Das haben Yedra García und Kollegen von der University of New Brunswick herausgefunden Dürrebedingungen können die schnelle Entwicklung der Blütengröße und der Nektarproduktion vorantreiben in der Pflanze der Gemeinen Prunkwinde. Die Ergebnisse, veröffentlicht in AoB PLANTSdeuten darauf hin, dass Wasserstress aufgrund des Klimawandels die Entwicklung der Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern schneller verändern kann als der Rückgang der Bestäuberpopulationen.

Wasserstress verändert die Blütenpracht und das Sortiment der Prunkwinde

Die Forscher führten Experimente mit dem Anbau von Prunkwindenpflanzen unter verschiedenen Bewässerungsbedingungen durch, um die Auswirkungen von Trockenstress zu testen. Die Pflanzen wurden draußen an der University of New Brunswick unter natürlichem Niederschlag und Bestäubung gezüchtet. Um der Dürre entgegenzuwirken, wurden einige Pflanzen wesentlich seltener als normal gegossen – nur einmal pro Woche statt jeden zweiten Tag.

Die Experimente zeigten, dass Trockenstress zu Veränderungen der Blütenmerkmale führte, die die Interaktion zwischen Pflanze und Bestäuber vermitteln. Winde Pflanzen unter Dürrebedingungen brachten Blüten hervor, deren Durchmesser im Vergleich zu gut bewässerten Pflanzen durchschnittlich um 23 % kleiner war. Dürre führte auch zu einem Rückgang der in jeder Blüte produzierten Nektarmenge um 53 %. Nektarvolumen ist eine wichtige Belohnung, die Bestäuber anlockt. Diese signifikanten Verringerungen der Blütengröße und des Nektars unter Trockenstress deuten auf große Auswirkungen des Wassermangels auf den Blütenphänotyp hin.

Dürre wirkte sich nicht nur auf die Blütenmerkmale aus, sondern veränderte auch die Muster der natürlichen Selektion Blütengröße und Nektarvolumen. Die Forscher schätzten die Selektion, indem sie Pflanzenmerkmale mit der Samenproduktion als Maß für die Fitness in Beziehung setzten. Unter Dürrebedingungen stellten sie fest, dass die Selektion größere Prunkwindenblüten begünstigte, obwohl der Wassermangel bereits die Blütengröße verringerte. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die Produktion größerer Blüten vorteilhaft und anpassungsfähig für die Pflanzenreproduktion ist, wenn das Wasser begrenzt ist. Was das Nektarvolumen anbelangt, begünstigte die Selektion bei Trockenheit Blüten mit weniger Nektar, wahrscheinlich aufgrund der Wasserkosten der Nektarproduktion.

Im Gegensatz dazu zeigten die Experimente, dass ein eingeschränkter Zugang von Bestäubern relativ schwache Auswirkungen auf die Blütenmerkmale und deren Entwicklung hatte. Obwohl die Einschränkung der Bestäuber reduziert wurde Samen Pflanzen Obwohl sich die Produktion geringfügig veränderte, veränderte sich weder die Blütengröße noch das Nektarvolumen im Vergleich zu offen bestäubten Pflanzen. Und die Selektionsmuster für Blütenmerkmale mit und ohne Bestäuber waren ähnlich. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass abiotische Faktoren wie Dürre zu schnelleren evolutionären Veränderungen führen können Pflanze-Bestäuber-Interaktionen als der Rückgang der Bestäuberpopulationen.

Untersuchung von Dürre, Bestäubern und Blütenentwicklung

Die Forscher führten diese Experimente durch, um zu verstehen, wie Auswirkungen des Klimawandels die Entwicklung der Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern. Faktoren wie Dürre und ein Rückgang der Bestäuber verändern die Umwelt weltweit. Die Forscher wollten testen, wie sich diese Veränderungen auf die Entwicklung von Blütenmerkmalen auswirken, die die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern vermitteln.

