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- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-538044
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.53804
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 15 Februar 2024 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Christoph Reisch |
| Tag der Prüfung: | 2 Februar 2023 |
| Institutionen: | Biologie und Vorklinische Medizin > Institut für Pflanzenwissenschaften > Lehrstuhl für Ökologie und Naturschutzbiologie (Prof. Dr. Peter Poschlod) |
| Stichwörter / Keywords: | Arnica montana; Plant conservation; Endangered species; Reproductive fitness; Genetic variation; Reintroduction; Restoration |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 580 Pflanzen (Botanik) |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 53804 |
Zusammenfassung (Englisch)
In recent times, an ongoing and European wide loss of populations of the plant species Arnica montana is recognized. In the meantime, the species is listed as endangered and highly threatened. In South-West Germany, the ongoing decline of the species is well documented by the federal monitoring program since the 1990s. The species still occurs in distinct regions within South-West Germany and the ...
Zusammenfassung (Englisch)
In recent times, an ongoing and European wide loss of populations of the plant species Arnica montana is recognized. In the meantime, the species is listed as endangered and highly threatened. In South-West Germany, the ongoing decline of the species is well documented by the federal monitoring program since the 1990s. The species still occurs in distinct regions within South-West Germany and the decline of populations is recognized within each. However, until today, no efficacious solution to counteract this development is found and the loss of populations could not be stopped yet. Therefore, this thesis aimed to investigate the constitution of remaining Arnica populations (chapter 2 & 3), to find risk factors at the landscape and habitat level (chapter 4) and to investigate the consequences of reintroduction activities (chapter 5).
For the survey of the constitution of A. montana data on the genetic variation were collected by conduction microsatellite analysis with leaf material from 29 populations (chapter 2). The study revealed that the species don`t suffer from a general decrease of genetic diversity or the occurrence of inbreeding. In contrast, predominantly small populations rather show an excess of heterozygote individuals which means that the generative reproduction is reduced. Furthermore, the remaining populations respectively the distinct regions are highly differentiated from each other, which comes along with a reduced gene flow between the populations. Therefore, distinct regions should be regarded as distinct conservation units and conservation activities should be adapted to local conditions in order to increase the local population sizes.
In chapter 3, the fitness of A. montana was investigated. Therefore, the generative reproductive fitness of 29 populations was quantified by surveying the filling rate of seeds, the germination ability and finally the survivability of seedlings. The results showed that the overall fitness was predominantly defined by the filling rate of seeds and further influenced by the census population size. Furthermore, the filling rate was correlated positive with the extent of clonality within the populations. Hence, the determination of the reproductive and genetic fitness of Arnica population can be done substitutionally by the evaluation of the filling rate of seeds.
The occurrence and status of a species can be influenced by several factors on the landscape and habitat level. The first part of chapter 4 dealt with the question whether changes in the landscape during the past 150 years can explain the loss of Arnica populations in South-West Germany. Therefore, historical and recent maps were analysed around the study sites concerning the amount of forest, grasslands, settlements and arable fields. The results showed that the landscape changed during the last centuries regardless of the occurrence of A. montana. The development rather showed regional differences, which makes it most likely that distinct regions need to be seen as distinct conservation units to improve the conservation of nutrient-poor habitats with their specific species composition. The second part of the chapter investigated whether local habitat properties influence the occurrence respectively the population size of Arnica populations. Therefore, vegetation surveys and soil chemical and physical analyses were conducted at sites with and without an actual population of A. montana. The results revealed that the increase of nutrients led to a change in habitat conditions, which led to unfavourable conditions for the species. Due to that, the population size decreases which ends in the local extinction. In summary, the protection of nutrient-poor habitats is indispensable for A. montana and need to be done locally by an adapted habitat management and in general by the avoidance of habitat destruction.
Next to the application of landscape and habitat protection, conservation activities also conduct the promotion of endangered species by reintroduction. However, the exchange and artificial transport of plant material can also bring along negative aspects. The mixture of genetically differentiated or locally adapted populations can lead to an outbreeding depression, which results in the loss of fitness. Therefore, an artificial crossing experiment with A. montana was conducted to evaluate the risk of outbreeding depression for interpopulation crossings (chapter 5). The fitness of the offspring was measured as the filling rate of the seeds. It turned out, that interpopulation crossings are in general disadvantageous for the offspring fitness compared to intrapopulation crossings, which is evidence of outbreeding depression for A. montana. Based on that, the mixture of distinct populations should be avoided.
