungsmethoden schließen die allgemeine Einleitung ab.
Kapitel 2 beschäftigte sich mit der nacheiszeitlichen Ausbreitung der häufigen Kalkmagerrasenart Sanguisorba minor Scop., nach Mitteleuropa. Die Untersuchung umfasste auch die Samenmorphologie dieser morphologisch extrem variablen Pflanzenart, das Hauptbestimmungsmerkmal der Unterarten. Zu diesem Zweck wurde Pflanzen- und Samenmaterial von 38 Populationen in ganz Europa gesammelt, zunächst die genetische Struktur mittels AFLP untersucht und anschließend die Ergebnisse mit der Samenmorphologie in Zusammenhang gebracht. Die Ergebnisse der phylogeographischen Untersuchung zeigten eine deutliche Trennung in östliche und westliche genetische Abstammungslinien, welche zusammen mit gefundenen seltenen Markern auf traditionelle südliche Refugien, aber auch auf potenzielle nördliche Rückzugsgebiete hinweisen. Die genetische Ähnlichkeit zwischen der südöstlichen und südwestlichen subsp. balearica-Populationen erwies sich niedriger als zwischen nördlichen subsp. minor und westlichen subsp. balearica-Populationen. Daraus wurde geschlossen, dass die Besiedlung Mitteleuropa durch S. minor von der Iberischen Halbinsel oder von nördlichen Refugien in Frankreich, Belgien oder Deutschland ausging. Die derzeitige Situation der Unterarten weist entweder auf eine unvollständige Aufspaltung der Abstammungslinien oder die Existenz von sekundären Hybridisierungszonen hin, was sich in der unterschiedlichen genetischen und morphologischen Differenzierung zeigte.
In Kapitel 3 wurden Samenmerkmale, welche mit Samenalterung und der Fähigkeit zur Ex-situ-Einlagerung in Verbindung gebracht werden, bezüglich ihrer Eignung als Indikatoren für den Ex-situ-Naturschutz überprüft. Samen von 39 Pflanzenarten des Lebensraums Kalkmagerrasen wurden gesammelt und die Langlebigkeit der Samen durch künstliche Alterung bestimmt. Die Ergebnisse zeigten große Unterschiede in der Langlebigkeit von Kalkmagerrasenarten. Während physikalische Dormanz und das Fehlen von Endosperm einen signifikant positiven Effekt auf die Langlebigkeit von Samen hatte, wirkte sich physiologische Dormanz negativ aus. Samengewicht, -form und -schalendicke hingegen zeigten keinen Zusammenhang mit der Langlebigkeit. Des Weiteren wurde der Einfluss von physikalischer Dormanz und Endospermhaltigkeit unter Berücksichtigung der Entwicklungsgeschichte diskutiert. Die Ergebnisse führten zu der Empfehlung, in Genbanken eine häufigere Überprüfung der Lebensfähigkeit von Samen mit endospermhaltigen, nicht physikalisch und physiologisch dormanten Samen durchzuführen.
In Kapitel 4 wurde untersucht, ob Langlebigkeit von Kalkmagerrasenarten im Boden und bei der Ex-situ-Einlagerung miteinander korrelieren und welche Samenmerkmale diesbezüglich einen Einfluss haben. Hierzu wurden die Ergebnisse von eigenen künstlichen Alterungsversuchen mit den Kategorien der Samenbankuntersuchungen von Poschlod et al. (1998) und dem Longevity Index (LI) von Thompson et al. (1997) verglichen. Bei Dreiviertel der untersuchten Arten korrelierte die Überlebensfähigkeit bei künstlicher Alterung mit der in der Diasporenbank, was einer angeborenen artspezifischen Samen-Langlebigkeit zugeschrieben wurde. Während bislang die Überlebensfähigkeit im Boden vor allem mit der Samenmasse assoziiert worden war, wurde der Einfluss von Endosperm und Dormanz bestätigt.
Nicht übereinstimmende Ergebnisse wurden dahin gehend interpretiert, dass unvorhersehbare Einflüsse, die nur in-situ auf Samen einwirken, nicht aber ex-situ, die angeborene Langlebigkeit maskieren.
Kapitel 5 untersuchte die Möglichkeit zur Beurteilung der Samenlebensfähigkeit mittels Röntgenuntersuchung. Durch Röntgenstrahlen können schnell und präzise die inneren Strukturen von Samen dargestellt werden, wodurch sich die Methode vielversprechend für den Einsatz in der Untersuchung der Lebensfähigkeit und der Keimfähigkeit darstellt, ohne dabei das Saatgut zu schädigen. Kombinierte Keimungs- und Tetrazoliumtests wurden mit Röntgenaufnahmen von 176 Wildpflanzen aus 207 Akzessionen verglichen, um die Wirksamkeit der Röntgenanalyse zu untersuchen. Das Ergebnis zeigte zum Teil eine starke Übereinstimmung beider Methoden zur Bestimmung der Lebensfähigkeit. Während die Untersuchungen bei Samen mit wenig oder keinem Endosperm dieselben Ergebnisse lieferten, unterschieden sich die Ergebnisse bei Samen mit einen hohen Endospermanteil. Die Röntgenmethode bietet deshalb für Samen ohne oder nur mit wenig Endosperm eine schnelle und einfache Möglichkeit zur Überprüfung der Lebens- und Keimfähigkeit.
Kapitel 6 fasste die erarbeiteten Ergebnisse hinsichtlich der Bedeutung von Samen als Ausbreitungsvektoren in Raum und Zeit und für den In-situ- und Ex-situ-Schutz von Kalkmagerrasen zusammen. Es wurde darauf eingegangen, dass für Arten der Kalkmagerrasen wie S. minor der Fernausbreitung der Samen durch (Haus-)Tiere eine große Bedeutung zukommt und möglicherweise selbst während der letzten Eiszeit eine kontinuierlich in Mitteleuropa lebende Bevölkerung direkt oder indirekt zur Ausbreitung von S. minor beigetragen hat. Es wurde betont, dass aufgrund der aktuell stark limitierten Möglichkeit zur Ausbreitung von Samen im Raum eine verstärkte Notwendigkeit für integrative Methoden des Naturschutzes besteht, welche auch der Ausbreitung in der Zeit eine größere Beachtung schenkt. Um das Arteninventar der Kalkmagerrasen effektiv schützen und bei Bedarf wiederherstellen zu können, sollte neben der Erhaltung des In-situ-Genpools zusätzlich der Ex-situ-Erhalt in Genbanken gewährleistet sein. Es wurde auf die Merkmale eingegangen, welche sowohl für den Ex-situ- als auch den In-situ-Erhalt von Kalkmagerrasenarten von Bedeutung sind. Dabei wurde die große Bedeutung des Samenmerkmals Endospermhaltigkeit betont, welche auch als Indikator für Eignung für Röntgenuntersuchungen von Samen dient.
Metadaten zuletzt geändert: 25 Nov 2020 15:47
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