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Bestäubungsbiologie ausgewählter Anthurium und Spathiphyllum Arten (Araceae) im südwestlichen Costa Rica
Norbert Elek
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Naturschutz und Biodiversitätsmanagement
Betreuer*in
Jürg Schönenberger
DOI
10.25365/thesis.61639
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21520.31317.665761-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die Familie der Araceae hat im Laufe der Evolution eine Vielzahl an Methoden entwickelt, um Bestäuber anzulocken. Neben der Größe, der Farbe und der Form des Blütenstandes, stellt ebenso der Blütenduft eine Schlüsselkomponente in Bezug auf die Anziehung von Bestäubern dar. Die neotropischen Araceae Gattungen Anthurium und Spathiphyllum produzieren dabei einen sehr starken Blütenduft, wodurch sie eine spezialisierte Beziehung mit männlichen Prachtbienen aufweisen. Diese Bienen sammeln mit ihren Vorderbeinen die flüchtigen Duftstoffe ein und speichern sie in den dafür modifizierten Tibialorganen. Später werden diese Stoffe im Rahmen der Partnerfindung eingesetzt. Somit haben die Duftmoleküle von Anthurium und Spathiphyllum sowohl eine Signal-, als auch Belohnungscharakter. Allerdings ist die artspezifische Duftbiologie dieser Gattungen, vor allem bei sympatrisch und syntrop vorkommenden Arten, wenig erforscht. In der letzten Zeit werden jedoch vermehrt Studien zur Bestäubungsbiologie, unter Einbeziehung der Duftbiologie, durchgeführt. Bis jetzt ist nicht bekannt, ob männliche Prachtbienen die einzigen Hauptbestäuber dieser beiden Gattungen darstellen oder ob auch andere Blütenbesucher als wichtige Bestäuber fungieren können. Des Weiteren ist noch nicht ganz klar, ob der Duft alleine ausreicht, um die Blumenbesucher anzulocken und in wie weit dieser bei der reproduktiven Isolation mitwirkt. Diese Arbeit versteht sich daher als eine vergleichende Analyse der Bestäubungsbiologie von fünf sympatrisch blühenden Araceae Arten, wobei vier davon der Gattung Anthurium (Anthurium ochrantum variation pluricostatum, Anthurium ochrantum, Anthurium hacumense, Anthurium hoffmannii) angehören und eine Art der Gattung Spathiphyllum (Spathiphyllum phryniifolium). Zur Untersuchung der Bedeutung des Blumenduftes bei der Anziehung der Blütenbesucher wurden diverse Experimente im südwestlichen Costa Rica in der Forschungsstation La Gamba vorgenommen. Dabei wurden die Dauer der Anthese und die Phasen der stärksten Duftemission der Pflanzenarten dokumentiert. Um festzustellen, welche Insekten als Hauptbestäuber fungieren, wurden Ausschlussexperimente sowie Anlockungsversuche mit natürlichen und synthetisch hergestellten Blütenduftstoffen durchgeführt. Zudem wurde untersucht, ob die Bestäuber bei einem kompletten Ausschluss der visuellen Reize seitens der Infloreszenz und nur durch den Einfluss von olfaktorischen Reizen ebenfalls angelockt werden.
Dabei wurde eine Vielzahl an männlichen Prachtbienen gefangen. Um die tageszeitlichen Sammelaktivitätsmuster der Bienengattungen zu verstehen, wurden statistische Analysen durchgeführt. Zusätzlich konnten ebenfalls Rüsselkäfer sichergestellt werden. Darüber hinaus wurden Versuche zum Fortpflanzungssystem durchgeführt, um festzustellen, ob die Pflanzenarten zur Selbstbestäubung fähig sind und ob eine interspezifische Kreuzung zwischen den Arten Anthurium ochrantum und Anthurium ochrantum var. pluricostatum möglich ist. Bei dem interspezifischen Kreuzungsversuch wurde eine händische Pollenübertragung durchgeführt. Mit den sichergestellten Individuen wurden ultrastrukturelle Untersuchungen auf Pollenbesitz mit einem Rasterelektronenmikroskop vorgenommen. Die Beobachtungen haben gezeigt, dass alle Arten die gleichen Entwicklungsphasen der Anthese durchlaufen und dass diese voneinander getrennt und durch unterschiedliche Dauer charakterisiert sind. Aus diesem Grund ist eine Selbstbestäubung ausgeschlossen. Eine Hybridisierung konnte jedoch zwischen den Arten Anthurium ochrantum und Anthurium ochrantum var. pluricostatum manuell durchgeführt werden. Dies führt zum Schluss, dass der artspezifische Blütenduft und die davon spezifisch angelockten Bestäuber zur reproduktiven Isolation der untersuchten Arten beitragen. Die Uhrzeit der Duftemission sowie die Duftintensität variieren ebenfalls zwischen den Arten. Im Zuge der Anlockungsversuche mit natürlichen Substanzen konnten keine Blütenbesucher beobachtet werden. Wohingegen mit synthetischen Reinsubstanzen eine Vielzahl von Prachtbienenarten sowie deren Aktivitätszeiträume festgestellt werden konnten. Mit den Ergebnissen der visuellen Ausschlussexperimente konnten zum ersten Mal gezeigt werden, dass die Anlockung der Prachtbienen bei Anthurium ochrantum und Anthurium ochrantum var. pluricostatum ausschließlich durch olfaktorischen Reizen stattfindet. Die angelockten Bestäuber wurden mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Vorhandensein von Pollen auf ihrem Körper untersucht. Da dies bei allen Gruppen der Fall war, wurden sie als potenzielle Bestäuber eingestuft. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die fünf Arten einen sehr ähnlichen Blühverlauf haben, jedoch zeigen sie Unterschiede in wichtigen Details, wie z.B: Zeitpunkt der stärksten Duftemission, artspezifische Duftbouquets und die damit eingehende Anlockung der Bestäuber. Des Weiteren weisen die Arten eine unterschiedliche Gemeinschaft an Bestäubern auf, die zur unterschiedlichen Uhrzeiten aktiv sind. Diese Ergebnisse bieten eine einzigartige Möglichkeit, das Zusammenspiel der Blütendüfte und der damit verbundenen Spezialisierung der Bestäuber zu verdeutlichen.
