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Tritrophic interactions between Populus tremula, leaf beetles and their natural enemies - from the field to the laboratory

dc.contributor.advisorTscharntke, Teja Prof. Dr.de
dc.contributor.authorvon Fragstein und Niemsdorff, Paul-Albin Maximiliande
dc.date.accessioned2011-10-17T06:51:17Zde
dc.date.accessioned2013-01-18T14:33:21Zde
dc.date.available2013-01-30T23:51:14Zde
dc.date.issued2011-10-17de
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B3AF-8de
dc.identifier.urihttp://dx.doi.org/10.53846/goediss-3332
dc.description.abstractFür die kommenden Jahre wird ein dramatischer Anstieg des weltweiten Energieverbrauches erwartet. Aufgrund des wachsenden Bedarfs an erneuerbarer Energie richtet sich das Interesse der aktuellen Forschung auf Kurzumtriebsplantagen mit schnell wachsenden und ertragreichen Salix (Weiden) und Populus (Pappeln) Arten als mögliche Energiequelle. In diesem Zusammenhang erlangt die Europäische Zitterpappel (Populus tremula) an Bedeutung, da sie im Stande ist höhere Erträge auf nährstoffarmen Böden und unter ungünstigen klimatischen Bedingungen zu erbringen. Die Europäische Zitterpappel ist eine Pionier-Art und eine der am weitesten verbreiteten Baumart in borealen und gemäßigten Wäldern. In natürlichen Vorkommen bilden Zitterpappeln Habitate für zahlreiche Insekten. Darunter befinden sich auch eine Vielzahl an gefährdeten Arten. Die meisten Studien über Insekten-Pflanzen Interaktionen an Pappel und Weiden konzentrieren sich auf nur zwei trophische Ebenen. Diese Stud! ien untersuchen vor allem den Einfluss von Unterschieden der chemischen Blattinhaltsstoffe auf pflanzenfressende Insekten. Die vorliegende Arbeit wurde in zwei Teile untergliedert. Ziel des ersten Teils der Arbeit war es Unterschiede in der Morphologie und der emittierten Blattduftstoffe zwischen nah verwanden Zitterpappel Kreuzungen zu charakterisieren. Ein weiteres Ziel war es herauszufinden, inwiefern die morphologischen und chemischen Merkmale der Bäume pflanzenfressende Insekten und deren natürliche Gegenspieler in natürlichen multitrophischen Interaktionen beeinflussen. Für die Untersuchungen wurden zwei verschiedene Freilandversuche etabliert, in denen eng verwandte Zitterpappel Kreuzungen (mit einer genetischen Distanz zwischen 6 51 %) gepflanzt wurden Zitterpappeln. Wie erwartet unterschieden sich die Zitterpappeln der verschiedenen Kreuzungen in ihren morphologischen Merkmalen wie z.B. Baum-Höhe, Blattanzahl, etc. und in chemischen Merkmalen wie phenolischen Glykosiden. Im ersten der beiden Freilandversuche wurde ein negativer Zusammenhang zwischen phenolischen Glykosiden und pflanzenfressenden Insekten (z.B.: Phratora vulgatissima) festgestellt. Im zweiten Freilandversuch wurde herausgefunden, dass spezialisierte Blattkäfer und ihre Larven durch unterschiedliche morphologische Baummerkmale beeinflusst werden. Die Abundnaz der Imagines war positiv mit der Anzahl der Blätter pro Baum (Ressource Abundanz) korreliert, wohingegen ein negativer Zusammenhang zwischen der Baum-Höhe und Blattkäfer Larven gefunden wurde, Dieses Ergebnis steht im Gegensatz zur Pflanzen-Größe Hypothese nach Lawton. Durch Herbivoren induzierte Pflanzen Volatilen unterschieden sich in der Abgabemenge zwischen Frühling und Sommer. Es konnten aber weder Unterschiede zwischen den verschiedenen Kreuzungen noch durch verschiedene Herbivoren Abundanz festgestellt werden. Generalistische räuberische Arthropoden wurden indirekt durch genetische Unterschiede der Zitterpappeln (Kreuzungen) beeinflusst, indem ihre Anzahl positiv mit der Zahl der Herbivoren korreliert ist. Auch wurde festgestellt, dass es einen positiven Zusammenhang zwischen abgegebenen Herbivoren induzierten Pflanzen Volatilen und räuberischen Arthropoden gibt. Zusätzlich zeigten unsere Ergebnisse, dass es auf der Fläche eine räumlich-zeitliche Veränderung des Befalls der Bäume gab. Die im Frühjahr befallenen Bäume wurden von der zweiten Generation von Blattkäfern im Sommer gemieden, da diese vermutlich durch den Befall der ersten Blattkäfer Generation induzierte Resistenzen in den Blättern aufwiesen. Der zweite Teil der vorliegenden Arbeit basiert auf