Das Team führte die Experimente im Freien an der University of New Brunswick in Kanada mit kommerziellem Saatgut durch Ipomoea purpurea, die gemeine Prunkwinde. Der Anbau der Prunkwindenpflanzen aus kommerziellem Saatgut sorgte für genetische Vielfalt, um die Variation zwischen den Blüten zu untersuchen.

Durch die Messung der Blütenmerkmale und der Fitness unter den verschiedenen Behandlungen wurde quantifiziert, wie sich Dürre und Bestäuberrückgang auf die Auswahl der Blumen auswirken. Die Verwendung eines kontrollierten Versuchsaufbaus ermöglichte direkte Vergleiche, um den stärkeren evolutionären Effekt von Trockenstress im Vergleich zu reduzierter Bestäubung aufzudecken.

Experimentelle Methoden enthüllen die evolutionären Auswirkungen der Dürre

Die Forscher verwendeten mehrere experimentelle Techniken, um die Auswirkungen von Dürre und Bestäuberrückgang auf die Entwicklung der Prunkwinde auseinanderzuhalten. Trockenstress wurde durch eine Verringerung der Bewässerungshäufigkeit im Vergleich zu normalen Bedingungen auferlegt. Die Blütenknospen wurden mit feinmaschigen Beuteln abgedeckt, um Bestäuber auszuschließen.

Das Team hat Blütenmerkmale wie Blütengröße, Nektarvolumen und Blütenblattfarbe bei über 400 Prunkwindenpflanzen präzise gemessen. Sie erzählten diese Merkmalsmessungen zur Saatgutproduktion als Einschätzung der Fitness. Die Quantifizierung des spektralen Reflexionsvermögens der Blütenblattfarbe half bei der Analyse der Auswahl der Blütenfärbung.

Dieser strenge experimentelle Ansatz lieferte direkte Beweise dafür, dass Dürre im Vergleich zu rückläufigen Bestäuberpopulationen zu stärkeren und schnelleren evolutionären Veränderungen in Blütenmerkmalen führt, die für die Interaktion zwischen Pflanzen und Bestäubern entscheidend sind. Die Ergebnisse verdeutlichen den erheblichen evolutionären Einfluss, den abiotische Faktoren wie die Wasserverfügbarkeit auf Blütenpflanzen und ihre Bestäuber haben können angesichts des Klimawandels. García und Kollegen kommen zu dem Schluss:

Unsere Studie zeigt, dass Dürre die Entwicklung von Blütensignalen und Nektarbelohnungen beeinträchtigen könnte, was sich möglicherweise weiter auf die Besuchsmuster von Bestäubern auswirkt. Während unsere Ergebnisse darauf hindeuten, dass Dürre zu schnelleren evolutionären Veränderungen in den Bestäubungssystemen von Pflanzen führen kann als der Rückgang der Bestäuber, sind weitere experimentelle Arbeiten an pollenlimitierten und/oder selbstinkompatiblen Arten erforderlich. Unsere Studie verstärkt die Verwendung experimenteller Ansätze, um die relative Rolle verschiedener Selektionsmittel aufzudecken, die auf mehrere Blütenmerkmale wirken. Da der Klimawandel sowohl biotische als auch abiotische Faktoren umfasst, die interaktive Auswirkungen auf die Selektion von Blütenmerkmalen haben können, fordern wir zukünftige Studien, die mehrere Selektionsakteure in faktoriellen Kreuzexperimenten berücksichtigen.

Garcia et al. 2023

LESEN SIE DEN ARTIKEL
García, Y., Dow, BS und Parachnowitsch, AL (2023) „Wassermangel verändert die Selektionsmuster hinsichtlich Blütensignalen und Nektarbelohnungen bei der Gemeinen Prunkwinde." AoB PLANTS, 15(5), p. Junge061. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/aobpla/plad061.

Cover: Ipomoea purpurea. Bild: canva.