Classical biological control: exploiting enemy escape to manage plant invasions

Practitioners of classical biological control of invasive weeds are confronted with a dual expectation: to achieve successful control of plant invaders and to avoid damage to nontarget plants and adverse indirect effects. In this paper we discuss key issues that we consider to be crucial for a safe, efficient, and successful classical biological control project, and that have also caused some recent controversy. These include selection of effective control agents, host specificity of the biological control agents, implications of the genetic population structure of the target populations, and potential impact on native food webs. With regard to improving the success rate of biological control of plant invaders, we first emphasize the importance of a clear a priori definition of success and a more ecosystem-based approach to better document both negative effects of the invasive plant as well as potential positive and negative effects of introducing biological control agents. Secondly, pre-release impact assessment could be improved by better focusing on how to reach high densities of the control agents and by including tolerance to and compensation of herbivory. Thirdly, we advocate a reinforced effort to integrate and combine biological control in combination with existing or potential management options. Finally, we propose various ecological and evolutionary hypotheses in the framework of our topic to document that biological control programmes against plant invaders also offer a great opportunity to gain new insights into basic processes in ecology and evolution

The Relation Between Unpalatable Species, Nutrients and Plant Species Richness in Swiss Montane Pastures

In agriculturally marginal areas, the control of unpalatable weeds on species rich pastures may become problematic due to agricultural and socio-economic developments. It is unclear how increased dominance of unpalatable species would affect the botanical diversity of these grasslands. We investigated whether there was any relationship between plant species diversity and the abundance of unpalatable species and whether soil conditions affected this relationship. In three species-rich montane pastures in western Switzerland, we related plant species richness to soil attributes, the relative cover of all unpalatable species and the relative cover of the locally dominant, toxic Veratrum album in 25 plots of 4m2. We furthermore determined species richness in small transects through patches of V. album. Species richness was significantly lower in and near (≤ 0.3m) patches of V. album. At the field scale, plant species richness was best described by total soil N:P ratio (positive relation) in one site and the relative abundance of unpalatable species (negative relation) and soil N:P ratio (positive relation) in a second site. In the third site, species richness was not significantly related to any measured variable. Vegetation diversity (Simpson's D) was negatively related to the relative abundance of unpalatable species in one site and positively related to pH in another site. The results suggest that no single factor can explain plant species richness and diversity in montane pastures. At very high densities unpalatable species can have adverse effects but soil nutrient status appears to be a more general determinant of plant species richness. Conservation efforts should give priority to the prevention of intensification of these pasture

Suitability of two root-mining weevils for the biological control of scentless chamomile, Tripleurospermum perforatum, with special regard to potential non-target effects

The biology and host range of the two root-mining weevils Diplapion confluensKirby and Coryssomerus capucinus (Beck), two potential agents for the biological control of scentless chamomile Tripleurospermum perforatum (Mérat) Laínz, were studied in the field in southern Germany and eastern Austria, and in a common garden and under laboratory conditions in Delémont, Switzerland from 1993 to 1999. Both weevils were univoltine, and females started to lay eggs in early spring. Diplapion confluens had three and C. capucinus five instars. Larvae of both species were found in the field from mid-April until the end of July; later instars preferentially fed in the vascular cylinder of the shoot base, root crown or root. Although larvae of both species occupy the same temporal and spatial niche within their host plants, they occurred at all investigated field sites together, and showed a similar distribution within sites. No negative or positive interspecific association was detected. Host-specificity tests including no-choice, single-choice, and multiple-choice tests under confined conditions, as well as tests under field conditions with natural and augmented insect densities revealed that both herbivores were specific to plant species in the tribe Anthemideae. However, their development to mature larva or adult on several cultivated plants, as well as on one plant species native to North America, rendered them unsuitable for field release in North America. It was concluded that to investigate non-target effects reliably, host-specificity tests with biological control agents should be carried out under a variety of conditions, particularly with augmented insect densities, as are expected to occur naturally after releas

