EvoPlast

Evolution of plant phenotypic plasticity in response to grassland management

01.03.2017 bis 29.02.2020

EvoPlast - Evolution von phänotypischer Plastizität durch Landnutzung im Grünland

Phänotypische Plastizität (PP) ist einer der wichtigsten Mechanismen, mit denen Pflanzen auf Umweltänderungen reagieren. Da die meisten Pflanzenarten erbliche Variation in PP aufweisen, kann PP evolvieren, wenn sie adaptiv ist. Dies könnte in intensiv genutzen Grünländern der Fall sein. Sowohl Mähen, als auch Beweidung und Düngung erzeugen zeitlich variable Umweltbedingungen, die für erhöhte PP selektieren sollten, v.a. die Fähigkeit von Pflanzen, kurzfristige Nährstoffanstiege schnell zu nutzen, und die Fähigkeit, nach Beschädigungen schnell wieder nachzuwachsen. Obwohl es generell bekannt ist, daß Pflanzen sich rasch evolutiv an Landnützung anpassen können, ist aber die Evolution von PP durch Landnutzung bisher kaum untersucht worden. Ich schlage ein Forschungsprojekt vor, das die Untersuchungsflächen, Landnutzungsinformationen und andere Umweltvariablen nutzen soll, um die folgenden Hypothesen zu testen:

(1) Stärkere Düngung selektierte für größere PP in der Fähigkeit der Pflanzen, rasch auf einen Nährstoffanstieg zu reagieren
(2) Pflanzen von intensiver beweideten und gemähten Flächen können nach Beschädigung besser wieder nachwachsen
(3) Räumliche Heterogenität in der Vegetationsstruktur und zeitliche Variation in Landnutzung korreliert im Allgemeinen mit größerer PP
(4) Die genetische Diversität von Populationen ist positiv mit deren PP korreliert

Ich werde diese Hypothesen für drei Grünlandarten testen, die in den Biodiversitätsexploratorien häufig sind: Bromus hordeaceus, Plantago lanceolata und Veronica chamaedrys, wobei ich von jeder Art insgesamt 60 Grünland-EPs beproben werde. Um meine Hypothesen zu testen, werde ich kontrollierte Common Garden Experimente durchführen, in denen ich untersuchen werde, wie die Pflanzen in ihren funktionellen Merkmalen (Biomasse, SLA, Blatt C:N:P Verhältnis und Phänologie) auf Düngung und mechanischen Beschädigung reagieren. Ich werde auch Fitnessmerkmale messen und untersuchen ob die Plastizität adaptiv ist, und ob sie Fitness-Kosten hat. Um die Hypothese (3) zu testen, werde ich PP mit Luftbild- oder Satellitendaten, sowie Feldbeobachtungen der räumlichen Heterogenität korrelieren. Ausserdem werde ich die PP mit einem Index der zeitlichen Landnutzungsvariabilität korrelieren, der die Variation innerhalb und zwischen verschiedenen Landnutzungsfaktoren berücksichtigt. Zum Schluss werde ich vorhandene Daten vergangener molekularer Analysen nutzen, um den Zusammenhang zwischen PP und neutraler genetischer Diversität zu testen.

Mein Projekt wird sich mit einem Aspekt der genetischen Diversität beschäftigen, der in den Biodiversitätexploratorien bisher unerforscht ist. Es wird insbesondere unser Verständnis der evolutionären Auswirkungen von Landnutzung auf Pflanzen vergrößern.