Diplomarbeit

Mode of Nutrition of Mediterranean Orchids

Heiko T. Liebel (06/2007-11/2007)

Betreuer: Gerhard Gebauer, Carl Beierkuhnlein

Mit Hilfe von Analysen stabiler Isotope in Verbindung mit molekularbiologischen Methoden konnte nachgewiesen werden, dass sich einige mitteleuropäische Orchideenarten vollständig (z.B. die blattgrünlose Neottia nidus-avis) oder partiell (z.B. Cephalanthera damasonium) von einem Pilzpartner ernähren (Mykoheterotrophie). Die Pilzpartner weisen eine 13C- und 15N-Isotopensignatur auf, die sich von der autotropher Pflanzen signifikant unterscheidet. Nimmt eine Orchidee einen Teil ihrer Nährstoffe von einem Pilzpartner auf, so zeigen auch die Orchideenblätter eine Isotopenhäufigkeit, die zwischen der von autotrophen und vollständig mykoheterotrophen Pflanzen liegt. Dieser Zusammenhang kann genutzt werden, um den prozentualen Beitrag vom Pilzpartner zur Ernährung einer Orchidee mittels eines linearen Mischungsmodells abzuschätzen.

Da im Mittelmeerraum wesentlich mehr Orchideenarten als in Mitteleuropa vorkommen, kann vermutet werden, dass das Phänomen der vom Pilz abhängigen Ernährungsweise dort in weiteren Taxa verbreitet ist.
Im Frühjahr 2007 wurden in Italien (Festland und Sardinien) Blatt- und Wurzelproben von 31 Orchideenarten der Gattungen Aceras, Barlia, Cephalanthera, Epipactis, Gennaria, Limodorum, Listera, Neottia, Ophrys, Orchis, Serapias und Spiranthes gesammelt. Die Blattproben wurden mittels EA-IRMS auf ihre Isotopenhäufigkeit an 13C und 15N analysiert; Pilzpartner mittels molekularbiologischen Analysen bestimmt. Es zeigt sich, dass eine partiell mykoheterotrophe Lebensweise auch im Mittelmeerraum zumindest bei Limodorum abortivum und L. trabutianum, Cephalanthera longifolia und C. damasonium, Epipactis helleborine und Listera ovata auftritt. Diese Arten bevorzugen dunkle Waldstandorte, wo sie vermutlich durch ihre spezielle Lebensweise besonders gut angepasst sind. DNA-Analysen bestätigten die Hypothese, dass hauptsächlich Ektomykorrhiza-Pilze mit den Wurzeln der Waldorchideen assoziiert sind. Sie gelten außerhalb der Tropen als effektivere Nährstofflieferanten als saprotrophe Pilze.

Unter den typischen Offenlandorchideen wiesen lediglich Barlia robertiana und Orchis purpurea eine C-Isotopensignatur auf, die einen C-Gewinn von Mykorrhiza-Pilzpartnern nahe legt. Ein schwacher N-Gewinn konnte in allen Offenlandorchideen festgestellt werden, der auf saprotrophe Pilze zurück zu führen sein sollte. Untersuchte Orchideenarten, deren Areal sowohl mitteleuropäisch als auch mediterran ist (z.B. Epipactis helleborine, Orchis- und Ophrys-Arten), zeigen ein ähnliches Verhalten hinsichtlich ihrer Ernährungsweise. Ein umfassendes physiologisches und ökologisches Verständnis für Orchideenarten ist die Grundlage für einen effektiven Schutz der oft bedrohten Arten.