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Uptake of ant-derived nitrogen in the myrmecophytic orchid Caularthron bilamellatum

Christian Gegenbauer

Art der Arbeit

Diplomarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Andreas Richter

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DOI

10.25365/thesis.15442

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30163.35732.291061-6

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

• Hintergrund und Zielsetzung Mutualistische Beziehungen zwischen Ameisen und Pflanzen kommen in einer Vielzahl unterschiedlicher Pflanzenfamilien vor. Traditionell wurde davon ausgegangen dass dabei die Pflanze den Ameisen Nistmöglichkeiten und Nahrung zur Verfügung stellt und dafür gegen herbivore Insekten und konkurrierende Pflanzen verteidigt wird. Einige myrmecophytische („ameisenbewohnte”) Pflanzen wie die epiphytische Orchidee Caularthron bilamellatum bilden aktiv Hohlräume welche von den Ameisen als Nistplätze („Myrmecodomatien“) genutzt werden, obwohl die Pflanzen dadurch beträchtliche Mengen von Wasserspeichergewebe verlieren. Diese Studie geht der Frage nach, ob Nährstoffe wie Stickstoff, welche von den Ameisen in Form von Ausscheidungen und Abfall in den zu Domatien umgebildetet Pseudobulben von C. bilamellatum eingelagert werden, für die Wirtspflanze einen zusätzlichen Vorteil darstellen um den Verlust an Wasserspeicherfähigkeit auszugleichen. • Methoden Die Fähigkeit von C. bilamellatum unterschiedliche Stickstoffquellen in ihren zu Domatien umgebildeten Pseudobulben zu nutzen sowie die Aufnahmekinetik verschiedener organischer und anorganischer 15N-markierter Substrate (NH4+, Harnstoff und L-Glutamin) wurden unter natürlichen Bedingungen in einem tropischen Feuchtwald in Panama untersucht. Die Pflanzen wurden entweder direkt markiert indem die Substrate in flüssiger Form in die hohlen Pseudobulben injiziert wurden, oder indirekt in situ durch Markierung der die Pflanzen bewohnenden Ameisen welche die Substrate in die Pseudobulben der Pflanze eintrugen. • Ergebnisse C. bilamellatum konnte alle getesteten Substrate über die Oberfläche des Hohlraumes im Inneren der Pseudobulben aufnehmen. Die Aufnahme von NH4+ und Glutamin folgte einer Michaelis-Menten Kinetik während die Aufnahme von Harnstoff bis zu einer Konzentration von 2 mM linear verlief, die entsprechenden Aufnahmesysteme demnach bei diesen Substratkonzentrationen nicht sättigbar waren. Die 15N-markierten Substrate wurden rasch aufgenommen sowie in der Pflanze verteilt und in reproduktive Organe eingebaut. Durch die Markierungsexperimente mit Ameisen in situ konnte nachgewiesen werden dass diese unter natürlichen Bedingungen Stickstoff in die Pflanze transferieren. • Conclusio Diese Studie demonstriert zum ersten mal dass eine myrmecophile Orchidee die Fähigkeit besitzt, aus ihren Domatien aktiv verschiedene Stickstoff-Formen aufzunehmen und liefert zudem den Nachweis dass ein Nährstofffluss von Ameisen zu Pflanzen unter natürlichen Bedingungen stattfindet. Diese Ergebnisse lassen darauf schließen, dass neben dem Schutz vor Herbivoren, auch der aus den Abfällen der Ameisen aufgenommene Stickstoff einen positiven Effekt auf die Fitness dieser Myrmecophyten hat. Diese zusätzliche Nährstoffquelle könnte den Pflanzen helfen, den Verlust von Wasserspeichergewebe, welcher durch die Bildung der Domatien entsteht, zu kompensieren.

Abstract

(Englisch)

• Background and Aims Mutualistic ant-plant associations are common in a variety of plant families. Some myrmecophytic plants, such as the epiphytic orchid Caularthron bilamellatum, actively form hollow structures that provide nesting space for ants (myrmecodomatia), despite a significant loss of water-storage tissue. This study aimed at assessing the ability of the orchid to take up nitrogen from ant-inhabited domatia as possible trade-off for the sacrifice of potential water storage capacity. • Methods Nitrogen uptake capabilities and uptake kinetics of 15N-labelled substrates (NH4+, urea and L-glutamine) were studied in field-grown C. bilamellatum plants in a tropical moist forest in Panama. Plants were either labelled directly, by injecting substrates into the hollow pseudobulbs or indirectly, by labelling of the associated ants in situ. • Key Results C. bilamellatum plants were able to take up all tested inorganic and organic nitrogen forms through the inner surface of the pseudobulbs. Uptake of NH4+ and glutamine followed Michaelis-Menten kinetics, but urea uptake was not saturable up to 2 mM. 15N-labelled substrates were rapidly translocated and incorporated into reproductive structures. By labelling ants with 15N in situ, this study was able to show that ants indeed transfer nitrogen to the plants under field conditions. • Conclusions It is demonstrated here for the first time that a myrmecophytic orchid is capable of actively acquiring different forms of nitrogen from its domatia and that nutrient flux from ants to plants does indeed occur under natural conditions. The results suggest that apart from anti-herbivore protection, nitrogen derived from ant debris might be beneficial for survival and reproduction of the host plant, counteracting a possible trade-off for the loss of water storage capacity during domatia formation.

Autor*innen

Christian Gegenbauer

Haupttitel (Englisch)

Uptake of ant-derived nitrogen in the myrmecophytic orchid Caularthron bilamellatum

Paralleltitel (Deutsch)

Stickstofftransfer von Ameisen zu Pflanzen in der myrmecophytischen Orchidee Caularthron bilamellatum

Publikationsjahr

2011

Umfangsangabe

31 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Andreas Richter

Klassifikation

42 Biologie > 42.90 Ökologie: Allgemeines

AC Nummer

AC08834911

Utheses ID

13859

Studienkennzahl

UA | 444 | | |

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Schlagwörter