 |
Reproductive phenology and transgenerational plasticity of grassland species in response to rainfall manipulations
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
120844 |
| Type |
PD |
| Principal investigator |
Mojzes, Andrea |
| Title in Hungarian |
Homokpusztagyepi fajok reproduktív fenológiájának és transzgenerációs plasztikusságának vizsgálata egy csapadékmanipulációs terepkísérletben |
| Title in English |
Reproductive phenology and transgenerational plasticity of grassland species in response to rainfall manipulations |
| Keywords in Hungarian |
anyai környezeti hatás, csírázás, ismétlődő aszályok, klímaváltozás, növényi funkciós típusok, reprodukciós siker, utódgeneráció növekedése, virágzás |
| Keywords in English |
climate change, flowering, maternal environmental effect, offspring growth, plant functional types, recurrent droughts, reproductive success, seed germination |
| Discipline |
| Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences) | 100 % | | Ortelius classification: Plant ecology |
|
| Panel |
Ecology and evolution 1 |
| Department or equivalent |
Institute of Ecology and Botany, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research) |
| Participants |
Kröel-Dulay, György
|
| Starting date |
2016-12-01 |
| Closing date |
2019-11-30 |
| Funding (in million HUF) |
15.087 |
| FTE (full time equivalent) |
2.40 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A növényzet klímaváltozáshoz való alkalmazkodásának fontos eleme lehet a regenerációt meghatározó növényi tulajdonságok és az azokhoz kapcsolódó reproduktív fenológiai jellegek fenotípusos plasztikussága. A tervezett kutatás során a növény reproduktív életszakaszának időbeli változásait és egyes regenerációs tulajdonságainak plasztikusságát vizsgáljuk visszatérő mérsékelt csapadékváltozások (enyhe aszály, erős aszály, öntözés) hatására egy terepkísérletben, nyílt homokpusztagyepi fajoknál. A vizsgált fajok különböző növényi funkciós típust képviselnek, és társulásbeli szerepük eltérő: egy domináns évelő fű (Stipa borysthenica), egy szubordinált téli egyéves fű (Secale sylvestre) és egy tranziens nyári egyéves kétszikű (Conyza canadensis). A két utóbbi faj az ismétlődő aszályok nyomán válhat uralkodóvá. A kutatás célja 1) nyomon követni a kezelések hatására bekövetkező változásokat a virágzás és a termésérés fenológiájában és a maghozamban, 2) felmérni az anyanövény környezetében (a kísérleti parcellákban) alkalmazott csapadékváltozások hatását az utódgeneráció csírázására és növekedésére. Mivel az anyai hatás az utód környezetétől függően eltérő lehet, az utódok növekedését megfelelő és korlátozott vízellátottság mellett is vizsgáljuk. Összehasonlítjuk mind a fenológiai, mind a transzgenerációs válaszok mértékét és irányát a vizsgált fajoknál (pl. a virágzás korábbra vagy későbbre tolódása, jótékony vagy kedvezőtlen anyai hatás). Eredményeink hozzájárulhatnak a klímaváltozással várható dominancia- és életforma-átrendeződések előrejelzéséhez nyílt homokpusztagyepekben, és eltérő funkciós típusú gyepfajok klímaváltozásra adott transzgenerációs válaszainak megismeréséhez.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A regenerációs képességet meghatározó növényi tulajdonságok (pl. maghozam, csírázás, a csíranövény növekedése) fenotípusos plasztikussága fontos szerepet játszhat egy populáció, ill. közösség klímaváltozáshoz való gyors alkalmazkodásában, így fennmaradásában. Ezek a plasztikus válaszok gyakran összefüggnek a növény reproduktív (virágzás és termésérés) fenológiájának módosulásaival. Csapadékváltozások nyomán bekövetkező fenológiai eltolódásokról kevés ismeretünk van mérsékeltövi gyepekből. Ezért vizsgálni kívánjuk, hogy a kiskunsági nyílt homokpusztagyepekben különböző növényi funkciós típust képviselő és társulásbeli szerepet betöltő fajok reproduktív fenológiája és magprodukciója eltérő mértékben és irányban változik-e a csapadékmennyiség megváltoztatásának (enyhe aszály, erős aszály, öntözés) hatására. A tervezett vizsgálatban egy domináns évelő fű, egy szubordinált téli egyéves fű és egy tranziens nyári egyéves kétszikű faj szerepel. A fenotípusos alkalmazkodás egy speciális formája, transzgenerációs plasztikusság révén az anyanövény környezete befolyásolhatja az utódgeneráció fenotípusát. Ez elősegítheti, vagy éppen nehezítheti az alkalmazkodást a megváltozott klimatikus feltételekhez, s ezzel befolyásolhatja a regeneráció sikerét. Különböző funkciós típusú gyepi fajok csapadékváltozásokkal szemben mutatott transzgenerációs plasztikussága kevéssé ismert. Ezért másik kérdésünk, hogy az anyanövény környezetét érő csapadékmanipulációk milyen hatással vannak az utódok csírázására és növekedésére. Feltételezzük, hogy a válaszok mértéke, ill. iránya (jótékony vagy hátrányos) eltérő lesz a vizsgált különböző növényi funkciós típusú fajoknál.
