Genetische Vielfalt und Vernetzung verschiedener Teilpopulationen von Corylus avellana L. und Prunus spinosa L. an Wald- und Wegrändern des Sollings

Abstract

Die fortschreitende Zerstörung von Lebensräumen durch den Menschen ist in den letzten Jahrzehnten zu einem globalen Problem herangewachsen und kann wie aus den tropischen Regenwäldern vielfach bekannt - zur Verdrängung und raschen Auslöschung von Arten führen. In mitteleuropäischen Kulturlandschaften sind zahlreiche Tier- und Pflanzenarten insbesondere durch die zunehmende Fragmentierung ihrer Habitate bedroht. Die Unterbrechung von Paarungskontakten hat eine Verminderung der genetischen Vielfalt innerhalb der Populationen zur Folge. Die genetische (innerartliche) Vielfalt wird heute jedoch als Grundlage für das Anpassungspotential und die langfristige Überlebensfähigkeit einer Population angesehen. Für Baum- und Strauchpopulationen ist eine Ausstattung mit möglichst vielen genetischen Varianten auch im Hinblick auf den zukünftigen Klimawandel von besonderer Bedeutung.In der vorliegenden Arbeit wurde die genetische Vielfalt innerhalb und zwischen verschiedenen Teilpopulationen von zwei in Mitteleuropa häufigen Straucharten (Corylus avellana L. und Prunus spinosa L.) anhand von genotypischen und phänotypischen Merkmalen ermittelt. Hierzu wurden unter konstanten Standortbedingungen blattmorphologische Parameter an angezogenen Nachkommenschaften erhoben und deren Höhenwuchsleistung erfasst. Fruchtmorphologische Untersuchungen wurden an In-situ-Populationen durchgeführt. Daneben erfolgten phänologische Bonituren zum Frühjahrsaustrieb und Vegetationsabschluss unter einheitlichen Klimabedingungen. Untersuchungen zur vegetativen Verjüngung, Blüte und Fruktifikation von P. spinosa lieferten Hinweise über ihre Reproduktionsstrategien. Die genetischen Strukturen der In-situ-Populationen von C. avellana und P. spinosa sowie deren Nachkommenschaften wurden anhand von Isoenzymanalysen ermittelt. Darüber hinaus wurde mit Hilfe der genetischen Analysen überprüft, ob zwischen räumlich getrennten Teilvorkommen an Waldrändern und vorgelagerten Agrarflächen ein genetischer Austausch stattfindet und ob dabei Unterschiede zwischen wind- und insektenblütigen Arten auftreten. Während der Blütezeit von P. spinosa wurden außerdem Lufteklektoren zum Fangen potentieller Bestäuber an verschiedenen Standorten im Untersuchungsgebiet aufgestellt.Die Kartierungen ergaben, dass P. spinosa im Vergleich zu C. avellana in den Waldrandbereichen des Sollings eher selten vorkommt, sich aber stärker in den Agrarflächen etablieren kann. Die Fruchtmorphologie beider Arten war sehr variabel und unterschied sich bei einzelnen Parametern zum Teil um ein Vielfaches. Bei P. spinosa wurde die Variabilität der Früchte insbesondere durch die unterschiedlichen Ausprägungen der Steinkerne bedingt. Auch die Blattmorphologie der Nachkommenschaften zeigte unter konstanten Umweltbedingungen sowohl bei C. avellana als auch bei P. spinosa eine hohe Variabilität in Größe und Gestalt. Der deutlich überwiegende Anteil der aufgetretenen Varianz morphologischer Frucht- und Blattmerkmale war mit in der Regel über 95% auf die vorhandene Variation innerhalb der Populationen zurückzuführen. Dennoch ließen sich einige signifikante Unterschiede zwischen den beiden Herkünften Vahle und Hellental nachweisen.In der Höhenwuchsleistung wurde eine starke Differenzierung auf Individualniveau insbesondere innerhalb der Nachkommenschaften von P. spinosa ermittelt. Im Vergleich der Herkünfte zeichnete sich bei beiden Arten die Herkunft des klimatisch günstigeren Standortes Vahle durch eine im Mittel bessere Wüchsigkeit in den ersten zwei Jahren aus.Die Ergebnisse der phänologischen Beobachtungen ergaben eine tendenziell später einsetzende Keimung, einen späteren Vegetationsaustrieb und einen früheren Vegetationsabschluss der Herkunft des klimatisch ungünstigeren Standortes Hellental sowohl bei C. avellana als auch P. spinosa. Die Spannweite zwischen früh und spät austreibenden bzw. abschließenden Nachkommenschaften betrug beiP. spinosa bis zu drei Wochen. Die mittleren Vegetationszeiten je Nachkommenschaft variierten in einer Spanne von 34 Tagen.Der Zeitpunkt der Blüte setzte bei P. spinosa in der Population Hellental im Mittel 6 Tage später ein als in Vahle. Auf gleichem Standort wurden im Blühverhalten Unterschiede von bis zu 15 Tagen nachgewiesen. Die Variation an Isoenzymgenloci deutete nur eine geringe Differenzierung zwischen den Populationen beider Untersuchungsgebiete an. Innerhalb eines Untersuchungsgebietes traten bei P. spinosa einzelne genetische Varianten an den Waldrändern zurück, andere fehlten im unmittelbar vorgelagerten Agrarbereich. In den untersuchten Nachkommenschaften kam es neben dem quantitativen Rückgang nicht vorherrschender Allele häufig zu deren Verlust.Die Eklektorenfänge deuteten eine lokale Differenzierung der Bestäuberfauna von P. spinosaan.Insgesamt ließen die Ergebnisse insbesondere bei P. spinosa auf einen eingeschränkten Genfluss schließen.Während in den In-situ-Populationen der Sträucher die Differenzierungen im Blühverhalten und in der Ausprägung der Früchte vermutlich zu einem großen Teil umweltbedingt waren, ließ sich bei den Nachkommenschaften unter konstanten Umweltbedingungen die Variation verschiedener morphologischer und phänologischer Merkmale auf genetisch bedingte Unterschiede zurückführen. Die große Variabilität der untersuchten Merkmale deutete auf ein hohes Anpassungspotential der Populationen hin.Anhand der vorliegenden Ergebnisse wurde am Beispiel von P. spinosa gezeigt, dass bei insektenblütigen Arten mit geringer Abundanz und vorherrschender Ausbreitung durch Vögel eine Gefährdung der genetischen Vielfalt durch ungenügenden Genfluss und mangelnde Etablierungsmöglichkeiten besteht. Die genetische Vielfalt windblütiger Arten mit hoher Abundanz und einer überwiegenden Verbreitung durch Mäuse zeigte am Beispiel von C. avellana eine weniger starke Gefährdung.