Gli esperimenti sul campo di Ecologia: il caso di<em&gt; Sanguinea Lycoris</em&gt; Var.<em&gt; sanguinea</em

Riepilogo

Per rivelare l'efficacia impollinatore di una data specie di piante, sono stati sviluppati diversi metodi di esperimenti sul campo. Questo studio dimostra i metodi di base di esperimenti sul campo per l'ecologia l'impollinazione utilizzando il caso di studio di Lycoris sanguinea var. Sanguinea e il meccanismo di impollinazione romanzo, rompendo con auricolari impollinazione.

Abstract

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.

Introduzione

interazioni pianta-impollinatori sono i principali esempi per lo studio della biologia evolutiva e l'ecologia. I rapporti mutualistici tra fiori e impollinatori si pensa siano promosso la diversificazione delle angiosperme ^1,2 a seguito della selezione naturale, anche se altri fattori biotici e abiotici hanno anche esercitato un'influenza ^3,4,5. Si ritiene anche che i tratti floreali hanno cambiato per adattarsi alle impollinatori più efficaci e di produrre più frutti e delle sementi ^6. Queste credenze sono stati costruiti anche grandi studi basati su diversi indici, come ad esempio l'efficacia di impollinazione, che coinvolgono varie interpretazioni ^7.

Piante da fiore che sono generalizzati i sistemi di impollinazione sono visitati da vari tipi di impollinatori ^8. Qui, un visitatore di fiori è stata definita come una specie animale che hanno visitato per ottenere una ricompensa floreale, e impollinatori sono stati definiti come i visitatori floreali che impollinano.Alcuni di questi visitatori portano granelli di polline conspecifici per le stimmate dei fiori visitati e possono essere classificate come impollinatori. Altri visitatori possono anche avere un po 'di polline intraspecifica; essi potrebbero condurre meno l'impollinazione a causa di mancate corrispondenze comportamentali o morfologiche tra gli impollinatori ei fiori. Queste differenze comparabili nel contributo alla riproduzione delle piante in grado di produrre vari gradi di pressione selettiva sui tratti floreali ⁹ e potrebbero causare la divergenza adattativa di piante da fiore. Pertanto, anche se la composizione della comunità impollinatore e della specie abbondanza relativa sono importanti ^10, la valutazione accurata dell'efficacia di ogni visitatore è anche fondamentale per determinare la adattativa e / o processi evolutivi delle piante.

In questo studio, le stime quantitative di efficienza impollinatori, definita come la produzione di frutta e semi per la frequenza di visita, sono stati determinati ^11. Le specificheSono stati osservati i e la frequenza di ogni visitatore floreale, e gli effetti riproduttivi sui fiori visitati sono stati stimati. La registrazione delle visite floreali attraverso osservazioni umani è un metodo classico in ecologia impollinazione. Tuttavia, questo metodo impone un notevole onere osservatori, che devono rimanere davanti piante e per prendere accurate, misurazioni a lungo termine. Di recente, le tecnologie di ripresa e la registrazione sono rapidamente sviluppate e videocamere digitali a basso costo hanno consentito l'introduzione di registrazione video alle osservazioni impollinatori ^12,13. Questi metodi possono facilitare la raccolta di informazioni di base sui visitatori floreali e potrebbero contribuire a sviluppare una comprensione dell'ecologia impollinazione di una specie vegetale di destinazione.

