title: Morphological and architectural traits of fine roots in Salvia nemorosa and Sanguisorba minor across four Central European botanical gardens
Creators: name: Gahleitner, Susanne
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Trotz verstärkter Forschung in den letzten Jahren ist nach wie vor wenig über unterirdische Pflanzenteile und deren Wechselbeziehungen mit Wettereinflüssen und der Entwicklung oberirdischer Organe bekannt. Um zu einem besseren Verständnis des Zusammenhangs von aufnahmefähigen, feinen Wurzeln mit Wetter und Phänologie beizutragen, beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit zwei Arten, die im Zuge eines internationalen Projekts zur phänologischen Beobachtung krautiger Pflanzen untersucht wurden. Ein vier Jahre dauerndes Monitoring der Phänologie von Salvia nemorosa und Sanguisorba minor in vier mitteleuropäischen botanischen Gärten wurde mit öffentlich verfügbaren Wetter- und destruktiv gewonnenen Wurzeldaten kombiniert, um daraus Wurzelmerkmale und ihre Korrelationen mit Wetter- und phänologischen Parametern zu berechnen. Die morphologischen und architektonischen Merkmale erwiesen sich als hochvariabel, lediglich die durchschnittlichen Durchmesser bei S. minor und die Dichte der Wurzelverzweigungen bei beiden Arten waren über die Standorte hinweg stabil. Korrelationen der Wurzelmerkmale mit den Wetterparametern waren zwar schwach, aber umfangreich. Hohe Temperaturen korrelierten negativ mit durchschnittlichen Durchmessern und der spezifischen Wurzeloberfläche, während sie mit Trockenmasse und Gewebedichte eine positive Beziehung aufwiesen. Unregelmäßiger Niederschlag zeigte negative Korrelationen mit durchschnittlichen Durchmessern. Diese Ergebnisse weisen auf eine bislang unbekannte Strategie hin, mit der Pflanzen unter spezifischen Stressbedingungen und bei geringer Verfügbarkeit von Kohlenstoff ihre Stoffaufnahme über die Wurzeln verbessern könnten. Zwischen Wurzelmerkmalen und insbesondere den reproduktiven Phänophasen wurden starke Korrelationen gefunden, die auf ein gemeinsames Auftreten schneller Sprossentwicklung mit starker Wurzelverzweigung und großer -oberfläche schließen lassen. Diese Wurzelmerkmale sind allgemein mit schnellen Stoffwechselstrategien und kurzer Lebensdauer assoziiert. Große Durchmesser und hohe Wurzelgewebedichten hingegen korrelierten mit einer langsameren phänologischen Entwicklung. Diesen Erkenntnissen zufolge treten Merkmale, die mit einem schnellen Stoffumsatz in den Wurzeln einhergehen, auch gemeinsam mit einer schnellen oberirdischen Entwicklung auf, was im Einklang mit dem bisherigen Verständnis des Stoffwechselhaushalts von Wurzeln steht. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen die Bedeutung der Wurzeln für die Funktion und Anpassungsfähigkeit von Pflanzen und der Koordination ihrer über- und unterirdischen Entwicklung.
description: Despite recently increased scientific efforts, subterranean plant organs and their relations to weather and aboveground plant development are still severely understudied. To contribute to a more thorough understanding of absorptive roots’ relationships with weather variables and phenological progression, two species observed as part of an international project monitoring phenology are scrutinised in the present thesis. A four-year observation of the aboveground phenology of Salvia nemorosa and Sanguisorba minor in four Central European botanical gardens was combined with publicly available weather data and destructively sampled absorptive root measurements. From the resulting data set, key statistical measures for the root parameters were calculated and their correlations with weather and phenology were assessed. Morphological and architectural root traits were found to be highly variable, with only average diameters in S. minor and root branching density in both species appearing relatively stable across the locations. Root traits correlated weakly but extensively with weather data. High temperatures correlated negatively with average diameters and specific root area but positively with root dry matter content and root tissue density. Patchy precipitation correlated negatively with average diameters. These findings indicate a previously unobserved strategy of increasing the root-soil interactive surface for improved substance uptake at low carbon cost during specific abiotic stresses on the plant. Strong correlations found between root traits and phenology, particularly reproductive phenophases, suggest that stark branching and large soil-root interfaces, which are associated with resource acquisitive strategies, coincide with fast phenological development. Large diameters and high root tissue densities, on the other hand, co-occurred with a slower, more drawn-out phenological progression. These results show that, corresponding to the current understanding of the root economics space, root traits associated with fast and slow strategies do indeed correlate with according phenological progressions. Overall, this thesis’ findings reiterate the crucial importance of plants’ roots for their functioning, adaptability to their environments, and the coordinated regulation of above- and belowground development.