Classical biological control: exploiting enemy escape to manage plant invasions

Practitioners of classical biological control of invasive weeds are confronted with a dual expectation: to achieve successful control of plant invaders and to avoid damage to nontarget plants and adverse indirect effects. In this paper we discuss key issues that we consider to be crucial for a safe, efficient, and successful classical biological control project, and that have also caused some recent controversy. These include selection of effective control agents, host specificity of the biological control agents, implications of the genetic population structure of the target populations, and potential impact on native food webs. With regard to improving the success rate of biological control of plant invaders, we first emphasize the importance of a clear a priori definition of success and a more ecosystem-based approach to better document both negative effects of the invasive plant as well as potential positive and negative effects of introducing biological control agents. Secondly, pre-release impact assessment could be improved by better focusing on how to reach high densities of the control agents and by including tolerance to and compensation of herbivory. Thirdly, we advocate a reinforced effort to integrate and combine biological control in combination with existing or potential management options. Finally, we propose various ecological and evolutionary hypotheses in the framework of our topic to document that biological control programmes against plant invaders also offer a great opportunity to gain new insights into basic processes in ecology and evolutio

Neighbour origin and ploidy level drive impact of an alien invasive plant species in a competitive environment

Our understanding of the potential mechanisms driving the spread and naturalization of alien plant species has increased over the past decades, but specific knowledge on the factors contributing to their increased impact in the introduced range is still urgently needed. The native European plant Centaurea stoebe occurs as two cytotypes with different life histories (monocarpic diploids, allo-polycarpic tetraploids). However, only tetraploids have been found in its introduced range in North America, where C. stoebe has become a most prominent plant invader. Here, we focus on the ploidy level of C. stoebe and origin of neighbouring community in explaining the high impact during the invasion of new sites in the introduced range. We conducted a mesocosm experiment under open-field conditions with the diploid (EU2x) and tetraploid (EU4x) cytotype of Centaurea stoebe from its native European (EU) range, and with the invasive tetraploid (NA4x) cytotype from the introduced North American (NA) range in competition with EU (old) or NA (new) neighbouring plant communities. In the presence of competition, the biomass of EU neighbouring community was reduced to a comparable level by all three geo-cytotypes of C. stoebe. In contrast, the biomass of the NA neighbouring community was reduced beyond when competing with tetraploid, but not with diploid C. stoebe. The fact that the biomass of all three geo-cytotypes of C. stoebe was correlated with the biomass of the EU neighbouring community, but not with that of the NA neighbouring community suggests that different mechanisms underlie the competitive interactions between C. stoebe and its old vs. new neighbouring communities, such as competition for the same limiting resources at home vs competition through novel allelo-chemicals or differential resource uptake strategies in the introduced range. We therefore caution to simply use the ecosystem impact assessed at home to predict impact in the introduced rang

Aboveground environment type, soil nutrient content and arbuscular mycorrhizal fungi explain establishment success of Centaurea jacea on ex-arable land and in late-successional grasslands

We studied the relative importance of the aboveground and belowground environment for survival and growth of emerged seedlings of Centaurea jacea to better understand the general difficulty of establishing late-successional species at restoration sites on ex-arable land. Potted seedlings growing on soil from six late-successional grasslands and from six ex-arable (restoration) sites were reciprocally exchanged, and survival and relative growth rate of the seedlings monitored. In addition, we assessed aboveground herbivory and colonization of roots by arbuscular myccorhizal fungi of all plants, as well as nutrient availability, and microbial biomass and community composition using PLFA techniques in all twelve soils. Seedling survival was higher in restoration habitat and soil than in grassland habitat and soil, but growth did not differ between the aboveground and belowground environment types. Shoot growth rate was initially correlated with soil nutrient content, and later in the experiment with mycorrhizal colonization levels. Our results indicate that arbuscular mycorhizal fungi may be important for the successful establishment of C. jacea and that abiotic soil factors, like K availability and N:P ratio, can promote mycorrhizal colonization. Hence, the belowground environment should be considered when selecting sites for restoring species-rich grassland

Seed bank persistence of clonal weeds in contrasting habitats: implications for control

