Feldexperimente von Bestäubungsökologie: Der Fall<em&gt; Lycoris sanguinea</em&gt; Var.<em&gt; sanguinea</em

Zusammenfassung

Um die Bestäuber Wirksamkeit eines bestimmten Pflanzenarten, mehrere Methoden der Feldversuche zeigen, wurden entwickelt. Diese Studie zeigt die grundlegenden Methoden der Feldversuche zur Bestäubung Ökologie mit der Fallstudie von Lycoris sanguinea var. Sanguinea und den Roman Bestäubung Mechanismus, brechen Knospe Bestäubung.

Zusammenfassung

Plant-pollinator interactions have been studied for approximately one hundred years. During that time, many field methods have been developed to clarify the pollination effectiveness of each pollinator for visited flowers. Pollinator observations have been one of the most common methods to identify pollinators, and bagging and cage experiments have been conducted to show the effectiveness of specific pollinators. In a previous study of Lycoris sanguinea var. sanguinea, its effective pollinators, the visitation frequencies of each floral visitor, and its reproductive strategies were not identified. This study reports the observation that small bees visited flowers that were partially opened (breaking buds). To the best of our knowledge, this phenomenon has not been reported previously. Further, this study investigates the hypothesis that small bees can pollinate at that flowering stage. This study demonstrates the basic methods of field experiments in pollination ecology using L. sanguinea var. sanguinea. Pollinator observations and digital video showed the visitation frequencies of each floral visitor. Bagging and cage experiments revealed that these flowers could be pollinated fully and that breaking-bud pollination could be important for the pollination of this plant species. The advantages and disadvantages of each method are discussed, and recent developments, including laboratory experiments, are described.

Einleitung

Plant-Bestäuber-Interaktionen sind hervorragende Beispiele für das Studium der Evolutionsbiologie und Ökologie. Die mutualistic Beziehungen zwischen Blumen und Bestäuber sind gedacht , um die Diversifizierung der ^1,2 angiosperm gefördert zu haben als Ergebnis der natürlichen Selektion, obwohl andere biotische und abiotische Faktoren auch Einfluss ^3,4,5 ausgeübt haben. Es wird auch vermutet , dass Blumen Züge verändert haben zu den wirksamsten Bestäuber anzupassen und mehr Früchte und Samen bis ⁶ herzustellen. Diese Überzeugungen wurden zwar große Studien auf der Basis verschiedener Indizes wie Bestäubung Wirksamkeit konstruiert, die verschiedene Interpretationen ⁷ einzubeziehen.

Blühende Pflanzen , die Bestäubung Systeme verallgemeinert werden durch verschiedene Arten von Bestäuber ⁸ besucht. Hierbei wurde eine Blume Besucher als eine Tierart definiert, die eine Blumen Belohnung zu erhalten besucht und Bestäuber wurden als Blumen Besucher definiert, die bestäuben.Einige dieser Besucher tragen Artgenossen Pollenkörner auf die Stigmata der besuchten Blüten und kann als Bestäuber klassifiziert werden. Andere Besucher können auch einige innerartliche Pollen haben; sie könnten weniger Bestäubung führen aufgrund Verhaltens- oder morphologische Fehlpaarungen zwischen den Bestäuber und die Blumen. Diese vergleichbare Unterschiede in der Beitrag zur Pflanzenreproduktion könnten unterschiedliche Grade der Selektionsdruck auf floralen Züge ⁹ erzeugen und könnte die adaptive Divergenz von Blütenpflanzen verursachen. Daher wird , obwohl die Zusammensetzung der Bestäuber Gemeinschaft und die relative Artenreichtum sind ¹⁰ wichtig, die genaue Bewertung der jeweiligen Wirksamkeit des Besuchers ist auch entscheidend für die adaptive und / oder evolutionäre Prozesse der Pflanzen zu bestimmen.

