Viel ist los im Botanischen Garten der Universität Salzburg. Im Folgenden stellen wir Ihnen die Forschungsprojekte vor die im Botanischen Garten durchgeführt werden.

 

Herbert Braunschmid, Mag. MSc., Lara Bauer, BSc
AG Dötterl, Pflanzenökologie, Fachbereich Biowissenschaften
Gefördert von: FWF
Zeitraum: April 2019 – April 2022


Frequenzabhängige Selektion in einer Täuscherpflanze
Manche Arten von Blütenpflanzen belohnen ihre Bestäuber nicht mit Nektar oder anderer Nahrung, man nennt sie Täuscherpflanzen. Damit die Bestäuber trotzdem wiederkommen ist es – so wird angenommen – von Vorteil, von diesen nicht wiedererkannt zu werden. Ein wenig anders zu sein als die anderen Pflanzen in der gleichen Population bezüglich der Anlockungsmerkmale wie Farbe oder Duft hat einen Selektionsvorteil. Das wird Frequenzabhängige Selektion genannt. Im Falle von Täuscherpflanzen hätten die Minderheiten einen höheren Fortpflanzungserfolg. Das würde dazu führen, dass Täuscherpflanzen in ihren Blütenmerkmalen variabler wären als belohnende Pflanzen.
Cypripedium calceolus, der Gelbe Frauenschuh, ist eine täuschende Orchidee und die einzige Frauenschuhart in Europa. In unserem Projekt wollen wir durch experimentelle Untersuchungen in natürlichen Populationen und im Botanischen Garten zeigen, dass bei dieser Orchidee negativ frequenzabhängige Selektionsprozesse auf den Blütenduft wirken. Die wichtigsten Methoden sind die Analyse des Blütenduftes mit Gaschromatografie / Massenspektrometrie, die künstliche Belohnung mit Nektar und die Färbung des Pollens mit blüten-spezifischen Pigmentfarbcodes um den Weg des Pollens in einer Population feststellen zu können.
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Dr. Guaraci Cordeiro, Univ. Prof. Dr. Stefan Dötterl
AG Dötterl, Pflanzenökologie, Fachbereich Biowissenschaften
Gefördert von: FWF Lise-Meitner Programm
Zeitraum: 2019-2021

Verändert Klimawandel den Blütenduft und die Anziehungskraft für Bestäuber?
Der Anstieg der Temperatur durch Klimaerwärmung wird für das 21. Jahrhundert auf bis zu 5° C geschätzt. Dadurch entstehen Veränderungen in ökologischen Prozessen, welche die Nahrungsmittelsicherung beeinflussen können.
Wir untersuchen die Kommunikation zwischen Kulturpflanzen und deren Bestäubern durch Duft. Blütendüfte sind essentielle Kommunikationswerkzeuge zwischen Pflanze und Bestäuber und Änderungen in der Temperatur zeigen Änderungen in der Freisetzung von Blütendüften. Wir sammeln Blütendüfte von drei bienenbestäubten Kulturpflanzen, dem Buchweizen Fagopyrum esculentum, dem Raps Brassica napus und der Erdbeere Fragaria x ananassa. Diese Versuchspflanzen werden sowohl in ihrer Optimums-Temperatur als auch in einer um 5°C höheren Umgebungstemperatur kultiviert.
Mit den gesammelten Blütendüften werden im Flugkäfig im Botanischen Garten kontrollierte Versuche durchgeführt um herauszufinden, ob Änderungen in den Blütendüften sich auf die Attraktivität gegenüber den Bestäubern auswirken. Unsere Ergebnisse tragen dazu bei herauszufinden, ob Veränderung in der Umgebungstemperatur Auswirkungen auf die Bestäubung von Kulturpflanzen und auch auf unsere Nahrungssicherheit haben.