The ability of weeds to form a seed bank is important for their population dynamics and management because it provides a refuge enabling reinvasion after established target plants have died. However, knowledge of the differential seed behaviour of individual species over multiple years and varying environmental conditions is surprisingly rare but necessary for effective control of diverse weed populations. We established a seed burial experiment in alpine habitats differing in management regime (i.e., forest, hay meadow and pasture) to determine whether seeds of the unpalatable perennial weeds, Veratrum album (white hellebore) and Gentiana lutea (yellow gentian) were able to delay germination and remain viable over 3years. Our study shows that both species formed a short-term persistent seed bank; in the third-year, the soil seed banks of both species were nearly depleted, having declined to <5% of their original size. Both species had strikingly different germination strategies: G. lutea seeds mainly germinated in their first-year, whilst the majority of V. album seeds germinated in their second-year. The fraction of dormant G. lutea seeds increased with seed age, indicating that seeds remained viable after forgoing germination in the previous year. Habitat-specific differences in seed germination increased with seed age, with germination fractions being lowest in moist hay meadows. This suggests that the negative effects of anoxic conditions became more pronounced as seeds aged in hay meadows. Conversely, seed dormancy was equal among habitats. The absence of a long-term persistent seed bank has important implications for the management of both nuisance and endangered-plant populations. In the case of V. album and G. lutea, re-colonization of habitats from the seed bank is unlikely after established plants have been remove

Plant neighbours rather than soil biota determine impact of an alien plant invader

1. Various factors have been shown contributing to the ecosystem impact of invasive alien plants, but their relative importance remains unclear. We focused on the effects of neighbouring plant community and soil biota as these biotic factors have been repeatedly put forward to explain invasion success (e.g. as components of the novel weapons and of the biotic release hypothesis).2. To assess their relative importance in explaining the high impact of Centaurea stoebe during the invasion of new sites in the introduced range, we conducted a greenhouse experiment with both European (EU) and North American (NA) tetraploid C. stoebe competing with/without EU vs. NA neighbouring community and with the two neighbouring communities growing without C. stoebe. Plants were grown in sterilized commercial soil inoculated with naïve soil (from rhizosphere of plants other than C. stoebe) originating either from the home EU or the introduced NA range and half of which was sterilized to remove soil biota.3. In the competition pots, relative competitive ability (difference between the relative growth rates of C. stoebe and neighbouring community) and impact level (biomass of the neighbouring community relative to that in non-competition pots) of C. stoebe was significantly higher when grown with the NA than with the EU neighbouring community, although growth rates of EU and NA neighbouring communities did not differ in the non-competition pots. Both soil origin and C. stoebe origin had no effect on these processes. Soil sterilization increased growth of both C. stoebe and neighbouring communities, but had only a moderate effect on impact level and type, and no effect on the relative competitive ability of C. stoebe.4. These results suggest that during the colonization of new sites in North American grasslands, the impact of C. stoebe is strongly driven by reduced competitive ability of NA neighbours compared with EU neighbours, while altered biotic soil conditions in the introduced range and post-introduction evolutionary changes in the invader are of less importance. This differential impact appears to be due to inherently different mechanisms underlying the competitive interactions between EU and NA neighbouring communities when grown with C. stoebe

Life-history variation in contrasting habitats: flowering decisions in a clonal perennial herb (Veratrum album)

Quantifying intraspecific demographic variation provides a powerful tool for exploring the diversity and evolution of life histories. We investigate how habitat-specific demographic variation and the production of multiple offspring types affect the population dynamics and evolution of delayed reproduction in a clonal perennial herb with monocarpic ramets (white hellebore). In this species, flowering ramets produce both seeds and asexual offspring. Data on ramet demography are used to parameterize integral projection models, which allow the effects of habitat-specific demographic variation and reproductive mode on population dynamics to be quantified. We then use the evolutionarily stable strategy (ESS) approach to predict the flowering strategy—the relationship between flowering probability and size. This approach is extended to allow offspring types to have different demographies and density-dependent responses. Our results demonstrate that the evolutionarily stable flowering strategies differ substantially among habitats and are in excellent agreement with the observed strategies. Reproductive mode, however, has little effect on the ESSs. Using analytical approximations, we show that flowering decisions are predominantly determined by the asymptotic size of individuals rather than variation in survival or size-fecundity relationships. We conclude that habitat is an important aspect of the selective environment and a significant factor in predicting the ESSs

Phenotypic plasticity and genetic differentiation in ruderal and agricultural populations of the weed Senecio vulgaris L.: implications for its biological control

