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Peter Sack:

Ausbreitungsbiologische Experimente an Arten der Subtribus Prunellineae (Prunella L. und Cleonia L.; Lamiaceae)

[Laboratory studies of primary diaspore dispersal of species of the subtribe Prunellineae (Prunella L. und Cleonia L.; Lamiaceae)]

2003. XI, 121 Seiten, 49 Abbildungen, 25 Tabellen, 18 Tafeln, 23x31cm, 610 g
Language: Deutsch

(Bibliotheca Botanica, Heft 156)

ISBN 978-3-510-48027-2, brosch., price: 82.00 €

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Keywords

Ausbreitung Lamiaceae Lippenblütler Anpassung

Contents

synopsis top ↑

The subtribe Prunellineae within the tribe Mentheae (Lamiaceae) consists of four species within the genus Prunella L. (P. vulgaris, P. grandiflora, P. laciniata, P. hyssopifolia; all other described species have been rejected) and two species within the genus Cleonia L. (C. lusitanica and C. punica). The combining feature of the subtribe is the presence of clear appendices of the filament below the connectives. In former times the genus Cleonia was included in the genus Prunella. Due to the existence of a quadrifid stigma instead of a two lobed stigma in the genus Prunella Linné placed it into a genus of its own. In the context of this work the primary diaspore dispersal ( Spezialisierte Ausbreitung sensu BONN & POSCHLOD 1998) of five species of the Subtribus Prunellineae was examined on the basis of laboratory experiments and outdoor exposure tests. The central task thereby was to uncover functional-morphological adaptations and their role for reaching an efficient dispersal ("Ausbreitungsökologie" sensu KOLLMANN 1994), i.e. a distribution of the descendants, which secures the persistence of the local population on the one hand and on the other hand gives a possibility of settling new habitats and the reestablishment of populations. The development of an ombrochorous dispersal mechanism can be regarded as defining for the genus Prunella. At the time of the seed maturing the then dry infructescens can take up water capillarily during rain. Due to a movement caused by a swelling mechanism in the short fruit stalks the calyces begin to spread from the infructescens and the lips of the calyces open. Hitting rain drops can bend the calyces downward. After this the calyx snaps back into its original position driven by the energy stored in the fruit stalks. Caused by the snapping back of the calyx the nutlets are being ejected in a ballistic curve.

Inhaltsbeschreibung top ↑

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde die primäre Diasporen-Ausbreitung (spezialisierte Ausbreitung sensu BONN & POSCHLOD 1998) von fünf Arten der Subtribus Prunellineae (Lamiaceae) anhand von Laborexperimenten und Freilandversuchen untersucht. Zentrale Aufgabe war dabei die Aufdeckung funktionsmorphologischer Anpassungen und deren Rolle zur Erreichung einer effizienten Ausbreitung (Ausbreitungsökologie sensu KOLLMANN 1994), das heißt einer Verteilung der Nachkommen, die zum einen den Bestand am Standort der Mutterpflanze sichert und zum anderen die Besiedelung neuer Lebensräume und die Neugründung von Populationen ermöglicht. Die vier Arten der Gattung Prunella, (Prunella vulgaris, Prunella grandiflora, Prunella laciniata und Prunella hyssopifolia) sind an die Diasporenausbreitung durch Regentropfen (Ombrochorie) angepasst. Die zum Zeitpunkt der Samenreife trockene Infrukteszenz nimmt bei Regen kapillar Wasser auf. Infolge einer Quellungsbewegung in den kurzen Fruchtstielen beginnen die schaufelförmig ausgebildeten Kelche von der Infrukteszenzspindel abzuspreizen und sich zu öffnen. Ein auf die adaxiale Seite des Kelches auftreffender Regentropfen biegt diesen nach unten. Nach Abperlen des Wassertropfens schnellt der Kelch durch die im Fruchtstiel gespeicherte Energie in seine ursprüngliche Position zurück. Dabei werden die Klausen in einer ballistischen Kurve ausgeschleudert. Ihre funktionsmorphologische Ausprägung gestattet der Pflanze eine weitreichende Einflussnahme auf das zeitliche Verteilungsmuster der Diasporen.

