Can the negative plant–soil feedback of Jacobaea vulgaris be explained by autotoxicity?

Field and bioassay studies with Jacobaea vulgaris (ragwort) have shown that plants grow poorly in soil originating from the rhizosphere of this species and that this can influence the dynamics of ragwort populations during secondary succession. In the present study we examined whether the negative effect of ragwort on conspecifics may be due to autotoxicity. First, we experimentally established that ragwort exerts negative plant–soil feedback. We subsequently examined the inhibitory effects on germination and seedling performance of different strengths of aqueous extracts made from shoot and root tissues of ragwort, and from soil in which ragwort had been growing. The effects of the extracts were tested for seedlings growing in sterilised soil or in glass beads with water. Finally, the inhibitory effect of entire root fragments on seedling performance was tested. We observed that performance of seedlings growing in glass beads was significantly reduced by the high and medium strength root and shoot extracts. Extracts made from soil did not differ significantly from the control, and seedlings growing in sterilised soil were also not affected by ragwort extracts. Seed germination was significantly reduced by the high strength shoot extract only. The root length of seedlings growing in water with root fragments was reduced significantly. We conclude that under laboratory conditions ragwort can be autotoxic and discuss the role that autotoxicity may play in influencing the dynamics of ragwort populations during secondary succession.

ZusammenfassungFreiland- und Biotest-Untersuchungen an Jacobaea vulgaris (Jakobs-Greiskraut) haben gezeigt, dass Pflanzen schlecht in Erde wachsen, die aus der Rhizosphäre dieser Art stammt und dass dies die Populationsdynamik des Greiskrauts während der Sekundärsukzession beeinflussen kann. Hier untersuchten wir, ob der negative Effekt des Greiskrauts auf Artgenossen auf Autotoxizität zurückzuführen sein könnte. Zuerst erbrachten wir den Nachweis, dass das Greiskraut ein negatives Pflanze-Boden-feedback bewirkt. Wir untersuchten dann die hemmende Wirkung von unterschiedlich starken wässrigen Extrakten aus Spross und Wurzeln des Greiskrauts und aus Erde, in der Greiskraut gewachsen war, auf die Keimung und die Wuchsleistung von Sämlingen. Die Effekte der Extrakte wurden an Sämlingen getestet, die in sterilisierter Erde oder in Glaskugeln mit Wasser wuchsen. Schließlich wurde der inhibitorische Effekt von ganzen Wurzelstücken getestet. Wir beobachteten, dass die Wuchsleistung der Sämlinge, die in Glaskugeln wuchsen, signifikant von starken und mittelstarken Extrakten aus Spross und Wurzeln reduziert wurde. Bodenextrakte unterschieden sich nicht signifikant von den Kontrollen, und Sämlinge, die in sterilisierter Erde wuchsen, wurden ebenfalls nicht von Greiskraut-Extrakten beeinflusst. Die Samenkeimung wurde nur durch den starken Sprossextrakt signifikant reduziert, und die Wurzellänge von Sämlingen, die in Wasser mit Wurzelfragmenten wuchsen, wurde signifikant reduziert. Wir schließen daraus, dass das Jakobs-Greiskraut unter Laborbedingungen autotoxisch sein kann, und wir diskutieren die Rolle, die die Autotoxizität für die Populationsdynamik des Greiskrauts während der Sekundärsukzession spielen kann.