Title (deu)
Inhaltstoffliche Ausstattung von ausgewählten Wüsten- und Hochgebirgspflanzen Marokkos
Parallel title (eng)
Ion and organic solute patterns in selected desert- and high mountain species of Morocco
Author
Sabine Schmid
Advisor
Roland Albert
Assessor
Roland Albert
Abstract (deu)
In der vorliegenden Arbeit wurden Vertreter zweier Familien (Brassicaceae und Fabaceae) entlang eines Niederschlags- sowie Höhengradienten von der Vollwüste bis in die trockenen Hochlagen des südlichsten Atlas-Gebirgszugs in Marokko aufgesammelt und auf ihre osmotische Adaptation (Osmolalität) sowie bezüglich des folgenden chemisch-physiologischen Merkmalskomplexes analysiert: anorganische Kationen und Anionen, organische Säureanionen, lösliche Kohlenhydrate einschließlich der Cyclite, freie Aminosäuren, Gesamtkohlenstoff und –stickstoff und die Signatur der stabilen C- und N-Isotope. Dadurch soll ein weiterer Beitrag zum Physiotypenkonzept und damit zum besseren Verständnis des Anpassungspotenzials der genannten Taxa an aride und semiaride Lebensräume sowie an die spezielle, durch Trockenheit und Kälte geprägte ökologische Situation südmediterraner Hochgebirge geliefert werden.
In den Vertretern beider Familien wurden neben hohen Calciumgehalten auch vergleichbar hohe Gehalte an Kalium und Magnesium gefunden, allerdings nur Spuren von Natrium. Bei der Betrachtung des Musters an anorganischen Anionen ließen sich taxonomische Unterschiede erkennen: Die Vertreter der Brassicaceae reicherten mehr Sulfat, die Fabaceae geringfügig mehr Phosphat an. Die Fabaceae akkumulierten allgemein geringere Mengen an organischen Säureanionen als die Brassicaceae, insbesondere aber an Malat. Darüber hinaus war Vella mairei (Brassicaceae) die einzige Art die nennenswerte Gehalte an cis-Aconitat aufwies.
Beide Familien sind in der Lage, in Abhängigkeit vom Grad des am jeweiligen Standort herrschenden Stresses in mehr oder weniger hohen Konzentrationen Verbindungen anzureichern, die als „compatible solutes“ gelten. Brassicaceae bevorzugten dabei die Aminosäure Prolin (bis maximal 460 µmol/mL - Farsetia occidentalis), während die Fabaceae hauptsächlich zyklische Zuckeralkohole (Cyclite), insbesondere Pinit (bis maximal 153 µmol/mL - Retama raetam) akkumulierten.
Die unterschiedlichen ökologischen Faktoren entlang des gezogenen Transekts führten innerhalb beider Familien zu teils starken Schwankungsbreiten der absoluten Gehalte an den erfassten Substanzen, aber nicht zu einer Änderung der deutlich unterschiedlichen familienspezifischen Inhaltstoffmuster. Auch bei Pflanzenarten an den Hochgebirgsstandorten ergaben sich keine herausragenden Unterschiede zu den (semi-)ariden Lebensräumen der tieferen Lagen.
Die im Durchschnitt nur geringfügigen jahreszeitlichen Änderungen der Absolutgehalte an osmotisch aktiven Substanzen lassen sich womöglich auf die überdurchschnittlich häufigen Niederschlagsereignisse auch in den Sommermonaten des Aufsammlungsjahres (2003) zurückführen.
Einen weiteren Aspekt lieferte die Analyse der Isotopenverhältnisse (12C/13C, 14N/15N): Aufgrund der d13C-Werte konnten alle untersuchten Arten dem C3-Photosynthesetypus zugeordnet werden. In der jahreszeitlichen Gegenüberstellung gab es ebenfalls deutliche Hinweise auf relativ feuchte Sommermonate in diesem Jahr, die durch den Vergleich mit recherchierten monatlichen Niederschlagsdaten an einigen der Standorte bestätigt werden konnten.
