Untersuchungen zu Mykorrhiza-Partnern und Nährstoffquellen von mykoheterotrophen Orchideen in Taiwan
Zusammenfassung der Projektergebnisse
1% aller Orchideen sind zeitlebens chlorophylllos und für ihre Ernährung abhängig von Mykorrhiza-Partnern (= vollständige Mykoheterotrophie). Mit über 120 Arten im Vergleich zu nur zwei Arten in ganz Europa ist das tropische und subtropische Asien ein Hotspot mykoheterotropher Orchideen. Ektomykorrhiza-Pilze wurden in temperaten Regionen als Partner mykoheterotropher Orchideen identifiziert. Die wenigen derzeit verfügbaren Daten für mykoheterotrophe Orchideen in tropischen und subtropischen Regionen deuten auf eine wesentlich größere Pilzpartner-Diversität hin. In diesem deutsch-taiwanesischen Partnerprojekt untersuchten wir mit molekularen Methoden die Pilzpartner und mittels Multi-Element Isotopenanalyse die Ernährungsweise von 12 der ca. 50 vollständig mykoheterotrophen Orchideenarten aus fünf Gattungen in unterschiedlichen Waldtypen und Höhenstufen in Taiwan. Wir fanden ein weites Spektrum von Partnern mit arten- und gattungsspezifischen, aber auch standortsabhängigen Präferenzen, das sich von Ektomykorrhiza-Pilzen bis zu Streu- und Holzzersetzer-Pilzen erstreckte. Die Kohlenstoff- und Stickstoff-Isotopenmuster bestätigten Streu- oder Holzzersetzer oder Ektomykorrhiza-Pilze als Nährstoffquellen der untersuchten Orchideen, während die Wasserstoff-Isotope die generell heterotrophe Ernährungsweise bestätigten. Wir untersuchten weiterhin bei der grünen Orchidee Cremastra appendiculata die Ernährungsweise in unterschiedlichen Entwicklungsstadien (Protokorm, Sämling, Adult). Diese Art ist bezüglich ihrer Pilzpartner eine Besonderheit, da sie die Partner von saprotrophen nicht-Rhizoctonia Psathyrellaceen in den Rhizomen früher Entwicklungsstadien zu Rhizoctonia-Pilzen in den Wurzeln adulter Pflanzen wechselt. Die Isotopensignatur der adulten C. appendiculata weist auf eine autotrophe Ernährungsweise hin, während die Signatur der Protokorme vollständig mykoheterotrophe Ernährung bestätigt. Die Isotopenmuster der Sämlinge besitzen eine Zwischenstellung. Leider wurde unser ursprünglicher Zeitplan durch die COVID-19 Pandemie erheblich beeinträchtigt. Die dadurch entstandenen Lücken im Arbeitsplan wurden mit drei zusätzlichen für die Mykoheterotrophie relevanten Teilprojekten gefüllt: (1) Wir untersuchten die Pilzpartner und die Ernährungsweise von Neuwiedia malipoensis, einer Art aus der ursprünglichsten Abstammungslinie der Orchideen, den Apostasioideen. Unsere Daten belegen auch hier einen Partnerwechsel während der ontogenetischen Entwicklung, allerdings nur zwischen Vertretern der Rhizoctonia, und eine abnehmende Mykoheterotrophie mit fortschreitender Entwicklung. Mit diesem Ergebnis unterscheidet sich N. malipoensis von der mit Ektomykorrhiza-Pilzen mykorrhizierten Apostasia nipponica und belegt unterschiedliche Ernährungsstrategien bereits in dieser ursprünglichen Abstammungslinie. (2) Wir untersuchten zum ersten Mal Stabilisotopen-Signaturen von Pilz-Pelotons, die wir aus Orchideenwurzeln assoziiert mit Ektomykorrhiza- oder Rhizoctonia-Pilzen extrahiert hatten und verglichen diese Daten mit Proben der jeweiligen Orchideen. Mit diesem Ansatz gelangten wir erstmalig an die Isotopensignaturen von Rhizoctonia-Pilzen. (3) Mit Hilfe von Isotopenanalysen konnten wir erstmalig partielle Mykoheterotrophie bei Baumsämlingen mit arbuskulärer Mykorrhiza unter den licht-limitierten Bedingungen im Unterwuchs tropischer Wälder belegen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Fungal association and root morphology shift stepwise during ontogenesis of orchidCremastra appendiculatatowards autotrophic nutrition. AoB PLANTS, 14(3).
Zahn, Franziska E.; Lee, Yung-I. & Gebauer, Gerhard
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Novel insights into orchid mycorrhiza functioning from stable isotope signatures of fungal pelotons. New Phytologist, 239(4), 1449-1463.
Zahn, Franziska E.; Söll, Erik; Chapin, Thomas K.; Wang, Deyi; Gomes, Sofia I. F.; Hynson, Nicole A.; Pausch, Johanna & Gebauer, Gerhard
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Mode of carbon gain and fungal associations of Neuwiedia malipoensis within the evolutionarily early-diverging orchid subfamily Apostasioideae. Annals of Botany, 134(3), 511-520.
Zahn, Franziska E.; Jiang, Hong; Lee, Yung-I. & Gebauer, Gerhard
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Stable isotope analysis indicates partial mycoheterotrophy in arbuscular mycorrhizal woody seedlings in tropical forests [Dataset]. Dryad.
Zahn F.E., Contreras B., Engelbrecht B.M.J. & Gebauer G.
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Stable isotope analysis indicates partial mycoheterotrophy in arbuscular mycorrhizal woody seedlings in tropical forests. Functional Ecology, 38(12), 2720-2733.
Zahn, Franziska E.; Contreras, Blexein; Engelbrecht, Bettina M. J. & Gebauer, Gerhard
