Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Environment
Click here for the English version

Environment

ניסויי שדה לאקולוגית אבקה: המקרה של Published: November 25, 2016 doi: 10.3791/54728
Automatic Translation
1, 1
1Department of Biology, Chiba University

Summary

כדי לחשוף את האפקטיביות המאביק של מיני צמחים נתונים, מספר שיטות של ניסויי שדה פותחו. מחקר זה מדגים את השיטות הבסיסיות של ניסויי שדה לאקולוגית אבקה באמצעות מקרה המבחן של Lycoris sanguinea var. Sanguinea ומנגנון אבקת הרומן, אבקה שוברת ניצן.

Introduction

אינטראקציות צמח-מאביק הן דוגמאות מובהקות לחקר ביולוגיה ואקולוגיה אבולוציוני. היחסים ההדדיים בין פרחים ומאביקים נחשבים קדמו את פיזור angiosperm 1,2 כתוצאה של ברירה טבעית, אם כי גורמים ביוטיים אביוטי אחרים יש גם השפיעו 3,4,5. הוא חשב גם כי תכונות פרחוניות השתנו להסתגל המאביקים היעילים ביותר כדי לייצר יותר פרות וזרעים 6. אמונות אלה נבנו על פי מחקרים גדולים על מדדים שונים, כגון יעילות אבקה, שכוללים פרשנויות שונות 7.

צמחים בעלי פרחים אשר להכליל מערכות אבקה נצפים על ידי סוגים שונים של מאביקים 8. בזאת, מבקר פרח הוגדר כזן חיה שבקר כדי לקבל פרס פרחוני, ומהאביקים הוגדרו מבקרים פרחוניים המאביקים.חלק מהמבקרים האלה לשאת גרגרי אבקה conspecific לסטיגמטה של ​​פרחים ביקרו ניתן לסווג מאביקים. מבקרים אחרים יכולים להיות גם קצת אבקת intraspecific; הם עלולים לנהל פחות האבקה בשל חוסר התאמה התנהגותית או מורפולוגיים בין מאביקים את הפרחים. הבדלים דומים אלה בתרומת רביית צמח יכולים לייצר בדרגות שונות של לחץ סלקטיבי על תכונות פרחוניות 9 ועלולים לגרום להסתעפות אדפטיבית של צמחים פורחים. לכן, למרות רכב הקהילה מהאביק ואת שפע המינים ביחס חשובים 10, ההערכה המדויקת של כל האפקטיביות של מבקר היא גם קריטית כדי לקבוע את אדפטיבית ו / או תהליכי התפתחות של הצמחים.

במחקר זה, ערכות כמותיות של יעילות מאביק, מוגדר ייצור הפרות וזרעים לכל תדירות ביקור, נקבעו 11. המפרטies ותדירות כל מבקר פרחוני נצפו, ואפקטי רבייה על הפרחים ביקר נאמדו. ההקלטה של ​​ביקורים פרחוניים באמצעות תצפיות אנושיות היא שיטה קלסית באקולוגית אבקה. עם זאת, שיטה זו מטילה נטל גדול על משקיפים, אשר נדרשים להישאר מול הצמחים לקחת זהיר, מדידות לטווח ארוך. לאחרונה, הטכנולוגיות של צילומים והקלטה התפתחו במהירות, ומצלמות וידאו דיגיטלי בעלות הנמוכה אפשרו כניסתה של הקלטת וידאו לתצפיות מאביק 12,13. שיטות אלה יכולים להקל על האיסוף של מידע בסיסי על מבקרים פרחוניים יכולות לעזור לפתח הבנה של אקולוגית ההאבקה של מיני צמחי יעד.

עם זאת, את תדרי הביקורים של המאביקים אינם בקורלציה בהכרח לאפקטיביות האבקה שלהם 7,14, וזה חשוב כדי להעריך את ההשפעות האיכותיות של כל מאביקעל כושר פרח. האפקטיביות אבקה הוערכה באמצעות מספר גרגרי אבקה על 15,16 סטיגמטה, 17,18 צמיחת צינור האבקה ופרות ו / או זרעי ייצור 19,20. לצוד ניסויים, שנערך באמצעות שקיות בלעדיות-מבקרות, הן השיטות הטיפוסיות לבדיקת תאימות עצמית, אוטוגמיה 21,22, ואת הנוכחות של apomixes 23. בנוסף, ההערכה אפקטיבית האבקה עבור המאביק מסוים מאסף המבקר כבר לבצע בתדירות גבוהה בסביבות שבן מבקרים פרחוניים אחרים הוגבלו (כלומר, כלוב תיל, נטו, או שקית עם רשת קטנה מספיק כדי לכלול מאביקים גדולים כי הוא סט על צמחים פורחים). לדוגמא, ניסויים לצוד עם שקיות רשת קטנות נערכו במטרה לחשוף את יכולת ההאבקה של נמלים או תריפסים 24,25. יתר על כן, ניסויי הדרת ציפור באמצעות כלוב מתכת או נטו הראו המאביקים האפקטיביים של מיני אלוורה26-28.