La plasticité phénotypique et la différentiation génétique de la mauvaise herbe annuelle Senecio vulgaris L. dans le habitats rudéraux et agricoles ont été étudiées afin d’évaluer les implications pour son contrôle biologique avec la rouille Puccinia lagenphorae Cooke en utilisant l’approche dite “system management”. Les études démographiques des mauvaises herbes sont une nécessité pour toute stratégie de contrôle des mauvaises herbes. Pour cela, la dynamique des populations de S. vulgaris et P. lagenphorae se trouvant dans des habitats rudéraux et agricoles a été examinée (chapitre 2). L’établissement de plantes germinales semble être un facteur important influençant la dynamique des populations de S. vulgaris. Cette dernière peut être qualifiée de stratège rudéral sur la base de l’importance de l’établissement de plantes germinales, sur l’observation que cinq semaines sont nécessaires pour une génération ainsi que sur le large spectre de taille des plantes se trouvant à l’état reproductif. Il a été observé que la dynamique des populations est différente entre les habitats rudéraux et agricoles. Les plantes de l’habitat rudéral hivernent, donc, au printemps les populations sont plus importantes, avec une majorité des plantes en fleurs et produisant des semences. Par contre, dans l’habitat agricole, S. vulgaris n’hiverne quasiment pas, ceci à cause des mesures de contrôle des mauvaises herbes. Par conséquent, les populations sont moins nombreuses au printemps et la plupart des plantes se trouvent à l’état végétatif. La différente dynamique des populations de S. vulgaris résulte en une dynamique différente de P. lagenophorae dans les habitats rudéraux et agricoles. Dans l’habitat rudéral, la rouille a déjà été observée au mois d’avril alors qu’on ne la trouve pas avant le mois d’août dans l’habitat agricole. Ceci indique que la rouille hiverne dans l’habitat rudéral sous forme de mycélium dans son hôte alors qu’elle ne peut hiverner dans l’habitat agricole au vu de faible nombre d’hôtes hivernants. En comparaison avec l’habitat rudéral, les épidémies printanières de rouilles dans l’habitat agricole semblent non seulement être empêchées par la faible quantité d’inoculum mais aussi par une majorité de plantes se trouvant dans un jeune stade. Cependant, dans le deux habitats, les plantes au stade reproductif sont plus sensible envers l’infection par la rouille que les plantes à l’état végétatif. La manipulation de la dynamique de l’hôte au travers de l’hiver pour favoriser les épidémies de rouille pourrait par conséquent être utilisée comme moyen de contrôle biologique. Les S. vulgaris hivernant pouvant servir non seulement de source d’inoculum au printemps mais fournissant aussi des stades de développement sensibles à la rouille, ce qui favoriserait le développement des épidémies de rouille. La plasticité phénotypique et la différentiation génétique de S. vulgaris provenant d’habitats rudéraux et agricoles ont été examinées lors d’une expérience en serre (chapitre 3). Les caractéristiques végétatives et reproductives des plantes des habitats rudéraux et agricoles confrontés à un milieu nutritif riche et pauvre, ainsi que se trouvant confronté ou non à l’infection par la rouille ont été comparées. Il est à signaler que les plantes de habitats rudéraux et agricoles sont génétiquement différentes. Les plantes de l’habitat agricole se caractérisent par une surface foliaire importante ainsi qu’une reproduction élevée. Leurs caractéristiques reproductives sont aussi plus plastiques face à un apport nutritif élevé. Ces résultats indiquent que la différentiation génétique entre les habitats repose sur les différences dans l’apport nutritif. Dans l’habitat agricole, là où les populations de S. vulgaris sont gênées par les mesures de culture, une reproduction plus élevée pourrait être un avantage. La réserve de semences est pour S. vulgaris de moindre importance et c’est pour cette raison que les populations doivent s’établir à nouveau par recolonisation. Une reproduction plus élevée augmente aussi la dispersion des semences de manière à ce que S. vulgaris soit capable de s’établir rapidement dans de nouveaux endroits appropriés. Des familles de S. vulgaris génétiquement différentes ont été trouvées seulement dans l’habitat agricole. La plasticité des caractéristiques reproductives en réponse à un