Morphologische, phänologische und genetische Merkmale von Lindenbestandstrukturen (Tilia cordata Mill., Tilia platyphyllos Scop. und Tilia tomentosa)

Stipendiatin/Stipendiat: Ma Selma Vejzagic

Morphologische, phänologische und genetische Merkmale von Lindenbestandstrukturen (Tilia cordata Mill., Tilia platyphyllos Scop. und Tilia tomentosa)

 

 

Aufgrund des großen ökologischen Werts der Arten der Gattung Tilia ist die morphologische und genetische Variabilität dieser Arten von großem Interesse. Insbesondere, gewinnt die Silberlinde, die durch ihre Anpassungsfähigkeit in veränderten und trockenen Lebensräumen im Hinblick auf Klimawandel in Bedeutung. Ziel der vorliegenden Arbeit war die drei Arten Winter-, Sommer- und Silberlinde in Bosnien und Herzegowina in Bezug auf verschiedene Lebensraumbedingungen und andere ökologische und biologische sowie anthropogene Faktoren in der Umwelt zu untersuchen, wobei der Schwerpunkt auf Klimawandel, bio klimatologische und meteorologische Bedingungen Höhe, Bodentyp, ökologischer Vegetationstyp, Klima und Exposition lag. Ein weiteres Ziel war potentielle Linden -Hybride, neue -Varietäten und -Arten zu identifizieren und genetisch zu charakterisieren.

 

Die Untersuchungspopulationen in verschiedenen Standorten in Bosnien und Herzegowina wurden anhand der Daten zur Pflanzengemeinschaften der Linde, beschrieben von Professor Herman in Jugoslawien und Professor Pintarić von der Fakultät für Forstwirtschaft in Sarajevo. Die Auswahl der Kontrollpopulationen von Tilia tomentosa wurde auf der Grundlage der Datenbank geschützter Populationen von Silberlinsen in Europa erstellt. Um das gesamte Gebiet von Bosnien und Herzegowina abzudecken, wurden kleinere Populationen zu Metapopulationen zusammengeführt. Diese umfassen Bäume von unterschiedlichen Orten, aber aus Lebensräumen mit ähnlichen ökologischen und biologischen Wachstumsbedingungen. Auf diese Weise ist es möglich, die interessantesten und wichtigsten Lindenpopulationen zu untersuchen, so dass die erhaltenen Ergebnisse unter dem Gesichtspunkt verschiedener Umweltfaktoren hinsichtlich der Klassifizierung analysiert werden können. Um ein vollständigeres Bild der Arten Tilia cordata und Tilia platyphyllos zu erhalten, war es geplant, Populationen aus georgisch-türkischen in die Stichprobe mit einzubeziehen, so dass der „Genfluss“ der Gattung Tilia über Europa verfolgt werden konnte. Coronabedingt konnten die geplanten Proben aus der Türkei nicht geliefert werden. In Deutschland wurden drei Forschungsschwerpunkte als Kontrollpopulationen ausgewählt, von denen die wichtigsten Leimen, Heidelberg und Brandenburg waren. Insgesamt wurden 317 Bäume aus Bosnien und Herzegowina sowie 90 Bäume aus Deutschland untersucht.

 

Die grundlegende Methode zur morphologischen Untersuchung von Blättern ist laut dem kroatischen Autor Dr. Franjic- eine modifizierte Standardmethode zur morphologischen Messung von Waldarten in der Balkanregion. Das Blatt von Tilia cordata ist herzförmig, leicht nach einer Seite gebogen, einfach bis doppelt (selten) gezahnt, hellgrün gefärbt. Die Rückseite des Blattes hat normalerweise keine Haare, und selbst wenn dies der Fall ist, wachsen die Haare in der Ecke des Blattes am Kontaktpunkt mit dem Blattstiel. Eine Neuheit bei der Messung des morphologischen Charakters von Blättern ist die Verdickung an der Basis der Blätter, die auf die Immunität der Art gegen schädliche Insekten hinweist. Im Gegensatz zu Tilia cordata hat die Art Tilia platyphyllos ein etwas breiteres Blatt und eine größere Blüte als die kleinblättrige Linde. Die Methode zur Messung der Frucht wurde ebenfalls geändert, da es bei der Art Tilia tomentosa neue Messparameter für die Frucht gibt, da die Existenz einer neuen Fruchtart festgestellt wurde.

