수분 (受粉) 생태학의 필드 실험 :의 케이스<em&gt; 상사화 sanguinea</em&gt; VAR.<em&gt; sanguinea</em

요약

특정 식물 종의 매개자 효과를 나타 내기 위해 필드 실험의 여러 방법들이 개발되어왔다. 이 연구는 상사화 sanguinea var에. sanguinea의 사례 연구와 새로운 수분기구, 파괴 버드의 수분을 이용하여 수분 생태에 대한 현장 실험의 기본 방법을 보여줍니다.

초록

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.

서문

식물 수분 매개자 상호 작용은 진화 생물학 및 생태학의 연구를위한 주요 예입니다. 다른 생물과 비 생물 적 요인도 영향 ^3,4,5을 발휘하고 있지만 꽃과 꽃가루 매개자 사이의 의존형 관계는 자연 선택의 결과로 피자 식물 ^{1, 2의} 다양 화를 추진 한 것으로 생각된다. 또한 꽃 형질 가장 효과적인 매개자에 적응하는 등의 과일 및 종자 ^(6)을 생성하도록 변경했다고 생각된다. 이러한 신념은 다양한 해석 ^(7)를 포함하는 등의 수분 효과 등 다양한 지표를 기반으로 대형 연구, 비록 구성되어있다.

수분 시스템을 일반화 한 꽃 식물은 꽃가루 매개자 ^8의 여러 유형에 의해 방문했다. 여기서, 꽃 방문자는 꽃 보상을 얻기 위해 방문하고, 꽃가루 매개자가 수분 꽃 방문자로 정의 된 동물 종으로 정의 하였다.이러한 방문자 중 일부는 방문 꽃의 낙인에 conspecific 꽃가루 곡물을 수행하고 수분 매개자로 분류 할 수있다. 다른 방문자는 또한 일부 종자 간 꽃가루를 가질 수있다; 그들은 인해 수분 매개자과 꽃 사이의 행동이나 형태 학적 불일치에 적은 수분을 수행 할 수 있습니다. 식물 재생에 기여 이러한 비교 차이는 꽃의 특성 ⁹ 선택적 압력의 변화 정도를 생산할 수와 꽃 피는 식물의 적응 차이가 발생할 수 있습니다. 매개자 커뮤니티의 조성 및 상대 존재비 종 ¹⁰ 중요하지만 따라서 각 방문자의 효과에 대한 정확한 평가는 적응 및 / 또는 식물의 진화 과정을 결정하는 것도 중요하다.

본 연구에서는 방문 주파수 당 과일과 종자 생산으로 정의 수분 매개자 효율성, 정량적 추정 ^(11)을 측정 하였다. 사양IES 각 꽃 방문자 주파수 관찰하고, 방문 꽃 생식 효과를 추정 하였다. 인간의 관찰을 통해 꽃의 방문 기록은 수분 생태학의 고전적인 방법이다. 그러나,이 방법은 식물의 앞에 유지 세심한 장기 측정을 수행하는 데 필요한 관찰자에 큰 부담을 부과한다. 최근, 촬영 및 기록의 기술이 빠르게 개발하고, 저가의 디지털 비디오 카메라 ^{(12, 13)의} 관찰 매개자로 녹화의 도입을 가능했다. 이러한 방법은 꽃 방문자에 대한 기본 정보의 수집을 용이하게 할 수 및 대상 식물 종의 수분 생태에 대한 이해를 개발하는 데 도움이 될 수.

