A funkcionális válasz (FR) és a relatív növekedési ráta (RGR) nem mutatja a Lemna minuta (Kunth)

Gent Egyetem környezeti toxikológiai és vízi ökológiai laboratóriuma, B-9000 Gent, Belgium

Gent Egyetem környezeti toxikológiai és vízi ökológiai laboratóriuma, B-9000 Gent, Belgium, Tartományi Környezetkutató Központ, B-9000 Gent, Belgium

Gent Egyetem környezeti toxikológiai és vízi ökológiai laboratóriuma, B-9000 Gent, Belgium

Wout Van Echelpoel,
Pieter Boets,
Peter L. M. Goethals

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Van Echelpoel W, Boets P, Goethals PLM (2016) Funkcionális válasz (FR) és Relatív növekedési ráta (RGR) nem mutatják a Lemna minuta (Kunth) ismert invazivitását. PLoS ONE 11 (11): e0166132. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0166132

Szerkesztő: Elena Gorokhova, Stockholm Egyetem, SVÉDORSZÁG

Fogadott: 2016. május 13 .; Elfogadott: 2016. október 24 .; Közzétett: 2016. november 18

Adatok elérhetősége: Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Finanszírozás: A PB-t a Flanders kutatási alapítvány (FWO-Vlaanderen) posztdoktori támogatása támogatta. A finanszírozónak nem volt szerepe a tanulmány tervezésében, az adatgyűjtésben és -elemzésben, a közzétételre vonatkozó döntésben vagy a kézirat elkészítésében.

Versenyző érdeklődési körök: A szerzők kijelentették, hogy nincsenek versengő érdekek.

Bevezetés

A környezeti degradációt és a biológiai sokféleség csökkenését a biológiai inváziók globálisan növekvő arányának fontos következményeinek tekintik [1, 2]. A megnövekedett utazás és kereskedelem miatt az organizmusokat szándékosan és véletlenül is folyamatosan szállítják őshonos tartományukon kívülre [3]. Egy ilyen idegen szervezet bevezetése egy még nem gyarmatosított környezetbe később megalakulását és elterjedését eredményezheti, veszélyeztetve ezzel a jelenlegi közösségeket, a gazdasági tevékenységeket és az emberi egészséget [4–6]. Következésképpen az idő- és költségcsökkentő intézkedések kidolgozása szempontjából rendkívül fontos az idegen fajok jövőbeni bevezetésének, megtelepedésének és elterjedésének előrejelzése és akadályozása.

A potenciális betelepítések azonosítása, az invazív idegen fajok (IAS) megtelepedésének elkerülése és további terjedésének megakadályozása felderítéssel és az azt követő nagymértékű felszámolással pénzügyi hozzájárulást és erősen romboló intézkedéseket igényel [5]. Mivel a betolakodó nem minden tulajdonságát ismerjük, új funkciók vezethetők be a közösség összetételének drasztikus megváltoztatása nélkül (például a fülke differenciálódása az ökoszisztéma teljes biomasszájának növekedését eredményezi) [7]. A teljesen új tulajdonságok bevezetése azonban korlátozott [8], hangsúlyozva, hogy természetvédelmi szempontból ismeretekre és korai felismerésre van szükség. Az invázió folyamatának megértése lehetőséget nyújt az antiaktív kezelésre az invázió hatásának korlátozása és az őshonos közösségek széles körű helyreállítása érdekében [9, 10]. Ezzel szemben az invazív fajok kis léptékű felszámolása előnyösebb cselekvés, mivel kevésbé romboló és sikeresen alkalmazható, ha egy idegen fajt gyorsan felfedeznek [5], bár sok időt, erőfeszítést és tőkét igényel [11].

A funkcionális válasz az általános ökológiában ismert fogalom, de az inváziós ökológiában csak nemrégiben vezették be az őshonos és az idegen fajok egy főre jutó erőforrás-felvételi arányának összehasonlítására az erőforrássűrűség függvényében (pl. Haddaway et al. [21], Dick, Alexander [13], Alexander és mtsai [22], Médoc és mtsai [23]). Megállapítja, hogy egy invazív idegen fajnak magasabb a funkcionális válasza az őshonoshoz képest, mivel erőforrás-felhasználási hatékonysága nagyobb [13]. Az erőforrás-felhasználásra összpontosító funkcionális válaszokkal ellentétben (input-alapú) a relatív növekedési ütem a biomassza (output-alapú) növekedésére összpontosít, hogy meghatározza egy idegen faj inváziós potenciálját, és a faj proxyjának tekinthető 'alkalmasság [15]. Ezért számos szerző vizsgálta az RGR különbségét az őshonos és az idegen fajok között, hogy előre jelezze egy idegen faj inváziós potenciálját (pl. Grotkopp és mtsai. [24], Njambuya, Stiers [14], Gérard és mtsai. [25], Riley és munkatársai [26]).