dem Wissen, dass räuberische Arthropoden oft sogenannte Infochemikalien als Signale nutzen um ihre Beute zu lokalisieren und zu finden. Diese Infochemikalien formen häufig multitrophische Interaktionen. Das Ziel der zwei Studien des zweiten Teils der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung der olfaktorischen Reaktion von generalistischen und spezialisierten Prädatoren auf Volatilen die von ihrer Beute abgegeben werden und von Volatilen die von den Wirtbäumen der Beute abgegeben werden. Die Studien wurden in einem Freilandversuch und in Laborexperimenten (Olfaktometer Test und Elektroantennographie (EAG)) durchgeführt. Im Gegensatz zu anderen Studien zeigten die Ergebnisse, dass generalistische räubereische Käfer wie z.B. Harmonia axyridis von Salicylaldehyd, der Abwehr Substanz Salicin sequestrierender Käferlarven, angezogen wurden. Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass H. axyridis Imagines in der Lage sind zu lernen Salicylaldehyd als Lockstoff zu nutzen. Die Ergebnisse der EAG Experimente indizieren, dass spezialisierte räuberische Lehmwespen (Eumeninae) in der Lage sind Salicylaldehyd und von Herbivoren induzierte Pflanzen Volatilen wahrzunehmen. Des Weiteren spiegelte die olfaktorische Wahrnehmungsfähigkeit den Grad der Beute-Spezialisierung der drei verschiedenen Wespen Arten wieder. Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass direkte und indirekte Effekte die Interaktionen zwischen Zitterpappeln und Insekten beeinflussen und formen. Zitterpappeln beeinflussen pflanzenfressende Insekten sowohl direkt durch morphologische, chemische und genetische Merkmale als auch indirekt durch räumliche Verbreitung und zeitliche Veränderungen (induzierte Resistenz). Ähnlich sind Prädatoren von Zitterpappeln direkt durch Herbivoren induzierte Pflanzen Volatilen und indirekt durch die Anzahl von Herbivoren auf den Bäumen beeinflusst. Darüber hinaus beeinflussen Infochemikalien, abgegeben von Beutetieren, generalistische und spezialisierte Prädatoren in dem tritrophischen System bestehend aus Populus tremula, spezialisierten Blattkäfern, deren Larven und ihren Prädatoren.de
dc.format.mimetypeapplication/pdfde
dc.language.isoengde
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de
dc.titleTritrophic interactions between Populus tremula, leaf beetles and their natural enemies - from the field to the laboratoryde
dc.typecumulativeThesisde
dc.title.translatedTritrophische Interaktionen zwischen Populus tremula, Blattkäfern und ihren natürlichen Feinden - vom Freiland ins Laborde
dc.contributor.refereeTscharntke, Teja Prof. Dr.de
dc.date.examination2011-09-13de
dc.subject.dnb570 Biowissenschaftende
dc.subject.dnbBiologiede
dc.description.abstractengA drastic increase of global energy consumption is expected for the following years. Due to the increasing demand for renewable energy, much of the current research focuses on short-rotation forestry with high productive Salix and Populus species as a potential energy source. In this context the European aspen (Populus tremula) gained importance for biomass production, because of its ability to reach considerable growth rates even on poor soils and under unfavourable habitat conditions. The European aspen is a pioneer species and is one of the most widespread tree species in boreal and temperate forests. On natural sites aspen create habitats for a rich arthropod community including many endangered species. Current knowledge in plant-insect interactions of willows and poplars is based on studies, which are mostly concentrated on only two trophic levels and differences in leaf chemistry affecting phytophagous insects. The aim of the first part of this thesis was to characterize the differences between closely related aspen (P. tremula) full-sib families and to examine the influence of their morphological and chemical traits on herbivorous insects and their natural enemies in real-world multitrophic interactions. Thereto two common garden experiments were established with closely related aspen full-sib families (6 - 51 % genetic distance). As hypothesized the aspen full-sib families differed in morphological traits such as tree height and leaf number as well