The final chapter 6 summarized the findings from the previous four main chapters. The protection of endangered plant species can only be improved when detailed investigations on the present constitution of a species (population size, reproductive fitness, genetic variation) are conducted. Such data need to be set into context with (a)biotic factors like habitat properties, landscape quantities and species-specific functional traits. Only this holistic approach gives an entire insight on the causes of risk and the necessary efforts for the landscape, habitat and local species protection can be deduced. Hence, to improve the conservation of biodiversity, conducting holistic population viability analysis for endangered and rare species is essential.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Der fortschreitende Verlust von Populationen der Pflanzenart Arnica montana ist europaweit erkennbar. Die Art gilt mittlerweile als gefährdet und ihr Fortbestehen ist stark bedroht. In Südwestdeutschland wurde der Rückgang der Art im Rahmen des Artenschutzprogramms festgestellt, bei dem seit den 1990er Jahren regelmäßige Monitorings von Populationen stattfindet. In dem Gebiet kommt Arnika ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
Der fortschreitende Verlust von Populationen der Pflanzenart Arnica montana ist europaweit erkennbar. Die Art gilt mittlerweile als gefährdet und ihr Fortbestehen ist stark bedroht. In Südwestdeutschland wurde der Rückgang der Art im Rahmen des Artenschutzprogramms festgestellt, bei dem seit den 1990er Jahren regelmäßige Monitorings von Populationen stattfindet. In dem Gebiet kommt Arnika heutzutage in verschiedenen, geographisch voneinander getrennten Regionen vor und der Rückgang ist in jeder davon bemerkbar. Trotz verschiedener Bemühungen konnte der Rückgang der Art bis jetzt jedoch nicht verhindert werden. Die vorliegende Dissertation dient daher zunächst den aktuellen Zustand von bestehenden Arnikapopulationen in Südwestdeutschland zu erfassen (Kapitel 2 & 3). Im anschließenden Kapitel 4 wurden Gefährdungsursachen der Art auf der Landschafts- bzw. Habitatebene untersucht. Das Kapitel 5 beschäftigt sich mit den Folgen von Ansiedlungsmaßnahmen auf die Fitness der nachfolgenden Generationen.
Für die Erfassung des aktuellen Zustands von A. montana wurden zunächst Daten zur genetischen Variation der Art gesammelt, indem Mikrosatellitenanalysen an gesammelten Blattmaterials von 29 Populationen durchgeführt wurden (Kapitel 2). Die Untersuchung zeigte, dass die Art in Südwestdeutschland bisher nicht unter dem Verlust von genetischer Vielfalt oder dem Auftrennten von Inzucht leidet. Stattdessen zeigte sich vor allem in kleinen Populationen ein Überschuss an heterozygoten Individuen, dass auf eine verminderte generative Fortpflanzung hindeutet. Darüber hinaus zeigte sich eine deutliche genetische Differenzierung zwischen den verschiedenen Regionen bzw. Population, was durch einen verminderten Genfluss zwischen den Beständen im Untersuchungsgebiet erklärt werden kann. Aufgrund der Ergebnisse sollten die Regionen als separate Schutzeinheiten betrachtet werden, in denen die Schutzmaßnahen an die regionalen bzw. lokalen Gegebenheiten angepasst werden können, um die Populationsgröße zu erhöhen.
Im Kapitel 3 wurde die Fitness von A. montana untersucht. Dafür wurde die generative Fortpflanzung von 29 Populationen erfasst, in dem die Füllungsrate von Saatgut, die Keimfähigkeit und die Überlebensfähigkeit von Keimlingen überprüft wurde. Die Ergebnisse zeigten, dass die Fitness hauptsächlich durch die Füllungsrate der Samen bestimmt wird, welche gleichzeitig von der Populationsgröße abhängt. Des Weiteren korreliert die Füllungsrate mit der Klonalität, d.h. dem Ausmaß an vegetativer Fortpflanzung einer Population. Somit kann durch die Bestimmung der Füllungsrate zeitgleich eine Einordnung der reproduktiven als auch genetischen Fitness erfolgen.