Tuttavia, le frequenze di visita degli impollinatori non sono necessariamente correlati alla loro efficacia impollinazione ^7,14, ed è importante per valutare gli effetti qualitativi di ciascuna pollinatorsul fiore di fitness. L'impollinazione efficacia è stata valutata attraverso il numero di granelli di polline sul stimmate ^15,16, tubetto pollinico crescita ^17,18 e frutta e / o produzione di sementi ^19,20. Insaccamento esperimenti, condotti utilizzando sacchetti di visitatori esclusiva, sono i metodi tipici per prove self-compatibilità, autogamia ^21,22, e la presenza di apomixes ^23. Inoltre, la valutazione dell'efficacia impollinazione per un certo pollinator nell'assemblaggio visitatore è stata spesso condotta in ambienti dove altri visitatori floreali sono stati limitati (cioè, una gabbia metallica, rete, o sacchetto con una maglia abbastanza piccolo da escludere impollinatori più grandi che è insieme a piante da fiore). Ad esempio, sono stati condotti esperimenti di insaccamento con piccoli sacchetti di rete per rivelare la capacità di impollinazione delle formiche o tripidi ^24,25. Inoltre, gli esperimenti di esclusione uccello usando una gabbia di filo o rete hanno dimostrato gli impollinatori efficaci di taxa Aloe^26-28.

Gli obiettivi di questo studio erano: 1) per introdurre i metodi utilizzati in un precedente lavoro e 2) per migliorare questi metodi per uso generale in altri studi sui visitatori floreali, le loro frequenze di visita, ei loro effetti sulla forma fisica impianto Lycoris sanguinea var.. sanguinea è una delle specie incluse nel genere Lycoris, che viene distribuito ampiamente in tutto il Giappone e stretto in Corea ²⁹ e ha a forma di imbuto rosso-arancio fiori (Figura 1a). Un precedente studio ha rivelato che L. sanguinea var. sanguinea è stata visitata da più specie di insetti, tra cui un non identificate specie di api per piccoli gruppi e le specie più grandi Amegilla Florea ^29. Tuttavia, la frequenza di visita e l'impollinazione efficacia di questi visitatori non sono stati identificati. osservazioni impollinatori per l'identificazione dei visitatori floreali sono state eseguite prima. Visitazione da piccole api è stato observ ati sui fiori che non erano ancora completamente aperto (rottura gemme, le figure 1b, c). Le piccole api mossi in fretta intorno alle antere undehisced nei germogli di rottura e raccolte polline con le loro mandibole. L'ipotesi era che le piccole api potrebbero essere impollinatori in fase di rottura con auricolari, perché il divario tra le antere e le stimmate nei fiori erano più piccole rispetto alla lunghezza del corpo delle api. Pertanto, gli esperimenti sono stati condotti insacco per testare la capacità di impollinazione delle piccole api in fase di rottura con auricolari, e inoltre di esaminare le strategie riproduttive di L. sanguinea var. sanguinea. Queste gemme sono stati insaccato dopo le piccole api visitati, che hanno permesso una stima della capacità di impollinazione delle api. Gli individui sono stati ingabbiati con boccioli chiusi. Una gabbia a maglie è stato usato, attraverso i quali solo piccole api potrebbero passare, consentendo una stima delle efficienze impollinazione delle piccole api nell'intero flowefase anello.

Protocollo

NOTA: Questo articolo è basato sul nostro lavoro precedente ^30. Alcune parti sono riprodotte con l'autorizzazione dalla Società Botanica del Giappone e Springer Giappone.