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Christoph Hamminger, MSc, Dr. Michael Glueck, Annette Wimmer BSc.
PD Dr. Kristjan Plaetzer, Laboratory of Photodynamic Inactivation, Fachbereich Biowissenschaften
https://www.uni-salzburg.at/pdi
Gefördert von: Suncor AgroScience, Toronto, Kanada
Zeitraum: 2017-2023

Pflanzenpathogene (Bakterien, Viren und Pilze) verursachen hohe landwirtschaftliche Ernteausfälle. Der Einsatz von Antibiotika zur Eindämmung ansonsten nicht behandelbarer Pflanzenkrankheiten verursacht einen rasanten Anstieg der Antibiotika-Resistenz.
Unsere Forschungsgruppe ist auf die Entwicklung der Photodynamischen Inaktivierung zum Schutz der Pflanzen und der Ernte spezialisiert. Wir beschäftigen uns mit umweltfreundlichen und erfolgsversprechenden Alternativen zu herkömmlichen Verfahren. Hierfür verwenden wir Erwinia amylovora (Erreger des Feuerbrandes) auf der Walderdbeere (Fragria vesca) und Botrytis cinerea (Grauschimmel) auf Tomaten (Solanum lycopersicum) als Modellorganismen für unsere Forschung.
Unser Ziel ist es Verfahren zur Behandlung zur Anwendungsreife zu bringen, die erfolgreich Pathogene beseitigen ohne negativen Einfluss auf die Nutzpflanzen und die Umwelt zu verursachen.

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Dr. Karin Gross, Elisabeth Schlager  Dipl.Ing., B Eng SE, B Sc.
AG Dötterl, Pflanzenökologie, Fachbereich Biowissenschaften
Zeitraum: März-September 2021

Verändern sich Blütenmerkmale aufgrund einer Verdoppelung des Chromosomensatzes?

Lithophragma bolanderi aus der Familie der Steinbrechgewächse ist eine polymorphe Pflanze, welche in unterschiedlichen Ploidiestufen (Anzahl der Chromosomensätze) im Westen Nordamerikas zu finden ist. Unser Saatgut (F1 Samen) hat seinen Ursprung in einer kalifornischen Population, welche aus diploiden und tetraploiden Individuen besteht. Wir haben neben den beiden natürlichen Ploidielinien auch eine künstlich erzeugte tetraploide Linie angebaut. Hierfür wurden diploide Pflänzchen kurz nach der Keimung mit Colchicin – dem Gift der Herbstzeitlosen – behandelt, welches bei der Mitose die Bildung des Spindelapparates stört. Das hat zur Folge, dass sich die Zelle nicht teilt, nun aber einen verdoppelten Chromosomensatz hat. Sobald sich Blüten bilden, werden wir Duftproben nehmen und analysieren. Ebenso werden diverse Blütenmerkmale vermessen und verglichen.
Ziel ist es, zu untersuchen, ob sich die künstlich erzeugten tetraploiden Pflanzen in ihrem Blütenduft und der Blütenmorphologie von den diploiden Pflanzen unterscheiden und den natürlichen tetraploiden Pflanzen ähneln.

Blüte mit Insekt


Martin Schlager, MSc

AG Dötterl, Pflanzenökologie, Fachbereich Biowissenschaften

Kooperation: AGES Österreich, Fa. ISCA (USA)

gefördert von: Ministerium für Nachhaltigkeit & Tourismus

Zeitraum: April 2019 – April 2022

Entwicklung eines auf Blütendüften des Steirischen Ölkürbis basierenden Bekämpfungssystems gegen den Westlichen Maiswurzelbohrer

Der Westliche Maiswurzelbohrer (Diabrotica virgifera virgifera) stellt eine ernsthafte Bedrohung für die Kultivierung von Mais dar. Die Larven des Käfers entwickeln sich ausschließlich in Anwesenheit von Wurzeln der Maispflanzen (Zea mays), von denen sie sich ernähren. Die adulten Käfer jedoch werden neben dem Mais auch in Blüten des Steirischen Ölkürbisses gefunden, es ist jedoch unklar welche Blütensignale die Käfer in die Kürbisfelder lockt. Studien aus Nordamerika legen nahe, dass im Blütenduft enthaltene Stoffe eine anziehende Wirkung auf die Käfer haben. Wir haben uns mit dieser Studie zum Ziel gesetzt den Blütenduft der häufigsten, in Österreich angebauten Ölkürbisse zu untersuchen und auf ihre Lockwirkung für die Maiswurzelbohrer zu testen. Die Kürbispflanzen wurden von den Gärtner:innen in den Gewächshäusern des botanischen Gartens gezogen und betreut. Mit den gefundenen Lockstoffen soll in weiterer Folge eine effiziente und umweltfreundliche Methode zur Schädlingsbekämpfung entwickelt und auf ihre Praxistauglichkeit getestet werden.