Az invazív makrofiták viselkedésével kapcsolatos tudásbeli hiányosságok ellenére [27] az RGR alkalmazása a makrofiták invazív potenciáljának meghatározására meglehetősen a gyökeres makrofitákra korlátozódik (pl. Barrat-Segretain [28], Hussner [29], Eller et al. [30]), kevesebb figyelmet fordítva az úszó makrofitákra (pl. Netten és mtsai. [31], Njambuya, Stiers [14]). Bár az FR koncepció sikeresnek bizonyult a halak és a gerinctelenek esetében (pl. Alexander, Dick [22], Dodd et al. [32]), tudomásunk szerint a növényekre nem alkalmazták. Ezen lebegő makrofiták között gyakran előfordul a kacsafű (Lemnoideae), amelyek jól ismertek magas szaporodási sebességük és fehérjetartalmuk miatt [25, 33]. Következésképpen évtizedek óta vizsgálják az eutrof (vizek) vizek biomassza-termeléssel kombinált kezelésében rejlő lehetőségeiket (pl. Culley és mtsai [34], Oron és mtsai [35], Hammouda és mtsai [36], Yu, V. [33]). Másrészt a kacsafű jelenlétét a természetes rendszerekben gyakran sűrű szőnyegek jellemzik, amelyek csökkentik a fény behatolását és az oxigénkoncentrációt, ezáltal negatívan befolyásolják a vízi élővilágot ezen szőnyegek alatt [37, 38].

Belgiumban öt különböző Lemna spp. fordulnak elő [39, 40], amelyek között az őshonos Lemna minor Linnaeus és az idegen Lemna minuta Kunth. Ez utóbbi Belgiumban invazívnak tekinthető, és „mérsékelt hatású széles körben elterjedt” (http://ias.biodiversity.be/). Ez lehetőséget kínál arra, hogy teszteljék mind az FR, mind az RGR képességét egy ismert invazív makrofita invazív potenciáljának előrejelzésére.

A cikk célja: (1) meghatározni a funkcionális válasz lehetséges alkalmazhatóságát egy makrofita faj invazív potenciáljának előrejelzésére, (2) meghatározni a relatív növekedési sebesség potenciális alkalmazhatóságát egy makrofita faj invazív potenciáljának előrejelzésére, és (3) annak meghatározása, hogy mindkét megközelítés hasonló következtetést von-e le, vagy kiegészítő információkat szolgáltatnak-e. A kutatás eredményei felhasználhatók az invazív idegen növények kezelésének támogatására és lehetséges hatásuk előrejelzésére.

Anyagok és módszerek

Tesztelés beállítása

A Lemna minor tiszta kultúráját megrendeltük a Blades Biological-tól (Egyesült Királyság, http://www.blades-bio.co.uk). A Lemna minuta-t a Bourgoyentől (51.062253, 3.673827) gyűjtötték be, Gent közelében (Belgium). Ghán városa engedélyezte a Lemna gyűjtését. Az egyes fajokból körülbelül 20 darabot külön-külön helyeztek el 2 liter tápközeget tartalmazó műanyag akváriumokban, az OECD és az L. minor kémiai tesztelésére vonatkozó ISO irányelvek alapján, és módosított Steinberg-táptalajnak fogják nevezni [41]. Fluoreszcens lámpákkal 16 óra fényt szolgáltattak, majd 8 óra sötétséget, 45–58 μmol.m -2 .s -1 intenzitással. A tenyészközeg hőmérséklete 21,6 ° C és 24,0 ° C között változott. Két-három naponta új táptalajt biztosítottak, és az akváriumokat csapvízzel öblítették. Az alganövekedés kezdetét mutató törzseket gondosan eltávolítottuk vagy öblítettük. Kiválasztott Lemna spp. a növényeket ilyen körülmények között legalább két hétig növesztették az akklimatizáció érdekében.

A vizsgálatokat hasonló fény- és hőmérsékleti viszonyokkal végeztük, mint a növekedési körülményeket. Valamennyi befogadót oldalt alumíniumfóliával takartuk be, hogy korlátozzuk az algák növekedését. Az eredeti módosított Steinberg-táptalajt (C0) ioncserélt vízzel hígítottuk a következő koncentráció-sorozat elérésére: C0, 0,5C0, 0,25C0, 0,125C0 és 0,0625C0, ezentúl a következő sorozatként írva le: C1, C2, C3, C4 és C5. Mindegyik koncentrációból 0,25 I-t öntöttünk egy üvegedénybe, és körülbelül 500 mgfw L. minorot vagy L. minuta-t adtunk hozzá. Növények nélkül egy harmadik sorozatot hoztunk létre kontrollként. A tápanyagkoncentráció és a fajok jelenlétének minden kombinációját három példányban hajtottuk végre, így tesztenként összesen 45 befogadót kaptunk. Összesen két tesztet futtattak, amelyek mindegyik kombinációhoz hat ismétlést eredményeztek. Az egyetlen sorozat kísérleti felépítésének vázlatos áttekintését az 1. ábra mutatja.