מטרות המחקר היו: 1) כדי להציג את השיטות בהן השתמשו במאמר הקודם ו -2) כדי לשפר את השיטות האלה לשימוש כללי במחקרים אחרים על מבקרים פרחוני, תדרים לביקור שלהם, והשפעתם על כושר צמח var sanguinea Lycoris.. sanguinea הוא אחד המינים הכלולים הסוג Lycoris, אשר מופץ באופן נרחב ברחבי יפן ומצמצם בקוריאה 29 ויש לו בצורת משפך פרחים אדמדם כתום (איור 1 א). מחקר קודם גילה כי ל sanguinea var. sanguinea בקר מינים רבים של חרקים, כוללים מיני דבורה קטנים מזוהים ואת המינים הגדולים Amegilla Florea 29. עם זאת, את האפקטיביות תדרי אבקת ביקורים של מבקרים אלה לא מזוהים. תצפיות מאביק לזיהוי מבקרים פרחוניים נערכו לראשונה. ביקור על ידי דבורים קטנים היה observed על פרחים שלא נפתחו עדיין לחלוטין (שבירת ניצנים; 1b הדמוי, ג). דבורים קטנים זזו במהירות סביב המאבקים undehisced ב הניצנים השבירים ואסף אבקה באמצעות הלסתות שלהם. ההשערה הייתה כי הדבורים הקטנים יכולים להיות מאביקים בשלב השביר-ניצן כי הפערים בין המאבקים ואת סטיגמטה הפרחים היו קטנים יותר מאורך הגוף של הדבורים. לכן, ניסויים לצוד נערכו על מנת לבחון את יכולת ההאבקה של דבורים קטנות בשלב השביר-הניצן, ובנוסף לבחון את אסטרטגיות רבייה של L. var sanguinea. sanguinea. ניצנים אלה היו שקיות אחרי הדבורים הקטנים בקרו, אשר אפשרו הערכה של יכולת ההאבקה של הדבורים. האנשים היו בכלוב עם ניצנים שטרם נפתחו. כלוב קטן-רשת שמש, שדרכו רק דבורים קטנים יכולים לעבור, המאפשר הערכה של יעילות האבקה של דבורים קטנות לאורך flowe כולובשלב טבעת.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

הערה: מאמר זה מבוסס על העבודה הקודמת שלנו 30. חלקים מסוימים הם נדפסו באישור האגודה הבוטנית של יפן שפרינגר יפן.

1. תצפית של מבקרים פרחוניים

  1. בחירה של שדות תצפית
    1. חפש את האזורים שבם החומרים הצמחיים מופצים, ולבחור את אתרי מחקר מועמד שימוש במשאבים אמינים, כגון ספרי תמונות, כתבי עת אקדמיות, וכו 'התאם את מספר אתרי מחקר כדי להתאים את מטרות המחקר (למשל, מגוון רחב של מקומות עבור ההשוואה של מבקרי פרח ברחבי יפן).
    2. בדקו את המיקומים של אוכלוסיות מועמד שנבחרו ואת המרחקים בין נקודות מוצא רלוונטיות, כגון מכוני מחקר ולינה, אם מחקר ארוך טווח הוא זקוק.
    3. בערך להעריך כל גודל אוכלוסייה על ידי ספירת מספר האנשים צמח באזור יחיד. בחר אוכלוסיות גדולות עבור ניסוי מניפולציותs באמצעות יחידים צמחים רבים.
    4. תצפית מראש של מבקרים פרחוניים
      1. החלט אילו מיועד לאנשים פרטיים בכל אזור יקוים באותה מרווח הזמן, תלוי צפיפות האוכלוסין. בחר 5-10 פרחים טריים-פתחו או שביר ניצנים כמו פרחי יעד, ולדחות אלה מושפלים שכבר נפתחו.
      2. הפעל את התצפית ויזואלית לתקופה של יום שלם, כי את הפרחים יכולים להיות בקרו מאביקים שונים בזמן שונה נע 31,32.
      3. על סדיני ההקלטה, להקליט שם ​​המין של מבקרים פרחוניים ואת הזמן של כל ביקור לכל שעה לכל פרח.
      4. מקרוב לראות האם מבקרים פרחוניים לגעת מאבקים ו / או סטיגמטה; אם הם עושים, להקליט את המבקרים כמו מאביקים. אם המבקרים הפרחוניים רק לבקר את הפרחים ואל תיגעו איברי הרבייה, להקליט אותם, כמו מבקרים.
      5. שימוש נטו חרקים או aspirator בעבודת יד, ללכוד את המבקרים הפרחוניים לזהותלשמרם כמו דגימות (איור 1F). להרוג את המבקרים לכודים במהירות עם אתיל אצטט או לחץ אצבע אל החזה, ולשמר אותם בתוך התיק רך או בצינור או במקרה פלסטיק עם אתנול 100%.
      6. לאחר התצפית, לזהות את השמות הספציפיים של דגימות באמצעות תכונות מורפולוגיות או, במקרה של קשיים בזיהוי, לבקש את עזרתו של מומחים לכל קבוצת טקסונומיות.
  2. תצפית בתחום
    1. מחקר בחר אתרים המבוססים על הנגישות שלהם, גודל אוכלוסייה, ומספר המבקרים פרחוניים. בחר תקופות זמן כולל מדגם מייצג של מבקרים פרחוניים בעונת הפריחה, ולקבוע תקופות תצפית על בסיס מטרות מחקר (למשל, עבור מחקר על תנודות ביקורים בתדירות ידי מבקרים פרחוניים, תקופות זמן רבות צריכות להיות מוגדרות).
    2. הכן את ציוד ההקלטה המתאים, כגון מצלמות וידאו דיגיטליות (למשל, עבור הקלטת הלילה, מצלמות וידאו עם פונקציית אינפרא אדומה אמורות לשמש).
    3. בחר את פרחי היעד באותו אופן כמו 1.1.4.
    4. תקן את מצלמות וידאו חצובות אלומיניום. הגדר את המצלמות עם חצובות מול אנשי היעד, במרחק של כ -50 סנטימטרים.
    5. בדוק ולשנות את כמות האור ואת המיקוד של חומרים על המסך מציג המצלמות לפני הצילומים.
    6. הפעל את תצפית ויזואלית והסרטה וידאו בו זמנית עבור אזורי הזמן המתאים מוערך על ידי תצפיות מראש (במקרה הנוכחי, תקופות התצפית היו במשך יותר משש שעות בממוצע, מכ 05:00 am כדי 13:00 ).
    7. זהה את שמות מינים של מבקרים ומאביקים, ולהקליט את שמם ואת פעמי הביקורים שלהם על סדיני ההקלטה.
    8. לכידה ולזהות את המבקרים ומאביקים באותו אופן כמו 1.1.4.5.
    9. חזור על שלבים 1.2.1 עד 1.2.7 לכל observatioתקופת n. הגדר את תקופות התצפית מבוססות על מטרות המחקר ונתונים בטחוניים מראש.
  3. ניתוח נתונים לאחר תצפית
    1. זהה את שמות מינים של דגימות שנתפסו לאחר תצפית מאביק באותו אופן כמו 1.1.4.6.
    2. בדוק את קטעי וידאו לציין שמות מינים ושעות הביקור שלהם באותו אופן כמו עבור תצפית ויזואלית.
    3. חשב את תדרי ביקור לכל פרח לשעה של כל מבקר פרחוני מנתוני הקלטת תצפית וידאו ויזואלי. השוואת תדרים אלו סטטיסטיים בין האתרים והשנים של כל מבקר בשיטות סטטיסטיות מתאימות על סמך נתונים סטטיסטיים בסיסיים באמצעות תוכנה מתאימה, כגון R, SPSS, ו / או SAS 33-35 (למשל, ניתוח דו כיוונית של שונות (ANOVA ) עם הבדל משמעותי הכנה של Tukey (HSD) בדיקה בתוכנת R).