1. L'osservazione di Floral Visitatori

1. La selezione dei campi di osservazione
   1. Cerca le aree in cui sono distribuiti i materiali vegetali, e selezionare i siti di studio candidato utilizzando le risorse affidabili, come libri illustrati, riviste accademiche, ecc Regolare il numero di siti di studio per soddisfare gli obiettivi di ricerca (ad esempio, una vasta gamma di posizioni per il confronto dei visitatori fiori in Giappone).
   2. Controllare le posizioni delle popolazioni candidati selezionati e le distanze da importanti punti di partenza, quali istituti di ricerca e gli alloggi, se è necessaria la ricerca a lungo termine.
   3. Stimare approssimativamente ogni dimensione della popolazione contando il numero di individui vegetali in una unità di superficie. Selezionare le grandi popolazioni di esperimento manipolatas utilizzando molti individui vegetali.
   4. Pre-osservazione dei visitatori floreali
      1. Decidere quale indirizzare individui in ogni area sarà osservato durante lo stesso intervallo di tempo, a seconda della densità della popolazione. Selezionare 5-10 fiori appena aperti o rottura gemme come i fiori di destinazione, e respingere quelli degradati che sono già aperte.
      2. Avviare l'osservazione visiva per il periodo di un giorno intero, perché i fiori potrebbero essere visitati da diversi impollinatori nel tempo diverse categorie di ^31,32.
      3. Sui fogli di registrazione, registrare il nome della specie di visitatori floreali e il tempo di ogni visita per ora per ogni fiore.
      4. Strettamente osservare se i visitatori floreali toccare le antere e / o stimmate; se lo fanno, registrare i visitatori come impollinatori. Se i visitatori floreali visitano solo i fiori e non toccare gli organi riproduttivi, registrarle come visitatori.
      5. Utilizzando una rete di insetti o di aspiratore fatti a mano, catturare i visitatori floreali per identificare econservarli come campioni (Figura 1F). Uccidere i visitatori intrappolate rapidamente con acetato di etile o pressione delle dita al torace, e conservarli in un sacchetto molle o in un tubo di plastica o caso con etanolo al 100%.
      6. Dopo l'osservazione, identificare i nomi specifici dei campioni con caratteristiche morfologiche o, in caso di difficoltà di identificazione, richiedere l'aiuto di esperti per ogni gruppo tassonomico.
2. Osservazione nel campo
   1. Selezionare i siti di ricerca in base alla loro accessibilità, dimensioni della popolazione, e il numero di visitatori floreali. Scegli periodi di tempo che includono un campione rappresentativo di visitatori floreali nella stagione della fioritura, e di determinare i periodi di osservazione sulla base di obiettivi di ricerca (ad esempio, per la ricerca sulle fluttuazioni visita frequenza di visitatori floreali, lunghi periodi di tempo devono essere impostati).
   2. Preparare l'apparecchio di controllo appropriato, ad esempio videocamere digitali (ad esempio, per la registrazione di notte, telecamere con funzione infrarossi devono essere utilizzati).
   3. Selezionare i fiori bersaglio nello stesso modo come per 1.1.4.
   4. Fissare le telecamere per treppiedi in alluminio. Impostare le telecamere con treppiedi davanti individui bersaglio, circa 50 cm di distanza.
   5. Controllare e modificare la quantità di luce e la messa a fuoco dei materiali sulle schermate delle telecamere prima di girare.
   6. Avviare l'osservazione visiva e riprese video, allo stesso tempo per i fusi orari appropriati stimati dalle pre-osservazioni (nel caso di specie, periodi di osservazione sono stati per più di sei ore in media, da circa 05:00-13:00 pm ).
   7. Identificare i nomi delle specie dei visitatori e impollinatori, e registrare i loro nomi e gli orari delle visite sui fogli di registrazione.
   8. Cattura e identificare i visitatori e impollinatori nello stesso modo come in 1.1.4.5.
   9. Ripetere i passaggi da 1.2.1 a 1.2.7 per ciascuna observatioperiodo di n. Impostare i periodi di osservazione sulla base degli obiettivi di ricerca e dei dati pre-osservazione.
3. Analisi dei dati dopo l'osservazione
   1. Identificare i nomi delle specie di esemplari catturati dopo l'osservazione impollinatore nello stesso modo come in 1.1.4.6.
   2. Controllare i video clip e annotare i nomi delle specie e dei loro tempi di visita nello stesso modo come per l'osservazione visiva.
   3. Calcolare le frequenze di visita al fiore per ogni ora di ogni visitatore floreali dai dati di osservazione e registrazione video visivi. Confrontare queste frequenze statisticamente tra i siti e gli anni di ogni visitatore con metodi statistici appropriati sulla base di statistiche fondamentali e utilizzando il software adatto, come R, SPSS, e / o SAS ^33-35 (ad esempio, l'analisi a due vie della varianza (ANOVA ) con onesto il test di Tukey differenza significativa (HSD) nel software R).

