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Henryk Baumbach:

Genetische Differenzierung mitteleuropäischer Schwermetallsippen von Silene vulgaris, Minuartia verna und Armeria maritima unter Berücksichtigung biogeographischer, montanhistorischer und physiologischer Aspekte

[Genetic differentiation of Central-European heavy-metal tolerant populations of Silene vulgaris, Minuartia verna and Armeria maritima, considering biogeography, physiology and mining history]

2005. 128 Seiten, 34 Abbildungen, 33 Tabellen, 7 Tafeln, 14x23cm, 300 g
Language: Deutsch

(Dissertationes Botanicae, Band 398)

ISBN 978-3-443-64311-9, brosch., price: 44.00 €

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Keywords

SchwermetallSilene vulgarisMinuartia vernaArmeria maritimaheavy-metalCentral Europe

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Die genetische Differenzierung mitteleuropäischer Schwermetallsippen von Silene vulgaris (Moench) Garcke, Minuartia verna (L.) Hiern und Armeria maritima (Mill.) Willd. wurde vergleichend molekularbiologisch untersucht. Zum Einsatz kam in allen drei Verwandtschaftskreisen die AFLP-Analyse sowie bei Minuartia verna zusätzlich die Sequenzierung der ITS-Region. Die Interpretation der Daten erfolgte vor dem Hintergrund biogeographischer, physiologischer und montanhistorischer Aspekte. Bei Armeria maritima erfolgten zusätzlich experimentelle Untersuchungen zur Reproduktionsbiologie.

Synopsis top ↑

The genetic differentiation of Silene vulgaris (Moench) Garcke, Minuartia verna (L.) Hiern, and Armeria maritima (Mill) Willd. growing on metalliferous and normalsites in Central Europe was examined using amplified fragment length polymorphism (AFLP). In Minuartia verna, the ITS region was sequenced additionally. The results have been discussed and interpreted against the back- ground of biogeographical and physiological aspects as well as mining history and reproduction biology.

Bespr.: Tuexenia 26, Göttingen 2006, S. 406 top ↑

Schwermetallresistente Pflanzen sind ein sehr interessantes Untersuchungsobjekt verschiedenster botanischer Disziplinen, von der Taxonomie über Populationsbiologie, Ökophysiologie, Chorologie bis zur Pflanzensoziologie und heute auch der Genetik. Vieles ist inzwischen bekannt, aber z. B. die Frage der taxonomischen Stellung mancher Sippen noch umstritten. So werden manche Vertreter der Gattung Armeria sowohl als Lokalendemiten (Arten oder Unterarten) als auch nur gemeinsam als eine Subspecies angesehen, was u. a. auch Konsequenzen für die Fassung bestimmter Pflanzengesellschaften hat. Das oft sehr isolierte Vorkommen einzelner Populationen lässt zumindest genetische Eigenheiten, auch gegenüber benachbarten ``normalen'' Pflanzen vermuten. Diese können wiederum Rückschlüsse auf Evolution und Arealbildung ermöglichen. Auch für den Naturschutz sind populationsgenetische Aspekte sehr wichtig. - Diesen und weiteren Fragen wird in der vorliegenden Arbeit nachgegangen. Vorweg gibt es einen allgemeinen Überblick über Entstehung, Geschichte und Typen von Schwermetallstandorten in Mitteleuropa, deren wichtigste kurz vorgestellt werden. Das Untersuchungsgebiet reicht von Belgien und den Niederlanden bis zur deutschen Ostseeküste, von Dänemark bis Südtirol. An zahlreichen Orten wurden Pflanzenproben der im Titel genannten Sippen genommen und mit molekulargenetischen Methoden untersucht. Die Darstellung der Ergebnisse nimmt großen Raum ein. Sie werden zunächst getrennt für jede Sippe und abschließend gemeinsam in verschiedener Blickrichtung diskutiert. Zur Sprache kommen u. a. genetische Strukturen innerhalb und zwischen Populationen, Evolution und Arealentwicklung sowie der taxonomische Status der Sippen. So ist z. B. die genetische Variabilität bei Silene vulgaris zwar hoch, es zeigen sich aber keine signifikanten Unterschiede zwischen Normal- und Schwermetallpopulationen. Minuartia verna hat starke regionale Unterschiede bei relativ geringer Variabilität an einem Wuchsort, was auf langandauernde geografische Isolation zurückgeführt wird. Bei Armeria ist die innere genetische Variation einer Population höher als zwischen verschiedenen. Es ergeben sich eine alpische und eine Tieflandsgruppe, deren stärkere taxonomische Aufspaltung in Unterarten nicht gerechtfertigt erscheint (eher als Varietäten von Armeria maritima ssp. elongata). Schon diese kurzen Beispiele der insgesamt sehr interessanten Arbeit (44 €) mögen zeigen, wie eng Molekulargenetik heute mit vielen älteren botanischen Richtungen verbunden ist und dort zu vertieften Kenntnissen führen kann.