apport nutritif plus élevé a été aussi génétiquement différente entre des familles se trouvant dans l’habitat agricole. Par contre, une différentiation génétique par rapport à l’infection avec la rouille n’a pu être démontrée. D’autre part, les plantes soumises é un apport nutritif élevé ont présenté une réaction plus forte en réponse à l’infection avec la rouille. Cette dernière a eu pour conséquence une diminution da la surface foliaire, de la biomasse végétative et de la reproduction. Par contre, il n’y a eu aucune différence entre les réactions envers l’infection entre les différentes familles rudérales et agricoles. Ceci indique que P. lagenphorae n’est présentement pas un important facteur de sélection pour les populations de S. vulgaris. L ‘inoculation avec succès des différentes familles avec une seule lignée de rouille montre le potentiel de ces lignées comme organismes de contrôle biologique. Une expérience de transplantation réciproque de semences a permis d’étudier les variations génétique ainsi que celles dues à l’environnement sur le caractéristiques de vie de S. vulgaris provenant d’habitats rudéraux et agricoles ainsi que leur potentiel d’adaptation locale par sélection naturelle (chapitre 4). La germination, la croissance et la fertilité ont été déterminées selon les variations environnementales et génétiques. Aucune indication d’adaptation locale n’a toutefois pu être établie. La survie des plantes germinales jusqu’à la reproduction n’a été influencée que par les facteurs environnementaux, ce qui souligne l’importance des facteurs stochastiques pour la mortalité des plantes. Les plantes provenant des endroits rudéraux présentent une croissance réduite, produisant par contre des semences et se comportant par conséquent comme des plantes tolérantes au stress. Les plantes se développant dans la majorité des endroits agricoles agissent comme stratèges rudéraux, pouvant utiliser un environnement productif pour une croissance rapide et une production maximale de semences. L’établissement des plantes germinales, la survie, la croissance ainsi que la fertilité sont élevées dans les endroits agricoles par rapport à les endroits ruderaux. L’infection avec P. lagenophorae a été présente dans tous les endroits, avec le taux d’infection le plus élevé dans les endroits agricoles. Il a été remarqué qu’en présence de l’hôte approprié, l’infection est uniquement dépendante des bonnes conditions environnementales. Un taux d’infection plus élevé n’a toutefois pas eu comme conséquence un taux de maladie plus élevé sur la croissance et la reproduction des plantes. Cela n’a non plus pas influencé la survie de S. vulgaris par rapport à l’infection avec la rouille, ce qui indique que P. lagenophorae n’est pas un facteur de mortalité important pour les populations de S. vulgaris. Toutes les autres caractéristiques de vie corroborent les conditions pour la sélection naturelle. Cela donne donc à penser que S. vulgaris, en absence de facteurs de mortalité stochastiques, a le potentiel d’adapter à son environnement local. Finalement, les résultats obtenus durant cette thèse ont été résumes et discutés du point de vue du contrôle biologique de S. vulgaris en général et en particulier du point de vue de l’approche dite “system mangement”, ainsi que de la suite à donner de cette étude (chapitre 5). Comme la variation génétique de S. vulgaris par rapport a l’infection avec la rouille n ‘a pu être démontrée et comme la rouille semble présentement être un facteur de sélection mineur, les résultats soulignent le potentiel de l’approche dite “system management” pour le contrôle biologique de S. vulgaris. Cette méthode est conçue pour stimuler les épidémies de P. lagenophorae sur S. vulgaris, ce qui peut être atteint par les mesures suivantes i) l’hivernage de S. vulgaris infectées comme source d’inoculum, ii) l’utilisation de lignées unique de rouille, l’optimisation des conditions d’infection par arrosage et amendement lors de l’application de l’inoculum.Phenotypische Plastizität und genetische Differenzierung des annuellen Unkrautes Senecio vulgaris L. aus ruderalen und landwirtschaftlichen Habitaten und ihre Relevanz in Bezug auf die biologische Kontrolle mit dem Rostpilz Puccina lagenophorae Cooke, unter Anwendung des 'System Management Approach', waren Gegenstand dieser Dissertation. Demographische Studien