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A fenotípusos plasztikusság az egyik legfontosabb mechanizmus, amely lehetőséget teremthet egy populáció, ill. közösség fennmaradására a klímaváltozás gyors üteme mellett. E tekintetben különösen fontos a regenerációs képességet meghatározó növényi tulajdonságok és az azokkal gyakran szorosan összefüggő reproduktív fenológiai jellegek plasztikussága, amelynek tanulmányozása a tervezett kutatásnak is célja. Az évente ismétlődő mérsékelt csapadékváltozásokat (enyhe aszály, erős aszály, csapadéktöbblet) szimuláló terepi kísérlet kiváló lehetőséget teremt a plasztikusság közvetlen tesztelésére. A tervezett kutatás erőssége, hogy a regenerációban fontos szerepet játszó jellegek plasztikusságát a növény életciklusának több fázisában, két generációt áthidalva vizsgáljuk (a virágzás fenológiájától az utódnövények növekedéséig). A kutatás másik újszerűsége, hogy mindezeket a tulajdonságokat egy mérsékeltövi félszáraz gyeptípus (mészkedvelő nyílt homokpusztagyep) különböző funkciós típusú és társulásbeli szerepű fajainál tanulmányozzuk, amelyek aszály utáni regenerációs képessége is eltér: egy domináns évelő fű, egy szubordinált téli egyéves fű és egy tranziens nyári egyéves kétszikű. Ennek jelentősége abban áll, hogy nyílt homokpusztagyepekben végzett korábbi vizsgálatok szerint az ismétlődő aszályok nyomán markáns vegetációs átalakulások következhetnek be (pl. a domináns évelő füvek lecserélődése egyévesek és mohák-zuzmók által uralt sivatagi növényzetre). A tervezett kutatás eredményei hozzájárulhatnak e változások hátterében álló mechanizmusok megértéséhez, és segíthetik a növényzettípus klímaváltozással várható átalakulásainak előrejelzését. Az eredmények várhatóan hasznosíthatók lesznek a természetvédelemben, a pannon sztyeppek értékes gyepállományainak és egyes ökoszisztéma szolgáltatásainak (pl. szélerózió csökkentése, az üvegházhatást mérséklő CO2 elnyelés) megőrzésében.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A növények szaporodását és megtelepedését meghatározó tulajdonságaiban (pl. maghozam, csírázás, a csíranövény növekedése) bekövetkező változások fontos szerepet játszhatnak egy növénypopuláció, ill. közösség klímaváltozáshoz való alkalmazkodásában, így fennmaradásában. Ezek a változások gyakran összefüggnek a növény szaporodási életszakaszának (virágzás és termésérés) időbeli eltolódásaival. A tervezett kutatás során homokpusztagyepi növényfajok szaporodási fázisának időbeli változásait és egyes megtelepedéssel összefüggő tulajdonságainak módosulásait vizsgáljuk ismétlődő csapadékváltozások (enyhe aszály, erős aszály, csapadéktöbblet) hatására egy kiskunsági terepkísérletben. A kutatás egyik célja nyomon követni, hogy a növénytársulásban különböző szerepet betöltő (jelenleg tömeges, vagy alárendelt, de az ismétlődő aszályok nyomán várhatóan eluralkodó) fajok virágzási és termésérési időszaka, valamint maghozama hogyan változik csapadékkizárás, ill. öntözés hatására. Az utódgeneráció rátermettségét az anyanövény környezete is befolyásolhatja, függetlenül az anyanövénytől örökölt génektől. Ez az ún. anyai környezeti hatás elősegítheti, vagy éppen nehezítheti az alkalmazkodást a megváltozott klimatikus feltételekhez, s ezzel befolyásolhatja a növények szaporodási sikerét. A tervezett kutatás másik célja feltárni, hogy az anyanövény csapadékellátottságának megváltoztatása milyen hatással van az utódok csírázására és növekedésére, és e tekintetben eltérnek-e a vizsgált fajok. A kutatás eredményei várhatóan hozzájárulnak a klímaváltozás nyomán várható növényzeti átrendeződések előrejelzéséhez.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Phenotypic plasticity of regenerative and associated reproductive phenological plant traits may be important in the adjustment of vegetation to climate change. In the proposed research plasticity in the timing of reproductive phenophases and in selected regenerative traits will be studied in response to recurrent precipitation changes (light drought, strong drought, irrigation) in a field experiment for selected plant species of an open sand steppe. The species represent different plant functional types, and play different functional roles in the community: a dominant perennial grass (Stipa borysthenica), a subordinate winter annual grass (Secale sylvestre) and a transient summer annual forb (Conyza canadensis). The latter two species may become dominant after repeated droughts. The objectives of the research is to 1) study the impacts of rainfall manipulations on the flowering and fruiting phenology and seed production of plants growing in the experimental plots (mother plants), 2) explore the maternal environmental effects of treatments on seed germination and offspring growth. As maternal effect can be different depending on the offspring environment, offspring growth will be studied under both well- and reduced watering conditions. The magnitude and direction of both phenological and transgenerational responses (e.g. advanced or delayed flowering, beneficial or disadvantageous maternal effect) will be compared among species. The results of the study might contribute to the predicting shifts in species dominance and life forms in open sand steppe, and the understanding transgenerational plasticity of functionally different grassland species under climate change.