Interakce mezi poloparazitickými a invazními rostlinami v travinných společenstvech

Ing. Kateřina Knotková, Ph.D.

Doctoral thesis

Interactions between hemiparasites and invasive plants of grassland habitats

Abstract:

Invazní nepůvodní druhy představují jednu z nejzávažnějších globálních hrozeb pro biologickou rozmanitost a očekává se, že jejich dopady se s pokračujícími globálními změnami dále prohloubí. Podobně silné, nebo dokonce výraznější účinky však mohou mít i expanzivní původní druhy, kterým však v rámci invazní ekologie dosud není věnována dostatečná pozornost. Obě tyto skupiny vyžadují zvýšenou pozornost a efektivní způsoby managementu. Proto je klíčové zaměřit se na hledání opatření, která jsou ekologicky udržitelná a zároveň prakticky proveditelná. Jedním z perspektivních přístupů je hypotéza biotické rezistence, která zdůrazňuje roli původních druhů v omezování invazí. Euphytoidní poloparaziti představují významnou součást tohoto konceptu, neboť přímo potlačují své hostitelské rostliny a nepřímo podporují druhovou rozmanitost společenstev. Tato práce přináší experimentální důkazy podporující uvedené mechanismy. V kultivačních experimentech tři původní druhy poloparazitů vytvářely haustoriální spojení se 17 invazními a expanzivními druhy, přičemž funkční xylém–xylémová spojení byla potvrzena u více než 70 % ze 44 testovaných kombinací. Další experimenty prokázaly výrazné potlačení dvou invazních vytrvalých klonálních druhů – Solidago gigantea a Symphyotrichum lanceolatum. U Solidago snížil druh Melampyrum arvense biomasu až o 78 %, zatímco Rhinanthus alectorolophus přibližně o 50 %. U Symphyotrichum oba poloparaziti snížili biomasu přibližně o třetinu. Čtyřletý terénní experiment realizovaný na více lokalitách tyto výsledky potvrdil i v přirozených podmínkách. Kombinace M. arvense s pravidelným kosením snížila pokryvnost Solidago téměř o 90 % a podzemní biomasu rovněž o 90 %. U Symphyotrichum poklesla pokryvnost o 70 % a podzemní biomasa o 80 % po třech letech. Přítomnost poloparazitů navíc zvýšila druhovou rozmanitost a podpořila druhovou obměnu ve společenstvech, ačkoli obnova specializovaných lučních druhů byla limitována lokální dostupností diaspor. Tyto výsledky společně ukazují, že euphytoidní poloparaziti mohou působit jako účinný nástroj biotické rezistence a představují perspektivní a udržitelný prostředek pro management invazních druhů a obnovu biodiverzity. Současně rozšiřují dosavadní poznatky o pozitivních vlivech poloparazitů na druhovou rozmanitost společenstev a fungování ekosystémů, jejichž přehled je rovněž součástí této práce.

Abstract:

Invasive alien species are among the most serious global threats to biodiversity, and their impacts are expected to intensify with ongoing global change. Expansive native species can cause similarly severe or even stronger effects, yet they remain less clearly recognised within invasion ecology. Both groups demand greater attention and effective management. The search for measures that are ecologically sustainable and feasible is therefore urgent. One promising approach lies in the biotic resistance hypothesis, which highlights the role of native species in limiting invaders. Euphytoid hemiparasites represent an integral part of this concept because they directly suppress host plants and indirectly promote community diversity. This thesis provides experimental evidence for these mechanisms. In cultivation experiments, three native hemiparasites formed haustorial connections with 17 invasive and expansive species, with functional xylem–xylem attachments confirmed in more than 70% of the 44 tested combinations. Further experiments showed strong suppression of two invasive clonal perennials, Solidago gigantea and Symphyotrichum lanceolatum. In Solidago, Melampyrum arvense reduced biomass by up to 78%, while Rhinanthus alectorolophus reduced it by about 50%. In Symphyotrichum, both hemiparasites suppressed biomass by approximately one-third. A multi-site, four-year field experiment confirmed these patterns under natural conditions. M. arvense combined with mowing reduced Solidago cover by nearly 90 % and decreased belowground biomass by 90%. In Symphyotrichum, cover declined by 70% and belowground biomass by 80% after three years. Hemiparasite presence also enhanced community diversity and species turnover, although recovery of grassland specialists was limited by local seed availability. Together, these findings demonstrate that euphytoid hemiparasites can act as efficient agents of biotic resistance and highlight their potential as a sustainable tool for invasive species management and biodiversity restoration. This broadens the current understanding of hemiparasites’ positive effects on the diversity of ecological communities and ecosystem functioning, a review of which is also a part of this thesis.

Keywords

hemiparasitic plants, euphytoid hemiparasites, biotic resistance, invasive species, expansive species, haustoria

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 2. 10. 2025

Thesis defence

• Date of defence: 4. 12. 2025
• Supervisor: doc. RNDr. Jakub Těšitel, Ph.D.
• Reader: prof. dr hab. Magdalena Szymura, Csaba Tölgyesi, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Botany