In dieser Studie wurden ¹¹ quantitative Schätzungen der Bestäuber Effizienzen, definiert als die Frucht- und Samenproduktion pro Visitation Frequenz bestimmt. Die Spezifikationer Jahren und Häufigkeit der einzelnen Blumen-Besucher wurden beobachtet, und reproduktive Auswirkungen auf den besuchten Blumen wurden geschätzt. Die Aufnahme von floralen Besuche durch Beobachtungen am Menschen ist eine klassische Methode bei der Bestäubung der Ökologie. Jedoch erlegt dieses Verfahren eine große Belastung für die Beobachter, die erforderlich sind, vor den Pflanzen zu bleiben und eine sorgfältige, langfristige Messungen. Vor kurzem haben die Technologien von Filmen und Aufnahme schnell entwickelt, und Low-Cost - Digital - Videokameras haben die Einführung der Videoaufzeichnung auf Bestäuber Beobachtungen ^12,13 aktiviert. Diese Methoden können die Sammlung von Basisinformationen über Blumen Besucher erleichtern und helfen könnte, ein Verständnis für die Bestäubung Ökologie einer Zielpflanzenarten zu entwickeln.

Jedoch sind die Besuchsfrequenzen der Bestäuber nicht notwendigerweise korreliert , um ihre Wirksamkeit Bestäubung ^7,14, und es ist wichtig , die qualitative Effekte jedes pollinator zu bewertenauf Blume Fitness. Bestäubung Wirksamkeit wurde durch die Anzahl der Pollenkörner auf der Stigmata ^15,16, Pollenschlauchwachstum ^17,18 und Obst und / oder Samenproduktion ^19,20 geschätzt. Absacken Experimente führten Besucher exklusive Taschen und Koffer, sind die typischen Methoden zur Prüfung von Selbst Kompatibilität, autogamy ^21,22, und das Vorhandensein von apomixes ^23. Zusätzlich wurde die Bewertung der Bestäubung Wirksamkeit für eine bestimmte Bestäuber im Besucher assemblage häufig in Umgebungen durchgeführt , in denen andere Blumen Besucher beschränkt sind (dh ein Drahtkäfig, Netz oder eine Tasche mit einer Maschen klein genug größer Bestäuber auszuschließen, ist Satz auf Blütenpflanzen). Zum Beispiel, Absacken Experimente mit kleinen Mesh - Taschen wurden durchgeführt , die Bestäubung Fähigkeit von Ameisen oder Thripse ^24,25 zu offenbaren. Darüber hinaus haben einen Drahtkäfig oder Netto-Experimente Vogel Ausschluss unter Verwendung der effektiven Bestäuber der Taxa Aloe gezeigt^26-28.

Die Ziele dieser Studie waren: 1) die Methoden in einem früheren Papier einzuführen und 2) diese Methoden für die allgemeine Verwendung in anderen Studien zu Blumen Besucher, deren Besuch Frequenzen, und ihre Auswirkungen auf die Pflanzen Fitness Lycoris sanguinea var zu verbessern.. sanguinea ist eine der Arten der Gattung Lycoris enthalten, die im Großen und ganzen in ganz Japan verteilt und eng in Korea ²⁹ und hat trichterförmig rötlich-orange Blüten (Abbildung 1a). Eine frühere Studie ergab , dass L. sanguinea var. sanguinea wurde durch mehrere Insektenarten besucht, darunter eine nicht identifizierte kleine Bienenarten und den größeren Arten Amegilla florea ^29. Allerdings wurden nicht identifiziert die Visitation Frequenzen und Bestäubung Wirksamkeit dieser Besucher. Bestäuber Beobachtungen zur Identifizierung von Blumen Besucher wurden zum ersten Mal durchgeführt. Visitation durch kleine Bienen wurde OBSErved auf Blumen , die noch nicht vollständig geöffnet hatte (Bruch Knospen; 1b, c). Kleine Bienen zog eilig um die undehisced Antheren in den Bruch Knospen und gesammelte Pollen ihre Mandibeln verwenden. Die Hypothese war, dass die kleinen Bienen Bestäuber mit dem Brechknospenstadium sein könnte, weil die Lücken zwischen den Antheren und der Stigmata in den Blüten kleiner waren als die Körperlänge der Bienen. Daher wurden Absacken Experimente durchgeführt , bei dem Brechknospenstadium die Bestäubung Fähigkeit von kleinen Bienen zu testen und zusätzlich die Fortpflanzungsstrategien von L. zu untersuchen sanguinea var. sanguinea. Diese Knospen wurden nach den kleinen Bienen besucht verpackt, die eine Abschätzung der Bestäubung Fähigkeit der Bienen erlaubt. Die Personen wurden mit ungeöffneten Knospen in Käfigen gehalten. Ein Käfig engmaschigen verwendet wurde, durch die nur kleine Bienen passieren könnte, eine Schätzung der Bestäubung Effizienz von kleinen Bienen während des gesamten flowe erlaubtRingstadium.

