Vegetative Vermehrung einheimischer Baumarten in Südecuador - Physiologische Grundlagen und deren Umsetzung

Vegetative propagation of indigenous tree species in South Ecuador - Physiological foundations and their implementation

Parallel zur fortschreitenden Vernichtung der megadiversen Bergwälder Ecuadors entstehen immer mehr Plantagen mit exotischen Pinus- und Eucalyptus-Arten. Eine ökologisch sinnvolle Wiederaufforstung kann jedoch nur unter Verwendung indigener Arten erreicht werden. Da die Samenernte problematisch ist, müsste das Pflanzmaterial vor allem durch vegetative Vermehrung erzeugt werden. Bisher fehlt es jedoch noch an Grundlagenwissen und effizienten Methoden zur Klonierung einheimischer Baumarten. • In dParallel zur fortschreitenden Vernichtung der megadiversen Bergwälder Ecuadors entstehen immer mehr Plantagen mit exotischen Pinus- und Eucalyptus-Arten. Eine ökologisch sinnvolle Wiederaufforstung kann jedoch nur unter Verwendung indigener Arten erreicht werden. Da die Samenernte problematisch ist, müsste das Pflanzmaterial vor allem durch vegetative Vermehrung erzeugt werden. Bisher fehlt es jedoch noch an Grundlagenwissen und effizienten Methoden zur Klonierung einheimischer Baumarten. • In der vorliegenden Arbeit wurde das vegetative Vermehrungspotential sowie der Kohlenhydrat- und Phytohormongehalt von sechs – in den Bergwäldern Südecuadors natürlich vorkommenden – Baumarten untersucht: Clethra revoluta (Clethraceae), Heliocarpus americanus (Tiliaceae), Isertia laevis (Rubiaceae), Myrica pubescens (Myriaceae), Piptocoma discolor (Asteraceae) und Tabebuia chrysantha (Bignoniaceae). • Trotz vielfältiger Variation der Anzuchtparameter über 1 ½ Jahre bewurzelten sich Sprossstecklinge adulter Bäume nicht. Die Pflanzen vertrockneten rasch. Messungen der stomatären Leitfähigkeit zeigen eine ungenügende Regulation der Stomata verbunden mit hohen Transpirationsverlusten. Die Gewinnung bewurzelter Sprossstecklinge von adulten Bäumen durch Abmoosen war zwar erfolgreich, aber bei der anschließenden Kultur in Erde vertrockneten auch diese Pflanzen. • Die Kohlenhydratmessungen ergaben bei mehreren Arten jährliche Schwankungen im Gehalt von Stärke und löslichen Zuckern, insbesondere der Raffinosefamilie (bei Tabebuia) bzw. erhöhte Inosit-Gehalte während der trockneren Monate. Zwar zeigte der Gesamtkohlenhydratgehalt in den Blättern deutliche saisonale Schwankungen (bei Heliocarpus-, Myrica- und Tabebuia-Pflanzen), doch ließen sich in den Zweigen generell keine ausgeprägten Jahresgänge nachweisen. Während Heliocarpus- und Tabebuia-Bäume Reservekohlenhydrate mit einem Gehalt von 6 bzw. 9,5 % (besonders in Form von Stärke sowie als Glukose, Fruktose und Saccharose) einlagerten, könnte der ganzjährig geringe Kohlenhydratvorrat von Clethra- und Piptocoma-Zweigen einer erfolgreichen Adventivbewurzelung abträglich gewesen sein. • Die endogenen Cytokinin- (Initiation von Wurzelprimordien) und Auxingehalte (Wurzelwachstum) gelten als besonders wichtig für die Stecklingsbewurzelung. Der gemessene Phytohormonstatus fluktuierte jahreszeiten- und artabhängig. Ein für die Bewurzelung günstiger Hormonstatus, also ein hoher Auxin : Cytokinin-Quotient, fand sich bei Heliocarpus und Tabebuia in den niederschlagsreichsten Monaten. Clethra und Myrica enthielten hingegen fast kein Auxin, aber relativ viel Cytokinin. Bei diesen Arten scheint eine Bewurzelung deshalb besonders schwierig zu sein. • Da es nicht möglich ist, in den Hormonstatus adulter Bäume einzugreifen, ergab sich als Konsequenz die Strategie, Jungpflanzen als Donor-Pflanzen zu verwenden, deren Hormon- und Reservestoffstatus durch Stressbehandlung entsprechend verändert werden könnte. Insbesondere galt es, den Cytokininspiegel endogen abzusenken. Heliocarpus und Tabebuia wurden für diese Versuche ausgewählt und Wassermangel, Nährstoffmangel, Einengung des Wurzelraums und Kombinationen dieser Stressoren ausgesetzt. Zusätzlich wurden