2. ניסויים Bagging וקייג

  1. הכנות Bagging וניסויי קייג
    1. עבור הניסויים לצוד, להכין שקיות שיש בגדלים רשת קטנה (~ 0.5-1 מ"מ) ולהשתמש בהם כדי למנוע ביקורים פרח לחלוטין (למשל, שקיות בד לא ארוג שימשו הניסויים לצוד בשנים 2011 ו -2012).
    2. עבור הניסויים כלוב, להכין לוחות חוט או רשת פלסטיק בקוטר המאפשר היעד מבקרים קטן לעבור אך אינו כולל הגדולות שבהן, ולהתחבר לוחות רשת אלה כדי ליצור כלוב. ודא כי אין פערים גדולים יותר מאשר קוטר הרשת. התאם את הגודל והצורה של כלובי מבוסס על מיני צמחים היעד ומספרים בודדים.
  2. ניסויי bagging
    1. בחר 30 אנשים לכל טיפול שאין להם נזקי אוכלי עשב או מסביבה חמורה. לקבלת טיפול, לבחור פרח בודד מכל צמח פרט, או להשתמש פרחים בודדים על צמח אחד.
    2. תיק tהוא למקד פרחים בשטח לאחר תיוגם עם קלטת (מספר סידורי האלפבית; איור 1G). היזהר שלא לגעת מאבקים או סטיגמטה בתוך השקיות כדי למנוע את האפשרות של אבקה עצמית.
    3. בזהירות לתקן שקיות אל הפרחים באמצעות מחרוזת או חוט רך (איור 1 ד).
    4. בזהירות להגדיר פרחים בודדים זקוף עם תומך באמצעות חוט או חוט רך לתמוך יחידים נגד הטיה או קריסה תחת המשקל של שקיות או הרוח, לפי הצורך. טוויסט או ללפף חוט או חוט בשקט סביב הגבעול של אדם היעד, כדי לא ליצור נזק.
    5. טיפולי בניסויים לצוד
      1. לטיפול "השליטה", להדביק את התוויות על פרחי היעד לנהל שום טיפול. אפשר למבקרים פרחוניים לבקר בחופשיות.
      2. לטיפול "Outcrossing", לכסות את הניצנים עד שהם פרחים, ולאחר מכן להסיר את המאבקים של פרחים ארזו. שים קצת polleדגני n מיחידים מרובים על סטיגמטה.
      3. לטיפול "Selfing", לכסות את הניצנים עד הפרחים פתוחים, ולשים אבקה מאותו הפרחים על סטיגמטה שלהם. מכסה פרחי מטופלים אלה שוב.
      4. לטיפול "Auto-העצמי", לכסות את הניצנים עם שקיות עד סוף עונת הפריחה.
      5. לטיפול "ניצן חם", לזהות הניצנים השבירים כי כבר בקרו ולבחון את הכניסה או יציאה של דבורים קטנות (1b הדמוי, ג). הסר את המאבקים של הניצנים השבירים למנוע תצהירי אבקה חזרו על אותו הפרח אחרי הביקור ידי דבורים קטנים, ואת תיק ניצנים אלה במהירות כדי למנוע ביקורים נוספים.
      6. לטיפול "הפריחה", תיק הניצנים עד לשלב הפתיחה כדי למנוע ביקורים בשלב השביר-הניצן. לאחר מכן, להסיר את השקיות ולאפשר למבקרים לאסוף צוף ואבקה.
      7. לטיפול "באד",להסיר את המאבקים בין ניצנים שעוד לא פתחו outcross אותם באופן מלאכותי. ניצנים אלה תיק במהירות כדי למנוע ביקורי פרח.
  3. ניסויי קייג
    1. מכסה את הפרטים צמחו המטרה שכלוביהם מוכנים. התאם את עמדות פרחים בכלוב ביד כדי למנוע תצהירי קשר ואבקה בין סטיגמטה השונה (איור 1E).
    2. לטיפול "הכלוב", בחר את האנשים עם ניצנים סגורים ולשים תוויות עליהם לזיהוי פרחים שנבחר. קייג 'אנשים עם ניצנים שכותרתו לדחות את השפעות מלפני הקמת כלובי (כלומר, חרקים פרחוני לא יכולים לבקר ניצנים שלא נפתחו, ורק את ההשפעות של חרקים לבקר לאחר ההקצאה של כלובים ניתן לאמוד).
    3. צרף הכלובים בחוזקה אל הקרקע באמצעות מוטות ברזל כדי למנוע כניסת מבקרים בין בסיס כלוב הקרקע.
  4. ניתוח נתונים אפter Bagging וניסויי קייג
    1. לאסוף את כל הפרחים שכותרתו בסוף בעונת הפריחה (האיור 1G) על ידי הגזירה הפרידו אנשים האימהיים. שמור על מדגם שכותרתו בנפרד על מנת למנוע זיהום שלהם.
    2. לבדוק את קיומו או אי קיומו של פרות להגדיר על כל אחד המסומן flower.Record מספרי הזרע של כל פרי במקרה של הגדרת פרות.
    3. חשב את היחס בין מספרים פירות לכל פרח (יחס שנקבע פירות, מוגדר כמספר של פירות מחולק במספר פרחים) ושל מספרים זרע לכל פירות בשלים (יחס זרע-סט, מוגדר כמספר של זרעים מחולק במספר של ביציות) באמצעות כל המספרים שנרשמו.
    4. סטטיסטית להשוות את יחסי-סט זרע התועלת שבזה ובין הטיפולים בשיטות המתאימות ותוכנה, כגון אלה המפורטים ב 1.3.3 (למשל, חד סטרי ANOVA עם HSD של Tukey או הבדיקה המדויקת של פישר R תוכנה 33).
    5. החקירות של חומרים באמצעות תוצאות הניסויים לצוד
      1. כדי לבדוק את הצורך מהאביקים חיים, סטטיסטית להשוות את התוצאות בין "שליטה" ו "Auto-עצמי" טיפולים.
      2. כדי להעריך את מידת הגבלת אבקה, להשוות את "השליטה" וטיפולים "Outcrossing".
      3. כדי לבדוק תאימות עצמית, להשוות את "Outcrossing" ו "Selfing" טיפולים.
    6. ערכות של השפעות של אבקה שוברת ניצן
      1. השווה את הטיפולים "שליטה" ו "באד" כדי לקבוע אם הסטיגמטה של ​​הניצנים השבירים הם reproductively בוגר והאם הערך של הטיפול "השליטה" יכול לשמש עבור השליטה בשלב השביר-הניצן.
      2. השווה את "עצמי האוטומטית" ו "ניצן שובר" טיפולים כדי לקבוע אם צלחת רבייה של פרחי האבקה עם דבורים קטנים השבירבשלב -bud סטטיסטי גבוה מזו של צמחי ביצוע אוטוגמיה (כלומר, על מנת לבחון את קיומה של אבקה שוברת ניצן). לאחר מכן, להשוות בין שני הטיפולים האלה עם "השליטה" כדי להעריך את יעילות ההאבקה של אבקה שוברת ניצן.
      3. השווה את "הניצן החם," "קייג '," ו "פריחה" טיפולים להעריך את שפעות רבייה של אבקה שוברת ניצן.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