Protokoll

Hinweis: Dieser Artikel basiert auf unserer bisherigen Arbeit ^30. Einige Teile sind mit Genehmigung der Botanical Society of Japan und Springer Japan wieder aufgelegt.

1. Die Beobachtung der Blumen Besucher

1. Die Auswahl der Beobachtungsfelder
   1. Suche die Bereiche , in denen die Pflanzenmaterialien verteilt sind, und wählen Sie die Kandidaten Prüfzentren mit verlässlichen Ressourcen, wie Bild Bücher, Fachzeitschriften, usw. Stellen Sie die Anzahl der Studienzentren , die Forschungsziele zu passen (zB ein breites Spektrum von Standorten für der Vergleich der Blütenbesucher in ganz Japan).
   2. Überprüfen Sie die Positionen der ausgewählten Kandidaten Populationen und die Abstände von relevanten Ansatzpunkte, wie Forschungseinrichtungen und Unterkünfte, wenn langfristige Forschung notwendig ist.
   3. schätzen etwa jede Populationsgröße durch die Anzahl der Pflanzenindividuen in einer Flächeneinheit zu zählen. Wählen Sie große Populationen für manipulierten Experiments viele Pflanzenindividuen mit.
   4. Pre-Beobachtung von Blumen Besucher
      1. Entscheiden Sie, welche Zielpersonen in jedem Bereich wird während des gleichen Zeitintervall beobachtet werden, abhängig von den Bevölkerungsdichten. Wählen Sie 5-10 frisch geöffneten Blüten oder Knospen als Ziel Blumen brechen und abgebaut diejenigen abzulehnen, die bereits geöffnet haben.
      2. Starten Sie die visuelle Beobachtung für einen Zeitraum von einem ganzen Tag, denn die Blumen durch verschiedene Bestäuber in unterschiedlichen Zeitbereichen ^31,32 besucht werden.
      3. Auf den Aufzeichnungsblättern, notieren Sie die Artname von Blumen Besucher und die Zeit jeder Heimsuchung pro Stunde pro Blume.
      4. genau beobachten, ob Blumen Besucher die Antheren und / oder Stigmata berühren; wenn sie es tun, notieren Sie die Besucher als Bestäuber. Wenn die Blumen Besucher nur die Blumen besuchen und nicht die Fortpflanzungsorgane zu berühren, sie als Besucher aufzeichnen.
      5. Mit einem Insektennetz oder handgefertigte Saugvorrichtung, die Blumen Besucher erfassen zu identifizieren undbewahre sie als Proben (Abbildung 1f). Töten die eingeschlossenen Besucher schnell mit Ethylacetat oder Fingerdruck auf den Brustkorb, und bewahren sie in einer weichen Tasche oder in einem Kunststoffrohr oder Fall mit 100% Ethanol.
      6. Nach der Beobachtung, Ermittlung der spezifischen Namen von Proben unter Verwendung von morphologischen Merkmalen oder, im Falle von Schwierigkeiten bei der Identifizierung, fordern Sie die Hilfe von Experten für die einzelnen taxonomischen Gruppe.
2. Beobachtung auf dem Gebiet
   1. Wählen Forschungsstandorte auf der Grundlage ihrer Zugänglichkeit, der Einwohnerzahl und die Anzahl der Blumen Besucher. Wählen Sie Zeitperioden , die eine repräsentative Stichprobe von Blumen Besucher in der Blütezeit umfassen und bestimmen Beobachtungsperioden auf Basis von Forschungszielen (zB für die Forschung auf Visitation Frequenzschwankungen , die durch Blumen Besucher sollten lange Zeiträume festgelegt werden).
   2. Bereiten Sie die entsprechende Aufnahmegeräte wie digitale Videokameras (zB für Nachtaufnahme, Videokameras mit einer Infrarot - Funktion sollte) verwendet werden.
   3. Wählen Sie die Ziel Blumen in der gleichen Weise wie bei 1.1.4.
   4. Befestigen Sie die Videokameras auf Aluminiumstative. Stellen Sie die Kameras mit Stativen vor den Zielpersonen, etwa 50 cm entfernt.
   5. Prüfen und die Lichtmenge zu ändern und den Fokus der Materialien auf den Bildschirmanzeigen der Kameras vor filmen.
   6. Starten Sie die visuelle Beobachtung und Videoaufnahmen zur gleichen Zeit für die entsprechenden Zeitzonen geschätzt durch die vorge Beobachtungen (im vorliegenden Fall, Beobachtungsperiode für mehr als sechs Stunden im Durchschnitt von ca. 5.00 Uhr bis 13.00 Uhr ).
   7. Identifizieren Sie die Arten Namen der Besucher und Bestäuber, und ihre Namen aufzuzeichnen und die Zeiten ihrer Besuche auf den Aufzeichnungsblättern.
   8. Erfassen und identifizieren die Besucher und Bestäuber in der gleichen Weise wie in 1.1.4.5.
   9. Wiederholen Sie die Schritte 1.2.1 bis 1.2.7 für jede observation Zeitraum. Stellen Sie die Beobachtungszeiten auf der Grundlage der Forschungsziele und Pre-Beobachtungsdaten.
3. Datenanalysen Nach Beobachtung
   1. Identifizieren der Arten Namen der aufgenommenen Proben nach pollinator Beobachtung in der gleichen Weise wie in 1.1.4.6.
   2. Schauen Sie sich die Videoclips und beachten Sie die Artnamen und deren Besuchszeiten in der gleichen Weise wie für die visuelle Beobachtung.
   3. Berechnen Sie die Besuchsfrequenzen pro Blume pro Stunde jedes Blumen Besucher aus der visuellen Beobachtung und Videoaufnahme-Daten. Vergleichen Sie diese Frequenzen statistisch zwischen den Standorten und Jahren jedes Besuchers geeigneten statistischen Methoden auf Basis von grundlegenden Statistiken und mit geeigneter Software, wie zum Beispiel R, SPSS und / oder SAS - ^33-35 ( zum Beispiel ein Zwei-Wege - Varianzanalyse (ANOVA ) mit Tukey ehrlich signifikanten Unterschied (HSD) Test in R-Software).

