Hemiparasites in the Subarctic: Resource acquisition, growth and population dynamics

Abstract

Parasitic plants are found in nearly every major terrestrial ecosystem and can be divided into two groups, holoparasites (lacking chlorophyll) and hemiparasites (chlorophyllous). The host-parasite connection is either situated above (stem parasites) or below ground (root parasites). In this thesis I examine the host-parasite interactions, host range and selection, and population dynamics of four root hemiparasitic species in a subarctic habitat in northernmost Sweden. Two species were annuals (Euphrasia frigida and Rhinanthus minor) and two were clonal perennials (Bartsia alpina and Pedicularis lapponica). Resources (e.g., nitrogen and carbon) are usually thought to be transported only from the host plant to the hemiparasite, thus promoting the growth of the parasite. Interestingly, however, in a study on B. alpina I found that there is probably transport in the opposite direction as well. Furthermore, nitrogen-rich hosts have often been shown to result in stronger parasite growth, but in the study on B. alpina I found that a species with a lower content of nitrogen might effect the higher growth stimulation, perhaps due to its mycorrhizal connections. A surprisingly high number of species was found to be hosts for B. alpina and P. lapponica using two methods: visually examining haustoria and monitoring carbon flow from potential hosts. As potential hosts differ in suitability, I experimentally tried to find out whether E. frigida and R. minor could selectively choose their hosts. No clear answer emerged; the results differed depending on whether the actual number of haustorial connections or the number of haustoria per g host root was analysed. The positive effect of a suitable host, however, seems to last only one generation in the annual E. frigida since I found no carry-over effects from the maternal host. All four species fluctuated in both density and flowering frequency during a five-year study period, particularly the two annual species. Both weather variables, coexisting species, and the presence of another parasite in the plots, were factors found to affect the dynamics of the four species. Clonal fragments of B. alpina and P. lapponica with long rhizomes had more winterbuds and vegetative shoots. Number of flowering shoots was, however, positively correlated to rhizome length for B. alpina only.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Inom växtriket finns det ca 3000 arter som är parasitiska och dessa växer i nästan alla större ekosystem på land. Parasitiska växter kan delas in på olika sätt, helparasiter respektive halvparasiter. Denna indelning baserar sig på om de saknar klorofyll och tar all sin näring från sin värdväxt (helparasiter) eller har klorofyll och kan själva framställa kolhydrater men tar salter och vatten från sin värdväxt (halvparasiter). Ett annat sätt att dela in parasitiska växter på baserar sig på var de fäster in till sin värdväxt, stamparasiter, fäster intill sin värd ovan mark, eller rotparasiter, fäster in till värd under mark. Av de parasitiska växterna är ca 80 % halvparasiter och ca 60 % är rotparasiter. I min avhandling undersökte jag samspelet mellan värdväxt och parasit, vilka värdväxter som parasiten fäster in till, om parasiter väljer sin värd aktivt samt hur antalet parasiter varierar mellan olika år (deras populations dynamik). Jag studerade fyra halvparasitiska rotparasiter i norra Sverige. Två av dessa var ettåriga, ögontröst (Euphrasia frigida) och ängsskallra (Rhinanthus minor) och två var fleråriga klonväxter, svarthö (Bartsia alpina) och lappspira (Pedicularis lapponica). När en parasit har etablerat kontakt med en värdväxt bildas ett så kallat haustoria, vilket är det organ genom vilket ämnen transporteras. Denna transport anses gå i riktningen från värdväxt till parasit, men jag fann i en studie av svarthö att det också kan vara möjligt att transporten går från parasiten till värdväxten. Av de arter som är värdväxter för halvparasiter anses det att de värdarter med ett högt innehåll av kväve ger en bättre tillväxt av parasiten. I studien av svarthö visade det sig att så inte var fallet. Här gav en värdväxt med ett lägre kväve innehåll den största tillväxten. Denna värdväxt har en större upptags yta för näring på grund av att den har myccorhiza och fördelen för halvparasiten är ett ökat flöde av näringsämnen från värden. Värdantalet för svarthö och lappspira visade sig vara stort då jag undersökte detta med hjälp av två olika metoder. Då värdväxterna skiljer sig i ämnes innehåll ville jag undersöka om det kan vara så att halvparasiter kan "välja" en värdväxt som ger en högre tillväxt. Jag studerade specifikt värdvalet för ögontröst och ängsskallra. Båda arterna visade sig föredra någon av de fyra värdväxterna som användes, men detta var beroende på hur data setet analyserades. Så inget entydigt svar gavs. Den positiva effekt som en värdväxt har för tillväxten hos halvparasiten tycks bara gälla för en generation. Frö av ögontröst plockades i rutor där en tidigare studie hade visat olika tillväxt av ögontröst plantor beroende på typ av värdväxt, gräs (fårsvingel), kvävefixerande värd (fjällvedel) eller utan någon värdväxt (barmark). I denna studie hade de ögontröst plantor som växt tillsammans med den kvävefixerande fjällvedeln den största tillväxten. Frö från dessa kända moderplantor såddes sedan tillsammans med de olika värdarterna i olika kombinationer och de frö som plockats från den moderplanta (fjällvedel) som givit den högsta tillväxten, hade inte en högre tillväxt jämfört med de andra ögontröst plantorna. Alla fyra populationerna varierade i både totala antalet och frekvensen av antalet blommande individ, speciellt de två annuella arternas populationer. Både klimat och konkurrens från andra växter men även konkurrens mellan parasiter var faktorer som fanns ge upphov till variationerna i antal mellan åren. Av de två fleråriga halvparasiterna visade det sig att de med långa rhizome hade fler vinterknoppar (nästa års tillväxt) och fler vegetativa skott, medan det bara var svarthö som hade fler blommande skott då rhizome längden ökade.

• author: Nilsson, Carin H
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Prof Press, M. C., Dept of Animal and Plant Sciences University of Sheffield, Sheffield, S10 2TN, U.K.
• organization: Department of Biology
• publishing date: 2000
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: population dynamics, selectivity, Phenotypic plasticity, fitness, Plant ecology, Växtekologi
• pages: 135 pages
• defense location: Blå Hallen Ekologihuset Sölvegatan 37, Lund
• defense date: 2000-05-26 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: SE-LUNBDS/NMME-00/1059
• ISBN: 91-7105-139-2
• 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: 00060cfa-4b0d-42d3-9b31-c5d78a7b0fcd (old id 40578)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:59:16
• date last changed: 2018-11-21 21:01:58