>Magister Scientiae - MSc / In an ever changing environment, plants are constantly challenged by various abiotic stresses such as salinity, which limits global crop production. This directly affects food availability for the global population, which is projected to increase to 9.5 billion by 2050, which in turn places great pressure on natural resources and food security. These environmental adversities induce the accumulation of reactive oxygen species (ROS) hydrogen peroxide, hydroxyl and superoxide radicals which cause severe oxidative damage to plants. The equilibrium between the production and detoxification of ROS is then dependent on the modulation of enzymatic and non-enzymatic antioxidants to achieve plant homeostasis. / 2024

Raps wurde als Fallstudie für eine Kulturpflanze ausgewählt, die sich außerhalb des Anbaus spontan etablieren kann und so als Quelle für Neophyten dient. In einer regionalen Studie im Osnabrücker Land wurde basierend auf Kartierungen (2004-2008) und kernkodierten Mikrosatellitenmarkern die Herkunft, Persistenz und genetische Variation verwilderter Rapspopulationen untersucht. Die wichtigsten Quellen für die erhöhte genetische Variation in verwilderten Rapspopulationen waren die mehrfache Einschleppung verschiedener Sorten und Hybridisierungen zwischen diesen. Raps tritt im Osnabrücker Land mit einer Reihe nah verwandter Arten, darunter Brassica rapa und Raphanus raphanistrum, sympatrisch in verwilderten Populationen auf. Hybride zwischen Raps und diploiden Rübsen konnten nachgewiesen werden. Tetraploider Rübsen wurde als Kreuzungspartner von Raps erstmals in dieser Studie untersucht. In Kreuzungsversuchen und in einem Freilandversuch konnten interspezifische Hybridisierungen zwischen tetraploiden Rübsen und Raps nachgewiesen werden. Unter natürlichen Bestäubungsbedingungen im Freilandversuch mit tetraploiden Rübsen-Mutterpflanzen wurde eine Hybridisierungsrate von 16,2% abgeschätzt. Die Untersuchungen zeigen, dass verwilderte Rapspopulationen durchaus ein Potenzial zu evolutiven Entwicklungen besitzen. Verwilderte Rapspopulationen können als Trittsteine für intra- und interspezifischen Genfluss dienen und dadurch beim Anbau transgener Rapssorten die Koexistenz verschiedener Anbauformen erschweren. Sie können die Etablierung von Transgenen außerhalb des Anbaus ermöglichen, die Transgenausbreitung fördern und Introgression in nah verwandte Arten vermitteln. Die Wahrscheinlichkeit von Hybridisierungen zwischen Raps und Rübsen (diploid und tetraploid) könnte verringert werden, wenn vermieden würde, diese kreuzkompatiblen Arten gemeinsam in Saatgutmischungen zu verwenden.

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L'intérêt pour la dispersion des gènes via le pollen a augmenté avec les cultures de plantes génétiquement modifiées. A ce jour, les données expérimentales ainsi que la modélisation portant sur les mouvements du pollen de colza, Brassica napus L., à l'échelle du paysage ne différencie pas clairement la part du vent et des insectes dans cette dispersion. Cependant, l'estimation de la dispersion des gènes par le pollen reste une condition nécessaire pour la gestion des risques d'échappement des (trans-)gènes vers l'environnement et les cultures conventionnelles. A travers cette thèse, nous avons pu mettre en évidence qu'une grande diversité d'insectes pollinisateurs pouvait transporter du pollen viable entre différentes plantes de colza sur des distances importantes (>1.1 km). La diversité d'insectes varie d'une région à l'autre et d'une année sur l'autre. Cependant, bien que la majorité des insectes sur une zone de grande production de colza ait du pollen de cette culture sur leur corps, seulement 39,4 % des insectes capturés sur des plantes mâle-stériles transportent du pollen de colza viable. Bien que nous n'ayons pas pu déterminer avec précision la part du vent et des insectes dans le pollinisation du colza, il semblerait que les insectes participent de façon plus importante à la pollinisation de plantes présentes en bordures de champs, augmentant ainsi le taux de pollinisation croisée. Nos résultats fournissent des données fiables pour améliorer les modèles de dispersion pollinique pour des cultures entomophiles à l'échelle du paysage. Ces modèles sont essentiels pour l'aide à la gestion afin de réduire la dispersion des gènes par le pollen des cultures génétiquement modifiées vers les plantes sauvages ou les cultures conventionnelles

<p>Pollination is one of the most important factors determining the reproductive success of plants. This thesis examines processes associated to varying pollination, with focus on plant responses. The first aim was to examine the possibility and constraints for short-term evolution of flower size in <i>Raphanus raphanistrum</i>. The results showed that there exists a possibility for pollinator-mediated short-term evolution of flower size in the study species. Flower size was strongly correlated to plant size. Since flower size cannot evolve separately from plant size, this correlation may constitute a constraint to the evolution of flower size. The second aim was to determine how varying pollen load affects later flowering, reproduction and growth of maternal plants. High pollen load treatment resulted in larger or more flowers on late flowers, which may enhance pollen dispersal and reproductive success, while the total seed mass was the same between treatments. The results indicate that the study species <i>R. raphanistrum</i>, <i>Sinapis arvensis</i> and <i>Brassica napus</i> have plastic responses in floral traits according to the present pollination level. The third aim was to determine how varying pollen load affects seed quality and offspring vigor. The results suggest that high pollen load had no positive effects on seed quality or offspring vigor due to pollen competition. Instead, seed mass determined seed quality and offspring vigor in the three study species and low pollen load treatment resulted in highquality offspring due to heavier seeds. The fourth aim was to examine causes and consequences of variation in reproductive success of <i>Succisa pratensis</i> on a regional scale. The results suggest that the most important variables, on a regional scale, for reproductive success were population size and habitat quality. The results showed that seed weight variation might be important when assessing reproductive success. In this study, seed weight variation did not seem to be adaptive.</p>

