Rozšíření, genetická a morfologická variabilita lipnice plihé (Poa laxa Haenke) na území Krkonoš

Transkript

1 HOTÁK Z., ŠTěPÁNEK J. & PLAčKOVÁ I. 2007: Rozšíření, genetická a morfologická variabilita lipnice plihé (Poa laxa Haenke) na území Krkonoš. In: ŠTURSA J. & KNAPIK R. (eds), Geoekologické problémy Krkonoš. Sborn. Mez. Věd. Konf., říjen 2006, Svoboda n. Úpou. Opera Corcontica, 44/1: Rozšíření, genetická a morfologická variabilita lipnice plihé (Poa laxa Haenke) na území Krkonoš Distribution, genetic and morphological variability of Poa laxa Haenke in the Giant Mountains Zbyněk Hoták 1, Jan Štěpánek 1,2 & Ivana Plačková 2 1 Katedra botaniky Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze, Benátská 2, Praha 2, zhotak@seznam.cz, stepanek@ibot.cas.cz 2 Botanický ústav Akademie věd ČR, Isoenzymová laboratoř, Průhonice, plackova@ibot.cas.cz Lipnice plihá (Poa laxa Haenke s. str.) je vysokohorským druhem vyskytujícím se v České republice pouze v Krkonoších, kde dosahuje absolutní severní hranice svého rozšíření. V článku jsou shrnuty výsledky studia rozšíření tohoto druhu na území Krkonoš na základě literárních údajů, herbářových dokladů a terénního výzkumu a poznatky o morfologické a genetické variabilitě (studované za využití isoenzymové analýzy). Lax bluegrass (Poa laxa Haenke s. str.) is a high-mountain species reaching by its only occurence in the Czech republic in the Giant Mts. (Krkonoše in Czech) the northern-most limit of the species area. e paper summarizes results of the occurence studies in the Giant Mts. (on the basis of literature records, herbarium vouchers and terrain research) and studies of morphological and genetic variability (with use of isoenzyme analysis). Klíčová slova: Keywords: Poa laxa, Krkonoše, rozšíření na území Krkonoš, morfologická variabilita, genetická variabilita, isoenzymová analýza Poa laxa, the Giant Mountains, distribution in the Giant Mts. area, morphological variability, genetic variability, isoenzyme analysis ÚVOD Lipnice plihá (Poa laxa HAENKE s. str.) je jedním z vysokohorských prvků krkonošské květeny. Osidluje vrcholové skály, skalnaté výchozy v ledovcových karech a zazemněné sutě v subalpínském a alpínském stupni, téměř vždy roste pouze na silikátovém podkladu. Její rozšíření zaujímá vysoká pohoří jižní a střední Evropy, u nás ji nalezneme pouze v nejvyšších polohách Krkonoš. V severní Evropě a v pohořích a arktických oblastech Severní Ameriky je nahrazena dalšími příbuznými druhy shrnovanými do polyploidního komplexu P. laxa s. l. (NANNFELDT 1935, SORENG 1991). Krkonošská arela je zajímavá z několika hledisek. Jedná se o izolovaný výskyt na absolutní severní hranici druhu, vzdálený více než 300 km od nejbližších nalezišť v Západních Karpatech (Pilsko, Babia hora), respektive 400 km od nalezišť v Nízkých Taurech. Nadmořská výška nejníže 245

2 položené udávané krkonošské lokality (Čertova zahrádka 1100 m n. m. (ŠOUREK 1969)) představuje patrně absolutní výškové minimum druhu (CONERT 1979). Výskyt P. laxa v Krkonoších má převážně charakter vzájemně izolovaných lokalit osídlených nevelkým počtem rostlin; tato skutečnost z ní vytváří zajímavý objekt studia z hlediska mikroevolučních jevů probíhajících v nepočetných populacích. Relativní vzácnost druhu a zranitelnost jeho populací byly důvodem, proč byl zařazen v Červeném seznamu ohrožených druhů ČR do kategorie druhů silně ohrožených (C2) (PROCHÁZKA 2001). Poa laxa je rovněž jedním z nemnoha vysokohorských druhů širšího rozšíření, který byl z území Krkonoš popsán. Jeho locus classicus, kde jej počátkem 90. let 18. století zaznamenal český botanik Tadeáš P. X. Haenke, se nachází přímo na vrcholku Sněžky. Studiu tohoto druhu bylo věnováno již několik prací zaměřených zejména