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Andrea Dannemann:

Der Einfluss von Fragmentierung und Populationsgröße auf die genetische Variation und Fitness von seltenen Pflanzenarten am Beispiel von Biscutella laevigata (Brassicaceae)

[Influence of fragmentation an population size on genetic variation and fitness in rare plants: The Biscutella laevigata (Brassicaceae) example]

2000. VIII, 151 Seiten, 46 Abbildungen, 17 Tabellen, 14x22cm, 330 g
Language: Deutsch

(Dissertationes Botanicae, Band 330)

ISBN 978-3-443-64242-6, brosch., price: 46.00 €

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Keywords

FragmentierungPopulationPflanzeGenetikPorphyrKuppenlandschaft

Contents

Bespr.: Tuexenia 20 (2000), S. 452 top ↑

Das Thema gehört in den Bereich Populationsbiologie - Genetik - Naturschutz und ist in letzter Zeit stärker in den Vordergrund gerückt. Die Auflösung der Landschaft in (zu) kleine Flächen einzelner Vegetationstypen macht Überbrückungen immer schwerer, auch den genetischen Austausch von Pflanzenpopulationen. Genetische Drift und Inzucht können bis zum Aussterben der Restpopulationen führen. Hierzu werden in der vorliegenden Arbeit am Brillenschötchen Untersuchungen angestellt, das in der Porphyrkuppenlandschaft an der Saale kleine Reliktpopulationen besitzt. Zum Vergleich dienen ähnliche Populationen aus fünf weiteren Gebieten. Die populationsgenetischen Analysen erfolgten mit modernen Methoden, ergänzt durch zahlreiche weitere populationsbiologische Fragen. Trotz langzeitiger Isolierung zeigen die Populationen eine große genetische Variation und kaum Isolationseffekte. Wer an solchen modernen Fragen der Populationsbiologie Interesse hat, findet hier nicht nur Ergebnisse zu Biscutella laevigata sondern auch eine gute allgemeinere Einführung in den Fragenkornplex (90 DM).

H. Dierschke

Tuexenia 20 (2000), S. 452

Bespr.: Naturschutz-Info 3/2000, S. 42 top ↑

Die Zerschneidung und Fragmentierung der Landschaft hat zunehmend zu einer Reduktion von Populationen und Populationsgrößen einzelner Arten und deren Auftrennung in räumlich isolierte Teilpopulationen geführt. Die Folge ist eine zunehmende Gefahr des lokalen Aussterbens, insbesondere kleiner isolierter Teilpopulationen von Pflanzen- oder Tierarten. Seit einigen Jahren werden vermehrt in Restpopulationen ehemals häufiger Arten der Einfluss genetischer Prozesse als Aussterbefaktor untersucht und auch Zusammenhänge aufgezeigt. Denn oftmals ist es kaum zu erklären, warum Vorkommen von Arten trotz optimaler Pflegemaßnahmen erloschen sind.

Das gelbblühende Brillenschötchen (Biscutella laevigata), ein natürlicherweise seltenes Eiszeitrelikt, hat trotz schon lange bestehender Isolation und Fragmentierung große Zeiträume überdauert, ohne dass ein starker Rückgang der Art zu bemerken wäre. Hieraus ergibt sich die Fragestellung, ob auch genetische Prozesse als Aussterbefaktoren bei Reliktarten nachweisbar sind.

Die Untersuchung analysiert zum einen den Einfluss fragmentierter Verbreitung und unterschiedlicher Populationsgrößen von Biscutella auf die genetische Variation und Fitness der Art, zum anderen, welche Faktoren das langfristige Überleben dieser Art ermöglicht haben können.

Die Ergebnisse der populationsbiologischen und genetischen Untersuchungen lassen sich folgendermaßen vereinfacht zusammenfassen: Aufgrund der Langlebigkeit der Einzelindividuen und dem in den Einzelpopulationen enthaltenden hohen Maß an genetischer Variation - trotz lange bestehender Fragmentierung und Isolation - spielen genetische Zufallsprozesse bei der Gefährdung und dem lokalen Aussterben von Biscutella laevigata keine Rolle. Die Populationsgröße hat keinen Einfluss auf die Fitness, da durch Inzuchtvermeidung und der Fähigkeit zur vegetativen Vermehrung die hohe genetische Variation aufrechterhalten bleibt. Also auch kleine Populationen sind in der Lage über lange Zeiträume zu überleben.

Diese Untersuchungen erklären z.B. sehr gut den Befund, dass alle etwa 20 Vorkommen von Biscutella laevigata, die es um 1900 in Baden-Württemberg gab, auch noch heute rezent vorhanden sind.

