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Leaf wax compounds of tropical understorey plants affect epiphyll community growth
Andreas Voglgruber
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Franz Hadacek
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Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.14836
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30278.46683.985869-4
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Die Blattoberflächen von terrestrischen Samenpflanzen und Farnen werden von hoch angepassten Organismen, den so genannten Epiphyllen besiedelt. Analog zur Rhizosphäre wurde das Blatt als Mikrohabitat charakterisiert und Phyllosphäre genannt. Besonders in tropischen Regenwäldern findet sich auf den Blättern vieler Pflanzen ein üppiger Bewuchs an Epiphyllen aus unterschiedlichsten taxonomischen Gruppen wie Bakterien, Cyanobakterien, Algen, Pilzen, Flechten und Moosen, ja sogar kleinen Farnen. Klimatische Bedingungen, insbesondere relative Luftfeuchtigkeit, die Jahresniederschlagsverteilung und diurnale Temperaturschwankungen sind die Hauptfaktoren, die die Zusammensetzung und die Wachstumsraten der Epiphyllengemeinschaft beeinflussen. Epiphylle Organismen dringen nicht durch die Blattoberfläche ins Gewebe ihrer Trägerpflanzen ein und werden daher nicht als pflanzenschädigend angesehen. Da jedoch Flechten und Moose bisweilen die gesamte adaxiale Blattseite tropischer Unterwuchspflanzen überwachsen, reduzieren sie die Photosyntheserate der Trägerpflanze empfindlich. Zudem trocknet die Oberfläche stark epiphyllierter Blätter durch die Wasserhaltekapazität der Besiedler kaum ab, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Infektion durch Pathogene erhöht ist. Als mögliche positive Effekte des Epiphyllenbewuchses für die Trägerpflanze werden diskutiert, ob Inhaltsstoffe von epiphyllen Moosen und Flechten Herbivoren und pathogene Organismen abwehren oder ob Stickstoffmetaboliten, die von auf den Blättern lebenden diazotrophen Bakterien und Cyanobakterien produziert werden, für die Trägerpflanze verfügbar sind. Es wird derzeit jedoch davon ausgegangen, dass sich starke Epiphyllierung insgesamt negativ auf die Trägerpflanze auswirkt. In vorangegangenen Studien konnte gezeigt werden, dass weder die Form, noch die Größe und Oberflächentextur der Wirtspflanzenblätter die Besiedelungsrate und Diversität der Epiphyllen beeinflussen. Dennoch werden am gleichen Standort manche Pflanzenarten deutlich schneller als andere von epiphyllen Moosen und Flechten besiedelt. Es konnte gezeigt werden, dass Pflanzenarten deren Blätter langlebig sind, meist beträchtlich langsamer von Epiphyllen bewachsen werden als solche deren Blätter eine vergleichbar kurze Lebensdauer aufweisen. In der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, ob die chemische Zusammensetzung der Blattcuticula die Geschwindigkeit der Blattbesiedelung durch die Epiphyllen- gemeinschaft beeinflusst. Als Studienpflanzen wurden sechs Pflanzenarten ausgewählt, die häufig im Unterwuchs des Esquinas Regenwalds nahe der Tropenstation La Gamba vorkommen: Asplundia pittieri, Carludovica drudei, Costus laevis, Dieffenbachia concinna cf., Pentagonia wendtlandii und Polybotrya cervina. An Standorten des Schluchtwalds und des Hangwalds wurden die biometrischen Daten der Pflanzen erhoben und voll entwickelte sowie seneszente Blätter gesammelt. Für jedes Individuum wurden der Epiphyllierungsgrad und die Zusammensetzung der Epiphyllengemeinschaft bestimmt und die mittlere Blattlebensdauer jeder Pflanzenart ermittelt. Nach Entfernen der Epiphyllen wurde die adaxiale Blattseite mit Ethanol oder mit Hexan überspült, um Blattwachsextrakte zu gewinnen. Außerdem wurden Blattextrakte und Extrakte von Epiphyllen hergestellt. Am Department für chemische Ökologie und Ökosystemforschung der Universität Wien wurden die Extrakte mittels HPLC-UV- und GC-MS- Messung aufgetrennt und anschließend ihre chemische Zusammensetzung anhand der erhaltenen UV- und MS- Spektren charakterisiert.