2. Absackung und Cage Experimente

1. Die Vorbereitungen für die Absackung und Cage Experimente
   1. Für die Absackung Experimente, bereiten Beutel , die kleine Maschenweiten (~ 0,5-1 mm) und nutzen sie vollständig zu verhindern Blume Visitation (zB Vliesstofftaschen wurden in 2011 für die Absackung Experimente verwendet und 2012) haben.
   2. Für den Käfigexperimenten, Draht oder Kunststoffgitter Platten mit einem Durchmesser herzustellen, die das Ziel kleiner Besucher passieren lässt, schließt aber die größeren und diese Maschenplatten verbinden, einen Käfig zu bilden. Stellen Sie sicher, dass es keine Lücken größer als die Maschenweite sind. Anpassen der Größe und Form der Käfige auf der Basis der Zielpflanzenspezies und einzelne Zahlen.
2. Absackung Experimente
   1. Wählen Sie 30 Individuen pro Behandlung, die keine Schäden durch Pflanzenfresser oder an einer schweren Umwelt haben. Für die Behandlung, eine einzelne Blume von jeder einzelnen Anlage wählen oder einzelne Blumen auf einer einzigen Anlage verwenden.
   2. Tasche ter Blumen auf dem Gebiet gezielt nach ihnen mit Klebeband Beschriftung (Seriennummer und Alphabet; Abbildung 1 g). Achten Sie darauf, nicht die Antheren oder die Stigmata in den Taschen zu berühren die Möglichkeit der Selbstbestäubung zu vermeiden.
   3. Sorgfältig fixieren Taschen zu den Blumen eine weiche Schnur oder einem Draht (Abbildung 1d) verwendet wird .
   4. aufrecht einzelne Blüten mit Stützen mit weichen Schnur oder einem Draht zur Unterstützung der Personen, gegen Kippen oder Zusammenbruch unter dem Gewicht der Beutel oder den Wind, wie nötig vorsichtig eingestellt. Twist oder wickeln eine Schnur oder einem Draht sanft um den Stiel einer Zielperson, um nicht Schaden zu schaffen.
   5. Behandlungen in den Absacken Experimente
      1. Für die "Control" Behandlung, befestigen Sie die Etiketten an den Ziel Blumen und keine Behandlung durchzuführen. Lassen Sie Blumen Besucher frei zu besuchen.
      2. Für die "Auskreuzung" Behandlung, decken Sie die Knospen, bis sie blühen, und dann die Antheren der abgefüllten Blumen zu entfernen. Setzen Sie etwas pollen Körner von mehreren Personen auf der Stigmata.
      3. Für die "Selbstung" Behandlung, decken Sie die Knospen, bis die Blüten öffnen, und setzen Pollen aus den gleichen Blumen auf ihre Stigmata. Decken Sie diese behandelt Blumen wieder.
      4. Für die "Auto-Selbst" Behandlung, decken Sie die Knospen mit Taschen, bis zum Ende der Blütezeit.
      5. Für die "Breaking Knospe" Behandlung, identifizieren die zu brechen Knospen , die besucht wurden , und den Eingang oder den Ausgang von kleinen Bienen (1b, c) zu beobachten. Entfernen Sie die Antheren der Bruchknospen auf der gleichen Blume nach dem Besuch von kleinen Bienen wiederholt Pollenablagerungen zu verhindern, und Beutel diese Knospen schnell weitere Heimsuchungen zu verhindern.
      6. Für die "Blüte" Behandlung, Tasche die Knospen bis zur Eröffnung der Bühne Visitationen mit dem Brechknospenstadium zu vermeiden. Danach entfernen Sie die Taschen und ermöglichen den Besuchern, Nektar und Pollen zu sammeln.
      7. Für die "Bud" Behandlung,die Antheren aus ungeöffneten Knospen entfernen und sie künstlich Auskreuzung. Bag diese Knospen schnell Blume Heimsuchungen zu verhindern.
