Vlastnosti semen důležité pro jejich predaci

Hana Foffová

Disertační práce

Seed traits important for predation

Anotace:

Predace semen je potravní strategie, kdy predátor požírá během svého života mnoho semen, která následně nejsou schopna vyklíčit. Predace semen přispívá k regulaci půdní zásoby semen plevelů a ovlivňuje tak jejich populační dynamiku. Z bezobratlých se v našich zeměpisných šířkách na predaci semen v polních podmínkách podílejí především střevlíkovití brouci (Coleoptera: Carabidae). Mechanismy, pomocí kterých predátoři semena vyhledávají a které se uplatňují při určení jejich preferencí, nejsou dosud dostatečně popsány. Zejména chybí informace, jaké znaky semen a v jaké míře ovlivňují výběr predátorů semen. Hlavním cílem této disertační práce je tedy zjistit, jaké znaky semen se podílejí na výběru semen střevlíkovitými brouky. Arénové pokusy identifikovaly morfologické znaky semen (velikost a tvar semen, tvrdost a tloušťku osemení) spolu s fylogenetickou příslušností (čeleď) a životní strategií rostlin (jednoleté, dvouleté, více leté rostliny) jako faktory, které podmiňují preference sledovaných střevlíkovitých brouků. Zároveň nebylo prokázáno, že by na preference střevlíků měly vliv dostupné chemické znaky semen (mastné kyseliny, volatilní látky a látky na povrchu semen) (Výsledek I.: Foffova et al., 2020, Insects 11:757.). Tento výsledek nekoresponduje s dosud publikovanou literaturou, kde jsou chemické látky popsány jako potenciální atraktanty / deterenty pro mnoho predátorů semen. Vysvětlení tohoto rozporu může spočívat v designu provedeného arénového experimentu, který kombinoval mnoho různých druhů semen na malém prostoru, což mohlo snížit schopnosti rozlišit tyto látky od látky od sebe, resp. identifikovat jejich zdroj. Znaky semen (hmotnost, rozměry atd.) se mohou měnit v závislosti na prostředí a čase. Semena nabobtnalá nebo mající poškozené osemení jsou požírána více nežli suchá nepoškozená semena (Výsledek II.: Foffova et al., 2020, Acta Zoologica Academiae Scientiarum Hungaricae, 66:37 - 48.). Tento fenomén je možné vysvětlit změnou fyziologické aktivity spojenou s klíčením semen a pozměněnou tvrdostí semene. Znaky semen se mění i s dobou setrvání v půdě, jež se projevuje zejména na hmotnosti, tvaru a životnosti. Výsledek III.: Saska et al., 2020, Agronomy, 10:448 navrhuje změnu ve způsobu interpretace dat o dlouhověkosti semen v půdní zásobě, přičemž klade důraz na modelování procentuálního přežití populace semen (PT50 a PT05). V experimentu bylo zjištěno, že některé druhy semen mají dlouhou životnost (např. u druhu Urtica dioica L. je PT50 10,5 let). Zatímco jiné druhy např. Campanula trachelium L. mají životnost krátkou (PT50 = 1,9 let). Společně s životností semen se mění i morfologické znaky semen. Změna znaků semen během setrvání v půdní zásobě má odezvu i v predaci semen střevlíkovitými. Výsledky preferenčních arénových pokusů naznačují sníženou konzumaci 6 let starých (zakopaným v půdě oproti čerstvým semenům), u druhů Pseudoophonus rufipes (DeGeer, 1774) a Amara littorea (C. G. Thomson, 1857). Oproti tomu druh Harpalus affinis (Schrank, 1781) preferoval zakopaná před čerstvými semeny (Výsledek IV.: Saska et al. 2019. EJE, 116:133 - 140). Změny znaků semen v půdní zásobě jsou, mimo jiné, způsobeny půdními mikroorganismy. Bylo zjištěno, že diverzita bakterií na povrchu i uvnitř semen je specifická pro různé druhy semen a zároveň podmíněná dobou setrvání v půdě. Bakteriální diverzita na druhové úrovni ovlivňuje preference střevlíkovitých brouků i životnost semen (Výsledek V.: Saska et al., PLSO – under review). Tato dizertační práce přispívá k pochopení zdrojů variability v potravních preferencích střevlíků a vzorců jejich chování. Tato disert

Anotace:

ační práce se také snaží poukázat na souvislosti mezi fylogenetickými, morfologickými a chemickými znaky semen v návaznosti na čas, který strávila semena v půdě, a prostředí, ve kterém se vyskytují. Poznatky této práce pomáhají s vysvětlením a pochopením složitého fenoménu predace semen, který je v agroenvironmentální praxi podhodnocován či zcela ignorován.