H. Dierschke

Tuexenia 26, Göttingen 2006, S. 406

Bespr.: Kochia 1 (2006), S. 158- 159 top ↑

Die Eigenheit der Flora schwermetallhaltiger Standorte hat schon früh die Botaniker verschiedener Fachrichtungen interessiert. Aufgrund ihrer disjunkten Verbreitung sind die Schwermetallpflanzengesellschaften auch heute noch ein interessantes Forschungsfeld, da sie in besonderer Weise das Studium von Sippenbildungsprozessen in evolutionär sehr kurzen und überschaubaren Zeiträumen erlauben. In der Vergangenheit wurden eine Vielzahl eigener Schwermetallsippen beschrieben, deren taxonomische Rangstufe umstritten ist. In der vorliegenden Studie wird die genetische Differenzierung mitteleuropäischere Populationen von drei ausgewählten Arten (siehe Titel) anhand molekularer Methoden untersucht (AFLP-Analyse, ITS-Sequenzierung). Den Schwerpunkt der Untersuchungen stellen die Fragen zur genetischen Struktur und der genetischen Variabilität der Sippen auf Schwermetallstandorten im Vergleich zu Populationen auf Normalstandorten dar, sowie die daraus abzuleitenden Rückschlüsse zu Evolution und Arealentwicklung der Sippen. Auch Naturschutzaspekte hinsichtlich möglicher Schutzmaßnahmen werden berücksichtigt. Für den Floristen von besonderem Interesse sind die Einschätzungen zum taxonomischen Status der drei Arten. Die Befunde zum Status haben auch Konsequenzen für die Fassung der Pflanzengesellschaften innerhalb der Klasse der Schwermetallrasen (Violetea calaminariae).

Die einleitenden Kapitel behandeln die Typen der Schwermetallstandorte und die montanhistorischen und geologischen Aspekte der einzelnen Untersuchungsgebiete. Die zusammenfassenden Ergebnisse der im Hauptteil der Arbeit ausführlich behandelten drei Arten seien hier kurz dargestellt:

Die Schwermetallpopulationen von Silene vulgaris gehen in den verschiedenen Regionen offenbar auf wiederholte Kolonialisierungsereignisse der metallhaltigen Standorte durch tolerante Individuen aus benachbarten Populationen von Normalstandorten zurück. Eine genetische Differenzierung von den benachbarten Populationen war nicht nachweisbar. Von Endemismus kann daher nicht gesprochen werden. Ein eigenes Taxon (subsp. bzw. var.) humilis ist somit nicht gerechtfertigt.

