Reproduction biology – floral visitors, floral scent and reproductive

”Reproduction biology – floral visitors, floral scent and reproductive success of the Bohemian gentian (Gentianella bohemica)” Abschlussarbeit zum Erreichen des Master of Science im Studiengang „Biodiversität & Ökologie“ an der Universität Bayreuth Eingereicht von: Bastian Göldel Hohenzollernring 27, 95444 Bayreuth [email protected] Matrikelnummer: 1154366 März 2012
Erstbetreuung: Dr. Marianne Lauerer Ökologisch Botanischer Garten, Universität Bayreuth Zweitbetreuung: Dr. Stefan Dötterl Lehrstuhl Pflanzensystematik, Universität Bayreuth Anmerkungen zu dieser Master‐Arbeit: Die Arbeit wurde im Stil einer Publikation verfasst. Dies beinhaltet das Schreiben in englischer Sprache, sowie eine Fokussierung auf die inhaltlich wesentlichen Aspekte. ‐ II ‐ Table of contents A) Summary 1 B) Zusammenfassung 3 C) Abbreviations 5 D) Abstract 6 1. Introduction 7 12 2.1 Species characteristics 12 2.2. Study area and site conditions 12 2.3. Floral visitors 14 2.4. Reproductive success 15 2.5. Floral scent 2. Material & Methods 3. Results 16 19 3.1. Floral visitors 19 3.2. Reproductive success 23 3.3. Floral scent 24 28 5. Acknowledgements 34 6. Appendix 35 7. References 37 8. Erklärung 46
4. Discussion ‐ III ‐ A) Summary Species‐ and habitat protection play a central role in ecology and nature conservation. Gentianella bohemica (Gentianaceae) is an endangered, endemic plant species from the Bohemian Massif. An important step of conservation is to achieve knowledge about the gentiansˈ autecology to accomplish basic research. In this study, we examined the floral visitors, the reproductive success and the floral scent of the plant species at different growth sites. We researched on an ex‐situ culture of the plant species at the Ecological Botanical Garden (EBG) of the University of Bayreuth and on populations of two natural sites, one at the Bavarian Forest and one at the Bohemian Forest. For the floral visitors, we examined the abundances and biodiversity depending on daytime and sample site. In total, we detected 578 floral visitors out of 11 families, whereas most belonged to Apidae and Syrphidae. The most frequent visitor species over all three sites were Apis mellifera (honey‐bee) and various Bombus species. The highest abundance of the most frequent visitors was detected at the Bohemian sample site. The biodiversity varied between the sample sites and the daytime, while most insects visited the flowers at noon, respectively at the early afternoon. At the Bohemian site, Apis mellifera was the most frequent visitor species, while the small halictid bee species Lasioglossum morio visited the individuals of the EBG most frequent. At the Bavarian site, it was less focused on one visitor species, although especially Bombus terrestris played an important role. For our examinations of the reproductive success at the vital Bohemian site, we analyzed about 6000 seeds out of 97 capsules to investigate the reproductive success depending on the pollinator species. Thereby, we detected significant influences of the pollinator on seed set (seed number per capsule). The pollination success by single honey‐bees and by pollination of multiple pollinators produced higher amounts of seeds than autogamy (significantly) and B. terrestris. For the attraction of floral visitors, beside visual attractions, floral scents play an important role. All sample sites varied in the relative amount of compounds. Furthermore, the individuals from the EBG produced more different volatiles and higher total amounts of floral odor than the bigger and more vital inflorescences of the Bohemian sample site. At ‐ 1 ‐ several individuals, we detected for the first time the iridoid monoterpene nepetalactone as a flower specific