Projekt-994: In vitro Etablierung und gezielte Selektion von Rhododendron ferrugineum und Rhododendron hirsutum. Erfassung der genetischen Vielfalt mittels Mikrosatelliten

In-vitro-Vermehrung: Neben Genotypen mit Rosaabstufungen konnten Genotypen mit violettrosa, weinroter, rosa-lachsfarbiger, rostroter und weißer Blütenfarbe für die In-vitro-Etablierung beprobt werden. Von 10 Rhododendron–Wildpopulationen (R. ferrugineum, R. hirsutum, R. x intermedium) konnten 7, mit insgesamt 28 verschiedenen Genotypen erfolgreich in vitro etabliert werden. Über Triebspitzen und Nodien konnten durch Durchtreiben von Terminal- oder Axillarknospen bei Rhododendron hirsutum und R. x intermedium der Herkünfte Trnovski gozd-Predmeja (21), Fernpass-Blindsee (29) und Axamer Lizum (25) folgende Genotypen etabliert werden: R. hirsutum (21), 3 von 6 mit 13 Subklonen; R. x intermedium (29), 3 von 7 mit 6 Subklonen; R. x intermedium (25), 1 Genotyp von 6. Über Triebspitzen und Nodien konnten keine R. ferrugineum -Herkünfte etabliert werden. Bei der In-vitro-Etablierung von 5 Herkünften über reife Samen, konnten alle 22 Genotypen etabliert werden. Hierzu konnten bei den R. ferrugineum -Herkünften Patscherkofel (22) und Viote-Trient (26), Keimfrequenzen von 57 bis 83 % (Ausnahme Genotyp 16 mit 19 %) und 42 bis 94 % erzielt werden. Im Vergleich dazu konnte bei den R. hirsutum –Herkünften Karwendel-Seegrube (23) und Kalkkögel-Saile (24), bei 20 % und 3 bis 12 % eine Keimung induziert werden. Dieser deutliche Unterschied in der Keimfrequenz der zwischen R. ferrugineum und R. hirsutum auftrat, konnte interessanterweise auch zwischen den verschiedenen Genotypen der R. x intermedium –Herkunft 25, mit einer Keimungsrate von 5 bis 59 %, beobachtet werden. Bei der In-vitro-Vermehrung erfolgte bei den über Samen etablierten Genotypen eine Selektion von 10 aus 30 Sämlingsklonen. Hierzu konnten bei den Genotypen der R. ferrugineum –Herkunft 22, maximal 1,9±0,87 bis 3,4±1,6 vitale Sprosse/Explantat induziert werden. Bei der R. x intermedium -Herkunft 25 wies Genotyp 25/1 mit 1,7±0,75 die geringste, Genotyp 25/16 mit 3,6±1,6 die höchste Anzahl vitaler Sprosse/Explantat auf. Beim Genotyp 23/23 der R. hirsutum –Herkunft 23 konnten Induktionsfrequenzen von 3,5±1,6 und 2,1±0,93 erzielt werden. Bei der über Triebspitzen und Nodien etablierten Herkunft 21 konnte keine zufriedenstellende Vermehrungsrate erzielt werden. Im Vergleich dazu wurden bei den Genotypen 29/4 und 29/17, der ebenfalls über Triebspitzen und Nodien etablierten Herkunft 29, hohe Induktionsraten von 3,7 und 3,6 erzielt. Bei der In-vitro-Bewurzelung von Sämlingsklonen des Genotyps 22/1 der R. ferrugineum -Herkunft 22, konnten mit Ausnahme des Klons 22/1/28, mit 38 %, zufriedenstellende Bewurzelungsfrequenzen von 57 bis 100 % erzielt werden. Bei der R. x intermedium -Herkunft 25 konnten ähnliche Frequenzen erzielt werden, wobei die Wurzelinduktion circa zwei Wochen später erfolgte. Die R. hirsutum –Herkunft 21 zeigte neben der geringen Sprossinduktion in der Vermehrung auch in der Bewurzelung eine unzureichende Wurzelinduktion. Im Vergleich dazu konnten bei der Herkunft 29 zwischen den Subklonen des Genotyps 29/4, zufriedenstellende Bewurzelungsfrequenzen von 69, 73 und 76 % erzielt werden. Auch Genotyp 29/17 zeigte einheitliche Frequenzen von 67 und 69 %. Phänologie und Mikroklima: In der Axamer Lizum (25) konnte 2002 beobachtet werden, dass bei gleichem Beginn der Vegetationsperiode, R. hirsutum etwa 2 Wochen später zu blühen beginnt als R. ferrugineum und erst dann in die Vollblüte eintritt, wenn R. ferrugineum schon weitgehend abgeblüht ist. Außerdem zieht sich die Blühphase bei R. hirsutum am selben Standort über einen Monat lang hin. Im Vergleich dazu dauert die Vollblüte bei R. ferrugineum auf einem bestimmten Standort nur etwa zwei Wochen. Die Frucht- und Samenentwicklung dürfte hingegen mit rund 11 Wochen bei R. hirsutum gleich lang dauern wie bei R. ferrugineum. Die Beobachtungen im Jahre 2002 in der Axamer Lizum deuten darauf hin, dass die Hybriden nicht nur in ihrer Morphologie, sondern auch hinsichtlich der Entwicklungstermine eine Zwischenstellung zwischen R. ferrugineum und R. hirsutum einnehmen. R. x intermedium beginnt etwa eine Woche später als R. ferrugineum zu blühen, die Vollblüte dauert ähnlich wie bei R. ferrugineum nur zwei Wochen lang. Die Frucht- und Samenentwicklung nimmt wie bei den beiden Elternarten etwa 11 Wochen in Anspruch. Der