חמש אוכלוסיות נבחרו לתצפיות המאביק. בשלב טרום התצפית, ביקורים של מינים שונים של חרקים לפרחי פתיחה ודבורים קטנים ניצנים שבירים אושרו. תצפיות מבקר פרחוניות גילו כי רוב המבקרים עד החמישה כל אתרי המחקר היו פרטים של מיני הדבורים הקטנים japonicum Lasioglossum. תקליט הביקור הכולל הראה כי יחסי הביקור של מין זה היו יותר מ -90% בשלושה אתרים (איור 2). לעומת זאת, היחס בין האורח השני-בשכיחותו, Amegilla Florea, היו נמוכים מ -10% בתחומים אלה. מיני דבורה אלה גם נגעו סטיגמטה פרחים ביקר, והם נרשמו מאביקים. מבקרי פרח תכוף אחרים, כגון balteatus Episyrphus, שנאספו אבקה ללא מגע עם סטיגמטה, והם זוהו כמבקרים. באתר אחד, ניתוחי הנתונים הראו כי הביקורתדרים של דבורים קטנות שרשמו תצפיות חזותיות היו גבוהים משמעותיים מאלו שרשמו וידאו (טבלה 1: חד הסטרי ANOVA: אתר 2: DF = 1, F = 0.471, P = 0.50; אתר 3: DF = 1, F = 12.12 , P <0.001; אתר 4: DF = 1, F = 1.019, P = 0.33; אתר 5: DF = 1, F = 1.605, P = 0.22, בהתאמה).

Bagging וניסויי כלוב נערכו אתר 1 בשינה 2011 ו -2012 לא ארוגים שקיות בד, עם גודל רשת קטן יותר גדל הגוף של המבקרים הפרחוניים, וכלובים-רשת תיל, עם רשת גדולה יותר הדבורים הקטנים אבל קטנים מ מבקרים אחרים, היו מוכנים. הביקורים התכופים של דבורים קטנות פרחים בכלוב נצפו, וכלובים יושמו. התוצאה של הטיפול "ניצן חם" הראתה את יכולת האבקה של דבורים קטנות לביקור ניצנים לשבור. השוואות של פירותסטים וזרעי בין הטיפולים המתוארים 2.4.5 חשף את תכונות הרבייה של Lycoris sanguinea var sanguinea, שהיא בעיקר מן החי האבקה ( "קונטרול" לעומת "Auto-עצמית":. הבדיקה המדויקת של פישר עבור קבוצה פירות; P <0.001 ) עם תנאי אבקה מוגבלת חלקית ( "קונטרול" לעומת "Outcrossing": המבחן המדויק של הפישר עבור קבוצת פרות; P = 0.16; הבדיקה המדויקת של הפישר עבור קבוצת זרעים: P = 0.37). ההשוואות גם הציעו כי צמח זה יש תאימות עצמית ( "Outcrossing" לעומת "Selfing": המבחן המדויק של הפישר עבור קבוצת פרות; P = 0.48; הבדיקה המדויקת של הפישר עבור קבוצת זרעים: P = 0.32), אשר עולה בקנה אחד עם דיווחים קודמים 36,37. יתר על כן, השוואות של טיפולים האחרים הציעו את יכולות ההאבקה של אבקה שוברת ניצן ב L. var sanguinea. sanguinea. הסטיגמה של צמח זה היא בוגרת בשלב ניצן (&# 34; שליטה "לעומת" באד ": המבחן המדויק של הפישר עבור קבוצת פרות; P = 0.80; הבדיקה המדויקת של הפישר עבור קבוצת זרעים: P = 0.41), ואת הערך של" שליטה "שמש השוואות בבית breaking- . ניצן במה "הניצן החם" הטיפול הראה סט פרות גבוה יותר "העצמי האוטומטי" (מבחן המדויק של הפישר עבור קבוצת פרות; P = 0.02), המעיד על הנוכחות של בתצהיר אבקה ידי דבורים קטנים סטיגמטה בבית-הניצן השביר הבמה. עם זאת, לא ניתן היה להדגים את ההתקדמות של תהליך ההאבקה זה. שלושת הטיפולים המפורטים 2.4.6.2 ( "קונטרול", "אוטו-עצמית," ו "שוברים ניצן") הראו הבדלים משמעותיים (חד סטרי ANOVA עבור קבוצת פרות; df = 2, F = 18.46, P <0.001; חד סטרית ANOVA עבור קבוצת זרעים: DF = 2, F = 3.6593, P = 0.03), אבל של HSD Tukey הציע אבקה-ניצן השביר הוא לא מאוד יעיל ( "ניצן חם"; לעומת "Auto-עצמית": סט פירות: P = 0.10; סט זרעים: P = 0.03). בנוסף, ההשוואות בין שלושת הטיפולים 2.4.6.3 לא הראו הבדלים משמעותיים (דו כיוונית ANOVA: DF = 2, F = 0.6881, P = 0.50; דו כיוונית ANOVA עבור קבוצה הזרעים: DF = 2, F = 1.2376, P = 0.30).