Eine vergleichende Messung der Trockensubstanz und Presssäfte gab differenzierte Einblicke: Negativere d13C-Werte in der Trockensubstanz im Vergleich zum Presssaft lassen Überlegungen über eine besonders hohe turnover-Rate der löslichen C-Verbindungen, sowie über den durch Stresseinwirkung bestimmten Zeitpunkt des Aufbaus von Gewebestrukturen zu.
Die ermittelten d15N-Werte wiesen deutlich auf eine jeweils ca. 50-70 prozentige Nutzung von symbiontischem Stickstoff bei den Fabaceae hin, während (naturgemäß) die Werte in Brassicaceae die ausschließliche Nutzung der im Boden verfügbaren N-Quellen wiederspiegelten.
Abstract (eng)
The objective of this study was to quantify osmotic adaptation (osmolality) and the complex of chemiphysiological attributes of representative species of two families (Brassicaceae and Fabaceae), along an altitude- and precipitation- gradient from the hyper-arid desert to the dry high mountains of the High Atlas of South Morocco. Inorganic cations and anions, organic acid-anions, soluble carbonhydrates (incl. cyclits), free amino acids, total carbon and nitrogen as well as the signature of stable C- and N-isotopes were measured. Thus, it is an additional contribution to the physiotype-concept and, therefore, the better understanding of the adaptional potential of the named taxa to arid and semiarid environments, as well as the dry and cold climates of the southmediterranean high mountains.
The representatives of both families showed high amounts of calcium, potassium and magnesium but only trace amounts of sodium. In consideration of the patterns of inorganic anions taxonomical differences are visible: The Brassicaceae-species accumulated more sulphate while the Fabaceae-species enhanced phosphate. Fabaceae in general accumulated less organic acids than Brassicaceae, particularly regarding malate. Vella mairei (Brassicaceae) was the only species showing considerable amounts of cis-aconitate.
Both families have the ability to enhance greater or lesser amounts of so-called compatible solutes in dependence on the level of stress occurring at the collection sites. In that Brassicaceae preferred proline as compatible solute (up to 460 µmol/mL - Farsetia occidentalis), whilst Fabaceae favoured cyclic sugaralcohols (cyclitols), especially pinitol (up to 153 µmol/mL - Retama raetam).
Different ecological factors along the transect resulted in a strong variability of total amounts of the characterised substances, but did not affect the family-specific pattern. Neither did high mountain species show outstanding differences to species collected at low level (semi-) arid sites.
Average total amounts of osmotically active substances varied slightly in the course of the year, probably due to surpassing frequent precipitation events during the summer of 2003.
The analysis of isotopic signatures (12C/13C, 14N/15N) showed that all investigated species can be classified as C3- physiotypes using d13C-data. The comparison of spring- and autumn- data provided a strong indication of a rather humid summer period. Monthly precipitation-data confirms our interpretation for some sites.
A comparative measurement of dry matter (bulk) and tissue sap provides differentiated insights: Lower (more negative) d13C-data of drymatter versus tissue sap probably demonstrate an exceedingly high turnover of soluble carbon-compounds, as well as the stress-determinated point (in time) when the growth of tissue in the plant accelerates.
The measured d15N-data confirmed a 50 to 70 percent usage of symbiontic nitrogen in all species of Fabaceae, whereas d15N-data for Brassicaceae (naturally) indicated soil-N utilisation only.
Keywords (eng)
physiotype conceptdrought stresscompatible solutesosmotic adaptationprolinepinitolion patternsstable isotopeMorocco
Keywords (deu)
PhysiotypenkonzeptTrockenstresskompatible Osmotikaosmotische AdaptationProlinPinitIonenmusterstabile IsotopeMarokko
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1252308
rdau:P60550 (deu)
III, 126 S. : Ill., graph. Darst., Kt.