 

Die Methodik zur Erforschung von Lindenfrüchten und -blättern ist neu, da auf der Grundlage der Standardmethode zur Messung morphologischer Parameter zusätzliche Fruchtcharaktere vermessen wurden. Obwohl die Methodik der morphologischen Untersuchung von Lindenblättern und -früchten weltweit Standard ist, wurde die ursprüngliche Methodik genau aufgrund des Auftretens sogenannter sekundärer und tertiärer Flügel auf silbernen Lindenfrüchten entwickelt und weil bestimmte Regelmäßigkeiten in den sogenannten Lindenfruchtformen beobachtet wurden. 6340 Blätter wurden im Detail gemessen. Diese Zahl bezieht sich nur auf die ersten 317 Bäume innerhalb des Projektes. Zur Messung der morphologischen Eigenschaften von Früchten wurden 12640 Früchte gemessen.

 

In Blättern wurden folgende Werte gemessen: Blattlänge und -breite, Länge des Zentralnervs, Winkel, der mit dem ersten entwickelten rechten Nerv mit der Blattbasis zusammenfällt, Stiellänge, Anzahl der Zähne pro 1 cm Länge, Art der Haarigkeit und Art der Verzahnung. Bei den Früchten wurden folgende Merkmale gemessen: Länge Stiele, Länge der primären, sekundären und tertiären Flügel, Länge der Basis der primären Flügel, Trennposition, Breite und Länge der Samen und Anzahl der Kanten.

Die Muster für morphologische Messungen wurden auf der Stichprobe von bosnisch-herzegowinischen und kroatischen Methoden für morphologische Messungen erstellt, so die Autoren BALLIAN, D. (Doktorarbeit), KVESIC, S. (Doktorarbeit), MEMISEVIC-HODZIC, M. (Doktorarbeit), (Bosnien und Herzegowina) und nach Angaben des kroatischen Autors FRANJIC (Doktorarbeit).

 

Die genetische Charakterisierung erfolgte durch Extraktion von DNA aus Lindenblättern, Zweigen und Knospen, je nachdem, welches Material im Labor verfügbar war. Zur Extraktion der DNA wurde das CTAB-Protokoll verwendet. Der DNA-Gehalt wurde stichprobenmäßig mit einem Photometer gemessen und die DNA auf ca. 20ng/µl verdünnt. Diese Lösung stand in weiterer Folge für die PCR-Reaktion mittels Qiagen-multiplex-Kit zur Verfügung.

 

 

Bei den genetischen Untersuchungen wurden 12 Kernmikrosatelliten-Genorte (Tc5, Tc31, Tc6, Tc7, Tc4, Tc8, Tc915, Tc963, Tc951, Tc918, Tc920, Tc11; Phuekvilai & Wolff 2013) und 6 cpDNA-Mikrosatelliten (ccmp3, ccmp4, ccmp5, ccmp6, ccmp10, μkk3; Weising and Gardner, 1998) eingesetzt. Die Kernmikrosatelliten wurden am AWG Bayern und die cpDNA-Mikrosatelliten an der FVA Baden-Württemberg analysiert.

Die genetische Variabilität innerhalb und genetische Differenzierung zwischen Populationen wurde mittels der Software Genalex und Arlequin berechnet. Die populationsgenetische Strukturen und die Artbestimmung der Einzelnbäume wurden anhand der Software Struktur 2.2 (Pritchard et al., 2000) analysiert. Diese Analysen wurden an der FVA-Baden-Württemberg abgeschlossen.