איור 1
איור 1:.. חומרי מכשור ניסיוני (א) פרח של מיני צמחי היעד, Lycoris sanguinea var sanguinea. (ב) ניצן שביר. (ג) דבורה קטנה שאתם מבקרים ניצנים השבירים לאסוף גרגרי אבקה. (ד) דוגמה מהניסוי לצוד. (ה) כלוב רשת-רשת מכסים כ ניצנים שטרם נפתחו. (ו) aspirator ששימש בעיקר בתמורה ללכידתו של דבורים קטנות. (ז אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2: שיעורי ביקור של Lasioglossum japonicum לפרחים-פתיחה מלאה וניצנים שבירים של Amegilla Florea לפרחים פתחו יחס נתון זה מבוסס על העבודה קודמת 25.. המבקר השכיח ביותר היה הדבורה הקטנה L. japonicum, ואת הבא היה א הדבורה הגדול Florea. המידע על אתרי למד הוא כדלקמן: אתר 1 = פארק הטבע איזומי, צ'יבה Pref .; אתר 2 = Sonnou לא מורי, צ'יבה Pref .; אתר 3 = סאגאווארה תפילות, קאנאגאווה Pref .; אתר 4 = פארק הטבע Mannyou, טוצ'יגי Pref .; ואתר 5 = Kogushi Katakuri לא סאטו, גאנמה Pref. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

שולחן 1
טבלה 1: השוואה בין התצפיות החזותיות מוקלט וידאו של מבקרים פרחוניים בשנת 2013. טבלה זו מראה את שעת התצפית, ציינה מספר פרח, ומספרי ביקור של דבורים קטנות וגדולות בכל אתר. "חזותי" ו "וידאו" הם ערכים מתצפיות חזותיות והקלטות וידאו, בהתאמה. תדרי ביקור עם סטיות תקן בסוגריים. השוו בכוכבית שונה באופן משמעותי לעומת שיטת תצפית האחרת של חד סטרי ANOVA (כלומר, יחס הביקור של דבורים קטנים תצפית ויזואלית היה גבוה משמעותי מזה של מחדש וידאומייתרים באתר 3).

טבלה 2
טבלה 2: התוצאות לצוד וניסויי הכלוב בשנת 2011 ו -2012 הקיצורים הן כדלקמן: n = מספר פרחים המשמש כל טיפול; לא. פירות = מספר שנקבע פירות; לא. זרעים = מספר שנקבע זרע; סט פירות = יחס שנקבע פירות; וערכת זרע = יחס שנקבע זרע. ביחסים שנקבעו זרע מקבלים עם סטיות תקן. מקפים עולים אין נתונים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

תצפיות וניסויי פרח לצוד הועסקו במחקר זה לחשוף את תדרי ביקור ואת הצלחת הרבייה הנשית של צמחים, בהתאמה. בשנת הדפנים (1992) 38, שיטת הקלטת הייתה יעילה כי זה יכול להקליט את העיתוי ומשך המבקרים לניתוח ולמנוע הטיה צופה. עם זאת, באותה העת, שיטה זו נדרשת ציוד יקר, ועל פי ההתבוננות היו מוגבלת על ידי חיי סוללה. לאחרונה, עלות הציוד להפקת תיעוד וידאו ירדה, והשיטה הטכנולוגית הזו יכולה להיות מועסקת במחקר מאביק אחר. במחקר זה, את התדרים הביקור היו שונים משמעותית בין תצפיות ויזואלית ווידאו 3 אתר (טבלה 2). זה עשוי להיות שנגרם על ידי תצפית מעל מבקרי פרח, וטעויות אנושות כגון זה יכול להידחות. דפני (1992) הזכיר גם לצוד או ניסויים נטו ללמוד מערכות הרבייה 38. ללא woven שקיות בד שימשו, אשר לא היו אבקת פרחים או עמיד למים. L. sanguinea var. sanguinea אינו מיני רוח אבקה, אבל מי גשמים יכולים להשפיע על צלחת הרבייה של פרחים ארזו. יתדות ברזל שמשו לתמיכת אנשים עם פרחים ארזו מעומס תיקים רטובים, אך גורמים אלה עשויים להשפיע על יכולות רבייה של הפרחים. כיסוי הצמח כולו על ידי רשתות חרקים בלעדי עם תומכים עשויה להיות האפשרות הטובה ביותר להסיר בעיות מתודולוגיות כאלה. יתר על כן, כלובים שמשו הפרדת מיני דבורה, אשר הייתה הדוגמא הראשונה של מחקר צמח-בכלוב. מחקר זה הוכיח את היעילות של שיטה זו, ואנחנו יכולים להחיל אותה על מחקרים אחרים, ששמו לעצמה מטרות דורשות קביעת יעילות ההאבקה של קבוצות פונקציונליות שונות, כגון דבורים קטנות וגדולות.