그러나 매개자의 방문 주파수는 반드시 그들의 수분 효과 ^7,14 상관 및 각 매개자의 질적 효과를 평가하는 것이 중요하지꽃 적당합니다. 수분 효과는 낙인 ^{(15, 16)에} 꽃가루 입자의 수, 꽃가루 관 성장 ^{(17, 18)와} 과일 및 / 또는 종자 생산 ^{(19, 20)을} 통해 추정되고있다. 실험을 포기할 자기 호환성, autogamy ^{21, 22,} 및 apomixes ^(23)의 존재를 테스트하기위한 일반적인 방법은, 방문자 전용 가방을 사용하여 실시 하였다. 다른 꽃 방문자가 제한 한 경우 또한, 방문자의 조립의 특정 수분 매개자에 대한 수분 효과의 평가는 자주 환경에서 진행되고있다 (즉,하다 큰 꽃가루 매개자를 제외 할만큼 작은 메쉬 와이어 케이지, 그물, 또는 가방 꽃 식물에 설정). 예를 들어, 작은 메쉬 가방을 포기할 실험은 개미 나 총채 벌레 ^{(24, 25)의} 수분 능력을 나타 내기 위해 실시 하였다. 또한, 와이어 케이지 또는 그물을 사용하여 새 제외 실험은 알로에 분류군의 유효 수분 매개자를 보여 주었다^{26 ~ 28.}

이 연구의 목적은 같다 : 1) 이전 논문에서 사용 된 방법을 소개하고, 2) 꽃 방문자들이 방문 주파수에 다른 연구에서 일반적으로 사용하기 위해 이러한 방법을 개선하고, 식물의 체력에 미치는 영향 상사화 sanguinea var에 있습니다.. sanguinea는 일본 전역과 좁게 한국 ^(29)에 광범위하게 분산 깔때기 모양의 붉은 오렌지 꽃 (그림 1a)를 가지고있다 속 상사화에 포함 된 종 중 하나입니다. 이전의 연구는 것으로 나타났습니다 L. sanguinea var에. sanguinea는 알 수없는 작은 꿀벌 종과 큰 종 Amegilla의 플로레 ^(29)를 포함한 여러 곤충 종에 의해 방문했다. 그러나 이러한 방문자의 방문 빈도와 수분 효과는 확인되지 않았다. 꽃 방문자의 식별을위한 수분 매개자 관측 먼저 수행 하였다. 작은 꿀벌에 의해 방문이 obse했다아직 완전히 개방하지 않은 꽃 rved (싹을 깨고,도 1B, C). 작은 꿀벌은 파괴 싹의 undehisced 꽃밥 주위에 황급히 이동과 하악골을 사용하여 꽃가루를 수집. 가설은 꽃밥과 꽃의 낙인 사이의 간격이 꿀벌의 몸 길이보다 작은 있었기 때문에 작은 꿀벌 파괴 버드 단계에서 수분 매개자가 될 수 있었다. 따라서, 포기할 실험은 L.의 생식 전략을 검토하는 추가 파괴 버드 단계에서 작은 꿀벌의 수분 능력을 테스트하기 위해 실시되었다 sanguinea var에. sanguinea. 이러한 싹이 꿀벌의 수분 능력의 추정을 허용 방문한 작은 꿀벌, 후 체포되었다. 개인은 개봉 싹이 갇힌했다. 작은 메쉬 케이지는 전체에 flowe에 걸쳐 작은 꿀벌의 수분 효율성의 추정을 가능하게 만 작은 꿀벌이 통과 할 수있는을 통해 사용링 단계.

프로토콜

참고 :이 문서는 이전 작업 ^(30)에 기초한다. 일부 부품은 일본과 스프링 일본의 식물 사회에서 허가 재판된다.