Bild Käfer Blüte Kürbis 


Annalisa Geyer, BSc, Jana Petermann, Assoz. Prof. Dr.

AG Petermann, Multitrophische Biodiversität, Fachbereich Biowissenschaften

Gefördert von: FWF

Zeitraum: März 2021 – Sommer 2021

 

Aquatische Microhabitate wie wassergefüllte Baumhöhlen, Untersetzer von Blumentöpfen, Vasen, alte Autoreifen oder andere Behältnisse in denen sich Regenwasser sammelt, bieten einen Lebensraum für eine Vielzahl von Insekten, die während ihrer Entwicklung eine aquatische Lebensweise haben. Neben der Beherbergung von Larven und Puppen von echten Fliegen (Muscidae), Schwebfliegen (Syrphidae), Schnaken (Tipulidae), Schmetterlingsmücken (Psychodidae), Gallmücken (Cecidomyiidae), Zuckmücken (Chironomidae) und Käfern (Coleoptera), zu denen unter anderem Bestäuber gehören, tragen solche kleinen Wasseransammlungen auch zur Entwicklung und Vermehrung von blutsaugenden Insekten wie Gnitzen (Ceratopogonidae) und Stechmücken (Culicidae) bei. Es wurde gezeigt, dass Vögel und kleine Säugetiere (Mäuse, Eichhörnchen) aquatische Mikrohabitate in Wäldern nutzen; um zu trinken, zu baden und als Nahrungsquelle. Weitgehend unerforscht ist der Effekt, den diese Aktivitäten auf die aquatische Insektengemeinschaft haben können.

In diesem Projekt soll festgestellt werden, ob die Aktivitäten von terrestrischen Kleintieren die aquatische Insektengemeinschaft in flachen aquatischen Mikrohabitaten (Blumentopfuntersetzern) verändert, etwa durch eine Verringerung der Anzahl bestimmter Arten (bspw. Mosquitos). Dazu werden Blumentopfuntersetzer aufgestellt, mit Wasser gefüllt und zur Erleichterung der Eiablage mancher Insektenarten mit einem Stück Holz versehen. Sobald sich Insektengemeinschaften im Wasser gebildet haben, wird eine Hälfte der Untersetzer mit einem Drahtgitter versehen, um terrestrischen Tieren den Zugang für einige Zeit zu versperren. Anschließend werden die Insektengemeinschaften von frei zugänglichen und mit Gitter bedeckten Untersetzern verglichen, um festzustellen, ob der Ausschluss von potenziellen Prädatoren die Insektengemeinschaft verändert.

Mehr Informationen für Interessierte gibt es auf:

Petermann

 

 

Mikrohabitat


 

Im Frühjahr 2017 enträtselte Nina Haas aus der Arbeitsgruppe von Univ.-Prof. Dr. Stefan Dötterl, Fachbereich Biowissenschaften, die Bestäubungsbiologie der Schwarzen Johannisbeeren und der Stachelbeeren.
Im Beerengarten ermittelte sie die Blütenbesucher dieser Pflanzen und untersuchte den Einfluss von Insekten auf den Fruchtsatz (Früchte in Relation zu Blüten). Darüber hinaus analysierte sie den Duft der Blüten auf die einzelnen Komponenten und ergründete, welche dieser Komponenten auch von den Blütenbesuchern detektiert werden.
Die folgenden Fragen wurden bearbeitet:

Welchen Einfluss haben Blütenbesucher auf den Fruchtansatz?

Die Ergebnisse enthüllen, dass Stachelbeeren fast komplett auf Insekten angewiesen sind für eine erfolgreiche Bestäubung. Unter Ausschluss der Insekten war der Fruchtsatz deutlich geringer. Sie sind also nicht in der Lage, durch Selbstbestäubung ausreichend viele Früchte auszubilden. Die Johannisbeeren hingegen sind sehr wohl in hohem Maße selbstbestäubend. Viele der eingepackten Blüten konnten trotz Exklusion von Insekten Früchte ausbilden. Jedoch konnten von den freien Blüten signifikant mehr Früchte entstehen. Dies führt zu der Erkenntnis, dass trotz der Selbstbestäubungsfähigkeiten der schwarzen Johannisbeeren, die Insekten einen deutlichen Einfluss auf den Fruchtsatz haben.
Johannisbeerstrauch mit eingepackten Ästen
Zur Bestäubungsanalyse wurde ein sogenanntes Bestäuber-Ausschlussexperiement durchgeführt. Dafür wurden einige Äste jedes einzelnen Strauches mit feinmaschigem Stor-Vorhang eingepackt, wodurch keine Insekten mit den Blüten in Kontakt kommen konnten. Es wurden die Blüten und danach die daraus entstandenen Früchte gezählt und der relative Anteil der Früchte berechnet.