Abstract
(Englisch)
A great diversity of non-parasitic epiphytic organisms, so called epiphylls, has adapted to colonize the leaf surface of plants. In the wet tropics, epiphylls, particularly bryophytes and lichens, may cover up to eighty percent and more of the adaxial side of leaves and were shown to significantly reduce photosynthesis rates of their host. Although there is also evidence for host plant benefits of epipyllic organisms, the overall epiphyllation impact generally is assumed to be detrimental for the plant. Previous studies report that the foliage of plant species with leaves of high longevity is covered by epiphylls at significantly slower rates than the foliage of plants with leaves of a short life span. Further it was shown that shape, size and texture of leaves does not affect epiphyll growth. This study explored if the chemical composition of the leaf cuticle affects epiphyll coverage dynamics. Fully developed and old leaves of six species of understorey plants, Asplundia pittieri, Carludovica drudei, Costus laevis, Dieffenbachia concinna cf., Pentagonia wendtlandii and Polybotrya cervina, were collected in the humid tropical rainforest of Piedras Blancas National Park, Costa Rica. Average leaf longevity, epiphyll coverage and community composition were determined for each species. After removal of epiphylls, the adaxial leaf wax was extracted with ethanol and hexane and the chemical composition of the extracts was characterized by HPLC-UV and GC-MS. Site characteristics mainly influenced the ratio of lichen to bryophyte coverage on leaves, with lichens dominating epiphyll communities at slope sites and bryophytes dominating at ravine sites, but epiphyll growing rates did not vary between the two sampling sites. Rates of epiphyll colonization were shown to be host plant species specific. Macroscopically visible epiphylls were the fastest to colonize Costus laevis leaves and the slowest to colonize Asplundia pittieri foliage. Leaf longevity and epiphyll coverage rates correlated within the plants studied, especially in case of C. laevis and A. pittieri, the latter forming the longest living foliage (4.3 yrs.) and the former the shortest living leaves (1.6 yrs.). Longchained alkanes represented the major analytes in the hexane-soluble leaf wax, apart from alkanols, sterols and unidentifiable compounds. The chemical composition of the extracted leaf cuticles was shown to be plant species specific. Furthermore, shifts in the composition of the foliar wax between fully developed and old leaves were observed for A. pittieri, C. drudei, D. concinna cf., and P. cervina, but not for C. laevis and P. wendlandii. A comparison of species-specific wax composition and leaf age-related shifts of cuticle components with epiphyll colonization rates provides support for the notion that the epicuticular wax chemistry affects epiphyll growth on leaves.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
Leaf cuticle leaf wax epiphylls phyllosphere leaf longevity tropical understorey plants
Schlagwörter
(Deutsch)
Blattkutikula Blattwachs Epiphylle Phyllosphäre Blattlebensdauer tropische Unterwuchspflanzen
Autor*innen
Andreas Voglgruber
Haupttitel (Englisch)
Leaf wax compounds of tropical understorey plants affect epiphyll community growth
Paralleltitel (Deutsch)
Blattwachskomponenten tropischer Unterwuchspflanzen beeinflussen das Wachstum von Epiphyllengemeinschaften
Publikationsjahr
2011
Umfangsangabe
82 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Franz Hadacek
Klassifikationen
42 Biologie > 42.41 Pflanzenphysiologie ,
42 Biologie > 42.97 Ökologie: Sonstiges
AC Nummer
AC08572760
Utheses ID
13314
Studienkennzahl
UA | 066 | 832 | |
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