as in leaf chemical traits such as phenolic glycosides. In the first common garden experiment a negative relationship was found between phenolic glycosides and chewing herbivorous insects (e.g. Phratora vulgatissima). In the second common garden experiment specialist leaf beetles and their larvae were influenced by different morphological tree traits. The imagines were positively related to the number of leaves (i.e. the resource abundance), whereas leaf beetle larvae were negatively related to tree height, which is in contrast to Lawton s plant size hypothesis. Herbivore-induced plant volatiles differed between spring and summer, but did not change with aspen genetics or herbivore load. Generalist predatory arthropods were indirectly affected by genetic aspen differences as their abundance closely followed the abundance of leaf beetle adults and larvae. They were also positively directly related to emitted herbivore-induced plant volatiles. In addition, after the colonization of one half of the experimental field in spring our results revealed a spatio-temporal shift to the second field half in summer, presumably due to avoidance of tree leaves with induced responses because of the spring infestation. The second part of the thesis is based on the knowledge that predatory arthropods often use infochemical cues for host finding and host location and that multitrophic interactions are often shaped by such infochemicals. The aim of the two studies of the second part was to investigate the olfaction ability of generalist and specialist predatory insects of volatiles emitted by their prey and the prey s host plants and the effects of these volatiles to the predators. This was tested with a field study and laboratory experiments (olfactometer tests and elctroantennography (EAG)). In contrast to recent studies our results showed that generalist predatory beetles such as Harmonia axyridis were attracted by salicylaldehyde, the defense compound of salicin-using leaf beetle larvae. The results further suggest that H. axyridis imagines can learn to use salicylaldehyde as an attractant. The results of EAG experiments indicate that specialist predatory eumenid wasps are able to perceive salicylaldehyde and herbivore-induced plant volatiles and that the olfaction ability reflects the degree of prey specialisation of the different wasp species.We conclude that direct and indirect effects shape aspen-insect interactions. Aspen influence herbivorous insects directly via plant morphological, chemical and genetic traits as well as indirectly via their spatial distribution and temporal changes. Predators are likewise directly influenced by aspen via emitted herbivore-induced plant volatiles and indirectly via herbivore abundances on the trees. Furthermore, infochemicals emitted by their prey affect generalist and specialist predators in the tritrophic system consisting of Populus tremula, specialist leaf beetles, their larvae and their predators.de
dc.contributor.coRefereeSchütz, Stefan Prof. Dr.de
dc.contributor.thirdRefereeSteidle, Johannes Prof. Dr.de
dc.subject.topicGöttingen Centre for Biodiversity and Ecology (GCBE)de
dc.subject.gerTritrophische Interaktionende
dc.subject.gerPopulus tremulade
dc.subject.gerBlattkäferde
dc.subject.gerChrysomelade
dc.subject.gerPhratorade
dc.subject.gerRäuberde
dc.subject.gerHarmonia axyridisde
dc.subject.gerEumeninaede
dc.subject.gerSymmorphusde
dc.subject.gerSalicylaldehydde
dc.subject.gerHerbivor induzierte Pflanzen Volatilende
dc.subject.engTritrophic interactionsde
dc.subject.engPopulus tremulade
dc.subject.engleaf beetlede
dc.subject.engChrysomelade
dc.subject.engPhratorade
dc.subject.engPredatorsde
dc.subject.engHarmonia axyridisde
dc.subject.engEumeninaede
dc.subject.engSymmorphusde
dc.subject.engSalicylaldehydede
dc.subject.engherbivore-induced plant volatilesde
dc.subject.bk42.97de
dc.subject.bk42.75de
dc.identifier.urnurn:nbn:de:gbv:7-webdoc-3182-0de
dc.identifier.purlwebdoc-3182de
dc.affiliation.instituteGöttinger Zentrum für Biodiversitätsforschung und Ökologie (GZBÖ)de
dc.subject.gokfullWN 000: Ökologie {Biologie}de
dc.identifier.ppn679730419de


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