1 . 꽃 방문자의 관측

1. 관찰 필드의 선택
   1. 식물 물질이 분산되어있는 부분을 검색하고, 연구 목적 (맞춰 조사 위치의 수를 조정 등 그림책 학술지, 신뢰할 자원을 이용하여 상기 후보 학습 사이트를 선택 등을위한 위치 광범위한 전국 꽃 방문자의 비교).
   2. 장기 연구가 필요한 경우 등 연구 기관과 숙박 시설 등 관련 시작점에서 선택된 후보 인구의 위치와 거리를 확인합니다.
   3. 대략 단위 면적에 식물 개체의 수를 카운트함으로써 각 모집단 크기를 추정한다. 조작 된 실험에 대한 많은 인구를 선택많은 식물 개인을 사용하여이야.
   4. 꽃 방문자의 사전 관찰
      1. 인구 밀도에 따라서 동일한 시간 구간 동안 관찰되는 각 영역에있는 개인 타겟팅 결정한다. 5-10 갓 오픈 꽃을 선택하거나 대상의 꽃으로 싹을 깨고, 이미 열었습니다 저하 된 사람을 거부합니다.
      2. 꽃이 서로 다른 시간에 다양한 꽃가루 매개자 ^{(31, 32)을} 범위로 방문 할 수 있기 때문에, 전체 일의 기간 동안 육안 관찰을 시작합니다.
      3. 기록지에 꽃 방문자의 종 이름과 꽃 당 시간 당 각 방문의 시간을 기록한다.
      4. 꽃 방문자가 꽃밥 및 / 또는 낙인을 터치 여부를 밀접하게 관찰; 그들이 할 경우, 꽃가루 매개자로 기선을 기록한다. 꽃 방문자는 꽃을 방문하여 생식 기관을 터치하지 않으면, 방문자로 기록한다.
      5. 곤충 그물 또는 손으로 만든 흡입기를 사용하여 식별 할 꽃 방문자를 캡처시편 (그림 1 층)로 보존. 흉부 에틸 아세테이트 또는 손가락 압력으로 빠르게 포획 방문자를 처치하고 부드러운 백에 100 % 에탄올 플라스틱 튜브 또는 케이스로 보존.
      6. 관찰 한 후, 형태 학적 기능을 사용하여 시편의 특정 이름을 식별하거나 식별의 어려움의 경우, 각각의 분류 학적 그룹에 대한 전문가의 도움을 요청합니다.
2. 필드에서 관측
   1. 자신의 접근성, 인구의 크기, 꽃의 방문자 수를 기반으로 연구 사이트를 선택합니다. 꽃의 계절에 꽃 방문자의 대표 샘플을 포함하는 기간을 선택하고 연구 목적에 따라 관찰 기간을 결정 (예를 들어, 꽃 방문자의 방문 주파수 변동에 대한 연구를 위해, 오랜 기간을 설정해야합니다).
   2. (디지털 비디오 카메라와 같은 적절한 녹화 장비를 준비예를 들면, 야간 촬영을위한 적외선 기능을 가진 비디오 카메라)를 이용해야한다.
   3. 1.1.4와 같은 방법으로 대상 꽃을 선택한다.
   4. 알루미늄 삼각대에 비디오 카메라를 고정합니다. 약 50cm 떨어진 목표 개인의 앞에 삼각대와 카메라를 설정합니다.
   5. 확인하고 촬영 전에 카메라의 화면이 표시 빛의 양과 재료의 초점을 수정합니다.
   6. 본 발명의 경우에 사전 - 관찰에 의해 추정 된 해당 시간대에 동일한 시간의 시각적 관찰 및 비디오 촬영을 (시작, 관측 기간에서 약 오전 5시 13시 오후 평균 이상 6 시간이었다 ).
   7. 자신의 이름과 기록지에 그들의 방문의 번 방문자와 수분 매개자의 종의 이름을 식별하고 기록한다.
   8. 캡처 1.1.4.5과 동일하게 기선 및 매개자를 식별한다.
   9. 반복 각 observatio에 대한 1.2.7에 1.2.1 단계N주기. 연구 목적 및 사전 관측 데이터에 기초하여, 관측 기간을 설정한다.
3. 데이터 분석 후 관측
   1. 1.1.4.6와 동일하게 관찰 매개자 후에 캡쳐 시편의 종 이름을 식별한다.
   2. 비디오 클립을 확인하여 육안 관찰과 동일한 방법으로 종의 이름과 방문 시간을 참고.
   3. 시각적 관찰 및 비디오 녹화 자료에서 각각의 꽃 방문자의 시간당 꽃 당 방문 주파수를 계산합니다. 이러한 R, SPSS 및 / 또는 SAS ^33-35 (예를 들면, 분산 양방향 분석 (ANOVA와 같은 기본적인 통계 적합한 소프트웨어를 사용에 기초하여 적절한 통계 방법을 이용하여 각 고객의 사이트와 년 사이에 통계적으로이 주파수 비교 ) R 소프트웨어 Tukey에의 정직 유의 한 차이 (HSD) 테스트 포함).