Abstract:

Seed predation is a feeding strategy in which a predator consumes many seeds in its lifetime. After the attack, seeds are killed and not able to germinate anymore. Seed predation contributes to the regulation of the weed seed bank and thus may affect weed dynamics. In our latitudes, the ground beetles (Coleoptera: Carabidae) are the main seed predators in field conditions. The mechanisms which predators use when searching for seeds and determining their preferences have not been sufficiently described. In particular, information is lacking on which seed traits are involved during the seed selection process by carabid seed predators. The main aim of this PhD. thesis is, therefore, to ascertain which seed traits are involved in choosing seeds by ground beetles. Arena experiments identified morphological traits of seeds (seed size and shape, seed hardness and thickness) along with phylogenetic affiliation (family) and plant life strategy (annual, biennial, perennial plants) as main factors determining the preferences of carabids. At the same time, seed chemical traits (fatty acids, volatile compounds and chemical compounds on the surface of seeds) have not affected ground beetle preferences (Paper I.: Foffova et al., 2020a, Insects 11: 757). This result does not correspond with the literature, where chemical traits were found to be potential attractants/deterrents for seed predators. This disagreement can be explained by the design of the cafeteria test, which combined many different species of seeds in a small space and could reduce the ability of the beetles to distinguish the source of the volatile compounds. Seed traits (weight, dimensions, etc.) may vary in different environments and times. Imbibed seeds or seeds with damaged seed coats were eaten more than dry and undamaged seeds (Paper II.: Foffova et al., 2020b, Acta Zoologica Academiae Scientiarum Hungaricae, 66:37-48). This result can be explained by the change in physiological activity associated with seed germination and changes in seed coat hardness. The seed traits may change with the time spent in the soil seed bank, which is reflected mainly in the case of mass, shape and longevity. Paper III .: Saska et al., 2020, Agronomy, 10: 448 suggests that interpretation of data related to seed longevity in soil bank should be based on modelling the percentage survival of the seed population, based on which persistence times can be estimated (PT50 and PT05). It was found that the persistence curve is different among the species (e.g. PT50 of Urtica dioica L. and Campanula trachelium L. was estimated to be 10.5 and 1.9 years, respectively). Along with seed viability, the morphological traits of the seeds also change due to time spent in soil. The change in the seed traits during the years in the soil seed bank affected seed preferences of ground beetles. Pseudoorphanus rufipes DeGeer, 1774) and Amara littorea (C. G. Thomson, 1857) preferred fresh seeds before buried seeds. In contrast, Harpalus affinis (Schrank, 1781) preferred buried seeds over fresh seeds (Result IV.: Saska et al. 2019. EJE, 116: 133-140). Soil microorganisms are another factor that interfere with seeds stored in the soil bank, and possibly also with seed preferences by the carabids. It was found that the diversity of bacteria on the surface and inside the seeds is species-specific and it changes with the time spent in the soil. Bacterial diversity affected the preferences of ground beetles for particular seeds and also the viability of the seeds (Paper V.: Saska et al., PLSO - under review). This Ph.D. thesis contributes to our understanding the sources of variability in carabid preferences, food webs and behavioural patterns. It also tries to indicate the connections between phylogenetic, morphological and chemical traits of seeds in interaction with time when the seeds stayed in soil seed bank and dynamics and the environment in which they occur. Findings included in this thesis help to explain the c

Abstract:

omplex phenomenon of seed predation, the practical aspect of which is currently underestimated or completely ignored in agri-environmental practice.

Klíčová slova

Střevlíkovití, půdní zásoba semen, preference, plevel, semenožravost

Keywords

Ground beetles, soil seed bank, weeds, preferences, granivory

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 8. 3. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. RNDr. Pavel Saska, Ph.D.
• Oponent: Josef Soukup, prof. Ing., CSc., Petr Klimeš, externi

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta životního prostředí

Doktorský studijní program / obor:
Ekologie / Ekologie