der Unkrautpopulation sind eine Voraussetzung für jegliche Unkrautbekämpfungsmassnahme. Daher wurde die Populationsdynamik von S. vulgaris und P. lagenophorae aus ruderalen und landwirtschaftlichen Habitaten untersucht (Kapitel 2). Die Etablierung von Keimlingen scheint ein wichtiger Einflussfaktor auf die Populationsdynamik von S. vulgaris zu sein. Die Bedeutung der Etablierung von Keimlingen, sowie die beobachtete kurze Generationszeit von fünf Wochen, und die breite Streuung der Pflanzengrösse zu Beginn der Reproduktion klassifizieren S. vulgaris als einen r-Strategen Die Populationsdynamik von S. vulgaris zwischen dem ruderalen und dem landwirtschaftlichen Habitat war unterschiedlich. Pflanzen von S. vulgaris im ruderalen Habitat überwinterten, was eine grössere Population sowie eine Mehrzahl an blühenden und Samen bildenden Pflanzen im Frühjahr zur Folge hatte. Im landwirtschafltichen Habitat konnte S. vulgaris aufgrund von Unkrautkontrollmassnahmen kaum überwintern, sodass die Populationen im Frühjahr kleiner waren mit der Mehrzahl der Pflanzen im vegetativen Stadium. Der Unterschied in der Populationsdynamik von S. vulgaris zwischen den Habitaten bedingte eine unterschiedliche Dynamik von P. lagenophorae aus ruderalen und landwirtschaftlichen Habitaten. Im ruderalen Habitat trat der Rost bereits im April auf, während er im landwirtschaftlichen Habitat nicht vor August anzutreffen war. Dies weist daraufhin, dass der Rost im ruderalen Habitat als Myzel innerhalb der Wirtspflanze überwintert, während er im landwirtschaftlichen Habitat aufgrund mangelnder Wirtspflanzen nicht überwintern kann. Rost Epidemien im landwirtschaftlichen Habitat im Frühjahr scheinen nicht nur durch die geringe Menge an Inokulum verhindert zu werden, sondern auch durch die Mehrzahl an Pflanzen in jungen Entwicklungsstadien verglichen mit dem ruderalen Habitat. In beiden Habitaten waren reproduktive Pflanzenstadien anfälliger für eine Infektion mit dem Rost als vegetative Stadien. Die Manipulation der Wirtspflanzendynamik über Winter zur Förderung von Rost Epidemien könnte als biologische Kontollmassnahme eingesetzt werden. Überwinternde S. vulgaris Pflanzen dienen als Inokulum Quellen im Frühjahr von denen Rost Epidemien ausgehen und stellen reifere und somit für den Rost anfälligere Entwicklungsstadien, was die Entwicklung von Rost Epidemien fördert. Phenotypische Plastizität und genetische Differenzierung von S. vulgaris aus ruderalen und landwirtschaftlichen Habitaten wurden in einem Gewächshaus Experiment bestimmt (Kapitel 3). Vegetative und reproduktive Merkmale von ruderalen und landwirtschaftlichen Pflanzen, die unter hohem oder niedrigem Nährstoffangebot und mit oder ohne Infektion mit P. lagenophorae angezogen waren, wurden verglichen. Pflanzen von S. vulgaris aus ruderalen und landwirtschaftlichen Habitaten waren genetisch unterschiedlich. Die landwirtschaftlichen Pflanzen zeichneten sich durch eine grössere Blattfäche sowie eine höhere Reproduktion aus. Sie wiesen auch eine plastischere Reaktion der reproduktiven Merkmale auf ein höheres Nährstoffangebot auf. Diese Ergebnisse weisen daraufhin, dass die genetische Differenzierung zwischen den Habitaten auf Unterschiede im Nährstoffangebot beruht. Im landwirtschaftlichen Habitat, bedingt durch Kultivierungsmassnahmen, welche die Populationen von S. vulgaris störend beeinflussen, könnte eine erhöhte Reproduktion von Vorteil sein. Die Samenbank ist für S. vulgaris von geringer Bedeutung und daher müssen sich die Populationen durch Re-Kolonisierung erneut etablieren. Eine erhöhte Reproduktion erhöht auch die Samenverbreitung, sodass S. vulgaris in der Lage ist sich rasch an dafür geeigneten Stellen neu zu etablieren. Genetisch unterschiedliche Familien von S. vulgaris wurden nur im landwirtschaftlichen Habitat gefunden. Die landwirtschaftlichen Familien unterschieden sich auch in Bezug auf die Plastizität von reproduktiven Merkmalen auf ein höheres Nährstoffangebot. Eine genetische Differenzierung von S. vulgaris auf Grund von Infektion mit P. lagenophorae konnte nicht gefunden werden. Pflanzen mit einem höherem Nährstoffangebot zeigten eine stärkere Reaktion auf die Infektion mit dem Rost. Infektion mit dem Rost hatte eine signifikante Verringerung der Blattfläche, der vegetativen Biomasse sowie der Reproduktion zur Folge, ohne Unterschiede der