na zhodnocení jeho morfologické a karyologické variability. Chrtek a Jirásek poukazují ve své studii (CHRTEK & JIRÁSEK 1966) zejména na trendové rozdíly mezi jednotlivými oblastmi areálu P. laxa v charakteru odění pluchy a zakončení chlupů porůstajících pluchu. Při vyhodnocení některých dalších morfologických znaků (rozměry laty, délka listové čepele a délka jazýčku nejvyššího stébelného listu) mezi rostlinami z Vysokých Tater a Krkonoš (každé pohoří bylo hodnoceno jako samostatná lokalita) však nenalezli žádné signifikantní rozdíly. Karyologické studie publikované různými autory pro jednotlivé oblasti výskytu P. laxa s. str. (shrnují DUCKERT-HENRIOD & FAVARGER 1987) uvádějí v rámci celého areálu (s jedinou problematickou výjimkou) jednotný počet chromozómů 2n = 28. Tento počet byl ověřen poměrně záhy i pro typovou lokalitu na Sněžce (SKALIńSKA & al. 1957). Cílem příspěvku je shrnout poznatky ze studia rozšíření (současného i historického) tohoto druhu a z vyhodnocení vnitro- a mezipopulační morfologické a genetické variability a jejich příčin (podrobnosti k tomuto výzkumu HOTÁK 205). METODIKA Při studiu rozšíření druhu byly excerpovány literární údaje o výskytu P. laxa v Krkonoších (HAENKE 1791, WIMMER & GRABOWSKI 1827, WIMMER 1840, ČELAKOVSKÝ 1867, FIEK 1881, JIRÁ- SEK 1935, JENÍK & KOSINOVÁ-KUčEROVÁ 1964, CHRTEK & JIRÁSEK 1966, ŠOUREK 1969, FUTSCHIG 1977, KWIATKOWSKI 2004) a revidováno 167 položek pocházejících z tohoto pohoří v šesti herbářových sbírkách (BRNM, BRNU, OLM, OP, PR, PRC). Na základě získaných údajů bylo provedeno ověření výskytu a početnosti na udávaných lokalitách. Zároveň byl ověřován výskyt na dalších lokalitách na základě jejich stanovištních podmínek. Pro účely studia morfologické a genetické variability bylo odebíráno několik kvetoucích lat a malé množství listového materiálu z vybraných jedinců ve studovaných populacích. V rámci studia morfologické variability bylo měřeno 29 znaků a poměrů znaků u 57 rostlin z 10 lokalit. Při vyhodnocování získaných dat bylo rovněž využito mnohorozměrných statistických metod (analýza hlavních komponent (PCA), diskriminační analýza) za použití statistického programu SAS 8e dle MARHOLD & SUDA (2002). Genetická variabilita byla studována za pomocí isoenzymové analýzy v Isoenzymové laboratoři BÚ AV ČR v Průhonicích (metodika dle VALLEJOS (1983) a SOLTIS & SOLTIS (1989). Do studie bylo zahrnuto 101 vzorků z 12 krkonošských a 31 vzorků z 8 západokarpatských lokalit. Vyhodnocováno bylo pět enzymatických systémů (ADH, LAP, 6-PGDH, EST, SOD), vzhledem k charakteru jejich patterns však nebylo provedeno alelické vyhodnocení, ale pouze rozlišeny jednotlivé genotypy (označované velkými písmeny) pro dané lokusy (Tab. 1.). 246

3 Tab. 1. Přehled ověřených lokalit s udaným počtem vzorků pro isoenzymovou analýzu, počtem zaznamenaných genotypů a přehledem rozlišovaných genotypů pro jednotlivé lokality (písmena označují detekované genotypy enzymů v pořadí ADH, EST-2, LAP-2, 6-PGDH-2 a SOD-1). e summary of verified localities with number of samples for isoenzyme analysis, with number of noticed genotypes and survey of detected genotypes for each locality (letters designate detected genotypes of enzymes in sequence ADH, EST-2, LAP-2, 6-PGDH-2 and SOD-1). počet počet rozlišených lokalita analyzovaných genotypů uvnitř rozlišované genotypy vzorků populace Szrenica 5 1 A 1 Svinské kameny 8 1 A 1 Harrachovy kameny 6 1 C 1 Malá Sněžná jáma 2 1 DAC Violík 10 3 B 2, B 2 AB, BABAB Krakonošova kazatelna 12 3 A 1, D 1, E 1 Velká Sněžná jáma 1 1 B 2 sedlo Nad Martinovou boudou 3 1 A 2 Mužské kameny 6 1 BBA 2 Dívčí kameny 6 1 BBA 2 Polední kámen 3 1 ABA 2 kar Malého Stawu Sněžka 39 7 A 2, ABA 1, B 2, BBA 2, D 2, DBA 1, DBA 2 Krkonoše celkem