Abstract
(Englisch)
During the course of evolution, the Araceae family has developed a variety of methods to attract pollinators. Besides size, colour and shape of the inflorescence, the scent of the flowers is a key component in attracting pollinators. The Neotropical Araceae genera Anthurium and Spathiphyllum produce a very strong floral scent, which forges a specialized relationship with male orchid bees. These bees collect the volatile fragrances with their forelegs and store them in the tibial organs modified for this purpose. Later on, these substances are used in the process of finding partners. Thus, the scent molecules of Anthurium and Spathiphyllum have both a signalling and rewarding character. However, there is a little species-specific research to do with the olfactory biology of these genera, especially in sympatric and syntropic species. Recently, however, more and more studies on pollination biology, including olfactory biology, have been conducted. It is not yet known whether male orchid bees are the only main pollinators of these two genera or whether other flower visitors may also act as important pollinators. Furthermore, it is not yet clear whether the scent alone is sufficient to attract flower visitors and to what extent it is involved in reproductive isolation. This work is therefore a comparative analysis of the pollination biology of five sympatric flowering Araceae species, four of which belong to the genus Anthurium (Anthurium ochrantum variation pluricostatum, Anthurium ochrantum, Anthurium hacumense, Anthurium hoffmannii) and one to the genus Spathiphyllum (Spathiphyllum phryniifolium). In order to investigate the importance of the flower scent in attracting flower visitors, various experiments were conducted in southwestern Costa Rica at the La Gamba research station. The duration of the anthesis and the phases of the strongest scent emission of the plant species were documented. To determine which insects act as the main pollinators, exclusion experiments as well as attraction experiments with natural and synthetically produced flower scents were carried out. In addition to this, it was investigated whether the pollinators are also attracted by the complete exclusion of visual stimuli from the inflorescence and only by the influence of olfactory stimuli. A large number of male orchid bees were captured. Statistical analyses were performed to understand the diurnal collective activity patterns of the bee species. Weevils could also be observed and investigated. In addition, experiments on the reproductive system were carried out to determine whether the plant species are capable of self-pollination and whether interspecific crossing between the species Anthurium ochrantum and Anthurium ochrantum var. pluricostatum is possible. In the interspecific crossing experiment a manual pollen transfer was performed. Scanning electron microscopy was used to study the pollen load of individual floral visitors. The observations showed that all species go through the same developmental stages of anthesis, although these differ from each other in duration. For this reason, self-pollination is excluded. However, a hybridization between the species Anthurium ochrantum and Anthurium ochrantum var. pluricostatum could be performed manually. This leads to the conclusion that the species-specific flower scent and the pollinators specifically attracted by it contribute to the reproductive isolation of the investigated species. The time of scent emission as well as the scent intensity also vary between species. No flower visitors could be observed during the attraction experiments with natural substances. In contrast, a large number of orchid bee species and their activity periods could be determined with synthetic pure substances. With the results of the visual exclusion experiments it could be shown for the first time that the attraction of the orchid bees in Anthurium ochrantum and Anthurium ochrantum var. pluricostatum is exclusively through olfactory stimuli. As this was the case for all groups, they were classified as potential pollinators. In summary, the five species have a very similar flowering process, but they show differences in important details such as time of strongest scent emission, the species-specific scent bouquets, and the resulting attraction of pollinators. Furthermore, the species have a different community of pollinators that are active at different times. These results offer a unique opportunity to illustrate the interplay of flower scents and the associated specialization of pollinators.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Anthurium Spathiphyllum Araceae orchid bees weevils pollination visual inflorescence stimuli olfactory inflorescence stimuli exclusion experiments hybridisation Ipsdienol synthetic and natural substances
Schlagwörter
(Deutsch)
Anthurium Spathiphyllum Araceae Prachtbienen Rüsselkäfer Bestäubung visueller Infloreszenzreize olfaktorische Infloreszenzreize Ausschlussexperimente Hybridisierung Ipsdienol synthetische und natürliche Substanzen
Autor*innen
Norbert Elek
Haupttitel (Deutsch)
Bestäubungsbiologie ausgewählter Anthurium und Spathiphyllum Arten (Araceae) im südwestlichen Costa Rica
Paralleltitel (Englisch)
Pollination biology of selected Anthurium and Spathiphyllum species (Araceae) in the southwestern Costa Rica
Publikationsjahr
2020
Umfangsangabe
101 Seiten : Illustrationen, Diagramme, Karte
Sprache
Deutsch
Beurteiler*in
Jürg Schönenberger
AC Nummer
AC15615829
Utheses ID
54480
Studienkennzahl
UA | 066 | 879 | |