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Authors: Reuther, Kerstin Ulrike
Title: Spatial and temporal flower presentation in Apiaceae-Apioideae
Online publication date: 15-May-2013
Language: english
Abstract: Alle Doldengewächse (Apiaceae), darunter die größte, weltweit verbreitete Unterfamilie der Apioideen, weisen in ihren Blütenständen sehr einheitliche Merkmale auf. Die ‚Doppeldolden´ werden aus kleinen, weißen oder gelben Blüten gebildet und von vielen unspezialisierten Insekten besucht. Der uniforme Eindruck, der damit erweckt wird, ist unter Umständen ein Grund, dass die zugrundeliegende Morphologie bislang wenig untersucht wurde. Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist es daher, die ‚verborgene Diversität´ im Blütenstandsbereich der Apiaceae -Apioideen mit dem Ziel darzustellen, den Einfluss der Architektur der Pflanzen auf die Art der Blütenpräsentation in Raum und Zeit und damit auf das Reproduktionssystem der Art zu ermitteln. Im ersten Kapitel zeigt der Vergleich von neun ausgewählten Arten, dass in den selbstfertilen und unspezifisch bestäubten Pflanzen durch Synchronisation und Rhythmik in der Präsentation von Blüten Fremdbefruchtung gefördert wird. Entweder durchlaufen die Pflanzen dabei nur eine getrennte männliche und weibliche Blühphase (Xanthoselinum alsaticum) oder der moduläre Bau der Pflanzen führt zu einer Folge männlicher und weiblicher Blühphasen (multizyklische Dichogamie). Die Diözie in Trinia glauca kann in diesem Zusammenhang als eine Trennung der Blühphasen auf verschiedengeschlechtliche Individuen gesehen werden. Für die andromonözischen Arten wird gezeigt, dass der Anteil funktional männlicher Blüten mit steigender Doldenordnung nicht einheitlich zu- oder abnimmt. Dadurch fungieren die Pflanzen zu verschiedenen Zeiten und mit unterschiedlicher Stärke eher als Pollenrezeptoren oder Pollendonatoren. Es wird deutlich, dass das ‚uniforme Muster‘ der Apioideen mit Dolden verschiedener Ordnungen, dichogamen Blüten und deren diversen Geschlechtsausbildungen ein komplexes Raum-Zeit-Gefüge zur Optimierung des Reproduktionssystems darstellt. Das zweite Kapitel stellt die Ergebnisse von Manipulationsexperimenten (Handbestäubung, Bestäuberabschirmung, Entfernen von Dolden niedriger Ordnung) an Chaerophyllum bulbosum dar, die zeigen, dass das Raum-Zeit-Gefüge in der Präsentation der Blüten der Art erlaubt, flexibel auf Umwelteinflüsse zu reagieren. Es stellt sich heraus, dass mechanische Beschädigungen kaum Einfluss auf den Andromonöziegrad und prozentualen Fruchtansatz der Individuen nehmen. Grundvoraussetzung der Reaktionsfähigkeit ist wiederum deren modulärer Bau. Dieser erlaubt es den Pflanzen, zusammen mit dem andromonöziebedingten Reservoir an - geschlechtlich flexiblen - männlichen Blüten, in den später angelegten Dolden fehlenden Fruchtansatz der Blüten früh blühender Dolden zu kompensieren. Im dritten Kapitel wird eine vergleichende Merkmalsanalyse an 255 Apioideen-Arten vorgelegt, die alle Verwandtschaftskreise, Wuchsformen und Verbreitungsgebiete der Gruppe repräsentieren. Ziel der Analyse war die Identifizierung von Merkmalssyndromen, die den Zusammenhang zwischen Architektur und Reproduktionssystem verdeutlichen sollten. Interessanterweise sind die einzigen Merkmale, die miteinander einhergehen, Protogynie und die graduelle Abnahme männlicher Blüten mit steigender Doldenordnung. Alle anderen Merkmale variieren unabhängig voneinander und erzeugen auf vielen verschiedenen Wegen immer wieder das gleiche Funktionsmuster, das als ‚breeding syndrome‘ der Apioideae gedeutet werden kann. Die Arbeit leistet einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Blütenstände der Apiaceen und darüber hinaus zu morphologischer Variation in ‚unspezialisierten‘ Reproduktionssystemen. Offensichtlich liegt in den Apioideen der Selektionsdruck auf der Aufrechterhaltung der generalisistischen Bestäubung und überprägt alle morphologisch-phylogenetischen Merkmalsvarianten.
All members of the carrot family (Apiaceae), among them cosmopolitain subfamily Apioideae, resemble in inflorescence characters. The ‘compound’ umbels are formed by small, white or yellow flowers and visited by many unspecialized insects. The uniformous impression, that is created, may be a reason that the underlying morphology has been barely analyzed to date. The purpose of the present dissertation is therefore, to demonstrate ‘cryptic diversity’ in the flowering shoots of the Apiaceae-Apioideae with the aim to identify the influence of the plants’ architecture on flower presentation in space and time and thereby on the reproductive system. In the first chapter, a comparative analysis of nine selected species shows that in the self-fertile and unspecifically pollinated plants outcrossing is promoted by synchronized and rhythmic presentation of flowers. Thereby, the dichogamous plants either pass only one male and female flowering phase (Xanthoselinum alsaticum), or the modular construction of the plants entails a sequence of male and female phases (multicycle dichogamy). Dioecy in Trinia glauca may be regarded as a split of the flowering phases into separate individual. It is demonstrated that in the andromonoecious taxa the proportion of (functionally) male flowers increases inconsistently with umbel order. Thus, the plants, at different times and to different degrees, function rather as pollen acceptors or donors. It becomes clear that the uniformous inflorescence pattern of the Apioideae including umbels of different order, dichogamous flowers and diverse sex forms represents a complex space-time-unit to optimize the breeding system. The second chapter illustrates the results of manipulation experiments (hand-pollination, bagging, umbel removal) in Chaerophyllum bulbosum showing that, as a space-time-unit in flower presentation, the species is able to respond flexibly to environmental stress. Mechanical damage emerges to merely influence the degree of andromonoecy and percentage fruit set of the individuals. The basis requirement of the ability to respond to environmental influences is again the modular construction. This allows the plants, together with the andromonoecy-induced reservoir of – sexually flexible – male flowers, to compensate in the later-developing flowers for the lack of fruits in the early-flowering umbels. In the third chapter, I provide data of a character analysis in 255 apioid taxa representing all major clades, life forms and distribution areas of the group. The aim of the study was the identification of character syndromes that were supposed to clarify the relationship of plant architecture and breedings system. Interestingly, the only traits that consistently accompany each other are protogyny and the gradual decrease in the number of male flowers with increasing umbel order. All other plant characters vary independently from each other and in many ways create a similar functional model that can be interpreted as the apioid ‘breeding syndrome’.This dissertation contributes towards the functional comprehension of Apiaceae inflorescences and to morphological variation in ‘unspecialized’ breeding systems. Obviously, in the Apiodeae selective pressure upholds the generalist pollination system and superimposes onto all morphological-phylogenetic character variations.
DDC: 580 Pflanzen (Botanik)
580 Botanical sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 10 Biologie
Place: Mainz
ROR: https://ror.org/023b0x485
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-2711
URN: urn:nbn:de:hebis:77-34308
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: In Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: 192 S.
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