VÝSLEDKY A DISKUSE ROZŠÍŘENÍ POA LAXA NA ÚZEMÍ KRKONOŠ Na území Krkonoš je druh P. laxa udáván celkem z 23 lokalit, z 22 lokalit existují herbářové doklady. Tento počet je však pravděpodobně poněkud nadhodnocen nepřesnou interpretací některých lokalit různými autory. Některé lokality také pravděpodobně představují pouze přechodné výskyty druhu. Největší zastoupení v počtu herbářových dokladů má populace na Sněžce (50 položek), naopak rovněž relativně početná populace na Violíku je doložena pouze třemi doklady. Zastoupení jednotlivých lokalit výskytu v herbářových sbírkách tak spíše odráží atraktivitu a dostupnost území, v nichž se tyto lokality nacházejí, než početnost jejich populací. V rámci terénního studia byl výskyt druhu ověřen na 13 lokalitách (jistá či velmi pravděpodobná je přítomnost druhu na dalších třech obtížně přístupných lokalitách oblast Labského dolu (JENÍK & KOSINOVÁ-KUčEROVÁ 1964), Czarny Kocioł (KWIATKOWSKI 2004) a kar Velkého Stawu (NEVRLÝ 1979 BRNM)). Na většině z těchto lokalit však byly nalezeny pouze nepočetné populace. Nově prokázaný výskyt na Szrenici a Svinských kamenech představuje pravděpodobně nejsevernější lokality druhu. Objeven byl rovněž výskyt druhu na dvou lokalitách sekundárního charakteru (turistická cesta ve spodní části Malé Sněžné jámy a v sedle Nad Martinovou boudou). Tendence osidlovat sekundární stanoviště (zídky, štěrbiny kamenných cest) byla patrná i na dalších lokalitách (např. Szrenica, Sněžka), naopak slábnou populace osídlující štěrbiny izolovaných skalních útvarů (markantní je tato situace zejména u vymírající populace na Poledním kameni). 247

4 MORFOLOGICKÁ A GENETICKÁ VARIABILITA Poměrně velká vnitropopulační variabilita byla zjištěna u morfologických znaků výrazně podléhajících vlivu prostředí (např. rozměry laty, délka internodia pod latou). Vzhledem k charakteru těchto znaků a výsledkům studia genetické vnitropopulační variability lze tyto výsledky považovat spíše za odraz celkové plasticity druhu v reakci např. na charakter a expozici mikrostanoviště, oslunění či úživnost substrátu. Prokázána však byla rovněž i určitá diferenciace mezi jednotlivými populacemi či dvojicemi populací, a to i ve znacích, u nichž lze považovat vliv prostředí na fenotypový projev za minimální, např. délka ochlupených linií na žilkách pluchy. Dvojice populací, která ve výstupu kanonické diskriminační analýzy vytvářela jediný shluk, sdílela stejný genotyp i podle výsledků isoenzymové analýzy. Z jednotlivých znaků si zasluhuje pozornost počet květů v klásku. Na vrcholku Sněžky byla nalezena rostlina, u níž velká část klásků obsahovala pět květů (obvyklý počet květů v klásku je 3 4). Podobné rostliny byly nalezeny i v revidovaném herbářovém materiálu (okraj Labského dolu FUTSCHIG 1937 OLM, Krkonoše bez bližší lokalizace LAUS 1936 OLM). DUCKERT-HENRIOD & FAVARGER (1987) výskyt mnohokvětosti u P. laxa považují za jeden z projevů introgrese příbuzného alpsko-jihoevropského druhu P. minor GAUDIN. Poněvadž přítomnost tohoto druhu v Krkonoších nepřipadá v úvahu, je patrné, že tento jev může být i důsledkem individuální variability v rámci druhu. Odlišný náhled na vnitro- a mezipopulační variabilitu druhu poskytla isoenzymová analýza. Vnitropopulační variabilita byla zaznamenána pouze u tří relativně početnějších populací (Sněžka, Violík, Krakonošova kazatelna). U populací na ostatních lokalitách byl nalezen vždy pouze jediný genotyp, přičemž jednotlivé genotypy byly zpravidla unikátní pro jednotlivé lokality (případně pro dvojice blízkých lokalit Szrenica Svinské kameny, Mužské a Dívčí kameny) (Tab. 1.). Populace se zjištěnou vnitropopulační variabilitou obývají zpravidla lokality, na nichž lze předpokládat kontinuální přežívání rozsáhlejších