Effects of long-term simulated acid rain on a plant–herbivore interaction

Anthropogenic pollution causes oxidative stress in plants and reactive oxygen species (ROS) are diminished by antioxidative enzymes and small molecular antioxidants. Pollution may also affect the performance of plant-eating animals by increasing or decreasing their performance. The effects of pollution cannot be fully understood without knowledge of how pollution affects the interactions with the third trophic level, namely natural enemies and diseases of herbivores. In this study, we examined how long-term (19 yr) acid rain pollution affects (i) the oxidative responses in mountain birch foliage and (ii) the growth and immune responses of autumnal moth larvae. We found that pollution caused a 50% increase (p<0.05) in the peroxidase activities (PODs) in birch leaves whereas polyphenoloxidase (PPO) or catalase (CAT) activities were not affected, suggesting that PODs play an important role in the quenching of the oxidative stress in birches. In polluted trees, phenoloxidases probably acted as antioxidative not prooxidative enzymes, which was shown as positive relations between enzyme activities (PPO, CAT) and larval performance (pupal weights). Although acid rain pollution did not have any direct effect on either pupal weight or the length of larval period, the stronger acid rain treatment reduced slightly (6% in females) the encapsulation response of pupae. A decrease of this magnitude might be too small to have measurable effects on the incidence of moth outbreaks.

ZusammenfassungAnthropogene Verschmutzung verursacht oxidativen Stress für Pflanzen, und reaktive Sauerstoffformen (ROS) werden durch antioxidative Enzyme und kleine molekulare Antioxidantien verringert. Die Verschmutzung kann auch die Performanz von pflanzenfressenden Tieren verändern, indem sie die Performanz verbessert oder verschlechtert. Die Auswirkungen der Verschmutzung können nicht vollständig verstanden werden ohne etwas darüber zu wissen, wie die Verschmutzung auf die dritte trophische Ebene, vor allem auf natürliche Feinde und Krankheiten von Herbivoren, wirkt. In dieser Studie untersuchten wir, wie sich langfristige (19 Jahre) Belastung durch sauren Regen auf (i) die oxidativen Reaktionen in Blättern von Bergbirken und (ii) das Wachstum und die Immunreaktion der Raupen von Herbstmotten auswirkt. Wir fanden heraus, dass die Belastung zu einer 50%igen Zunahme (p; 0.05) der Peroxidaseaktivität (PODs) in Birkenblättern führte, während Polyphenoloxidase (PPO)-oder Katalase (CAT)-Aktivitäten nicht beeinflusst wurden. Dies lässt vermuten, dass PODs eine wichtige Rolle dabei spielen, den oxidativen Stress der Birken zu vermindern. Bei belasteten Bäumen agierten die Phenoloxidasen vermutlich als antioxidative und nicht prooxidative Enzyme, was sich in der positiven Beziehung zwischen den Enzymaktivitäten (PPO, CAT) und der Larvenperformanz (Puppengewicht) zeigte. Obwohl die Belastung durch sauren Regen keinen direkten Effekt auf das Puppengewicht oder die Lünge der larvalen Periode hatte, verringerte die stärkere saurer-Regen-Variante die Einkapselungsreaktion der Puppen geringfügig (6% bei Weibchen). Eine Abnahme in dieser Größenordnung könnte zu gering sein, um messbare Effekte beim Auftreten von Massenvermehrungen der Motten zu haben.