Physiological integration and morphological plasticity in extensive clonal plants

Abstract

Clonal plants show a large variation in physiological integration, i.e. the translocation of resources among ramets within the clone. As resource transport is costly, we hypothesized that plants from poor sites should be more highly integrated than plants from rich sites and that plants would benefit if they were plastic in their degree of integration. Tracers were used to study the transport of water, mineral nutrients and carbohydrates in plants from contrasting habitats using field or green house experiments. As opposed to our hypothesis, plants from poor habitats changed their patterns of physiological integration in response to resource availability, while plants from rich sites maintained the same pattern. The number of integrated ramets did not change in response to nutrient level, but the absolute distance of translocation, the amounts that were shared between ramets and the direction of translocation was affected. Proposed costs of physical connections between ramets are high risks of pathogen spread and a lower morphological plasticity in integrated ramets, resulting in a less efficient foraging strategy. Extensive rhizome growth was an efficient strategy to escape soil-borne pathogens. Although morphological plasticity was similar in the two Carex species (C. arenaria and C. disticha), one species was more integrated than the other. I propose that the responses in the patterns of physiological integration provide clues to understand the evolution from the ancestral, fully integrated ramets to the derived trait of ramet independence found in many present-day species.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Fysiologisk integrering och morfologisk plasiticitet i stora klonala växter



Många av våra vanligaste växter är klonala, dvs de kan producera avkommor utan sexuell befruktning. Hit räknas blåbär och lingon, många av våra vårväxter som tex. vitsippa och flera av våra värsta ogräs, som kvickrot och kirskål. En fördel som klonala växter har är att dotterskott som fortsätter att hänga samman kan dela resurser. På så vis kan dotterskott som växer på fattiga ställen få resurser från skott som hamnat i rikare ställen. Det är mycket stor variation i hur långt resurser transporteras i stora klonala växter, och i min avhandling har jag undersökt möjliga förklaringar till detta. Vi har testat om resurstillgången påverkar transporten av resurser, och antog att resurstransport är kostsamt för växten. Därför bör resurser transporteras kort sträcka i ika habitat men lång sträcka i fattiga habitat. Vi har testat detta i fält och i växthus med Carex disticha (Plattstarr), Carex arenaria (Sandstarr) och Maianthemum bifolium (Ekorrbär). Starr-arterna är nära besläktade men plattstarr växer i fuktiga näringsrika habitat medan sandstarr växer i torra, näringsfattiga habitat. Resultaten visar att sandstarr har en högre grad av fysiologisk integrering än vad plattstarr har, eftersom vatten trasnporterades längre och en högre procentandel av näringen delads mellan dotterskott. I ekorrbär jämförde vi resurstransporten på en fattigare och en rikare bokskogslokal, och såg att resurstransporten ändrades mera på den fattiga lokalen än på den rika lokalen. Experimenten visar att växterna på olika vis kan modifiera resurstransporten. Vi testade också hur integrering påverkade dotterskottens förmåga att svara morfologiskt till lokal resurstillgång. Hypotesen här var att om dotterskotten får resurser av varandra skulle de svara till en ”medelmiljö” istället för sin verkliga, lokala miljö, vilket skulle leda till att de var sämre på att ta upp resurser än dotterskott med en resursekonomi som var mer oberoende av andra skott. C. disticha med C. arenaria fick växa i hög, låg eller heterogen näringstillgång (hög-låg eller låg-hög i en 2-delad låda). Båda arterna växte bra i hög näring, och vi såg inga tecken på att C. disticha, som delade mindre resurser mellan dotterskott, var mer morfologiskt plastisk än C. arenaria. Den fysiologiska integreringen sammanband dotterskott som specialiserade sig på sin egen närmiljö. För sandstarr är detta ett effektivt sätt att utnyttja den fläckvist förekommande näringen medan plattstarr, som ofta växer i sanka betesmarker, skulle kunna utnyttja resurstransporten som ett sätt att skicka resurser till skott som betats. Sist testade vi vad som händer i ett integrerat system av sandstarr när det infekteras av svampar och nematoder, vilket är vanligt i sanddynerna. Infektioner har föreslagits vara en av de stpra nackdelarna med att bilda sammnahängande växtsystem, eftersom en svamp kan vandra mellan sammanbundan dotterskott. I vårt försök såg vi inga sådana effekter. Istället ändrade växterna växtsätt när de blev infekterade och producerade färre och längre grenar än i oinfekterade plantor.

• author: D'Hertefeldt, Tina
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Dr de Kroon, Hans
• organization: Department of Biology; Soil Ecology (research group)
• publishing date: 2000
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: Plant ecology, Maianthemum, Carex, Clonal plants, tracers, Växtekologi
• pages: 132 pages
• defense location: Blue Hall, Ecology Building
• defense date: 2000-03-03 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: SE-LUNBDS/NBBE-00/1055+130pp.
• ISBN: 91-7105-128-7
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Plant Ecology and Systematics (Closed 2011) (011004000)
• id: 28ecf678-f36f-4b8a-8c51-bd196fca8395 (old id 40272)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:14:52
• date last changed: 2021-01-28 10:40:29