populací. Výjimku zde představuje relativně nepočetná populace z lokality Krakonošova kazatelna, u níž lze předpokládat genový tok z pravděpodobně geneticky variabilní populace v nedaleké Velké Sněžné jámě (z důvodu obtížné přístupnosti byl z této lokality odebrán pouze jediný vzorek). Mezi dalšími populacemi genový tok prokázán nebyl. Zajímavé výsledky přináší isoenzymová analýza při objasňování původu rostlin na sekundární lokalitě sedlo Nad Martinovou boudou. Ačkoli je tato lokalita blíž Mužským kamenům než Dívčí kameny (obě lokality hostí geneticky identické populace), jsou rostliny osidlující tuto lokalitu geneticky odlišné. Je proto pravděpodobné, že tato lokalita byla kolonizována diasporami z nedalekého karu Czarny Kocioł. Pro srovnání s krkonošskými populacemi byly do analýz zařazeny i některé západokarpatské populace (Nízké Tatry, Babia hora, Belanské Tatry). Podrobně byly zejména analyzovány populace z hřebenové části Nízkých Tater. Zaznamenán zde byl odlišný fenotypový projev v Krkonoších invariabilního enzymatického systému 6-PGDH a v Krkonoších výrazně minoritní typ lokusu SOD-1. Překvapivá však byla velice nízká genetická variabilita, s výjimkou jediného vzorku náležely všechny ostatní vzorky z pěti nízkotatranských populací k jedinému genotypu (v Krkonoších bylo rozlišeno 16 genotypů, z toho jen na Sněžce 7, na Babí hoře dva genotypy u tří vzorků). Vysvětlením této skutečnosti může být vyšší konkurenceschopnost nízkotatranského genotypu, přičemž v Krkonoších se obdobný genotyp nevyskytl nebo v důsledku větší vzájemné izolace lokalit nemohl vytlačit ostatní genotypy. Další příčinou tohoto jevu může být odlišný způsob kolonizace obou pohoří, kdy v osidlování Krkonoš mohl hrát roli také migrační proud z Alp přes pohoří Českého masívu tvořený geneticky variabilnějšími populacemi. Malá vnitropopulační variabilita u rozsáhlejších populací a existence malých populací tvořených pouze jediným genotypem (tyto genotypy byly interpretovány jako homozygotní) naznačují u krkonošské P. laxa značný podíl autogamického rozmnožování. Na rozmnožovacích orgánech však nebyly zjištěny výrazné adaptace usnadňující samoopylení v rámci květu. Není tedy 248

5 vyloučena možnost cizosprášení, dochází k němu však pravděpodobně pouze v malém množství případů (jediný vzorek pravděpodobně alogamického původu (s heterozygotním genotypem u enzymatického systému ADH) byl zaznamenán na lokalitě Krakonošova kazatelna). Vzhledem k velmi nízké variabilitě populací je navíc případná alogamie jen obtížně zjistitelná. Nepřítomnost mechanismů bránících samoopylení tzv. self-kompatibilita je uváděna také u příbuzného druhu P. fernaldiana NANNF. (SORENG 1990). Rovněž u druhu P. flexuosa SM. je převládající reprodukční strategií autogamie (BRYSTING & al. 1997). V rámci jednotlivých mikrostanovišť hraje významnou roli u P. laxa také klonální rozmnožování. Dochází k postupnému rozrůstání jednotlivých trsů v rámci skalních štěrbin, v některých případech i k uchycení odpadlých trsů v suti pod skalními útvary (zaznamenáno např. na Mužských kamenech). Poděkování Studie byla podpořena grantovým projektem Komplexní analýza dlouhodobých změn krkonošské tundry (reg. č. VaV610/3/00) a Grantovou agenturou ČR, projekt GA ČR reg. č. 206/07/0706. SOUHRN V příspěvku jsou shrnuty poznatky ze studia historického a recentního rozšíření druhu P. laxa na území Krkonoš a výsledky studia jeho morfologické a genetické variability. Na základě literárních pramenů je v Krkonoších P. laxa udávána z celkem 23 lokalit, herbářové doklady existují z 22 lokalit. Recentní výskyt byl ověřen na 13 lokalitách, přičemž na třech lokalitách byl druh nově objeven. Další tři lokality nebyly ověřeny, ale přítomnost druhu je na nich jistá či velmi