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Phenotypic plasticity of regenerative plant traits (e.g. seed production, germination, seedling growth) can have a great importance for a population or a community to keep pace with the speed of climate change, thus allowing persistence. Such plastic responses are often associated with shifts in reproductive (flowering and fruiting) phenology. Little is known about phenological plasticity in response to precipitation changes in temperate grasslands. Thus, our first research question is whether species belonging to different plant functional types and playing different functional roles in open sand steppe, respond differently (in magnitude or direction) in reproductive phenology and seed production to rainfall manipulations (light drought, strong drought, irrigation). A dominant perennial grass, a subordinate winter annual grass and a transient summer annual forb will be studied. Maternal environment can influence offspring phenotype via transgenerational plasticity. This special kind of phenotypic plasticity might enhance or decrease the ability of adjustment to altered climatic conditions, thus may affect regeneration success. Little is known on the transgenerational responses of grassland species representing different plant functional types to precipitation changes. Thus, our second research question addresses the effects of precipitation changes in the maternal environment on seed germination and offspring growth. It is hypothesized that the responses will be different in magnitude or direction (beneficial or disadvantageous) for the representatives of different plant functional types.
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Phenotypic plasticity – as one of the most important mechanisms of keeping pace with the rapid rate of climate change – might be crucial for the persistence of populations or communities. Plasticity of regenerative plant traits, which is often associated with shifts in reproductive phenology, are of great importance in this respect, thus providing the objective of the proposed research. A field experiment simulating recurrent moderate changes in precipitation (light drought, strong drought, rain supplement) provides an ideal setting for a direct test of phenotypic plasticity. The strength of the proposed research is that studying the plasticity of reproductive and regenerative traits will cover several stages of the plant life cycle including two generations (from flowering phenology to offspring growth). A further novelty of the research is that the responses of these traits will be studied for species that represent different plant functional types playing different functional roles in a semiarid temperate grassland (calcareous open sand steppe), and can vary in their regeneration capacity following drought: a dominant perennial grass, a subordinate winter annual grass and a transient summer annual forb. The significance of this is that previous studies showed that recurrent droughts could lead to marked vegetation changes in open sand steppe (e.g. the expansion of annuals and cryptogams at the expense of dominant perennial grasses indicating desertification). The results of the proposed research might contribute to the understanding the mechanisms of these changes, and might help to predict vegetation dynamics in this ecosystem under climate change. These results are expected to be utilized in nature conservation, in the protection of valuable components of Pannonian steppes together with some of their important ecosystem services (e.g. reduction of wind erosion, CO2 uptake mitigating greenhouse effect).
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Changes in plant traits associated with reproduction and seedling establishment (e.g. seed production, germination, seedling growth) may play an important role in the adjustment to climate change, thus in the persistence of a plant population or a community. Such changes are often linked to shifts in the timing of reproductive phase of the plant life cycle (flowering and fruiting). In the proposed research we will investigate the effects of recurrent precipitation changes (light drought, strong drought, rain supplement) on the timing of plant reproductive stages and on selected traits associated with establishment for grassland species in a field experiment in the Kiskunság, Central Hungary. The first aim of the study is to examine shifts in the flowering and fruiting phases and changes in seed production in response to rain exclusions or irrigation for species having different roles in the plant community (i.e. currently dominant, or subordinate, but potentially gaining dominance after repeated droughts). Offspring performance can be influenced by maternal environment beyond the effects of genes transmitted from the mother plants. Such so-called maternal environmental effect might increase or decrease the ability of adjustment to altered climatic conditions, thus may affect the reproductive success of plants. The second aim of the proposed study is to explore the effects of experimentally altered rainfall experienced by the mother plants on seed germination and offspring growth, and compare the responses of the species studied. The results of the study might contribute to the predicting vegetation changes under climate change.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