2. Insaccamento e Cage Esperimenti

1. I preparativi per l'insaccamento e Esperimenti Cage
   1. Per gli esperimenti di insaccamento, preparare borse che hanno maglie di piccole dimensioni (~ 0,5-1 mm) e li usa per prevenire completamente fiore visita (ad esempio, borse in tessuto non tessuto sono stati utilizzati per gli esperimenti di insaccamento nel 2011 e 2012).
   2. Per gli esperimenti gabbia, preparare schede di filo metallico o di maglia di plastica con un diametro che permette ai visitatori l'obiettivo più piccoli di passare attraverso, ma esclude quelli più grandi, e collegare queste schede in rete in modo da formare una gabbia. Assicurarsi che non ci siano spazi più grandi del diametro della maglia. Regolare la dimensione e la forma delle gabbie in base alle specie vegetali di destinazione e numeri individuali.
2. Esperimenti insacco
   1. Selezionare 30 individui per un trattamento che non hanno alcun danno da erbivori o da un ambiente severo. Per il trattamento, scegliere un singolo fiore da ogni singolo impianto, o utilizzare singoli fiori su un singolo impianto.
   2. Borsa tegli bersaglio fiori nel campo dopo etichettandoli con del nastro (numero di serie e l'alfabeto; Figura 1g). Fare attenzione a non toccare le antere o le stigmate all'interno dei sacchi per evitare la possibilità di auto-impollinazione.
   3. Con attenzione risolvere i sacchetti ai fiori utilizzando una stringa morbida o filo (Figura 1d).
   4. impostare con attenzione i singoli fiori in posizione verticale con supporti utilizzando morbida corda o filo per sostenere le persone nei confronti di inclinazione o collasso sotto il peso dei sacchetti o il vento, se necessario. Twist o vento una stringa o filo morbidamente intorno al gambo di un individuo di destinazione, in modo da non creare danni.
   5. Trattamenti in esperimenti di insaccamento
      1. Per il trattamento "di controllo", applicare le etichette ai fiori di destinazione e condurre nessun trattamento. Consentire ai visitatori floreali da visitare liberamente.
      2. Per il trattamento "Outcrossing", coprire i germogli fino a quando il fiore, e quindi rimuovere le antere dei fiori insaccato. Metti un po 'Pollen cereali da più persone sul stimmate.
      3. Per il trattamento "autofecondazione", coprire i germogli fino a quando i fiori aperti, e mettere il polline dai fiori delle stesse sul loro stimmate. Coprire di nuovo questi fiori trattati.
      4. Per il trattamento "Auto-sé", coprire le gemme con borse fino alla fine della stagione di fioritura.
      5. Per il trattamento "Breaking bocciolo", individuare i germogli di rottura che sono stati visitati e osservare l'ingresso o l'uscita di piccole api (Figure 1b, c). Rimuovere le antere dei germogli di rottura per evitare deposizioni polline ripetuti sullo stesso fiore, dopo la visita da parte delle piccole api, e la borsa queste gemme in fretta per evitare ulteriori visite.
      6. Per il trattamento "Fioritura", borsa i germogli fino alla fase di apertura per evitare visite nella fase di rottura con auricolari. Dopo di che, togliere le borse e permettono ai visitatori di raccogliere nettare e polline.
      7. Per il trattamento "Bud",rimuovere le antere dai germogli non aperti e li outcross artificialmente. Bag queste gemme in fretta per evitare visite di fiori.
3. Esperimenti Cage
   1. Coprire i soggetti vegetali bersaglio con gabbie preparate. Regolare la posizione dei fiori in gabbia a mano per evitare il contatto e polline deposizioni tra diversi stigmate (Figura 1e).
   2. Per il trattamento "gabbia", selezionare gli individui con i germogli non aperti e mettere etichette su di loro per l'identificazione dei fiori selezionati. Cage gli individui con i germogli etichettati per rifiutare le influenze da prima della creazione di gabbie (ad esempio, gli insetti floreali non possono visitare i germogli non aperti, e solo gli effetti di insetti che visitano dopo il posizionamento delle gabbie può essere stimato).