Blühzeitpunkt und die Blühdauer haben wesentliche Auswirkungen auf die Hybridbildung. Durch die versetzte Blühzeit, steht für eine Kreuzbestäubung zwischen R. ferrugineum und R. hirsutum nur eine kleine Zeitlücke zur Verfügung. Die Registrierung des Mikroklimas erfolgte mittels Temperaturlogger im Kronenbereich des jeweiligen Messstrauches als auch in 10 cm Tiefe im Boden. Angaben von Wetterstationen, in denen das Makroklima in 2 m über dem Boden erfasst wird, können nur Richtwerte für das Bioklima der 20-30 cm niedrigen Alpenrosenbestände sein. Die mittleren Tagesminima waren im Bestand und der Luft in 2 m, während der Aperzeit ziemlich einheitlich; auch die absoluten Minimumtemperaturen und die Zahl der Frosttage waren kaum unterschiedlich. Im Winterhalbjahr sind die beobachteten Tiefsttemperaturen der Wetterstationen bioklimatisch belanglos, da die Rhododendron -Sträucher unter Schnee geschützt sind. Vergleicht man die drei unterschiedlichen Standorte (Herkünfte 22, 23 und 25) miteinander, so ergaben sich klimatische Gemeinsamkeiten wie: Bodentemperaturen von 4–5°C (gemittelt über 12 Monate); Mitteltemperaturen während der potentiellen Vegetationsperiode von 10–12°C in der Strauchschicht und 10 °C im Boden; kurzzeitige Hitze im Kronenbereich erreichte meist 30–32°C; Frosttemperaturen während der Aperzeit sanken auf–6 bis –10°C, jedoch im Sommer selten tiefer als –2°C bis –3°C. Die potentielle Vegetationszeit auf der von Alpenrosen bewachsenen Flächen, beginnt in der ersten Dekade Mai und endet im Oktober (ca. 150-170 Tage). Genetische Vielfalt: Um auf dem schnellsten Wege zu aussagekräftigen Daten über die genetische Vielfalt in den beprobten Rhododendron –Populationen zu kommen, wurden 2 Ansätze gewählt: Testung heterologer Mikrosatelliten (SSRs) –Primer, die für R. metternichii entwickelt wurden; Neuentwicklung von R. ferrugineum und R. hirsutum spezifischen Mikrosatelliten –Primern. Von 7 in der Literatur bekannten SSR- Primern für R. metternichii konnten bei 3 Primern (RM9D1, RM2D2, RM9D6) sehr schöne Amplifikationsprodukte erhalten werden. Zusätzlich konnten insgesamt 13 für R. ferrugineum und R. hirsutum spezifische SSR –Primer entwickelt werden. Von den neuentwickelten SSR-Primern wurden die SSR-Primer 6AG230, 6AG218, 6AG13 und 6AG219 B für die nachfolgenden populationsgenetischen Untersuchungen verwendet. Bei der Untersuchung der 334 Individuen mit Hilfe der 7 Mikrosatelliten –Regionen (3 SSR-Primer von R. metternichii, 4 spezifische SSR-Primer) konnten insgesamt 118 verschiedene Allele detektiert werden, wobei die neu entwickelten Primer eine etwas höhere Allelanzahl aufwiesen, als jene Primer, die für R. metternichii entwickelt wurden. Die Untersuchung der genetischen Vielfalt in den untersuchten 11 natürlichen Populationen zeigte, dass alle einen hohen Grad an Diversität aufweisen. In keiner der Populationen wurde klonales Material festgestellt, was bedeutet, dass jedem der gesammelten Einzelindividuen ein eindeutiger Genotyp zugewiesen werden kann. Die existierende genetische Vielfalt ist relativ hoch, wobei der beobachtete Heterozygotiegrad zumeist dem Erwarteten entspricht. Bei der Untersuchung des Samenmaterials (50 Sämlinge) des Genotpys 22/1 der Population 22 konnten in jedem Locus die mütterlichen Allele wiedergefunden werden. Jedes dieser Allele machte zumindest 25% bis 50% der detektierten Allele aus. In den meisten Fällen stammten annähernd 100% der detektierten Allele von der Mutterpflanze, nur im Locus 218 konnten ca. 30% der gefundenen Allele auf paternalen Ursprung zurückgeführt werden. Bei allen anderen Loci fanden sich nur 1-4% nicht-maternaler Allele. Dieses Ergebnis lässt auf eine hohe Selbstungsrate schließen. Bei der Analyse der genetischen Distanz zwischen den natürlichen Populationen bildeten sich 2 Cluster, wobei aber die verschiedenen Herkünfte genetisch dennoch relativ weit von einander entfernt sind, und kein eindeutiger geografischer Trend ausgemacht werden kann. Versucht man, die verschiedenen Spezies anhand ihrer Allelfrequenzen zu unterscheiden, so zeigt sich, dass in allen Loci die Allele in den 3 Spezies annähernd gleich verteilt sind, außer in Locus 219. Hier kann beobachtet werden, dass in R. ferrugineum die Allele A (74bp) und D (84bp) beinahe 90% der detektierten Fragmente ausmachen (38%:A, 53%:D), während genau diese Fragmentlängen in R. x intermedium selten (8%:A, 12%:D), in R. hirsutum beinahe gar nicht auftreten (0%:A, 3%:D).