Number of pages
133
Association (deu)
Title (deu)
Inhaltstoffliche Ausstattung von ausgewählten Wüsten- und Hochgebirgspflanzen Marokkos
Parallel title (eng)
Ion and organic solute patterns in selected desert- and high mountain species of Morocco
Author
Sabine Schmid
Abstract (deu)
In der vorliegenden Arbeit wurden Vertreter zweier Familien (Brassicaceae und Fabaceae) entlang eines Niederschlags- sowie Höhengradienten von der Vollwüste bis in die trockenen Hochlagen des südlichsten Atlas-Gebirgszugs in Marokko aufgesammelt und auf ihre osmotische Adaptation (Osmolalität) sowie bezüglich des folgenden chemisch-physiologischen Merkmalskomplexes analysiert: anorganische Kationen und Anionen, organische Säureanionen, lösliche Kohlenhydrate einschließlich der Cyclite, freie Aminosäuren, Gesamtkohlenstoff und –stickstoff und die Signatur der stabilen C- und N-Isotope. Dadurch soll ein weiterer Beitrag zum Physiotypenkonzept und damit zum besseren Verständnis des Anpassungspotenzials der genannten Taxa an aride und semiaride Lebensräume sowie an die spezielle, durch Trockenheit und Kälte geprägte ökologische Situation südmediterraner Hochgebirge geliefert werden.
In den Vertretern beider Familien wurden neben hohen Calciumgehalten auch vergleichbar hohe Gehalte an Kalium und Magnesium gefunden, allerdings nur Spuren von Natrium. Bei der Betrachtung des Musters an anorganischen Anionen ließen sich taxonomische Unterschiede erkennen: Die Vertreter der Brassicaceae reicherten mehr Sulfat, die Fabaceae geringfügig mehr Phosphat an. Die Fabaceae akkumulierten allgemein geringere Mengen an organischen Säureanionen als die Brassicaceae, insbesondere aber an Malat. Darüber hinaus war Vella mairei (Brassicaceae) die einzige Art die nennenswerte Gehalte an cis-Aconitat aufwies.
Beide Familien sind in der Lage, in Abhängigkeit vom Grad des am jeweiligen Standort herrschenden Stresses in mehr oder weniger hohen Konzentrationen Verbindungen anzureichern, die als „compatible solutes“ gelten. Brassicaceae bevorzugten dabei die Aminosäure Prolin (bis maximal 460 µmol/mL - Farsetia occidentalis), während die Fabaceae hauptsächlich zyklische Zuckeralkohole (Cyclite), insbesondere Pinit (bis maximal 153 µmol/mL - Retama raetam) akkumulierten.
Die unterschiedlichen ökologischen Faktoren entlang des gezogenen Transekts führten innerhalb beider Familien zu teils starken Schwankungsbreiten der absoluten Gehalte an den erfassten Substanzen, aber nicht zu einer Änderung der deutlich unterschiedlichen familienspezifischen Inhaltstoffmuster. Auch bei Pflanzenarten an den Hochgebirgsstandorten ergaben sich keine herausragenden Unterschiede zu den (semi-)ariden Lebensräumen der tieferen Lagen.
Die im Durchschnitt nur geringfügigen jahreszeitlichen Änderungen der Absolutgehalte an osmotisch aktiven Substanzen lassen sich womöglich auf die überdurchschnittlich häufigen Niederschlagsereignisse auch in den Sommermonaten des Aufsammlungsjahres (2003) zurückführen.
Einen weiteren Aspekt lieferte die Analyse der Isotopenverhältnisse (12C/13C, 14N/15N): Aufgrund der d13C-Werte konnten alle untersuchten Arten dem C3-Photosynthesetypus zugeordnet werden. In der jahreszeitlichen Gegenüberstellung gab es ebenfalls deutliche Hinweise auf relativ feuchte Sommermonate in diesem Jahr, die durch den Vergleich mit recherchierten monatlichen Niederschlagsdaten an einigen der Standorte bestätigt werden konnten.