Wildlinge verwendet. • Diese Strategie erwies sich als erfolgreich, denn es bewurzelten sich über alle Behandlungen gemittelt 42 % der Heliocarpus- und 15 % der Tabebuia-Stecklinge. Am erfolgreichsten waren Stecklinge von dürregestressten Heliocarpus-Bäumchen mit 70 % Bewurzelung und von unter Nährstoffmangel gezogenen Tabebuia-Pflanzen (25 %). Bei dieser Art bewurzelten sich ebenso Wildlinge sehr effektiv (45 %). Noch bessere Ergebnisse wurden mit dem Abmoosen bei beiden Arten erzielt. • Die Vorbehandlungen führten bei Heliocarpus und Tabebuia zu einem Anstieg des Kohlenhydratgehalts (ausgenommen bei dürregestressten Tabebuia-Pflanzen). Es ergab sich allerdings keine statistisch signifikante Korrelation des Kohlenhydratgehalts der verschieden gestressten Donor-Pflanzen mit ihrer Bewurzelungsrate. • Wie angenommen, führte die Stressbehandlung der Donor-Pflanzen beider Arten zu einem geringeren Cytokininspiegel, wobei in Tabebuia die Bewurzelung von Stecklingen und der Cytokiningehalt der Donor-Pflanzen signifikant negativ miteinander korreliert waren (rs bis zu -0,93). • Die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen klar, dass auch junge Zweige von adulten tropischen Bäumen praktisch kein Bewurzelungspotential mehr besitzen. Bei Jungpflanzen lässt sich dieses Potential durch Stress aktivieren, wobei sich die Akkumulation von Reservestoffen und die Absenkung des Cytokininspiegels günstig auf die Bewurzelungsrate auswirkten. Diese Konstellation war bei Tabebuia stärker ausgeprägt als bei Heliocarpus. • Da die Möglichkeit besteht, aus einer Donor-Pflanze mindestens zwei Stecklinge zu schneiden, ist der Aufbau einer Anzucht geklonten Materials für die Wiederaufforstung zwar zeitaufwändig, aber durchaus realisierbar.show moreshow less
Parallel to the proceeding destruction of the megadiverse mountain forests of Ecuador more and more plantations with exotic Pinus and Eucalyptus species are being established. An ecologically reasonable reforestation could help to solve the problem. Such a reforestation can only be achieved by using indigenous species. As the harvest of seeds is problematic, plant material has to be produced by means of vegetative propagation. However, we have been lacking a knowledge base and efficient methods Parallel to the proceeding destruction of the megadiverse mountain forests of Ecuador more and more plantations with exotic Pinus and Eucalyptus species are being established. An ecologically reasonable reforestation could help to solve the problem. Such a reforestation can only be achieved by using indigenous species. As the harvest of seeds is problematic, plant material has to be produced by means of vegetative propagation. However, we have been lacking a knowledge base and efficient methods for cloning native tree species so far. • In the present thesis the potential to vegetatively propagate as well as the carbohydrate and phytohormone content of the following six tree species – naturally occurring in the mountain forests of Southern Ecuador – were examined: Clethra revoluta (Clethraceae), Heliocarpus americanus (Tiliaceae), Isertia laevis (Rubiaceae), Myrica pubescens (Myriaceae), Piptocoma discolor (Asteraceae) and Tabebuia chrysantha (Bignoniaceae). • Despite variegated variations of the propagation conditions over 1 ½ years we did not succeed in obtaining rooted stem cuttings of adult trees. The plants withered rapidly. Measurements of stomatal leaf conductance show an insufficient regulation of the stomata associated with high transpiration rates. Although the production of rooted stem cuttings of adult trees by air-layering was successful, these plants withered after placing them in soil, too. • The carbohydrate measurements resulted in annual fluctuations in several species concerning their starch and soluble sugar content – especially for the raffinose family (Tabebuia); an increased inositol content during the drier months could also be observed