Wie beeinflusst Landnutzung die intraspezifische Varianz von Blütenmerkmalen und in Folge Blüten Bestäuber-Interaktionen und Bestäubung?

In IntraFlor wollen wir (i) die Auswirkungen von Grünlandbewirtschaftung und der genetischen Diversität von Pflanzenpopulation auf die intraspezifische Varianz dieser Blütenmerkmale quantifizieren und (ii) die Folgen der beobachteten Merkmalsplastizität innerhalb und zwischen Pflanzenpopulationen für Bestäuberverhalten und die Fortpflanzungsfähigkeit der Pflanzen verstehen.

Innerhalb von drei Arbeitspaketen (WP) werden wir:
(i) die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Formen der Grünlandbewirtschaftung, der genetischen Vielfalt der lokalen Pflanzenpopulation und der intraspezifischen Varianz innerhalb morphologischer, physiologischer und chemischer Blütenmerkmale von ausgewählten Pflanzenarten über Raum (Plots) und Zeit quantifizieren,
(ii) untersuchen, wie sich die intraspezifische Varianz der Blütenmerkmale auf das Furagierverhalten von Bestäuber Individuen auswirkt, und
(iii) ermitteln, wie intraspezifische Merkmalsvarianz den Bestäubungserfolg einzelner Pflanzen beeinflusst.

Dabei kombinieren wir morphologische und physiologische Messungen (z. B. Blütengröße, Blütenhöhe, Blütenfarbe) vor Ort mit Laboranalysen chemischer Merkmale (z. B. Blütenduft, Pollenchemie) und molekularen Analysen zur genetischen Struktur und Diversität von Pflanzenpopulationen. Auswirkungen der phänotypischen Varianz von Merkmalen auf Bestäuberverhalten und Bestäubungserfolg werden durch Feldbeobachtungen und ein Gewächshausexperiment ermittelt.

Die in IntraFlor gewonnenen Erkenntnisse werden unser Verständnis darüber, wie Wechselwirkung zwischen intraspezifischer Varianz bei Blütenmerkmalen und Landnutzung das individuelle Bestäuberverhalten, Interaktionsmuster und somit die Ökosystemfunktion Bestäubung beeinflussen, erheblich erweitern.

Ziel dieses Projekts ist es, die Auswirkungen der Landnutzungsintensität auf die Variabilität
von Blütenmerkmalen und die daraus resultierenden Folgen für das Sammelverhalten von
Bestäubern und den Bestäubungserfolg zu ermitteln. Die Ergebnisse werden in zwei Teile
gegliedert:

1. Auswirkungen der Landnutzung auf Blütenmerkmale und deren Variabilität
Unsere Ergebnisse zeigen, dass die durch die Landnutzungsintensität geprägte
Blütengemeinschaft neben den Landnutzungskomponenten einen signifikanten Einfluss auf Blütenmerkmale und deren Variabilität hat. Interessanterweise reagierten unsere beiden untersuchten Arten unterschiedlich auf inter– und intraspezifische Konkurrenz durch die umgebende Pflanzengemeinschaft. Düngung und Beweidungsintensität korrelierten direkt mit der Blütenmorphologie, welche wiederum mit den Blütenmerkmalen korrelierte (Abb. 1).
Ranunculus acris reagierte stark auf interspezifische Konkurrenz: In Gebieten mit hoher
Blütendichte waren die Blüten von R. acris größer und wiesen einen geringeren Pollen– und
Nektarzuckergehalt auf (Abb. 1). Im Gegensatz dazu führte eine erhöhte relative Häufigkeit
von Trifolium pratense zu größeren Blüten mit höherem Pollen– und Nektarzuckergehalt
(Abb. 1), vermutlich weil es sich um eine Leguminose handelt, die Stickstoff fixieren kann
und so die Nährstoffkonkurrenz mit der umgebenden Pflanzengemeinschaft ausgleicht.
Unsere Ergebnisse zeigen somit, dass verschiedene Arten unterschiedliche Strategien
anwenden, um in Gebieten mit hoher inter– oder intraspezifischer Konkurrenz erfolgreich zu sein.

Die Variabilität der Blütenmerkmale veränderte sich signifikant mit der umgebenden Pflanzengemeinschaft, jedoch weniger stark mit Landnutzungsvariablen. Die Variation des Nektarzuckergehalts nahm mit zunehmender Blütendichte bei R. acris ab, während sie auch in Parzellen mit einer hohen relativen Häufigkeit von T. pratense abnahm. Dies deutet erneut darauf hin, dass T. pratense gegenüber potenziellen Bestäubern transparenter ist als R. acris. Wir beobachteten außerdem, dass T. pratense in Parzellen mit geringer relativer Häufigkeit eine geringere Farbvariabilität aufwies (Abb. 2).

2. Auswirkungen der Landnutzung auf die Nahrungssuche und den Bestäubungserfolg von Bestäubern
Wir untersuchten Veränderungen im Sammelverhalten von Hummeln, insbesondere an unserer Fokusart, dem Rotklee, in Abhängigkeit von der Intensität der Landnutzung. Die Pollenzusammensetzung in den Pollenkörbchen der Hummeln, analysiert mittels Metabarcoding, unterschied sich signifikant zwischen niedriger, mittlerer und hoher Landnutzungsintensität (Abb. 3).

Auf Flächen mit hoher Blütendichte war die Artenvielfalt der Hummeln höher (Abb. 4a). Der Anteil von T. pratense-Pollen in den Pollenkörbchen der Hummeln war außerdem in Gebieten mit hoher relativer Häufigkeit von T. pratense höher (Abb. 4a). Dies hatte jedoch keinen signifikanten Einfluss auf die Anzahl der Samen pro Blütenstand. Stattdessen nahm die Anzahl der Samen mit der allgemeinen Blütendichte zu (Abb. 4c), was darauf hindeutet, dass Rotklee in Gebieten mit hoher Blütendichte besser bestäubt wird.

Insgesamt zeigen unsere Ergebnisse, dass verschiedene Arten unter unterschiedlicher Landnutzungsintensität unterschiedliche Strategien anwenden. Die durch die Landnutzung geprägte Pflanzengemeinschaft beeinflusst die Blütenmerkmale und deren Variabilität sowie den von Hummeln auf den Grünlandflächen gesammelten Pollen und hat wahrscheinlich einen indirekten Einfluss auf den Samenansatz.