Eine vergleichende Messung der Trockensubstanz und Presssäfte gab differenzierte Einblicke: Negativere d13C-Werte in der Trockensubstanz im Vergleich zum Presssaft lassen Überlegungen über eine besonders hohe turnover-Rate der löslichen C-Verbindungen, sowie über den durch Stresseinwirkung bestimmten Zeitpunkt des Aufbaus von Gewebestrukturen zu.
Die ermittelten d15N-Werte wiesen deutlich auf eine jeweils ca. 50-70 prozentige Nutzung von symbiontischem Stickstoff bei den Fabaceae hin, während (naturgemäß) die Werte in Brassicaceae die ausschließliche Nutzung der im Boden verfügbaren N-Quellen wiederspiegelten.
Abstract (eng)
The objective of this study was to quantify osmotic adaptation (osmolality) and the complex of chemiphysiological attributes of representative species of two families (Brassicaceae and Fabaceae), along an altitude- and precipitation- gradient from the hyper-arid desert to the dry high mountains of the High Atlas of South Morocco. Inorganic cations and anions, organic acid-anions, soluble carbonhydrates (incl. cyclits), free amino acids, total carbon and nitrogen as well as the signature of stable C- and N-isotopes were measured. Thus, it is an additional contribution to the physiotype-concept and, therefore, the better understanding of the adaptional potential of the named taxa to arid and semiarid environments, as well as the dry and cold climates of the southmediterranean high mountains.
The representatives of both families showed high amounts of calcium, potassium and magnesium but only trace amounts of sodium. In consideration of the patterns of inorganic anions taxonomical differences are visible: The Brassicaceae-species accumulated more sulphate while the Fabaceae-species enhanced phosphate. Fabaceae in general accumulated less organic acids than Brassicaceae, particularly regarding malate. Vella mairei (Brassicaceae) was the only species showing considerable amounts of cis-aconitate.
Both families have the ability to enhance greater or lesser amounts of so-called compatible solutes in dependence on the level of stress occurring at the collection sites. In that Brassicaceae preferred proline as compatible solute (up to 460 µmol/mL - Farsetia occidentalis), whilst Fabaceae favoured cyclic sugaralcohols (cyclitols), especially pinitol (up to 153 µmol/mL - Retama raetam).
Different ecological factors along the transect resulted in a strong variability of total amounts of the characterised substances, but did not affect the family-specific pattern. Neither did high mountain species show outstanding differences to species collected at low level (semi-) arid sites.
Average total amounts of osmotically active substances varied slightly in the course of the year, probably due to surpassing frequent precipitation events during the summer of 2003.
The analysis of isotopic signatures (12C/13C, 14N/15N) showed that all investigated species can be classified as C3- physiotypes using d13C-data. The comparison of spring- and autumn- data provided a strong indication of a rather humid summer period. Monthly precipitation-data confirms our interpretation for some sites.
A comparative measurement of dry matter (bulk) and tissue sap provides differentiated insights: Lower (more negative) d13C-data of drymatter versus tissue sap probably demonstrate an exceedingly high turnover of soluble carbon-compounds, as well as the stress-determinated point (in time) when the growth of tissue in the plant accelerates.
The measured d15N-data confirmed a 50 to 70 percent usage of symbiontic nitrogen in all species of Fabaceae, whereas d15N-data for Brassicaceae (naturally) indicated soil-N utilisation only.
Keywords (eng)
physiotype conceptdrought stresscompatible solutesosmotic adaptationprolinepinitolion patternsstable isotopeMorocco
Keywords (deu)
PhysiotypenkonzeptTrockenstresskompatible Osmotikaosmotische AdaptationProlinPinitIonenmusterstabile IsotopeMarokko
Subject (deu)
Subject (deu)
Type (deu)
Persistent identifier
https://phaidra.univie.ac.at/o:1252309
Number of pages
133
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