in all species. Although the total carbohydrate content showed clear seasonal fluctuations in the leaves (Heliocarpus-, Myrica and Tabebuia plants) no definite fluctuations could be detected in the twigs at all. Whereas Heliocarpus and Tabebuia trees stored reserve carbohydrates with a content of 6 or 9.5 %, respectively (especially in the form of starch as well as glucose, fructose and sucrose) the low carbohydrate supply in the twigs of Clethra and Piptocoma during the whole year could have been detrimental to successful adventive rooting. • It is presumed that the endogenous content of cytokinins (initiation of root primordia) and auxins (root growth) is especially important for the rooting of cuttings. The measured phytohormone status fluctuates depending on season and species. A hormone status suitable for the root formation (= a high auxin : cytokinin ratio) was found in Heliocarpus and Tabebuia in the months with the highest precipitation rates. On the contrary Clethra and Myrica contained hardly any auxin but relatively much cytokinin. Thus rooting seems to be especially difficult with these species. • As it is not possible to interfere in the hormone status of adult trees, young plants were used as donor plants for their hormone and metabolic reserve status can be changed adequately by stressing treatments. We especially aimed at lowering the cytokinin level endogenously. For these experiments Heliocarpus and Tabebuia were selected and exposed to shortage of water, nutrients or root space as well as combinations of these stress factors. Additionally wildlings (saplings) were used. • This strategy turned out to be successful because from all treatments 42 % of the Heliocarpus and 15 % of the Tabebuia cuttings rooted on average. The most successful cuttings originated from Heliocarpus treelets exposed to water shortage (70 % rooting) and from Tabebuia plants exposed to nutrient shortage (15 %). Wildlings of Tabebuia also grew roots effectively (45 %). Even better results in the two species were achieved by air-layering. • The pretreatments resulted in an increase of the carbohydrate content (except for Tabebuia plants under water shortage). However, no statistically significant correlation aroused between the carbohydrate content of the differently stressed donor plants and the rooting percentage. • As assumed the stressful pretreatment of the donor plants of both species caused a lower cytokinin level whereas at least in Tabebuia a significantly negative correlation between the rooting of cuttings and the cytokinin content of the donor plants was found (rs up to -0.93). • The results of this thesis clearly show that even young twigs of adult tropical trees have virtually no rooting potential. In young plants this potential can be activated by stress whereas the accumulation of metabolic reserves and the decrease of the cytokinin level had a beneficial influence on the rooting percentage. This constellation was rather developed in Tabebuia than in Heliocarpus. • Due to the possibility of making at least two cuttings from one donor plant the establishment of a cultivation of cloned material for reforestation is – although time-consuming – definitely feasible.show moreshow less

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Metadaten
Institutes:Biologie
Author: Sina Heppner
Advisor:Prof. Erwin Beck
Granting Institution:Universität Bayreuth,Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
Date of final exam:11.02.2010
Year of Completion:2009
SWD-Keyword:Auxine; Cytokinine; Kohlenhydratstoffwechsel; Steckling; Vegetative Vermehrung
Tag:Clethra revoluta; Heliocarpus americanus; Isertia laevis; Myrica pubescens; Tabebuia chrysantha
Piptocoma discolor; carbohydrate metabolism; cutting; phytohormons; vegetative propagation
Dewey Decimal Classification:580 Pflanzen (Botanik)
URN:urn:nbn:de:bvb:703-opus-6693
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):30.03.2010