2. 포기할와 케이지 실험

1. 배깅과 케이지 실험을위한 준비
   1. 배깅 실험을 위해, 작은 메쉬 크기가 백 (~ 0.5 mm)를 준비하고 완전히 꽃 방문을 방지하기 위해 그것들을 사용 (예를 들면, 부직포 가방 2011 2012 배깅 실험에 사용 하였다).
   2. 케이지 실험을 위해, 대상 작은 방문자가 통과 할 수 있지만, 더 큰 것들을 제외 직경 철사 나 플라스틱 메쉬 보드를 준비하고 새장을 형성하기 위해 이러한 메시 보드를 연결합니다. 메쉬 직경보다 더 큰 틈이 없는지 확인하십시오. 대상 식물 종과 각각의 숫자에 따라 케이지의 크기와 모양을 조정합니다.
2. 포기할 실험
   1. 초식 동물이나 심한 환경에서 손상이없는 치료 30 개인을 선택합니다. 치료를 위해, 각각의 공장에서 하나의 꽃을 선택하거나 단일 공장에 개별 꽃을 사용한다.
   2. 가방 t그는 테이프로 레이블을 경기장에 꽃을 대상으로 (일련 번호와 알파벳도 1g을). 자기 수분의 가능성을 방지하기 위해 가방 안에 꽃밥 또는 낙인을 만지지 않도록주의하십시오.
   3. 조심스럽게 부드러운 문자열 또는 와이어 (그림 1D)를 사용하여 꽃에 가방을 고정합니다.
   4. 조심스럽게 필요에 따라 가방이나 바람의 무게 경사 또는 붕괴에 대한 개인을 지원하기 위해 부드러운 문자열이나 와이어를 사용하여 지원과 수직 개별 꽃을 설정합니다. 손상을 생성하지 않도록 트위스트 또는 부드럽게 목표 개인의 줄기 주위에 문자열이나 와이어를 바람.
   5. 배깅 실험에서 치료
      1. "컨트롤"치료 대상 꽃에 라벨을 부착하고 어떤 치료를 실시하지 않습니다. 꽃 방문자가 자유롭게 방문 할 수 있습니다.
      2. 은 "이종간 교배"치료를 위해, 그들은 꽃까지 싹을 포함하고 체포 꽃의 꽃밥을 제거합니다. 일부 polle을 넣어낙인 여러 개인의 n 개의 입자.
      3. 은 "Selfing"치료를 위해 오픈 꽃까지 싹을 포함, 자신의 성흔에 같은 꽃에서 꽃가루를 넣어. 다시이 처리 꽃을 커버.
      4. "자동 - 자체"치료를 위해, 꽃 시즌이 끝날 때까지 가방 싹을 커버.
      5. 은 "속보 꽃 봉오리"치료를 위해, 방문 된 깨고 싹을 파악하고 작은 꿀벌의 입구 또는 출구를 관찰 (도 1B, C). 작은 꿀벌에 의해 방문 후 같은 꽃에 반복 꽃가루 침착을 방지하기 위해 침입 싹의 꽃밥을 제거하고 가방이 싹이 빨리 더의 방문을 방지하기 위해.
      6. 은 "꽃"치료를 위해, 가방 오프닝 무대까지 싹이 파괴 버드 단계에서의 방문을 피합니다. 그 후, 가방을 제거하고 방문자가 꿀과 꽃가루를 수집 할 수 있습니다.
      7. 은 "버드"치료를 위해,개봉 싹에서 꽃밥을 제거하고 인위적를 교배. 가방이 싹이 빨리 꽃의 방문을 방지합니다.
3. 케이지 실험
   1. 준비 케이지 대상 공장 개인을 커버. 다른 성흔 (그림 1E) 사이의 접촉과 꽃가루 침착을 방지하기 위해 손으로 갇힌 꽃의 위치를 조정합니다.
   2. 은 "케이지"치료를 위해, 개봉 싹이 개인을 선택하고 선택한 꽃의 식별을 위해 그들에 라벨을 넣어. 케이지 표시 싹이 개인은 케이지 (즉, 꽃 곤충 개봉 싹을 방문 할 수 있으며, 케이지의 배치 후 방문 곤충의 효과를 추정 할 수있다)의 설립 이전부터 영향을 거부합니다.
   3. 케이지베이스와 접지 사이에 방문자의 유입을 방지하기 위해 철 기둥을 사용하여 땅에 단단히 케이지를 연결합니다.
4. 데이터 분석 AF배깅과 케이지 실험 터