Welche Insekten besuchen die Blüten?

Ganz eindeutig war die Honigbiene der häufigste Besucher beider Pflanzenarten. Dicht gefolgt von der Sandbiene und der Erdhummel. Interessanterweise besuchten neben vielen anderen Bienen- und Hummelarten auch Wespen beide Arten und Schwebefliegen nur die Johannisbeeren. Überdies wurde beobachtet, dass viele Ameisen die Stachelbeerblüten aufsuchen. Es wurden schon vor einiger Zeit Vermutungen aufgestellt, dass die Ameisen auch als Bestäuber agieren (Rostás und Tautz 2010). Zur Bestätigung dieser Hypothese sind jedoch noch weitere Studien notwendig.
Um herauszufinden welche Insekten die Sträucher am häufigsten besuchen, wurde in bestimmten Zeitabschnitten die Anzahl der verschiedenen Arten an einem Strauch notiert und danach die relative Häufigkeit berechnet.

Honigbiene (Apis mellifera ) an einer Stachelbeerblüte
Honigbiene an einer Stachelbeerblüte


Erdhummel (Bombus terrestris) an einer Johannisbeerblüte
Erdhummel an einer Johannisbeerblüte


Baumhummel (Bombus hypnorum) an einer Johannisbeerblüte
Baumhummel an einer Johannisbeerblüte


Steinhummel (Bumbus lapidarius) an einer Johannisbeerblüte
Steinhummel an einer Johannisbeerblüte


Ameise (Formicidae sp.) an einer Stachelbeerblüte
Ameise in einer Stachelbeerblüte

Welche Komponenten enthält der Blütenduft?

Die Duftanalyse ergab ca. 20 Komponenten im Duft der Stachelbeere. Die Hauptkomponenten sind Methyleugenol, Linalooloxide furanoid, Methylbutanol, Heptan und eine noch nicht bekannte Substanz.
Im Duft der schwarzen Johannisbeere sind ca. 40 Komponenten enthalten. Die Hauptkomponenten sind Arbusculone, Linalooloxide furanoid, Linalool, Lilac aldehyde, Linalooloxide pyranoid, Lilac lcohol, Linalyl acetat, Geranyl acetat und einige noch unbekannte Substanzen. Sehr viele Komponenten des Duftes konnten von den getesteten Insekten detektiert werden. Spannenderweise wurden zwischen Honigbienen und diversen Hummel nur minimale unterschiede erkannt.
Für die Duftanalyse wurde als erster Schritt der Duft der Blüten in kleinen Filterkapillaren gesammelt. Dafür wurde ein Zweig mit einem dichten Bratenbeutel aus Plastik eingepackt und nach kurzem Warten die Luft aus dem Beutel durch den Filter gesaugt. Der absorbierte Duft wurde dann mit Gaschromatographie  in die einzelnen Komponenten aufgeteilt und mit einem speziellen Programm untersucht.

Sammeln des Blütendufts einer Johannisbeere

Zur Feststellung welche Komponenten nun auch von den Besuchern detektiert werden können, wurde eine Elektroantennographie durchgeführt. Bei diesem Verfahren werden die Komponenten des Duftes nach der Reihe auf eine Insektenantenne geblasen und die elektrischen Signale der Antenne auf die einzelnen Komponenten gemessen.
Barrierefreiheit: Kurzbeschreibung des Bildes
 Die Komponenten des Johannisbeerdufts als Peaks des schwarzen Graphen erkennbar. Die Signalausschläge der Insektenantennen zu den einzelnen Komponenten sind darunter als Peaks der blauen Graphen erkennbar.

Diese Bachelorarbeit hat viele neue Erkenntnisse hinsichtlich der Bestäubungsbiologie von Schwarzen Johannisbeeren und Stachelbeeren erbracht und wir sind stolz solche und ähnliche Projekte mit unserem vielseitigen Garen zu ermöglichen.