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Fungi and tree growth facilitation in European forests under drought conditions
Christos Papakoutis
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Zentrum für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Molecular Microbiology, Microbial Ecology and Immunobiology
Betreuer*in
Mark Anthony
DOI
10.25365/thesis.79811
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11141.12541.375461-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Dürreperioden in Waldökosystemen stellen eine zentrale Herausforderung für den gegenwärtigen und zukünftigen Erhalt der Biodiversität, der Kohlenstoffspeicherung und der Funktionsfähigkeit von Ökosystemen dar. Um ihre Nährstoffaufnahme zu verbessern und die Stresstoleranz zu erhöhen, sind Bäume auf symbiotische Beziehungen mit Pilzen angewiesen. Dennoch sind die Auswirkungen von Dürre auf Pflanzen-Pilz-Interaktionen bislang unzureichend erforscht und variieren je nach Zusammensetzung der Baumarten. In dieser Studie wurde untersucht, wie sich inter- und intraspezifische Wechselwirkungen zwischen drei dominanten Baumarten in europäischen Wäldern – Fagus sylvatica (Rotbuche), Quercus petraea (Traubeneiche) und Tilia cordata (Winterlinde) – unter simulierten Dürrebedingungen in Bezug auf ihre Rhizosphärenpilzgemeinschaften verändern. Wir stellten die Hypothese auf, dass Dürre die Diversität und funktionelle Kapazität der Pilzgemeinschaften beeinflusst, wobei diese Effekte von der Baumart und dem Konkurrenzkontext abhängen. Zur Überprüfung dieser Hypothese wurden Hochbeetexperimente mit Sämlingen der drei Arten als Mono- oder Polykulturen angelegt, die entweder natürlichen Niederschlagsbedingungen oder über zwei Jahre reduzierten Niederschlägen unter Kunststoffüberdachungen ausgesetzt waren. Das Wachstum und die Entwicklung der Baumsämlinge wurden erfasst, und am Ende des Experiments wurden Rhizosphärenproben einzelner Bäume entnommen, um die Pilzdiversität mittels ITS-DNA- Metabarcoding auf der Oxford Nanopore Technology PromethION-Plattform zu charakterisieren. Unter Dürrebedingungen bot intraspezifische Konkurrenz günstigere Voraussetzungen für das Baumwachstum als interspezifische Konkurrenz. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Zusammensetzung der Pilzgemeinschaften empfindlich auf Unterschiede in Pflanzenart, Konkurrenzkontext und Dürre reagierte und dass die Pilzbiodiversität spezifische Muster des Pflanzenwachstums unter Dürre- und Konkurrenzstress erklärte – insbesondere im Hinblick auf symbiotische Ektomykorrhizapilze. Diese Studie verdeutlicht die vielschichtigen Auswirkungen von Dürre auf Pilzgemeinschaften und unterstreicht die Bedeutung artspezifischer Interaktionen für die Reaktionsfähigkeit von Waldökosystemen auf klimatischen Stress. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der ökologischen Rolle von Pilzen für die Resilienz von Baumarten gegenüber dem Klimawandel bei und können zukünftige Strategien im Waldmanagement zur Minderung von Dürreeffekten in gemäßigten Regionen unterstützen.
Abstract
(Englisch)
Droughts in forest ecosystems are a central concern for current and future biodiversity loss, carbon sequestration, and ecosystem functioning. Trees rely on symbiotic relationships with fungi to enhance nutrient uptake and improve stress tolerance, but the impacts of drought on plant-fungal relationships remain unclear and vary across different tree species compositions. This study investigated how inter- and intraspecific interactions among three prominent tree species in European forests—Fagus sylvatica (European beech), Quercus petraea (Sessile oak), and Tilia cordata (small-leaved lime)—shift under simulated drought conditions in relation to their rhizosphere fungal communities. We hypothesized that drought would shift the diversity and functional capacity of fungal communities, with these effects being dependent on the tree species and competitive context. To test this, we set up raised-bed experiments with seedlings of the three species as mono- or polycultures, exposing them to ambient rainfall conditions or two years of reduced precipitation using plastic roofing. We assessed tree seedling growth and development, and at the end of the experiment, we sampled rhizosphere soils from individual trees to characterize fungal diversity using full-length ITS DNA metabarcoding on an Oxford Nanopore Technology PromethION platform. Unique levels of interspecific competition provided more favorable conditions for tree growth. Notably, Tilia promoted the growth of Fagus and Quercus, Quercus inhibited growth of both Tilia and Fagus, and Fagus inhibited growth of Tilia but stimulated Quercus. Fungal community composition was resistant to drought but responsive to variation in competitive context, whereby competition with Tilia shifted fungal communities to be distinct from Fagus and Quercus. The magnitude to which Tilia stimulated Fagus and Quercus growth was quantified using relative interaction intensities. Growth promotion by Tilia, modeled as a relative interaction intensity term tolerance, was tightly coupled to variation in fungal community composition. It was highest when Fagus and Quercus fungal communities shifted to closely resemble the community composition of Tilia monocultures, with a number of distinct plant-symbiotic ectomycorrhizal fungi significant indicator species of these competition levels. This study highlights the importance of species-specific interactions in forest ecosystem processes and potential responses to variation in the rhizosphere soil fungal community. These findings contribute to our understanding of the ecological roles of fungi in shaping forest species interactions and may inform future forest management strategies aimed at facilitating positive species interactions to boost biodiversity and productivity.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
fungi
Schlagwörter
(Englisch)
fungi fungal communities ectomycorrhizal fungi Tilia Quercus Fagus
Autor*innen
Christos Papakoutis 
Haupttitel (Englisch)
Fungi and tree growth facilitation in European forests under drought conditions
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
2, 37 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Mark Anthony
Klassifikationen
42 Biologie > 42.30 Mikrobiologie ,
42 Biologie > 42.41 Pflanzenphysiologie
AC Nummer
AC17728931
Utheses ID
78406
Studienkennzahl
UA | 066 | 830 | |