Fazit: Für die Artenschutz bedeuten diese Ergebnisse, dass es mit Hilfe derartiger differenzierter Untersuchungen und moderner Methoden der Genetik möglich wird, fundierte Gefährdungsgrad-Analysen für einzelne Arten aufzustellen. Nur durch die verbesserte Kenntnis - gerade zur Populationsbiologie und Genetik einer Art - können für deren Erhaltung die erforderliche Schutzmaßnahmen besser abgeleitet werden. Auch der Erfolg oder Misserfolg geplanter oder bestehender Maßnahmen lässt sich somit abschätzen. Von Andrea Dannemann: Der Einfluss von Fragmentie- rung und Populationsgröße auf die genetische Variation und Fitness von seltenen Arten am Beispiel von Biscutella laevigata (Brassicacese)

Dr. Rainer Mast, LfU, Ref. 25

Naturschutz-Info 3/2000, S. 42

Inhaltsverzeichnis top ↑

1. Einleitung 1
2. Artbeschreibung und Untersuchungsgebiet 6
2.1 Charakterisierung von Biscutella laevigata 6
2.2 Untersuchungsgebiet 9
2.2.1 Porphyrkuppenlandschafft bei Halle/Saale 10
2.2.2 Niedersachswerfen im Harz 16
2.2.3 Altmühltal 17
2.2.4 Bandfelsen im Donautal 17
2.2.5 Ilsunger Heide bei Augsburg 17
2.2.6 Vorderriß 17
3. Material und Methode 18
3.1 Auswahl, Anzucht, Kultur und Ernte 18
3.2 Autökologische Untersuchungen 18
3 .2.1 Bestäubungssystem 18
3.2.1.1 Bestäubungsdistanzen 19
3.2.2 Ausbreitung der Samen 19
3.2.3 Vegetative Fortpflanzung 19
3.3 Populationsbiologische Untersuchungen 19
3.3.1 Populationsdynamik 19
3.3.1.1 Zeitliche Dynamik der Populationsgröße 20
3.3.1.2 Zuwachsraten 20

3.3.1.3 Räumliche Dynamik 20
3.3.1.4 Monitoring von Dauerquadraten 21
3.3.2 Fitneßparameter 21
3.3.2.1 Samenmasse und Keimrate 21
3.3.2.2 Wuchshöhe und Haupttriebe 22
3.3.2.3 Samenansatz 22
3.4 Populationsgenetische Untersuchungen 23
3.4.1 Isoenzymanalysen 23
3.4.1.1 Extraktion der Rohproteine 23

3.4.1.2 Vertikale Polyacrylamidgelelektrophorese 23
3.4.1.3 Horizontale Stärkegelelektrophorese 23
3.4.1.4 Aktivitätsnachweise der untersuchten Isoenzyme 24
3.4.1.5 Fixierung und Auswertung der Bandenmuster 25
3.4.1.6 Ermittlung der genetischen Systeme 25
3.4.1.7 Statistische Datenanalyse 26
3.4.2 RAPD-Analysen 28
3.4.2.1 Extraktion der Kern-DNA 28
3.4.2.2 Durchführung der PCR 28
3.4.2.3 Auftrennung der PCR-Produkte in der Agarosegelelektrophorese 29
3.4.2.4 Datenanalyse 29
3.5 Der Einfluß der Populationsgröße auf genetische Variation und
Fitneß 30
4. Ergebnisse 31
4.1 Autökologische Untersuchungen 31
4.1.1 Bestäubungssystem 31
4.1.1.1 Distanzversuche 31
4.1.2 Ausbreitung der Samen 31
4.1.3 Vegetative Fortpflanzung 32
4.2 Populationsbiologische Untersuchungen 33
4.2.1 Populationsdynamik 33
4.2.1.1 Dynamik der Populationsgröße 33
4.2.1.2 Zuwachsrate 37
4.2.1.3 Räumliche Dynamik 38
4.2.1.4 Monitoring von Dauerquadraten 42
4.3 Fitneßparameter 48
4.3.1 Samenmasse und Keimrate 48
4.3.2 Wuchshöhe und Haupttriebe 50
4.3.3 Samenansatz 50
4.4 Populationsgenetische Untersuchungen 52
4.4.1 Isoenzyrnanalysen 52
4.4.1.1 Genetische Systeme 52
4.4.1.2 Räumliche Verteilung der Allelfrequenzen 57
4.4.1.3 Genetische Variation und F-Statistik 80
4.4.1.4 Genetische Distanzen und Dendrogramm 83
4.4.2 RAPD-Analysen 85
4.4.2.1 Verteilung der genetischen Variabilität 85
4.4.2.2 phi- und Bartlett-Statistik 85
4.5 Der Einfluß der Populationsgröße auf genetische Variation und
Fitneß 88
5. Diskussion 93
5.1 Überleben in der fragmentierten Landschaft?! -
Biologisch-ökologische Merkmale von Biscutella laevigata 93
5.2 Die Populationsgröße als dynamischer Faktor -
Populationsdynamik von Biscutella laevigata 98
5.3 Fitneßverlust bei fragmentierten Pflanzenpopulationen? -
Fitneßparameter von Biscutella laevigata 103
5.4 Genetische Erosion als Folge von Fragmentierung und kleinen
Populationsgrößen? - Genetische Variation bei Biscutella laevigata 104
5.4.1 Unterartenproblematik bei Biscutella laevigata in der Bundesrepublik
Deutschland 110
5.5 Der Zusammenhang von Populationsgröße, Genetischer Variation und
Fitneßparametern 112
5.6 Gefährdungsgrad-Analyse für Biscutella laevigata 116
6. Zusammenfassung 122
7. Summary 124
8. Literatur 127
9. Anhang 140