Oddělení populační ekologie

Vedoucí: prof. RNDr. Zuzana Münzbergová, PhD.

Lidé ׀ Projekty ׀ Publikace

Pochopení ekologie a genetiky přírodních populací je hlavním cílem výzkumu na našem oddělení. To zahrnuje výzkum na mnoha různých úrovních s využitím široké škály modelových organizmů a systémů. Zatímco naše primární zaměření je na bylinná a travinná společenstva na otevřených stanovištích v rámci střední Evropy, několik našich projektů sahá i nad tento rámec. Některé projekty tak probíhají i v dalších částech světa jako jsou Norsko, Nepál, Himaláje nebo Kanárské ostrovy.

Více podrobností o výzkumu a jednotlivých lidech na našem oddělení najdete na anglické verzi stránek ZDE.

Výzkumná témata

  • Mechanismy krátkodobé a dlouhodobé dynamiky travních společenstev
  • Vztahy mezi půdní biotou, býložravci a složením rostlinných společenstev
  • Vývoj vlastností rostlin – klonalita a šíření na velké vzdálenosti
  • Modelování hydrodynamických procesů v rostlinách
  • Ekologie, populační biologie a genetika polyploidních systémů a populace vzácných druhů
  • Epigenetická variace v ekologii a evoluci rostlinných populací

Vybrané výsledky z posledních let

1/ Evoluce klonálního růstu u krytosemenných

Rostliny se rozmnožují semeny, ale mnoho rostlin se rozmnožuje i klonálně pomocí šlahounů, oddenků nebo kořenů. Jakkoliv je klonalita u rostlin častá, je na okraji badatelské pozornosti; nevíme ani jak se vyvíjela během evoluce, ani co svým nositelům umožňuje. To jsme hledali fylogenetickou analýzou ca. 3000 druhů evropské flóry. Ta ukázala velkou evoluční flexibilitu klonality. Rostliny tedy mohou pružně dosáhnout na její funkční výhody, když to prostředí vyžaduje, a stejně snadno se jí zbavit.

  • Herben T. & Klimešová J. (2020). Evolution of clonal growth forms in angiosperms. New Phytologist 225: 999-1010. Doi: 10.1111/nph.16188.

Rozmanitost orgánů klonálního rozmnožování u rostlin

Rozmanitost orgánů klonálního rozmnožování u rostlin.

 

2/ Jemná struktura kořenů v lučních společenstvech

Rostliny se studují snadněji než zvířata, protože se nepohybují, ale (větší) polovina jejich těl je nepřístupná, protože jsou skryty v půdě a nenesou žádné snadno přístupné identifikační znaky. Konkrétně přiřazení kořenů druhům v terénu, což je nezbytná podmínka pro pochopení interakce druhů, je již dlouho záhadou. Přitom toto porozumění je klíčové; kořeny hledají živiny v půdě a reagují na jejich koncentrace, ale naše dosavadní znalosti o tom pocházejí takřka bez výjimky z umělých experimentálních podmínek. Skutečná role kořenových interakcí v terénu je v důsledku toho zcela neznámá. Tuto překážku jsme překonali pomocí kvantitativní real-time PCR; ta nám umožnila a identifikovat kořeny všech  druhů v lučním společenstvu a určit jejich množství. To nám poskytlo obraz kořenových interakcí v terénu. Ukázali jsme tak, že interakce mezi kořeny a jejich agregace se silně mění s dostupností živin a celkovou hustotou kořenů: kořeny jsou podstatně jemněji propletené v mělké půdě bohaté na živiny, ale chovají se mnohem individualističtěji v hlubších vrstvách chudých na živiny.

  • Herben T., Balšánková T., Hadincová V., Krahulec F., Pecháčková S., Skálová H., Krak K. (2020). Fine‐scale root community structure in the field: species aggregations change with root density.  Journal of Ecology 108: 1738-1749. DOI: 10.1111/1365-2745.13372.

 

3/ Růst druhů z úživných stanovišť je méně redukován kompeticí a půdní mikrobiotou po dodání živin

Kompetice a zpětná vazba mezi rostlinami a půdním prostředím (PSF) negativně ovlivňují performanci jedinců. Tyto mechanismy kontrolující hojnost druhů a tak udržují diversitu společenstev. Dostupnost živin může ovlivňovat sílu těchto mechanismů, avšak odlišně u různých druhů. Ukázali jsme, že dodání živin více oslabuje negativní dopady kompetice a PSF na rostliny z živinami bohatých než chudých stanovišť, což může vést k jejich dominanci a ztrátě druhové diverzity.

  • Klinerová T.& Dostál P. (2020). Nutrient‐demanding species face less negative competition and plant-soil feedback effects in a nutrient‐rich environment. New Phytologist 225:1343–1354. doi:10.1111/nph.16227

Results of this study were obtained using an extensive garden experiment including more than 40 grassland species.