 

Ergebnisse

 

Die Baumarten Tilia cordata und Tilia platyphyllos können im Feld manchmal sehr schwer zu identifizieren sein. Der Grund dafür ist, dass sich Tilia platyphyllos in den letzten 9000 Jahren an den Klimawandel anpassen musste. Als sich das atlantische Klima in den skandinavischen Ländern in der Vergangenheit änderte, begannen die Temperaturen in den natürlichen Lebensräumen von Tilia cordata und Tilia platyphyllos zu sinken. Als die Lufttemperatur sogar unter 15 Grad fiel, wurde es für die Samen von Tilia platyphyllos sehr schwierig zu keimen. Es wird vermutet, dass große Wälder von Winter- und Sommmerlinden aufgrund des Klimawandels fragmentiert wurden und dass sich Tilia platyphyllos- und möglicherweise Tilia tomentosa-Bäume in den südlichen Teilen Europas (submittelmeerische Region) morphologisch an neue Lebensraumbedingungen anzupassen begannen. Eine Auswirkung des Klimawandels könnte die Zunahme der Vielfalt in den Blättern und Samen der Sommer- und Winterlinde sein.

 

Die Messung von Lindenparametern in Populationen in Bosnien und Herzegowina zeigten, dass der längste Stiel von Silberlindenblättern im Gebiet von Mostar gemessen wurde. Diese Population ist durch thermophile Vegetation und submediterranes Klima gekennzeichnet (durchschnittliche Parameter für die Population = 32,21 mm). Die kleinste gemessene Blattstiellänge befindet sich im Gebiet von Tomislavgrad, das Bäume der Populationen Tomislavgrad und Capljina zu einer METAPOPULATION vereint. Die durchschnittliche Größe dieses Parameters beträgt 23,13 mm. (METAPOPULATION ist der Name, den wir verwendeten, wenn mehrere Populationen zusammengefasst wurden).

 

Der Genort Tc918 funktionierte nur bei der Sommerlinde und wurde deshalb bei den Berechnungen der genetischen Unterschiede zwischen den Arten und Standorten weggelassen. Die verbleibenden 11 Genmarker wurden verwendet, um alle im Projekt gesammelten Proben zu untersuchen und dienen der Charakterisierung von Populationen, und um Arten und potentielle Hybride zu identifizieren.

Die Ergebnisse der Analyse in der genetischen Software GenAlEx zeigten, dass sich die deutschen Populationen der Arten Tilia cordata und Tilia platyphyllos klar von Popultionen der Art Tilia tomentosa aus Bosnien und Herzegowina unterscheidet. Innerhalb von T. tomentosa sind einige Populationen von klar von anderen Populationen getrennt oder isoliert. Ein solches Beispiel ist die Population von SREBRENIK. Unter dem Gesichtspunkt der molekularen Analyse ist von Bedeutung, dass die Populationen von Tilia tomentosa aus Mostar, die unter thermophilen Bedingungen wachsen, genetisch ähnlicher sind oder sogar mit der Gruppe mesophiler und kontinentaler Populationen von Tilia tomentosa aus Nordwestbosnien und Herzegowina zusammenfallen. Es wurde jedoch erwartet, dass die mesophilen Populationen von Tilia tomentosa aus dem Nordwesten Bosniens die kontinentalen Populationen von Tilia tomentosa aus Nordostbosnien (Populationen Srebrenik und Kladanj-kontinentaler Teil) genetisch stärker beeinflussen würden - dies ist jedoch NICHT der Fall.

 

Die genetische Analyse hat die Existenz potenzieller Hybride von Tilia tomentosa und das Auftreten von genetisch identischen Bäumen gezeigt. Teilweise wird das Auftreten von klonaler Vermehrung als Grund für die genetisch identen Individuen angezweifelt. Dies wird auch durch die Ergebnisse der morphologischen Analyse angezeigt, bei denen die auf dem Feld als Tilia cordata identifizierten Bäume tatsächlich Tilia platyphyllos sind; Die als Tilia platyphyllos identifizierten Bäume sind tatsächlich Tilia tomentosa, und die als Tilia tomentosa identifizierten  Bäume haben Fruchteigenschaften, die morphologische Eigenschaften aller drei Arten von Linden aufwiesen.