Reaktionen auf Infektion zwischen den unterschiedlichen ruderalen und landwirtschaftlichen Familien. Dies weist daraufhin, dass P. lagenophoarae gegenwärtig als Selektionsfaktor für S. vulgaris Populationen von untergeordneter Bedeutung ist. Weiterhin zeigt die erfolgreiche Inokulation verschiedener Pflanzenfamilien mit einer Rostlinie das Potential einzelner Rostlininen als biologische Kontrollorganismen an. Die umweltbedingte und genetische Variation von lebensgeschichtlichen Merkmalen von S. vulgaris aus ruderalen und landwirtschaftlichen Habitaten im Feld und deren Potential zur lokalen Adaptation durch natürliche Selektion wurde in einem reziproken Samen Transplantations Experiment untersucht (Kapitel 4). Keimung, Wachstum und Fertilität wurden durch umweltbedingte als auch genetische Variation bestimmt. Jedoch konnten keine Hinweise auf lokale Adaptation gefunden werden. Das Überleben von Keimlingen bis zur Samenproduktion wurde allein durch Umwelteinflüsse bedingt, was die Bedeutung von stochastischen Faktoren für die Mortalität von Pflanzen hervorhebt. Pflanzen, die aus den ruderalen Standorten stammten, wiesen ein reduzierten Wachstum auf, produzierten jedoch Samen, und verhielten sich somit wie stress-tolerante Pflanzen. Pflanzen, die in den landwirtschaftlichen Standorten wuchsen, zeigten das Verhalten von r-Strategen, welche eine produktive Umwelt für ein rasches Wachstum und eine maximale Produktion von Samen nutzen. Etablierung von Keimlingen, Überleben, Wachstum und Fertilität waren in den landwirtschaftlichen Standorten im Vergleich zu den ruderalen erhöht. Infektion mit P. lagenophorae trat in allen Standorten auf, mit der höchsten Infektionsrate in den landwirtschaftlichen Standorten, und war rein von der Umwelt abhänging. Es scheint, dass Pilzsporen für eine Infektion weit verbreitet sind und in Anwesenheit geeigneter Wirte, die Infektion von günstigen Umweltbedingungen für die Sporenkeimun abhängig ist. Eine höhere Infektionsrate wirkte sich jedoch nicht in einem erhöhten Krankheitsdruck auf Pflanzenwachstum-und reproduktion aus, noch wurde das Überleben von S. vulgaris Pflanzen durch Infektion mit dem Rost beeinflusst, was daraufhin weist, dass P. lagenophorae kein wichtiger Mortalitätsfaktor für Populationen von S. vulgaris ist. Alle anderen lebensgeschichtlichen Merkmale wiesen die Voraussetzungen für natürliche Selektion auf. Daher ist anzunehmen, dass sich S. vulgaris, in der Abwesenheit von stochastischen Mortalitätsfaktoren, potentiell an seine lokale Umgebung anpassen kann. Abschliessend wurden die Resultate dieser Dissertation zusammengefasst und in Bezug auf die biologische Kontrolle von S. vulgaris im allgemeinen und die Anwendung des ‘System Management Approach’ im speziellen diskutiert, sowie mögliche Folgestudien, die auf Ergebnissen dieser Dissertation beruhen, vorgestellt. (Kapitel 5). Da keine genetische Variation von S. vulgaris Pflanzen in Bezug auf Infektion mit P. lagenophoarae nachgewiesen werden konnte und der Rost gegenwärtig als Selektionsfaktor für S. vulgaris Populationen von untergeordneter Bedeutung ist, unterstreichen die Ergebnisse dieser Dissertation das Potential des 'System Mangement Approach' für die biologische Kontrolle von S. vulgaris. Diese Methode ist darauf ausgerichtet Epidemien von P. lagenophorae auf S. vulgaris zu stimulieren, was durch folgende Massnahmen erreicht werden kann: i) die Überwinterung von infizierten S. vulgaris Pflanzen als Inokulum Quellen, ii) die Verwendung einzelner Rostlinien als Inokulum und iii) die Optimierung von Infektionsbedingungen durch Bewässerung und Düngung zum Zeitpunkt der Ausbringung von Inokulum.Phenotypic plasticity and genetic differentiation of the annual weed Senecio vulgaris L. from ruderal and agricultural habitats were investigated to evaluate the implications for its biological control with the rust fungus Puccinia lagenophorae Cooke using the system management approach. Weed demographic studies are a prerequisite to any weed control strategy. The population dynamics of S. vulgaris and P. lagenophorae at ruderal and agricultural habitats was investigated (Chapter 2). Seedling establishment appeared to be a major factor influencing S. vulgaris population dynamics. The importance of seedling establishment, together with the observed short generation time of 5 weeks and the broad range of