Inhalt top ↑

1. Einleitung 1
1.1 Einleitung 1
1.2 Artdossiers 2
1.2.1 Stellung der Subtribus Prunellineae innerhalb der Lamiaceae 2
1.2.2 Die Gattung Prunella L. 3
1.2.2.1 Prunella vulgaris L. 4
1.2.2.2 Prunella grandiflora (L.) Scholler 4
1.2.2.3 Prunella laciniata (L.) L. 5
1.2.2.4 Prunella hyssopifolia L 5
1.2.3 Cleonia lusitanica (L.) L 5
2. Material und Methoden 6
2.1 Material und Fixierlösung 6
2.1.1 Material 6
2.1.2 Fixierlösung 6
2.1.3 Herkünfte der Kollektionen 6
2.2 Methoden 9
2.2.1 Experimente mit künstlichen Regentropfen 9
2.2.2 Experimente unter quasi-Laborbedingungen mit natürlichem
Niederschlag 10
2.2.3 Experimente im Anzuchtbereich des Botanischen Gartens der Universität
Heidelberg 11
2.2.4 Keimfähigkeit 11
2.2.5 Wintersteher 11
2.2.6 Schwimmfähigkeit der Klausen 12
2.2.7 Diasporenausstreuung durch Vibration 12
2.2.8 Diasporenausstreuung mit Hilfe eines Windkanals 12
2.2.9 Vermessung der Wassertropfen 13
2.2.10 Biometrie der Klausen, Kelche, Brakteen und Infrukteszenzen 13
2.2.11 Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen 13
2.2.12 Lichtmikroskopische Untersuchungen 13
2.2.13 Statistische Methoden 14
2.2.14 Berechnung der kinetischen Energie der fallenden Wassertropfen 16
2.2.15 Methodenkritik 17
3. Ergebnisse 18
3.1 Vermessung der Wassertropfen 18
3.2 Morphologie und Morphometrie 18
3.2.1 Morphologie und Morphometrie der Klausen 18
3.2.1.1 Morphologie der Klausen 18
3.2.1.2 Morphometrie der Klausen 19
3.2.2 Morphologie und Morphometrie der Infrukteszenzstrukturen 20
3.2.2.1 Morphologie und Anatomie der Infrukteszenzstrukturen 20
3.2.2.2 Morphometrie der Infrukteszenzstrukturen 21
3.2.2.3 Anzahl der Klausen pro Blüte und Infrukteszenz 21
3.2.2.4 Keimfähigkeit der Klausen 22
3.2.2.5 Schwimmfähigkeit der Klausen 22
3.3 Diasporenfreisetzung 22
3.3.1 Diasporenfreisetzung durch Vibration 22
3.3.2 Diasporenfreisetzung im Windkanal 22
3.3.3. Diasporenfreisetzung mit Wassertropfen 22
3.3.3.1 Muster ohne Manipulationen an den Infrukteszenzteilen
(Grundmuster) 22
3.3.3.2 Muster ohne Kelchzähne 23
3.3.3.3 Muster ohne florale Tragblätter 23
3.3.3.4 Muster ohne Infrukteszenzschaft 24
3.3.3.5 Muster ohne Infrukteszenzschaft und ohne florale Brakteen 24
3.3.3.6 Vergleich der Infrukteszenzversuche mit Hilfe des U-Tests nach MANN
und WHITNEY 25
3.3.3.7 Muster mit unreifen Infrukteszenzen 25
3.3.3.8 Ausstreuung der Klausen bei variierter Fallhöhe mit künstlichen
Regentropfen 25
3.3.3.9 Muster unter quasi-Laborbedingungen mit natürlichem
Niederschlag 26
3.3.3.10 Muster im Anzuchtbereich des Botanischen Gartens der Universität
Heidelberg 26
3.3.3.11 Vergleich der Ausstreuung im Labor-Versuch und unter
quasi-Laborbedingungen 27
3.3.3.12 Wintersteher 27
4. Diskussion und vergleichende Betrachtung 28
4.1 Diasporenfreisetzung in der Gattung Prunella 28
4.2 Zu den ausbreitungsrelevanten morphologischen und anatomischen
Einrichtungen der Pflanzen 28
4.3 Zu den im Tropfexperiment ermittelten Verteilungskurven der
Ausstreudistanzen und den Ausstreuraten 30
Interspezifischer Vergleich 31
4.4 Ein Sonderfall: Cleonia lusitanica 32
4.5 Zu den Experimenten mit Prunella vulgaris mit unterschiedlichen
Fallhöhen 32
4.6 Zu den Experimenten mit Prunella vulgaris unter
quasi-Laborbedingungen 33
4.7 Zu den Ausbreitungsmustern von Prunella vulgaris in halbnatürlichen
Freilandversuchen 33
4.8 Interpretation der räumlich-zeitlich portionierten Diasporen-Freisetzung:
dispersal in space versus dispersal in time 34
4.9 Schlussfolgerung 35
5. Danksagungen 36
6. Literatur 37
7. Tafeln, Abbildungen und Tabellen 40