Jak prostředí a parazitace ovlivňují frekvenci samic v populacích gynodioecického druhu Cirsium brachycephalum (Asteraceae)?

Bc. Helena Prokešová

Master's thesis

How could environmental conditions and host/parasite interactions affect the female frequency in populations of gynodioecious species Cirsium brachycephalum (Asteraceae)?

Abstract:

Cirsium brachycephalum je halofilní panonský endemit, který je gynodioecický. Gynodioecie je založena na koexistenci samičích a oboupohlavných jedinců v populacích a je považována za mezikrok při evolučním přechodu od oboupohlavnosti k dvoudomosti. Populační poměr pohlaví u gynodioecických druhů ovlivňují kromě genetických predispozic také podmínky prostředí. Cílem práce bylo analyzovat (a) poměr pohlaví a jeho meziroční změny v populacích C. brachycephalum, (b) vliv salinity na poměr pohlaví, (c) počet a kvalitu nažek u rostlin obou pohlaví, (d) napadání úborů obou pohlaví hmyzími parazity a (e) zjistit, zda případný rozdíl v napadení může ovlivňovat poměr pohlaví v populaci. Sběr dat probíhal v letech 2010–2012 v sz. části areálu druhu, na jižní Moravě, Slovensku, v Rakousku a Maďarsku, celkem v 25 populacích. V každé z nich byl zjišťován poměr pohlaví, velikost a hustota populace, byly zapsány fytocenologické snímky a odebrány vzorky půdy. Z fytocenologických snímků byly vypočítány průměrné Borhidiho indikační hodnoty a z půdních vzorků byla stanovena salinita a pH půdy. U 17 populací byly stanoveny rozdíly v počtu a kvalitě nažek mezi pohlavími a ve 13 populacích i rozdíly v podílu napadených úborů. Zjištěný podíl samičích rostlin byl poměrně vysoký (medián = 63,2 %) a jeho hodnoty spolu meziročně korelovaly. Frekvence samičích rostlin pozitivně korelovala se zasolením stanoviště, což je v souladu se sex-differential plasticity hypotézou, která předpokládá, že samičí rostliny jsou na drsnějších stanovištích zvýhodněny, protože inbrední deprese se u oboupohlavných rostlin projevuje za těchto podmínek intenzivněji. Počet nažek v úborech samičích rostlin koreloval pozitivně s podílem oboupohlavných rostlin v populaci, což naznačuje pylovou limitaci přežívání samičích rostlin. Samičí rostliny měly v úborech více nažek než rostliny oboupohlavné a jejich nažky byly také těžší, přesto byly samičí rostliny hmyzem napadány méně často. Větší atraktivita oboupohlavných rostlin pro parazity je zřejmě dána produkcí pylu. Vztah mezi intenzitou predace nažek a poměrem pohlaví v populaci se potvrdit nepodařilo. C. brachycephalum se díky specifickým vlastnostem (subhalofilnost, monokarpie, relativně malá konkurenceschopnost, omezená šiřitelnost) ukázalo jako vhodný model pro studium gynodioecie.

Abstract:

Cirsium brachycephalum is halophilous Pannonian endemic with gynodioecious sexual system that is based on co-occurrence of hermaphrodites and females within the same species. The gynodioecy is considered to be a key step in evolutionary transition from hermaphroditism to dioecy. Beside genetic predispositions, the population sex ratio is also influenced by environmental conditions in gynodioecious plants. The aims of thesis were to analyse (a) sex ratio and its between-years changes in populations of C. brachycephalum, (b) relationship between population sex ratio and degree of salinity, (c) number and quality of achenes in females and hermaphrodites, (d) whether achene predators prefer particular sex, and if so, (e) whether it could influence the population sex ratio. Data were collected in 2010–2012 in the northwest part of species distribution range, in the Czech Republic, Slovakia, Austria and Hungary, altogether in 25 populations. In each population, sex ratio, population size and density were detected, soil samples were collected and phytosociological relevés were made. The mean Borhidi indicator values were calculated, soil salinity and pH were estimated in all populations. The differences between the sexes in number and quality of achenes were detected in 17 populations while the differences in parasite infestation were analysed in 13 populations. Population female frequency was relatively high (median = 63.3 %) and correlated between the seasons. The female frequency was positively correlated with the degree of salinity. This corresponds to sex-differential plasticity hypothesis postulating female advantage in stressful conditions due to increased inbreeding depression in hermaphrodites. The number of achenes per female capitulum was positively correlated with the population hermaphrodite frequency. This suggests pollen limitation of female fitness. Although female capitula contained much more and heavier achenes than those of hermaphrodites, they were infected less frequently. The higher attractiveness of hermaphrodites for parasites is probably due to pollen production. The relationship between population sex ratio and the intensity of parasitation was not confirmed. C. brachycephalum was found to be an appropriate model for the study of gynodioecy.

Keywords

Borhidiho indikační hodnoty, Cirsium brachycephalum, gynodioecie, faktory prostředí, female advantage, female fitness, paraziti, poměr pohlaví, SDP hypotéza, Borhidi indicator values, environmental factors, gynodioecy, herbivory, seed fertility, sex-differential plasticity hypothesis, sex ratio

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2013

Thesis defence

• Date of defence: 10. 6. 2013
• Supervisor: doc. RNDr. Petr Bureš, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Botany