Výsledky studie byly získány pomocí rozsáhlého zahradního experimentu se zahrnutím více než 40 lučních druhů.

 

4/ Zhodnocení vlivu biotických a abiotických složek zpětné vazby rostlina-půda u rostlin primární sukcese

Výsledky květináčového experimentu ukázaly, že raně sukcesní rostliny akumulují v půdě více patogenních hub než rostliny střední sukcese. Naopak růst rostlin byl v těchto půdách nejčastěji určován rostlinami indukovanými změnami v abiotických podmínkách; biotické změny měly vliv na klíčivost.

  • Kuťáková E., Meszárošová L., Baldrian P. & Münzbergová Z. (2020). Evaluating the role of biotic and chemical components of plant-soil feedback of primary successional plants. Biology and Fertility of Soils 56 (3): 345-358.


Semenáč krvavce menšího v primárně sukcesní půdě.

 

5/ Heterogenita tlakových gradientů in vivo zvyšuje průtok úzkými cévami vinné révy

Tato studie jako první kombinuje 3D rekonstrukci rentgenové mikrotomografie rostlinného stonku s magnetickou rezonancí vodního toku v něm. Zjištěné průtoky jsou oproti teoretickým předpokladům asi o čtvrtinu nižší v nejširších cévách a odpovídajícím způsobem zvýšené v užších cévách. Tento výsledek zpochybňuje dosavadní výklad hydraulického fungování rostlinného stonku a odhaluje nové principy jeho konstrukce, jimiž se řídí jeho evoluce. Výsledek má potenciální uplatnění při šlechtění rostlin odolných vůči suchu..

  • Bouda M., Windt C. W., McElrone A. J. & Brodersen C. R. (2019). In vivo pressure gradient heterogeneity increases flow contribution of small diameter vessels in grapevine. Nature Communications: 10 (1) 1-10. DOI:10.1038/s41467-019-13673-6.

Průřez stonkem vinné révy: jedinečná kombinace rentgenové mikrotomografie v rezoluci 3,2 μm s údaji o síle průtoku z magnetické rezonance (cévy vybarvené podle síly toku, červená znázorňuje nejsilnější toky). Kredit: Craig Brodersen.

 

6/ DNA metylace jako možný mechanismus ovlivňující schopnost přirozených populací adaptovat se na měnící se klima

Výsledky naznačují, že metylace DNA může modifikovat reakci klonální trávy na vlhkost. Metylace DNA může tedy ovlivnit schopnost klonálních rostlin přizpůsobit se novým klimatickým podmínkám. I přes významné interakce mezi populací původu a demetylací naše data neposkytují jasný důkaz, že DNA metylace umožnila přizpůsobení různým prostředím. Ve skutečnosti jsme získali silnější důkazy o lokální adaptaci v demetylovaných než v přirozeně metylovaných rostlinách. Protože změny v metylaci DNA mohou být docela dynamické je možné, že epigenetická variace může maskovat přizpůsobení rostlin podmínkám jejich původu v důsledku předběžné kultivace rostlin za standardizovaných podmínek. Tato možnost by měla být zvážena v budoucích experimentech zkoumajících adaptace rostlin.

  • Münzbergová Z, Latzel V., Šurinová M., Hadincová V. (2019). DNA methylation as a possible mechanism affecting ability of natural populations to adapt to changing climate. Oikos, 128: 124-134.

 

7/ Hojnost rostlin v experimentálních společenstvech jako výsledek mezidruhových rozdílů ve fitness a samoregulaci 

Doposud zůstává neobjasněno, které mechanismy jsou zodpovědné za rozdíly v lokální hojnosti rostlin. Lokální vzácnost druhů může být kvůli jejich nízké kompetiční schopnosti anebo z důvodu silné samoregulace. Ty samé mechanismy mohou být zodpovědné za nárůst biomasy těchto druhů v druhově bohatých společenstvech. V této studii jsme chtěli zjistit, který z uvedených mechanismů nejlépe predikuje lokální hojnost a produktivitu rostlin v experimentálních společenstvech. Za tímto účelem jsme zjišťovali vegetativní růst, kompetiční schopnost a samoregulaci ca 50 druhů rostlin, a tyto informace jsme propojili s hojností a produktivitou těchto druhů v experimentálních společenstvech projektu JENA. Zjistili jsme, že lokálně vzácné druhy jsou ty s malou mírou vegetativní reprodukce, tzn. u druhů s malým fitness. Produktivita v druhově bohatých společenstvech pak rostla zejména u druhů s vysokou mírou samoregulace.

  • Dostál P., Tasevová K. & Klinerová T. (2019). Linking species abundance and overyielding from experimental communities with niche and fitness characteristics. Journal of Ecology 107: 178-189.