550 Geowissenschaften
The aim of this dissertation was to examine the influence of land cultivation on the genetic variability and genetic population structure of the Neozoen Arion lusitanicus. Arion lusitanicus is a slug, which is spreading quickly in its range. This species has been chosen as it is possible to classify them easily to single plots due to their low mobility and as they are especially exposed to environmental and cultivation influences. Another well known factor in Herl is the age of this quite young population, thus enabling to classify genetic changes to recent working environmental and cultivation influences. To examine small spatial effects on various cultivation systems, ten plots - mostly used for agriculture - have been chosen in the Hunsrück-municipality Herl. Among them were four ecologically and four conventionally cultivated areas with partly varying land development dynamics. Furthermore a waste land of many years and a meadow have been included in the test. Wahlen in Northern Saarland and Belm in South Lower Saxony have been chosen as reference areas. Two fundamentally different PCR-based molecular genetic methods came into operation. The RAPD-analysis (randomly-amplified-polymorphic DNA) and the microsatellite analysis. As microsatellite primer have not been known for A. lusitanicus so far, primer of other mollusc species have been successfully tested. Two microsatellite Loci showed results which were easy to analyse. Thus it was possible to analyse five alleles on 360 individuals. In the RAPD-analysis 94 polymorph marker have been analysed. In a comparison of the conventionally and the biologically cultivated plots no significant differences with regard to the analysed parameter (genetic diversity, genetic distances and population structuring) could be found with either of the two molecular genetic methods. The RAPD-analysis in particular showed a population division in the test area that could come into being due to reduced gene flow and gene drift through environmental-stochastic influences. A part of this population structuring can be explained through "isolation by distance". With "isolation by distance" the similarity between populations decreases with increasing distance. Although a regression analysis could proof a statistically significant connection between the ground height and the genetic diversity of the single samples (p= 0,029), is it difficult to establish functional connections. Nevertheless is it probable that abiotic factors such as temperature, humidity and soil moisture have an influence on mortality and vitality and thus on the genetic structure of slug populations. With regard to the cultivation three slug populations in Herl showed especially low genetic diversities. These were a waste land, a meadow and a plot, which had been uncultivated until the year 2001 ("conv1"). The difference between these three plots and the rest of the agriculturally used areas was significant on the basis of data of both microsatellite sites (Arin1: U-Test, p=0,033; HA-7: p=0,017). In the RAPD-analysis the areas "conv1" and "meadow" showed higher diversities, the area "waste land" lay also on a higher scale with regard to diversity. As 94 Loci have been analysed in the RAPD-analysis, while there were only two sites in the microsatellite analysis, the RAPD-results are more trustworthy. Possibly these results can be interpreted as indication that land cultivation - unaffected by biological or conventional cultivation - is able to have an influence on the genetic diversity of Arion lusitanicus.
Die Gemeine Fichte (Picea abies (L.) Karst.) zählt in Mitteleuropa zu den häufigsten und wirtschaftlich bedeutsamsten Baumarten. Aufgrund ihrer forstwirtschaftlichen Nutzbarkeit wird sie " insbesondere in Deutschland " weit über ihr natürliches Verbreitungsgebiet hinaus angebaut. Die Entwicklungsgeschichte der jeweiligen Populationen und die auf sie einwirkenden Standortfaktoren haben in Bezug auf ihre genetische Konstitution unterschiedlichen Einfluss ausgeübt. Wenn auch anhand morphologischer und isoenzymatischer Studien erste Kenntnisse zur Differenzierung der Fichte in ihrem europäischen Verbreitungsgebiet vorliegen, so muss vermutet werden, dass die bisher verwendeten Methoden nicht ausreichend in der Lage sind die genetische Variabilität der Fichte und die Differenzierung ihrer Populationen in ihrem deutschen Verbreitungsgebiet zu beschreiben. Ziel dieser Untersuchung war deshalb die Durchführung einer umfassenden populationsgenetischen Charakterisierung der Fichte in Deutschland auf Basis geeigneter molekulargenetischer Verfahren. Der Schwerpunkt lag insbesondere auf der Überprüfung möglicher genetischer Differenzierungen von Populationen und in der Darstellung ihrer genetischen Variabilität. Dazu wurden insgesamt vier PCR-gestützte Techniken eingesetzt: RAPD (random amplified polymorphic DNA), ISSR (inter simple sequence repeats), SSR (simple sequence repeats) und EST (expressed sequence tags). Die populationsgenetischen Analysen erfolgten an sieben Fichtenbeständen, deren Auswahl sowohl die gesamte Nord-Süd-Ausdehnung Deutschlands als auch die wesentlichen Höhenstufen berücksichtigte. Von jeder Fläche wurden 30 Individuen beprobt, morphologisch-biometrisch charakterisiert und populationsgenetisch analysiert. Als Probenmaterial für die genetische Analyse wurden Nadeln einjähriger Triebe verwendet. Die morphologisch-biometrische Analyse ergab bezüglich der Parameter Stammumfang, Baumhöhe, Trieblänge und -gewicht einjähriger Triebe sowie einiger daraus errechneter Relationen große Differenzierungen zwischen den untersuchten Populationen. Während sich die Bestände in den Höhenlagen durch niedrigen aber kräftigen Wuchs sowie vergleichsweise kurze und kompakt erscheinende Triebe auszeichneten, zeigten die Bäume der Niederungen eher ein verhältnismäßig schlankes Erscheinungsbild und lange Triebe bei niedrigen Triebgewichten. Die übrigen Bestände waren einem intermediären Typ zuzuordnen. Im Rahmen der populationsgenetischen Analyse wurden zahlreiche deskriptive und populationsgenetische Parameter zur Charakterisierung der Populationen verwendet. Während mit den dominanten Verfahren mit 14 (RAPD) bzw. 4 (ISSR) Primern 234 bzw. 36 Marker amplifiziert wurden, konnten mit Hilfe der jeweils 3 verwendeten SSR- bzw. EST-Primer 34 bzw. 9 Produkte nachgewiesen werden. Es konnte deutlich gemacht werden, dass die Detailbetrachtung der je nach Markersystem ermittelten populationsgenetischen Parameter zum Teil gegensätzliche Ergebnisse erbrachte. Während im Rahmen der ISSR-Analyse eine deutliche Differenzierung der Populationen innerhalb des natürlichen Verbreitungsgebietes gegenüber der Gruppe der künstlichen Bestände erbracht werden konnte, war dies mit den übrigen Markersystemen nicht nachvollziehbar. In der Gesamtbetrachtung aller Ergebnisse sind jedoch drei Schwerpunkte über alle verwendeten Methoden herauszuarbeiten: (1) zwischen den untersuchten Populationen bestehen lediglich geringe Differenzierungen, (2) die untersuchten Populationen zeichnen sich durch eine hohe bis sehr hohe genetische Variabilität aus, (3) die Variation der Grundgesamtheit ist durch die Variation innerhalb der Populationen begründet. Mit diesen Ergebnissen konnte auf Basis von DNA-Analysen die aus theoretischen Überlegungen sowie aus isoenzymatischen Untersuchungen stammenden Vermutungen hoher genetischer Variabilität von Fichtenpopulationen belegt werden. Darüber hinaus konnte deutlich gemacht werden, dass mit den verwendeten Markersystemen trotz großer morphologisch-biometrischer Differenzierung der untersuchten Bestände kein Zusammenhang zwischen Morphologie und Genetik nachweisbar ist. Erst die Entwicklung spezifischer EST-Marker wird die zur Zeit noch bestehende Lücke des funktionalen Zusammenhangs schließen können.