3. Cage Experimente
   1. Decken Sie die Zielpflanze Personen mit vorbereiteten Käfige. Stellen Sie die Positionen von caged Blumen von Hand Kontakt und Pollenablagerungen zwischen verschiedenen Stigmata (Abbildung 1e) zu verhindern.
   2. Für den "Käfig" Behandlung, wählen Sie die Personen mit ungeöffneten Knospen und setzen Etiketten auf sie für die Identifizierung von ausgewählten Blumen. Cage die Individuen mit markierten Knospen , die Einflüsse aus der Zeit vor der Errichtung von Käfigen (dh Blumen Insekten ungeöffnete Knospen besuchen können, und nur die Effekte von Insekten , die nach der Platzierung von Käfigen besuchen kann nicht abgeschätzt werden) abzulehnen.
   3. Bringen Sie die Käfige fest am Boden mit Eisenstangen Eintritt von Besuchern zwischen dem Kabinenboden und dem Boden zu verhindern.
4. Datenanalysen After der Absackung und Cage Experimente
   1. Sammeln Sie alle der markierten Blumen am Ende der Blütezeit (Abbildung 1 g) durch Schneiden und sie von den mütterlichen Individuen zu trennen. Bewahren Sie jede markierte Probe separat ihre Kontamination zu verhindern.
   2. Überprüfen Sie, ob das Vorhandensein oder Fehlen von Obst auf jedem Satz markiert flower.Record die Samen Zahlen der jeweiligen Frucht bei Einstellung Früchte.
   3. Berechnen Sie das Verhältnis von Frucht Zahlen pro Blume (Obst-Set-Verhältnis, definiert als die Anzahl der Früchte durch die Anzahl der Blumen geteilt) und der Samenzahl pro reifen Früchte (Samen-Satz-Verhältnis, definiert als die Anzahl von Samen dividiert durch die Anzahl von Ovula) alle aufgenommenen Zahlen.
   4. Statistisch gesehen vergleichen die Frucht- und Samensatz Verhältnisse zwischen den Behandlungen geeigneten Methoden und Software, wie zum Beispiel jene , die in 1.3.3 (zB one-way ANOVA mit Tukey HSD oder Fisher-Test in R - Software ³³⁾ verwendet wird .
   5. Untersuchungen der Materialien, die die Ergebnisse der Experimente mit Absacken
      1. Um zu testen, die Notwendigkeit von Tier Bestäuber, vergleichen die Ergebnisse statistisch zwischen "Control" und "Auto-Selbst" Behandlungen.
      2. Um den Grad der Pollen Begrenzung abschätzen zu können, vergleichen Sie die "Control" und "Auskreuzung" Behandlungen.
      3. Um zu testen, Selbst Kompatibilität, vergleichen Sie die "Auskreuzung" und "Selbstung" Behandlungen.
   6. Bewertungen der Einflüsse des Brechens Knospe Bestäubung
      1. Vergleichen Sie die "Control" und "Bud" Behandlungen, um zu bestimmen, ob die Stigmata der Bruch Knospen reproduktiv reif sind und ob der Wert der "Control" Behandlung kann für die Steuerung mit dem Brechknospenstadium verwendet werden.
      2. Vergleichen Sie die "Auto-Selbst" und "Breaking Knospe" Behandlungen, um zu bestimmen, ob der Reproduktionserfolg von Blumen bestäubt mit kleinen Bienen am Bruch-BUD Stadium ist statistisch höher als die von Pflanzen Durchführung autogamy (dh zu testen , die Existenz zu brechen Knospe Bestäubung). Danach, zu vergleichen, diese beiden Behandlungen mit dem "Control", um die Bestäubung Effizienz des Brechens Knospe Bestäubung zu schätzen.
      3. Vergleichen Sie die "Breaking Knospe", "Cage" und "Blüte" Behandlungen die Fortpflanzungs Einflüsse brechen Knospe Bestäubung zu schätzen.