Aus den Ergebnissen der genetischen Analyse von Linden aus Bosnien und Herzegowina kann geschlossen werden, dass einige Bestände von Tilia cordata als eigene Cluster eindeutig identifiziert sind. Einige Bestände sind jedoch sehr ähnlich und bilden ein gemeinsames Cluster. Ersteres deutet auf klare Grenzen der Verbreitung hin, die eine Vernetzung der Populationen durch Genfluss verhindern. Wenn wir die Bestände von Bosanski Grahovo und Livno vergleichen, stellen wir fest, dass die peripheren Bäume der Populationen sehr nahe beieinander liegen. Wenn wir die Population von Tomislavgrad mit der Population von Cajnica vergleichen, stellen wir fest, dass sich diese beiden Populationen genetisch unterscheiden.

 

Die Ergebnisse der Analyse anhand der Software STRUCTURE veränderten das Bild der KLADANJ-Population, die ursprünglich als Population von Tilia tomentosa identifiziert wurde. Nach der Klassifizierung in den drei angenommenen Gruppen (Tilia tomentosa, T. cordata and T. platyphyllos) waren die Bäume der Population KLADANJ als Tilia cordata oder Tilia platyphyllos identifiziert. 

 

 

 

Die Ergebnisse dieser Arbeit stimmen im Allgemeinen mit den Ergebnissen von BALLIAN & MEMIŠEVIĆ, FRANJIĆ, KVESIĆ, BOGUNIĆ & HAJRUDINOVIĆ überein, die die genetische, morphologische und phänologische Variabilität von Waldbaumarten in Bosnien und Herzegowina und Kroatien untersuchten. Die morphologischen Eigenschaften der Bäume stimmen im Allgemeinen mit den Beschreibungen aus der Literatur von MEKIĆ, JOVANOVIĆ und PINTARIĆ überein. Das wichtigste Ergebnis der Forschung ist neben der Beobachtung einer neuen Art von Früchten und Blättern in T. tomentosa und dem Auftreten von Klonen (Population Mostar). Die deutschen Populationen der Winter- und Sommerlinde sind genetisch den bosnischen Beständen der Silberlinde ähnlicher (GenAlEx Ergebnisse von AWG). Dieses Ergebnis ist in Zukunft sehr wichtig, wenn die genetische Zugehörigkeit der KLADANJ-Population erklärt wird. Wenn wir die Ergebnisse morphologischer Messungen von Tilia cordata und Tilia platyphyllos aus Bosnien und Herzegowina mit den Ergebnissen morphologischer Messungen von Populationen aus Deutschland vergleichen, kann geschlossen werden, dass Populationen aus Deutschland viel stabiler in den Merkmalen sind als Populationen aus Bosnien und Herzegowina. Die gemessenen Merkmale bei Lindenopulationen in Bosnien und Herzegowina sind deutlich vielfältiger.

 

Tilia tomentosa gilt als wichtige Art, um den Prozess der Fragmentierung von Lindenwäldern in Südosteuropa und den Prozess des Klimawandels im Kontext des Waldmakroklimas zu verstehen. Dies macht die Lindenforschung unter den Gesichtspunkten Klimatologie, Bioklimatologie, Ökologie, Dendrologie und Genetik wichtig, da sie zeigt, wie diese wissenschaftlichen Disziplinen synergistisch arbeiten und wie sie ein vollständiges Bild der evolutionären Entwicklung einer Baumart vermitteln können.

 

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Förderzeitraum:
05.02.2020 - 04.02.2021

Institut:
Forstliche Versuchs- und Forschungsanstalt Baden-Württemberg Abt. Waldschutz

Betreuer:
Dr. Aikaterini Dounavi

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