volatile, which is known as a repellent in the catnip and as a female sex pheromone of certain aphid species. We found it especially in the EBG, barely at the Bavarian and never at the Bohemian site. If there is an impact on the abundance and biodiversity of visitor species (attraction or deterrence) is not known and should be examined at further investigations. ‐ 2 ‐ B) Zusammenfassung Der Schutz bedrohter Arten und deren Lebensräumen spielen eine entscheidende Rolle in der Ökologie und im Naturschutz. Gentianella bohemica (Gentianaceae, Enziangewächse) ist eine vom Aussterben bedrohte Pflanzenart, endemisch im böhmischen Massiv. Ein wichtiger Schritt zum Erhalt dieser Pflanzenart ist es, mehr Erkenntnisse über ihre Autökologie zu gewinnen und hierzu Grundlagenforschung zu betreiben. In der vorliegenden Arbeit wurden die Blütenbesucher, der Reproduktionserfolg, sowie die Blütenduftstoffe an verschiedenen Wuchsorten der Pflanze untersucht. Die Untersuchungen wurden einerseits an den Erhaltungskulturen im Ökologisch Botanischen Garten der Universität Bayreuth (ÖBG) durchgeführt, sowie an Populationen von zwei natürlichen Standorten, einer im Bayerischen Wald und einer im Böhmischen Wald. Bei den Blütenbesuchern wurden die Abundanzen sowie die Biodiversität in Abhängigkeit von der Tageszeit und des Standorts untersucht. Insgesamt wurden 578 Blütenbesucher aus 11 Familien registriert, wobei die meisten den Familien der Apidae bzw. Syrphidae zuzuordnen waren. Die häufigsten Arten an allen drei Standorten waren Apis mellifera (Honigbiene) bzw. verschiedene Bombus‐Arten. Die größte Abundanz innerhalb der häufigsten Besucherarten wurde hierbei am tschechischen Naturstandort festgestellt. Die Biodiversität variierte zwischen den einzelnen Standorten und über den Tagesverlauf hinweg, wobei die meisten Insekten mittags bzw. am frühen Nachmittag die Blüten aufsuchten. Der häufigste Blütenbesucher am Standort im Böhmischen Wald war Apis mellifera, während im ÖBG die kleine Bienenart Lasioglossum morio die höchste Frequenz aufwies. Am Bayerischen Naturstandort war keine Insektenart ähnlich dominant wie an den anderen beiden Standorten, obgleich z.B. Bombus terrestris (Erdhummel) als eine der häufigsten Arten dort zu beobachten war. Für die Untersuchungen des Reproduktionserfolgs am vitalen Böhmischen Standort wurden 97 Kapseln ausgezählt, die ca. 6000 Samen enthielten, um den Reproduktionserfolg in Abhängigkeit vom Bestäuber zu untersuchen. Dabei zeigte sich ein signifikanter Einfluss des Bestäubers auf die Samenproduktion (Samenanzahl pro Kapsel). Bei Bestäubung durch die Honigbiene, sowie von mehreren aufeinander folgenden Besuchen verschiedener ‐ 3 ‐ Insekten(arten), war die Samenproduktion höher als bei Selbstbestäubung (signifikant) und bei Bestäubung durch B. terrestris. Für das Anlocken von Blütenbesuchern spielen neben den optischen Reizen, auch olfaktorische Reize eine wichtige Rolle. Alle Standorte variierten in der Zusammensetzung der Blütenduftstoffe. Die Individuen aus dem ÖBG hatten eine höhere Anzahl verschiedener Duftstoffe (pro Blüte), sowie eine höhere Gesamtmenge an Blütenduft pro Probe, als die wesentlich vitaleren und größeren Pflanzen am böhmischen Standort. An einigen Pflanzen im ÖBG wurde zudem das Monoterpen Nepetalacton erstmals als Blütenduftstoff nachgewiesen. Dieser Stoff ist als Repellent in der Katzenminze und als weibliches Sexualpheromon bestimmter Blattlausarten bekannt. Dieser Duftstoff wurde kaum in den Blütendüften der Pflanzen des bayerischen und niemals in den Proben des tschechischen Naturstandorts nachgewiesen. Ob dieser Blütenduftstoff eine Wirkung auf die Abundanz bzw. Biodiversität bestimmter Insektenarten (Anlockung oder Abschreckung) besitzt, ist nicht bekannt und sollte genauer untersucht werden. ‐ 4 ‐