Ergebnisse

Fünf Populationen wurden für Bestäuber Beobachtungen ausgewählt. In der Pre-Beobachtungsphase, Visitationen verschiedener Insektenarten zu öffnen Blumen und kleine Bienen zu brechen Knospen wurden bestätigt. Floral Besucher Beobachtungen zeigten , dass die meisten der Besucher auf allen fünf Prüfzentren Individuen der kleinen Bienenarten Lasioglossum japonicum waren. Die Gesamtbesuchsrekord zeigte , dass die Visitation Verhältnisse dieser Art an drei Standorten ...

Diskussion

Blumen-Beobachtungen und Absackung Experimente wurden in dieser Studie verwendet, um die Besuchsfrequenzen zu offenbaren und die weiblichen Fortpflanzungserfolg der Pflanzen sind. In Dafni (1992) ^38, war die Videoband - Verfahren effektiv , weil sie den Zeitpunkt und die Dauer der Besucher für die Analyse aufzeichnen konnte , und Beobachter Bias verhindern. Jedoch zu der Zeit, benötigt dieses Verfahren eine teure Ausrüstung und die Beobachtungszeiten wurden durch die Batterielebensdauer begrenzt. Vor kurze...

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
recording sheet	any	NA
insect net	any	NA
pooter	any	NA
ethyl acetate	any	NA
100% Ethanol	any	NA
plastic tube	any	NA
plastic case	any	NA
soft bag	any	NA
digital video camera(s)	any	NA
tripod(s)	any	NA
bags	any	NA
wire or plastic mesh boards	any	NA
iron wires	any	NA
labeling tape	any	NA
stick supporters	any	NA
soft strings or wire	any	NA
pincette(s)	any	NA