Seed provenance matters — Effects on germination of four plant species used for ecological restoration

SummaryThe use of local seed provenances is often recommended in restoration and habitat creation because they are thought to be better adapted to local habitat conditions. However, spatial scales and the degree of population differentiation are not well known and germination is often not included in comparisons between provenances. We analysed germination as a key trait of plant development in five provenances of four species used for ecological restoration on arable land (wildflower strips). Germination was tested under different conditions in growth chambers (early vs. late spring) and in the field (non-competition vs. competition). We also examined the contribution of non-genetic (maternal) effects to population differentiation.Large differences in germination traits were found between the provenances in growth chambers and in the field. The ranking was species-specific, but largely consistent across all tested environments. Local provenances did not generally exhibit higher germination percentages in the field relative to non-local provenances. Due to the high stability of germination traits across various environments, growth chamber tests provided a reliable prediction for provenance differences in the field. The differences among provenances seemed to be largely genetically determined as the inclusion of seed mass in the analysis to control for maternal effects did not decrease the degree differences between-provenance differences. In one species, however, non-genetic contributions to population differentiation were found by comparing F1 seeds grown under homogeneous conditions and original seed material. We conclude that potentially large between-provenance differences in germination traits need to be considered in ecological restoration projects, particularly in non-permanent systems where they may determine vegetation development.

ZusammenfassungFür Renaturierungsvorhaben und die Schaffung neuer Habitate wird vielfach die Verwendung von lokalem Saatgut gefordert, da man von einer besseren Anpassung an die lokalen Standortbedingungen ausgeht. Die räumlichen Skalen und das Ausmaß der Populationsdifferenzierung sind jedoch kaum bekannt, und Vergleiche zwischen verschiedenen Herkünften lassen häufig die Keimung unberücksichtigt. Als ein entscheidendes Merkmal der pflanzlichen Entwicklung wurde in der vorliegenden Studie die Keimung für jeweils fünf Herkünfte von vier Arten untersucht, die Bestandteil von Einsaatmischungen zur Wiederherstellung von Biodiversität auf ehemaligen Ackerflächen sind (Buntbrachen). Die Keimung wurde unter verschiedenen Bedingungen in Klimakammern (Vor- versus Spätfrühling) und im Feld (ohne versus mit Konkurrenz) getestet. Desweiteren wurde der Beitrag von nicht-genetischen (maternellen) Effekten zur Populationsdifferenzierung geprüft.Sowohl in Klimakammern als auch im Feld wurden große Unterschiede im Keimverhalten der verschiedenen Herkünfte festgestellt. Die Rangfolge der Herkünfte war artspezifisch, aber weitgehend konsistent unter allen getesteten Bedingungen. Die lokalen Herkünfte zeigten im Feld keine generell höhere Keimung als die fremden. Aufgrund der hohen Stabilität der Keimungseigenschaften unter verschiedenen Umweltbedingungen ermöglichten die Klimakammerversuche eine zuverlässige Prognose von Herkunftsunterschieden im Feld. Die Einbeziehung des Samengewichtes zur Kontrolle von maternellen Effekten in der statistischen Analyse veränderte die Größenordnung der Herkunftsunterschiede nicht, so dass eine weitgehend genetisch bedingte Differenzierung angenommen werden kann. Ein Vergleich von Ausgangs- und F1-Saatgut, das unter einheitlichen Bedingungen nachgebaut wurde, belegte jedoch auch die Beteiligung von nicht-genetischen Effekten an der Populationsdifferenzierung. Die Ergebnisse legen nahe, dass die potenziell großen herkunftsbedingten Unterschiede im Keimverhalten bei Renaturierungsprojekten berücksichtigt werden sollten. Das gilt insbesondere für kurzlebige Systeme, in denen solche Unterschiede die Vegetationsentwicklung bestimmen können.