Pollination is one of the most important factors determining the reproductive success of plants. This thesis examines processes associated to varying pollination, with focus on plant responses. The first aim was to examine the possibility and constraints for short-term evolution of flower size in Raphanus raphanistrum. The results showed that there exists a possibility for pollinator-mediated short-term evolution of flower size in the study species. Flower size was strongly correlated to plant size. Since flower size cannot evolve separately from plant size, this correlation may constitute a constraint to the evolution of flower size. The second aim was to determine how varying pollen load affects later flowering, reproduction and growth of maternal plants. High pollen load treatment resulted in larger or more flowers on late flowers, which may enhance pollen dispersal and reproductive success, while the total seed mass was the same between treatments. The results indicate that the study species R. raphanistrum, Sinapis arvensis and Brassica napus have plastic responses in floral traits according to the present pollination level. The third aim was to determine how varying pollen load affects seed quality and offspring vigor. The results suggest that high pollen load had no positive effects on seed quality or offspring vigor due to pollen competition. Instead, seed mass determined seed quality and offspring vigor in the three study species and low pollen load treatment resulted in highquality offspring due to heavier seeds. The fourth aim was to examine causes and consequences of variation in reproductive success of Succisa pratensis on a regional scale. The results suggest that the most important variables, on a regional scale, for reproductive success were population size and habitat quality. The results showed that seed weight variation might be important when assessing reproductive success. In this study, seed weight variation did not seem to be adaptive.

Ph.d.-afhandling. Den Kongelige Veterinær- og Landbohøjskole, 2002. / Haves også i trykt udg.

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Les agroécosystèmes sont des mosaïques d'espaces cultivés, d'espaces naturels et semi-naturels et d'infrastructures humaines fortement imbriqués et donc intrinsèquement liés et dépendants. Les espaces semi-naturels sont confinés généralement aux bordures de champs et aux bordures de route où se côtoient biodiversités végétales cultivées et sauvages. Cette thèse se concentre principalement sur la dispersion des graines de colza (Brassica napus L.) vers ces espaces qui peut conduire à la formation de populations de colza dites férales. A l'échelle d'un agroécosystème, l'étude de données génotypiques couplées à des méthodes d'assignations aux variétés commerciales existantes, a permis de mettre en évidence un lien entre la diversité variétale des champs de colza cultivés et la diversité variétale des populations férales de l'année suivante. De surcroît, l'étude de ces diversités variétales a montré que les champs ne sont pas des entités uniformes comportant des plantes d'une seule variété et que les populations férales accumulent les variétés au fil des années grâce aux apports annuels des champs récoltés, à la survie dans la banque de graines et à l'autorecrutement au sein des populations férales. La modélisation des flux efficaces de graines par une méthode de maximum de vraisemblance a permis d'identifier des dynamiques de dispersion locales au sein des agroécosystèmes. Suivant la zone considérée et les axes de circulation vers le silo de récolte, les sources locales de graines varient et les apports extérieurs de graines sont plus ou moins importants. Nos données nous ont permis d'estimer que les semis de la même année (n), les champs récoltés l'année antérieure ou même les années précédentes (jusqu'à n-2) pouvaient contribuer de manière significative à la présence de populations férales (l'année n). Les distances moyennes de dispersion estimées varient de la dizaine de mètres au kilomètre. Enfin, une expérimentation in-situ nous a permis de quantifier les pertes de graines pendant la récolte liées aux bennes de récolte. Nous avons évalué ces pertes à 400 graines par m2 et nous avons mis en évidence de rares évènements de pertes massives de graines. L'analyse statistique des résultats de ces pertes nous a permis de les mettre en relation avec des caractéristiques du paysage, notamment les surfaces des champs et les axes de circulations principaux et secondaires. Dans le contexte de mise en culture de plantes transgéniques, ces résultats impliquent de prendre en compte la complexité du paysage dans les modèles qui prédisent les flux de transgènes à l'échelle des agroécosystèmes.

The effects of nitrogen and sulfur fertilization on the oviposition, feeding preferences, and larval performance of Ceutorhynchus obstrictus (Marsham) (Coleoptera: Curculionidae) on Brassica napus L. were examined in a series of laboratory experiments. The associations between C. obstrictus adults, larvae and parasitoids, and environmental factors including plant vigor indicators and soil and plant nutrients were evaluated within two commercial fields of B. napus in southern Alberta. Nitrogen fertilization, and sulfur fertilization at low levels of nitrogen fertilization had positive effects on oviposition preference. Nitrogen had a positive effect on larval development times and no effect on larval weights. Within one field, gravid C. obstrictus females were dissociated with high levels of plant nutrients including nitrogen. The synthesis of the lab and field experiments seems to support the plant stress and the preference-performance hypotheses. Differences in olfactory and visual cues are identified as a possible mechanism for the observed differences. / Ecology