   1. 절단 및 임산부 개인에서 그들을 분리하여 꽃의 계절 (그림 1g)의 끝에 표시된 꽃을 모두 수집합니다. 자신의 오염을 방지하기 위해 개별적으로 레이블이있는 각 샘플을 보존합니다.
   2. 존재 또는 표시된 각 설정 과일의 유무를 확인 과일을 설정하는 경우에 각 과일의 씨앗 번호를 flower.Record.
   3. (과일 비로 꽃의 숫자로 분할 된 과일의 수를 의미)와 수로 나눈 씨의 수로 정의 성숙한 열매 (종자 세트 비율 당 종자 수 꽃 당 열매 수의 비율을 계산 난자의) 기록 된 모든 숫자를 사용.
   4. 통계적으로 이러한 1.3.3에 나와있는 것과 같은 적절한 방법과 소프트웨어를 사용하여 치료 사이의 fruit- 및 종자 설정 비율을 비교 (예를 들어, Tukey에의 HSD 또는 R 소프트웨어 ⁽³³⁾ 피셔의 정확한 테스트와 편도 ANOVA).
   5. 배깅 실험의 결과를 사용하는 재료의 조사
      1. 통계적으로, 동물의 꽃가루 매개자에 대한 필요성을 테스트 "제어"와 "자동 자체"치료의 결과를 비교합니다.
      2. 꽃가루 제한의 정도를 추정하기 위해, "제어"와 "이종간 교배"치료를 비교합니다.
      3. 자기의 호환성을 테스트하려면 "이종간 교배"와 "Selfing"치료를 비교합니다.
   6. 속보 - 꽃 봉오리 수분의 영향의 평가
      1. 파단 싹의 낙인이 생식 성숙 여부 및 "컨트롤"치료의 값이 파괴 버드 단계에서 컨트롤에 사용할 수 있는지 여부를 결정하기 위해 "제어"와 "버드"치료를 비교합니다.
      2. 결정하기 위해 "자동 자기 '와'속보 꽃 봉오리"치료를 비교 여부를 깨는에 작은 꿀벌 수분 꽃의 번식 성공-bud 단계는 autogamy (즉, 파괴 버드의 수분의 존재를 테스트하기 위해) 수행하는 식물보다 통계적으로 더 높다. 그 후, 파괴 - 버드 수분의 수분 효율성을 추정하기 위해 "제어"와 함께이 두 가지 치료를 비교합니다.
      3. 속보 - 꽃 봉오리 수분의 생식 영향을 추정하기 위해 "속보 버드", "케이지"와 "꽃"치료를 비교합니다.

결과

다섯 인구는 수분 매개자 관측으로 선택되었다. 사전 관찰 단계에서, 개방 꽃과 파괴 싹 작은 꿀벌에 대한 다양한 곤충 종의 방문이 확인되었다. 꽃 방문자 관측은 모두 다섯 학습 사이트 방문자의 대부분은 작은 꿀벌 종 Lasioglossum 흡충의 개인 것으로 확인된다. 전체 방문 기록이 종의 방문 비율이 3 개 사이트 (그림 2)에서 90 % 이상 것으로 나타났다. 반?...

토론

꽃의 관찰과 포기할 실험을 각각 방문 주파수와 식물의 여성 생식 성공을 나타 내기 위해이 연구에 사용되었다. 이 분석을위한 방문자의 타이밍 및 지속 시간을 기록하고 관찰자의 편견을 방지 할 수 있기 때문에 다프 니은 (1992) ^38, 비디오 테이프 방법은 효과적이었다. 그러나, 현재이 방법은 고가의 장비를 요구하며 관찰 시간은 배터리 수명에 의해 제한되었다. 최근, 비디오 기록을 제?...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
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insect net	any	NA
pooter	any	NA
ethyl acetate	any	NA
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pincette(s)	any	NA