pravděpodobná. Vysoká vnitropopulační variabilita morfologických znaků se vztahuje zejména na znaky s vysokou mírou ovlivnění vnějším prostředím. Byla rovněž zjištěna malá, nicméně prokazatelná morfologická diferenciace mezi jednotlivými populacemi, a to i ve znacích, u nichž je předpokládaný vliv prostředí zanedbatelný. Vnitropopulační genetická variabilita byla zaznamenána pouze u tří krkonošských populací P. laxa, u ostatních nebyla genetická proměnlivost zjištěna (zastoupen byl pouze jediný genotyp). Mezipopulační variabilita se však ukázala jako poměrně vysoká, u jednotlivých populací či dvojic populací z blízkých lokalit byly zaznamenány odlišné a zpravidla unikátní genotypy. Celková genetická variabilita druhu na území Krkonoš byla výrazně větší než u porovnávaných rozsáhlejších populací z Nízkých Tater. Na základě charakteru získaných dat a při srovnání s publikovanými studiemi u příbuzných druhů u P. laxa výraznou mírou převládá autogamické rozmnožování. LITERATURA BRYSTING A.K., ELVEN R. & NORDAL I. 1997: e hypothesis of hybrid origin of Poa jemtlandica supported by morphometric and isoenzyme data. Nord. J. Bot., 17: CHRTEK J. & JIRÁSEK V. 1966: Zur Systematik von Poa laxa Haenke. Novit. Bot. Inst. Horto Bot. Univ. Carol., 1966: CONERT H.J. 1979: Poa L. In: HEGI G. (ed): Illustrierte Flora von Mitteleuropa. Vol. 1(3), (3.ed.). Paul Parey Verlag, Berlin Hamburg. ČELAKOVSKÝ L. 1867: Prodromus der Flora von Böhmen. Vol.1. Prag. DUCKERT-HENRIOD M.M. & FAVARGER C. 1987: Contribution à la cytotaxonomie et à la cytogéographie des Poa (Poaceae = Gramineae) de la Suisse. Mémoires de la Société Helvétique des Sciences Naturelles, 100:

6 FIEK E. 1881: Flora von Schlesien preussischen und österreichischen Antheils... Breslau. FUTSCHIG J. 1977: Příspěvky ke květeně Krkonoš (2. dodatek ke Květeně Krkonoš J. Šourka, 1969). Zpr. Čs. Bot. Společ., 12: HAENKE T.P.X. 1791: Die botanischen Beobachtungen auf der Reise nach dem Böhmischen Riesengebirge. In: JIRÁSEK J., HAENKE T.P.X., GRUBER A. & GERSTNER F., Beobachtungen auf Reisen nach dem Riesengebirge. Dresden. HOTÁK Z. 2005: Biosystematická studie druhů Poa laxa HAENKE a P. riphaea (ASCH & GRAEBN.) Fritsch v pohořích České republiky. Ms. (Dipl. práce, Kat. bot. Přír. fak. UK, Praha). JENÍK J. & KOSINOVÁ-KUčEROVÁ J. 1964: Příspěvek k poznání přírody Labského dolu v Krkonoších. Opera Corcontica, 1: JIRÁSEK V. 1935: O rozšíření druhů rodu Poa L. v Československé republice. Rozpr. České Akad. Věd, Tř. 2, Vědy Mat. Přír., 44/14: 1 9. MARHOLD K. & SUDA J. 2002: Statistické zpracování mnohorozměrných dat v taxonomii (Fenetické metody). Karolinum, Praha. NANNFELDT J.A. 1935: Taxonomical and plant-geographical studies in the Poa laxa group. Symb. Bot. Upsal. 4/4: PROCHÁZKA F. (ed) 2001: Černý a červený seznam cévnatých rostlin České republiky (stav v roce 2000). Příroda, 18: SKALIńSKA M, BANACH-POGAN E., WCISłO H. & al. 1957: Further studies in chromosome numbers of Polish Angiosperms. Acta Soc. Bot. Poloniae, 26/1: SOLTIS D.E. & SOLTIS P.S. 1989: Isoenzymes in plant biology. Dioscorides Press, Portland (Oregon). SORENG R.J. 1990: Chloroplast-DNA phylogenetics and biogeography in a reticulating group: Study in Poa (Poaceae). Amer. J. Bot., 77/11: SORENG R.J. 1991: Notes on new infraspecific taxa and hybrids in North American Poa (Poaceae). Phytologia, 71/5: ŠOUREK J. 1969: Květena Krkonoš. Academia, Praha. VALLEJOS C.E. 1983: Enzyme activity staining. In: TANKSLEY S.D. & ORTON T.J. (eds), Isozymes in plant genetics and breeding, Part A, Elsevier, Amsterdam. WIMMER C.F.H. 1840: Flora von Schlesien preussischen und österreichischen antheils... Vol. 1. Breslau. WIMMER C.F.H. & GRABOWSKI H.E. 1827: Flora Silesiae. Vol. 1. Vratislaviae. 250