תצפיות מאביק אלה עולים כי רוב המבקרים הפרחוניים של Lycoris sanguinea sanguinea ברחבי עונת הפריחה כולו היו japonicum Lasioglossum. כדי לבצע תצפיות מוצלחות, מראש תצפיות של חומרי יעד בחלק אתרי מחקר מועמד צריכות להיעשות, אשר מתוארת שלב 1.1 באזור הפרוטוקול. לדוגמא, ההזדהויות של מבקרים פרחוניים כמה מתקבלות על בסיס תצפיות או תמונות מצלמה בשדה. כמה מבקרים פרחוניים שייכים לקבוצות טקסונומיות שהיו קשים לזהות בהתחלה בשל תכונות המורפולוגיות הנבדלות שלהם או פעילויות לביקור מהירות, כגון דבורי halictid או hawkmoths הלילי, בהתאמה. לכן, מחקר מקדים על ביקורים פרחוניים יכול לעזור לזהות ולתעד כל ביקור. כדי להבין את ההשפעה מלאה של תנאים סביבתיים, חשוב לבחור אתרי מחקר מתאימים התצפיות. לדוגמא, תנאים גשומים אינם מתאימים לתצפיות מאביק כי את המראה ואת דפוסי ההאבקה יכולים להשתנות. אםהאתרים שנבחרו המחנה השתנו בתנאים סביבתיים, שאולי לא היו נתוני תצפית מספיק שנאספו לנתח את מטרות המחקר. לחלופין, התוצאות יכולות היו בטעות עקב הבדלים בתנאי האקלים המשפיעים על רכב הקהילה מהאביק 39.

במחקר זה, מבקרים פרחוניים נבחנו באמצעות תצפיות חזותיות ורשום וידאו (טבלת 1). יש שתי שיטות אלה יתרונות וחסרונות. בתצפיות ויזואלי, ניתן לראות אובייקטים מזוויות מרובות ניתן לצפות ליתר דיוק. עם זאת, המידע נגיש המטרות הנו מוגבל, מכיוון השיא נשאר רק ברשימות-השדה או תמונות דיגיטליות. לעומת זאת, מבקרים פרחוניים ניתן לבדוק באמצעות קטעי וידאו מוקלטים שוב ושוב. למרבה הצער, שיטה זו נוטה לייצר רשומות מתאימות ניתוחים, כגון מחוץ פוקוס ותמונות מוארות מספיק. בנוסף בשיטות אלה, סוםטכניקות הקלטת דואר ספציפית פותחו בשנים האחרונות. לדוגמא, בשנת צמחים פורחים עם מאביקים נדירים, כגון כמה צמחי סחלב, צילום מרווח באמצעות מצלמות דיגיטליות הוא גישה יעילה לזיהוי מאביק 40. מצלמת וידאו דיגיטלית עם חיישן זיהוי תנועת וידאו יכולה להקליט תמונות ברורות של התנועה מהאביקים על פרחים, אפילו במהירות נעה מאביקים בלילה 41. יתר על כן, מצלמה במהירות גבוהה שמשה גם כדי להתבונן בתנועותיו מאביק איטיות, כגון הקשר של כל מאביק הסטיגמה 42. הקלטת וידאו וצילום דיגיטלי הם שיטות נפוצות לתצפיות שדה, וזה חשוב להבין את המאפיינים של כל שיטה כדי לבחור את המתאים ביותר.

הניסויים לצוד הציעו דרגות תלות המאביק של L. var sanguinea. sanguinea (טבלה 2). בשיטות אלה, השלב הקריטיהים הם הכינו השקיות וכלובים. במקרה זה, את התיקים השתמשו היו בגודל מתאים הפרחים (1D איור); עם זאת, ייתכן שיהיה צורך להכין גדלים גדולים יותר או רשתות-למעט חרקים, אשר יכול לכסות אנשים הצמח כולו. הטיפול "Auto-העצמי" היה כמה פרות אבל יחס גדול שנקבע זרע, וזה יכול היה להיגרם בשל הקשר שבין הסטיגמה ואת השקיות עם האבקה. טעויות כאלה ניתן למנוע באמצעות שיטות הינו מתאים למטרות של כל ניסוי. לצוד עבור הניצנים השבירים הראה לו את האבקה על ידי דבורים קטנים בשלב השביר-הניצן (הטבלה 2). דבורים קטנות נטו להתמודד עם הניצנים השבירים לאסוף האבקה יותר והחרקים האחרים שבקרו פרחי פתיחה. בדלים התנהגותיים אלה עשויים להמליץ ​​אבקה-ניצן שביר אין יעילות האבקה גבוהה יותר מאשר תהליכי ההאבקה האחרים. כדי לחשוף הבדלים התנהגותיים אלה, ההצלחה האבקה לכליעילות ביקור או האבקה אחת של כל מאביק יש להעריך 43,44. על ידי הכנת הניצנים שלא נפתחו, ארזו, ניתן היה להעריך את השפעות ביקור האחד על היבטי הרבייה של אבקה שוברת ניצן. יתר על כן, בניסוי כלוב, ניצנים שלא נפתחו נשמרו. שיטה זו לא יכולה לשמש כדי להעריך את היעילות של אבקה על ידי דבורים קטנים בשלב הפריחה בלבד. שיטה חלופית אחת תהיה לכסות את הכלוב עם מטלית כי יש פערים קטנים יותר מהגודל של כל המבקרים הפרחוניים עד הפרחים בכלוב פתוחים לגמרי.