plant sizes at reproduction classified S. vulgaris as a ruderal strategist. The population dynamics of S. vulgaris differed between the ruderal and the agricultural habitat. Plants of S. vulgaris at the ruderal habitat survived over winter, resulting in greater population sizes and a majority of plants in flower and seed set in spring. At the agricultural habitat, where only a few S. vulgaris winter due to weed control measures, population sizes in spring were smaller with mainly vegetative plants. The observed difference in the population dynamics of S. vulgaris resulted in divergent dynamics of P. lagenophorae in ruderal and agricultural habitats. At the ruderal habitat the rust occurred already in April, while at the agricultural habitat it did not appear before August. This suggests that the rust survives over winter as mycelium within the host at the ruderal habitat, whereas it could not survive over winter at the agricultural habitat due the relatively low number of wintering hosts. The build-up of P. lagenophorae epidemics at the agricultural habitat in spring seems not only inhibited by a limited amount of inoculum, i.e. wintering mycelium, but also by the abundance of S. vulgaris plants in relatively young stages compared to the ruderal habitat. In both habitats mature plant stages were more susceptible to rust infection than vegetative stages. Manipulating the dynamics of the host over winter may enhance rust epidemics in spring serving as biological control of S. vulgaris. Survival of S. vulgaris over winter provides inoculum sources inducing new rust epidemics in spring with mature plant stages being more susceptible to infection, enhancing rust epidemics. Phenotypic plasticity and genetic differentiation of S. vulgaris from ruderal and agricultural habitats were assessed in a greenhouse experiment (Chapter 3). Vegetative and reproductive responses of ruderal and agricultural plants grown at two nutrient levels (high/low) and two rust environments (presence/absence) were compared. Plants of S. vulgaris from ruderal and agricultural habitats were genetically different with agricultural plants having a larger leaf area and a higher reproductive output. They also showed a stronger plastic response of reproductive traits to nutrients. Results suggest that genetic differentiation among habitats is nutrient specific. An increased reproductive output might me of advantage in the agricultural habitat with its disturbance due to cultivation practices. Due to the minor importance of the soil seed bank, populations have to re-establish through re-colonisation. An increased reproductive output improves seed dispersal enabling S. vulgaris to quickly re-establish new patches at favourable sites. Genetically different families of S. vulgaris were only detected at the agricultural habitat. Plasticity of reproductive characters in response to nutrients was also genetically different among agricultural families. Genetic differentiation of S. vulgaris due to infection by P. lagenophorae could not be observed. Plants with additional nutrient application showed a stronger response to rust infection. Rust infection significantly decreased vegetative biomass and reproductive output with no differences in the response to infection between plant families, suggesting that P. lagenophorae is not an important selection factor in S. vulgaris populations at present. Successful infection of different plant families with one rust line also suggests the potential of using a single rust line as a biological control agent. A reciprocal seed transplant experiment was conducted to determine environmental and genetic variation of life history traits in S. vulgaris from ruderal and agricultural habitats in the field and their potential for local adaptation through natural selection (Chapter 4). Emergence, growth and fecundity showed environmental as well as genetic variation. However, there was no indication of local adaptation. Seedling survival was solely under environmental control stressing the importance of stochastic events for plant mortality. Plants originating from ruderal sites mainly performed like stress tolerators showing reduced growth, but nevertheless reaching reproduction. Plants at most agricultural sites behaved like r-strategists exploiting a productive environment for rapid plant growth maximis