Die Tieflandsformen von Minuartia verna sind als Glazialrelikte aufzufassen (Paläoendemismus). Die Schwermetallpopulationen zeichnen eine starke regionale Differenzierung und geringe genetische Variabilität aus, die das Resultat einer langandauernden genetischen Isolation darstellen. Die molekularen Daten stützen die Abtrennung der alpinen Form (subsp. gerardii) von den Tieflandsformen, die zu einer weitgefassten Subspezies hercynica zusammengefasst werden können.

Die Schwermetallformen von Armeria maritima s. l. haben einen polyphyletischen Ursprung, der offenbar im Schwarm der subkontinental- kontinental verbreiteten Subspezies elongata liegt. Verschleppungsereignisse haben wohl einen Beitrag zum genetischen Austausch geleistet.

Die Bildung eigener Unterarten (z. B. hornburgensis, bottendorfensis, eifeliaca, calaminaria) oder einer weitgefassten subsp. halleri ist nicht gerechtfertigt, da eine zum Teil starke regionale Differenzierung und enge Beziehungen zu A. elongata vorliegen. Allenfalls der Status als Varietäten von Subspezies elongata ist begründbar.

Stefan Nawrath

Kochia 1 (2006)

Inhaltsverzeichnis top ↑

1. Einleitung 1
2. Geologie und Montangeschichte von Schwermetallstandorten
in Mitteleuropa
4
2.1 Typen von Schwermetallstandorten 4
2.2 Montanhistorische und geologische Aspekte 5
3. Methoden 9
3.1 Molekulare Methoden 9
3.1.1 Wahl der Methode 9
3.1.2 Gewinnung und Aufbereitung der DNA 10
3.1.3 AFLP-Analyse 11
3.1.4 ITS-Sequenzierung 13
3.2 Untersuchungen zum Reproduktionssystem bei Armeria maritime s.1 14
4. Silene vulgaris (MOENCH) GARCKE 15
4.1 Das Studienobjekt 15
4.2 Untersuchte Populationen 17
4.3 Ergebnisse der AFLP-Analysen 20
4.3.1 Auswahl geeigneter Primer und AFLP-Analyse 20
4.3.2 Individuenbasierte Auswertung (Hauptkoordinatenanalyse) 20
4.3.3 Populationsbasierte Auswertung 20
4.4 Diskussion 25
5. Minuartia verna (L.) HIERN 30
5.1 Das Studienobjekt 30
5.2 Pflanzenmaterial 32
5.3 Ergebnisse der AFLP-Analysen 35
5.3.1 Auswahl geeigneter Primer und AFLP-Analyse 35
5.3.2 Individuenbasierte Auswertung (Hauptkoordinatenanalyse) 35
5.3.3 Populationsbasierte Auswertung 36
5.4 Ergebnisse der ITS-Sequenzierung 45
5.5 Diskussion 46
6. Armeria maritime (MILL.) WILLD. s.l. 55
6.1 Das Studienobjekt 55
6.2 Untersuchte Populationen 59
6.3 Ergebnisse der AFLP-Analysen 62
6.3.1 Auswahl geeigneter Primer und AFLP-Analyse 62
6.3.2 Individuenbasierte Auswertung (Hauptkoordinatenanalyse) 62
6.3.3 Populationsbasierte Auswertung 63
6.4 Reproduktionsbiologische Untersuchungen 75
6.4.1 Dimorphieverhältnisse in mitteleuropäischen Populationen 75
6.4.2 Reproduktionsparameter natürlicher Populationen 75
6.4.3 Selbstbestäubung in natürlichen Populationen 76
6.4.4 Selbstbestäubung unter Kulturbedingungen 77
6.5 Diskussion 79
7. Schlussbetrachtung 94
8. Zusammenfassung 96
9. Summary 99
10. Literatur 102
11. Anhang 114
11.1 Tabellen 114
11.2 Sequenzalignment Minuartia verna s 1 118
11.2.1 Alignment ITS I Minuartia vema 118
11.2.2 Alignment ITS II Minuartia verna 120
11.3 Sammler 122
11.4 Abbildungen 123