למרות הניסויים הנוכחיים ספקו תוצאות טובות, ניסוי שדה חשף רק מידע מוגבל על אינטראקציות צמח-מאביק. לדוגמא, זה היה שיערותיו כי אבקה שוברת ניצן ידי דבורים קטנים יכולה לקדם selfing או אבקת geitonogamous. תהליך האבקה זו מתרחש כאשר דבורים קטנים לנוע הניצנים לשבור. כמה גרגרי אבקה יכולבקלות להתבצע מאותו פרח הסטיגמה. בנוסף, טווחי הליקוט של דבורים קטנות מוערכות על ידי בגדלי גופם היו קצרים, קידום בטווחים קצרים של פיזור אבקת 45,46. תחזיות אלה קשים לחקור באמצעות ניסויי שדה בלבד, אף על פי תנועות האבקה בין אנשים ניתן לעקוב באמצעות אבקה שכותרתו עם צבע פלואורסצנטי 47,48. לדוגמא, אורך קטע מוגבר סמנים פולימורפיזם או microsatellite ניתן להשתמש כדי להעריך אם תורמי האבקה של כל זרע נגזרות מיחידים זהים או שונים 49,50. בשנים האחרונות, תנועות אבקה בין צמחי conspecific הקפדת שימוש בטכניקות גנוטיפ אבקה יחידה 35. שיטה מולקולארית זה נעשה שימוש כדי להראות את המשמעויות עבור הערכות של יעילות ההאבקה 36. במקרה הנוכחי, טכניקה מולקולרית זה יכול לחשוף את עמדות הגעתו של גרגרי אבקה של ניצנים לשבור, אשר might לציין את דרגות זרימת גנים בין ניצנים שבירים ופרחים-פתיחה מלאה. לכן, תכנית מחקר מקיפה, המבוססת על שני עבודת השטח וניתוחים מולקולריים, יש צורך לחשוף את ההשפעות של מאביקים.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dodd, M. E., Silvertown, J., Chase, M. W. Phylogenetic analysis of trait evolution and species diversity variation among angiosperm families. Evolution. 53 (3), 732-744 (1999).
  2. van der Niet, T., Johnson, S. D. Phylogenetic evidence for pollinator-driven diversification of angiosperms. Trends Ecol. Evol. 27, 353-361 (2012).
  3. Bascompte, J., Jordano, P. Plant-animal mutualistic networks: the architecture of biodiversity. Ann. Rev. Ecol. Evol Syst. 38, 567-593 (2007).
  4. Losos, J. B., Ricklefs, R. E. Adaptation and diversification on islands. Nature. 457, 830-836 (2009).
  5. Schnitzler, J., et al. Causes of plant diversification in the cape biodiversity hotspot of south africa. Syst. Biol. 60, 1-15 (2011).
  6. Stebbins, G. L. Adaptive radiation of reproductive characteristics in angiosperms I: pollination mechanisms. Ann. Rev. Ecol. Syst. 1, 307-326 (1970).
  7. Ne'eman, G., Jürgens, A., Newstrom-Lloyd, L., Potts, S. G., Dafni, A. A framework for comparing pollinator performance: effectiveness and efficiency. Biol. Rev. 85, 435-451 (2010).
  8. Waser, N. M., Chittka, L., Pirce, M. V., Williams, N. M., Ollerton, J. Generalization in pollination systems, and why it matters. Ecology. 77 (4), 1043-1060 (1996).
  9. Sahli, H. F., Conner, J. K. Visitation, effectiveness and efficiency of 15 genera of visitors to wild radish, Raphanus raphanistrum (Brassicaceae). Am. J. Bot. 94, 203-209 (2007).
  10. Moeller, D. A. Pollinator community structure and sources of spatial variation in plant-pollinator interactions in Clarkia xantiana. ssp. xantiana. Oecologia. 142 (1), 28-37 (2005).
  11. Keys, R. N., Buchmann, S. L., Smith, S. E. Pollination effectiveness and pollination efficiency of insects foraging Prosopis velutina.in south-eastern Arizona. J. Appl. Ecol. 32 (3), 519-527 (1995).
  12. Pedron, M., Buzatto, C. R., Singer, R. B., Batista, J. A. N., Moser, A. Pollination biology of four sympatric species of Habenaria (Orchidaceae: Orchidinae) from southern. J. Linn. Soc. 170, 141-156 (2012).
  13. Phillips, R. D., et al. Caught in the act: pollination of sexually deceptive trap-flowers by fungus gnats in Pterostylis (Orchidaceae). Ann. Bot. 113, 629-641 (2014).
  14. Mayfield, M. M., Waser, N. M., Price, M. V. Exploring the "most effective principle" with complex flowers: bumblebees and Ipomopsis aggregata. Ann. Bot. 88, 591-596 (2001).
  15. Herrera, C. M. Components of pollinator "quality": comparative analysis of a diverse insect assemblage. Oikos. 50, 79-90 (1987).
  16. Hargreaves, A. L., Weiner, J. L., Eckert, C. G. High-elevation range limit of an herb is neither caused nor reinforced by declining pollinator service. J. Ecol. 103, 572-584 (2015).
  17. Motten, A. F. Reproduction of Erythronium umbilicatum. (Liliaceae): pollination success and pollinator effectiveness. Oecologia. 59, 351-359 (1983).
  18. Betts, M. G., Hadley, A. S., Kress, W. J. Pollinator recognition by a keystone tropical plant. Proc. Natl. Acad. Sci. 112 (11), 3433-3438 (2015).
  19. Schemske, D. W., Horvitz, C. C. Variation among floral visitors in pollination ability: a precondition for mutualism specialization. Science. 225 (4661), 519-521 (1984).
  20. Spears, E. E. A direct measure of pollinator effectiveness. Oecologia. 57, 196-199 (1983).
  21. Sun, M., Ritland, K. Mating system of yellow starthistle (Centaurea solstitialis.), a successful colonizer in North America. Heredity. 80, 225-232 (1998).
  22. Suetsugu, K. Autogamous fruit set in a mycoheterotrophic orchid Cyrtosia septentrionalis. Plant Syst. Evol. 299, 481-486 (2013).
  23. Dupont, Y. L. Evolution of apomixis as a strategy of colonization in the dioecious species Lindera glauca. (Lauraceae). Popul. Ecol. 44, 293-297 (2002).
  24. Ramsey, M. Ant pollination of the perennial herb Blandfordia grandiflora (Liliaceae). Oikos. 74, 265-272 (1995).