   3. Fissare le gabbie saldamente al suolo con pali di ferro per prevenire l'ingresso di visitatori tra la base della gabbia e la terra.
4. Analisi dei dati After l'insaccamento e Esperimenti Cage
   1. Raccogliere tutti i fiori etichettate al termine della stagione di fioritura (Figura 1g) tagliando e separandoli dagli individui materni. Conserva ogni campione etichettato separatamente ad evitarne la contaminazione.
   2. Verificare la presenza o l'assenza di frutta impostato su ciascuna etichetta flower.Record i numeri seme del frutto nel caso di impostazione frutta.
   3. Calcolare il rapporto dei numeri di frutta per fiori (rapporto frutta-set, definito come il numero di frutti diviso per il numero di fiori) e del numero di semi per frutto maturo (rapporto di semi-set, definito come il numero di semi diviso per il numero di ovuli) utilizzando tutti i numeri registrati.
   4. Confrontare Statisticamente i rapporti di frutta- e semi-impostati tra i trattamenti con metodi e software adeguati, come quelli elencati in 1.3.3 (ad esempio, una via ANOVA con HSD di Tukey o il test esatto di Fisher nel software R ^33).
   5. Le indagini dei materiali con i risultati degli esperimenti di insacco
      1. Per verificare la necessità di impollinatori animali, statisticamente confrontare i risultati tra "controllo" e trattamenti di "auto-self".
      2. Per stimare il grado di limitazione polline, confrontare il "controllo" e trattamenti "fecondazione incrociata".
      3. Per eseguire il test di auto-compatibilità, confrontare il "Outcrossing" e trattamenti "autofecondazione".
   6. Le valutazioni delle influenze di rompere con auricolari impollinazione
      1. Confrontare il "controllo" e trattamenti "Bud" per determinare se le stigmate delle gemme di rottura sono riproduttivo maturi e se il valore del trattamento "controllo" può essere utilizzato per il controllo in fase di rottura con auricolari.
      2. Confrontare il "Auto-sé" e trattamenti di "Breaking Bud" per determinare se il successo riproduttivo dei fiori impollinati con piccole api alla rotturafase -BUD è statisticamente più elevata di quella degli impianti che effettuano autogamia (cioè, per verificare l'esistenza di impollinazione rompere auricolari). Dopo di che, confrontare questi due trattamenti con il "controllo" per stimare l'efficienza impollinazione di impollinazione rompere con auricolari.
      3. Confrontare il "Breaking bocciolo", "Gabbia" e "trattamenti fioriti" per stimare le influenze riproduttivi di impollinazione rompere con auricolari.

Risultati

Cinque le popolazioni sono stati selezionati per le osservazioni impollinatori. Nella fase di pre-osservazione, sono state confermate le visite di varie specie di insetti ai fiori di apertura e le piccole api a gemme di rottura. Osservazioni visitatori floreali hanno rivelato che la maggior parte dei visitatori di tutti e cinque i siti di studio erano gli individui delle piccole specie di api japonicum Lasioglossum. Il record totale visita ha dimostrato che i rapporti di visita ...

Discussione

osservazioni di fiori ed esperimenti di insaccamento sono stati impiegati in questo studio per rivelare le frequenze di visita e la femmina successo riproduttivo delle piante, rispettivamente. In Dafni (1992) ^38, il metodo videotape era efficace perché potrebbe registrare il tempo e la durata dei visitatori per analisi e prevenire preconcetto dell'osservatore. Tuttavia, al momento, questo metodo richiede attrezzature costose, ed i tempi di osservazione fosse limitata dalla durata della batteria. Recentem...

Materiali

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