Das Vorkommen und der Zustand einer Art kann generell durch verschiedene äußere Faktoren auf der Landschafts- bzw. Habitatebene beeinflusst werden. In Kapitel 4 wurde der Einfluss der Landschaftszusammensetzung bzw. deren historischen Entwicklung sowie der lokalen Habitatbedingungen auf das Vorkommen von A. montana untersucht. Der erste Teil des Kapitels diente der Klärung, ob Veränderungen in der Landschaft bzw. deren Zusammensetzung während der letzten 150 Jahre den Rückgang von A. montana beeinflussen kann. Dafür wurde im Umkreis der Untersuchungsflächen historisches und aktuelles Kartenmaterial hinsichtlich der Fläche an Wald, Grünland, Siedlungs- und Ackerfläche analysiert. Es zeigte sich, dass sich die Landschaft über die Zeit verändert hat und nährstoffarme Lebensräume zunehmend fragmentiert in der Landschaft vorkommen. Diese Entwicklung zeigte sich unabhängig davon, ob Arnika vorkam oder nicht. Des Weiteren zeigten sich regionale Unterschiede in der Landnutzungsgeschichte wodurch die Betrachtung der Regionen als separate Schutzeinheiten unterstrichen werden konnte. Für die Erfassung der Habitatbedingungen wurden Vegetationsaufnahmen sowie bodenphysikalische und -chemische Untersuchungen durchgeführt. Die erhobenen Daten wurden mit dem Vorkommen bzw. der Populationsgröße von Arnika verglichen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich aufgrund zunehmende Nährstoffverfügbarkeit die lokalen Habitatbedingungen geändert haben und diese nicht mehr für A. montana geeignet sind. Dadurch nimmt die Populationsgröße ab und endet in dem lokalen Aussterben einer Population. Somit kann zusammenfassen gesagt werden, dass der Schutz nährstoffarmer Habitate unerlässlich für den Schutz der Pflanzenart A. montana ist. Für den Schutz muss generell die Habitatzerstörung verhindert werden und die Flächenpflege an die Arnika-spezifischen Bedürfnisse angepasst werden.
Neben der Durchführung von Landschafts- und Flächenschutzmaßnahmen, werden einzelne Arten durch Ansiedlungsmaßnahmen unterstützt. Leider kann der künstliche Austausch von Pflanzenmaterial auch nachteilige Auswirkungen mit sich bringen. Das Vermischen von genetisch differenzierten Populationen kann zur einer Auszuchtdepression führen, was sich in einem Fitnessverlust bei den nachkommenden Generationen zeigt. Zur Abschätzung des Riskos einer Auszuchtdepression wurde ein Kreuzungsversuch durchgeführt, wobei Pflanzen aus verschiedenen Populationen gegenseitig bestäubt wurden (Kapitel 5). Die Fitness der Nachkommen wurde über die Füllungsrate der Samen erfasst. Die Ergebnisse zeigten, dass die Durchmischung von Populationen nachteilig für die Nachkommen ist im Vergleich zur Kreuzung von Pflanzen aus derselben Population. Dies ist der Beleg für das Auftreten von Auszuchtdepression bei Arnika und somit sollte das Durchmischen verschiedene Bestände vermieden werden.
Im letzten Kapitel 6 wurden die Ergebnisse der vier Hauptkapitel zusammengefasst. Der Schutz gefährdeter Arten kann verbessert werden, wenn eine umfangreiche Erfassung des aktuellen Zustands (Populationsgröße, reproduktive Fitness, genetische Variation) stattfindet. Diese Daten müssen anschließend in Zusammenhang mit weiteren Faktoren wie dem Habitatzustand, Landschaftszusammensetzung und artspezifischen Eigenschaften gesetzt werden. Lediglich unter der Anwendung solcher vollumfänglichen Untersuchungen kann eine genaue Gefährdungsbeurteilung erfolgen und die Schutzmaßnahmen auf Landschafts-, Flächen- und Artebene angemessen angepasst werden.
Metadaten zuletzt geändert: 15 Feb 2024 05:33
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