  25. Moog, U., Fiala, B., Federle, W., Maschwitz, U. Thrips pollination of the dioecious ant plant Macaranga hullettii.(Euphorbiaceae) in Southeast Asia. Am. J. Bot. 89 (1), 50-59 (2002).
  26. Stokes, C. J., Yeaton, R. I. Population dynamics, pollination ecology and the significance of plant height in Aloe candelabrum. Afr. J. Ecol. 33, 101-113 (1995).
  27. Hargreaves, A. L., Harder, L. D., Johnson, S. D. Aloe inconspicua.: The first record of an exclusively insect-pollinated aloe. S. Afr. J. Bot. 74, 606-612 (2008).
  28. Botes, C. B., Johnson, S. D., Cowling, R. M. The birds and the bees: using selective exclusion to identify effective pollinators of African tree aloes. Int. J. Plant. Sci. 170 (2), 151-156 (2009).
  29. Kawano, S. Life-history monographs of Japanese plants. 13: Lycoris sanguinea.Maxim (Amaryllidaceae). Plant Spec. Biol. 24, 139-144 (2009).
  30. Yamaji, F., Ohsawa, A. T. Breaking-bud pollination: a new pollination process in partially opened flowers by small bees. J. Plant Res. 128 (5), 803-811 (2015).
  31. Sun, M., Gross, K., Schiestl, F. P. Floral adaptation to local pollinator guilds in a terrestrial orchid. Ann. Bot. 113, 289-300 (2014).
  32. Sletvold, N., Trunschke, J., Wimmergren, C., Ågren, J. Separating selection by diurnal and nocturnal pollinators on floral display and spur length in Gymnadenia conopsea. Ecology. 93, 1880-1891 (2012).
  33. R Core Team. A language and environment for statistical computing. , R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. (2014).
  34. IBM Statistics Version 21. , International Business Machines Corp. Boston, Mass. (2012).
  35. SAS Version 9.2. , SAS Institute. Cary, NC, USA. (2009).
  36. Ma, B., Tarumoto, I., Morikawa, T. Cytological studies on selfed plants and interspecific crosses produced in four species of genus Lycoris.(Amaryllidaceae). Sci Rep Coll Agric Osaka Pref Univ. 52, 13-18 (2000).
  37. Ma, B., Tarumoto, I., Nakamura, N., Kunitake, H. Production of interspecific hybrids between Lycoris incarnata.and four other Lycoris.species through embryo culture. J Japan Soc Hortic Sci. 70, 697-703 (2001).
  38. Dafni, A. Pollination ecology: a practical approach. , Oxford University Press. Oxford, UK. (1992).
  39. Abrahamczyk, S., Kluge, J., Gareca, Y., Reichle, S., Michael, K. The influence of climatic seasonality on the diversity of different tropical pollinator groups. PLoS One. 6 (11), e27115 (2011).
  40. Suetsugu, K., Hayamizu, M. Moth floral visitors of the three rewarding Platanthera. orchids revealed by interval photography with a digital camera. J. Nat. Hist. 48, 1103-1109 (2014).
  41. Steen, R. Pollination of Platanthera chlorantha.(Orchidaceae): new video registration of a hawkmoth (Sphingidae). Nord. J. Bot. 30, 623-626 (2012).
  42. Sakamoto, R. L., Morinaga, S., Ito, M., Kawakubo, N. Fine-scale flower-visiting behavior revealed by using a high-speed camera. Behav. Ecol. Sociobiol. 66, 669-674 (2012).
  43. Johnson, S. D., Steiner, K. E. Generalization versus specialization in plant pollination systems. Trends Ecol. Evol. 15, 140-143 (2000).
  44. King, C., Ballantyne, G., Willmer, P. G. Why flower visitation is a poor proxy for pollination: measuring single-visit pollen deposition, with implications for pollination networks and conservation. Methods Ecol. Evol. 4, 811-818 (2013).
  45. Gathmann, A., Tscharntke, T. Foraging ranges of solitary bees. J. Anim. Ecol. 71, 757-764 (2002).
  46. Greenleaf, S. S., Williams, N. M., Winfree, R., Kremen, C. Bee foraging ranges and their relationship to body size. Oecologia. 153, 589-596 (2007).
  47. Rademaker, M. C. J., De Jong, T. J., Klinkhamer, P. G. L. Pollen dynamics of bumble-bee visitation on Echium vulgare. Func. Ecol. 11, 554-563 (1997).
  48. Adler, L. S., Irwin, R. E. Comparison of pollen transfer dynamics by multiple floral visitors: experiments with pollen and fluorescent. Ann. Bot. 97, 141-150 (2006).
  49. Krauss, S. Complete exclusion of nonsires in an analysis of paternity in a natural plant population using amplified fragment length polymorphism (AFLP). Mol. Ecol. 8, 217-226 (1999).
  50. Gerber, S., Mariette, S., Streiff, R., Bodenes, C., Kremer, A. Comparison of microsatellites and amplified fragment length polymorphism markers for parentage analysis. Mol. Ecol. 9, 1037-1048 (2000).
  51. Matsuki, Y., Isagi, Y., Suyama, Y. The determination of multiple microsatellite genotypes and DNA sequences from a single pollen grain. Mol. Ecol. 7, 194-198 (2007).
  52. Hirota, S. K., et al. Pollinator-mediated selection on flower color, flower scent and flower morphology of Hemerocallis.: Evidence from genotyping individual pollen grains on the stigma. PLoS One. 8 (12), e85601 (2013).

Tags

הסביבה מדעית גיליון 117 תצפית מאביק להקליט וידאו ביקורים ניסוי לצוד ניסוי כלוב אבקה-ניצן לשבור,
ניסויי שדה לאקולוגית אבקה: המקרה של<em&gt; Lycoris sanguinea</em&gt; Var.<em&gt; sanguinea</em
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Yamaji, F., Ohsawa, T. A. Field… More

Yamaji, F., Ohsawa, T. A. Field Experiments of Pollination Ecology: The Case of Lycoris sanguinea var. sanguinea. J. Vis. Exp. (117), e54728, doi:10.3791/54728 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter