Droga pyłku u Ariocarpus. Częściowa samoniezgodność i nasienność

Budowa kwiatu sprzyja przenoszeniu pyłku między roślinami

Kwiaty siedmiu badanych gatunków Ariocarpus były obupłciowe i otwierały się w dzień. Słupek przewyższał pręciki, dzięki czemu znamię i pylniki zajmowały różne wysokości. Tę przestrzenną różnicę nazywa się herkogamią. W porównaniu 216 kwiatów średnia różnica długości słupka i pręcików wynosiła od 3,59 mm u A. kotschoubeyanus do 5,02 mm u A. agavioides (w publikacji A. agavoides). Każdy gatunek reprezentowała jedna populacja. [Martínez-Peralta i wsp. 2014a, s. 665–670, tabela 1]

Uwalnianie pyłku często zaczynało się wcześniej niż pełna gotowość znamienia, lecz fazy męska i żeńska nakładały się. Herkogamia oraz niepełna przedprątność mogą zmieniać trasę owada i czas dostępności pyłku. Zachowanie własnego pyłku po zetknięciu ze znamieniem oceniono jednak bezpośrednio w doświadczeniu z łagiewkami. Obejmowało ono również A. scaphirostrus (w publikacji A. scaphirostris). [Martínez-Peralta i wsp. 2014a, s. 668–672; s. 532–536][Martínez-Peralta i wsp. 2014b, s. 668–672; s. 532–536]

Mikroskop pozwolił prześledzić pięć odcinków drogi

Badanie samoniezgodności objęło 562 słupki z naturalnych populacji, zebrane podczas sezonów 2005–2010. Dla każdego gatunku porównano zapylanie naturalne, ręczne samozapylenie i ręczne zapylenie krzyżowe. W wariancie krzyżowym usuwano pylniki, a pyłek mieszano od co najmniej pięciu roślin. Ręczne zapylanie wykonywano w obu dniach życia kwiatu między 13:00 a 15:00; kwiaty pozostawały pod osłoną od pąka do zakończenia kwitnienia. [Martínez-Peralta i wsp. 2014b, s. 532–533]

Słupki utrwalano 48 godzin po ostatnim zapyleniu i barwiono błękitem anilinowym, pozwalającym dostrzec łagiewki w mikroskopii fluorescencyjnej. Rejestrowano ich obecność na znamieniu, w trzech kolejnych strefach szyjki oraz w zalążni. Preparaty zgniatane pozwalały określić obecność lub brak łagiewek, bez dokładnego liczenia ich wszystkich. Procent słupków z łagiewką w zalążni jest zatem miarą pokonania drogi przez co najmniej jedną łagiewkę. [Martínez-Peralta i wsp. 2014b, s. 532–534, ryc. 1 i 3]

Własny pyłek często zatrzymywał się w szyjce słupka

Pyłek przylegał do znamienia w większości badanych kwiatów, a jego kiełkowanie występowało także po samozapyleniu. Różnice nasilały się podczas dalszego wzrostu: po użyciu własnego pyłku łagiewki znacznie rzadziej dochodziły do zalążni. Miejsce hamowania w szyjce odpowiada obrazowi samoniezgodności gametofitowej, w której o zgodności decyduje rozpoznanie podczas wzrostu gametofitu męskiego. Badanie ustalało zachowanie łagiewek; molekularnej identyfikacji genów zgodności nie przeprowadzano. [Martínez-Peralta i wsp. 2014b, s. 533–536, ryc. 3–4]

Hamowanie własnego pyłku było silne, ale jego nasilenie różniło się między gatunkami i próbami. U sześciu gatunków łagiewki własnego pyłku czasem dochodziły do zalążni. U A. bravoanus był to jeden z zaledwie trzech słupków w tym wariancie. U A. scaphirostrus nie stwierdzono ich w żadnym z 37 słupków, choć w odrębnej próbie powstał pojedynczy owoc po samozapyleniu. Ten obraz przemawia za przewagą obcopylności i różnym stopniem częściowej samoniezgodności. [Martínez-Peralta i wsp. 2014b, s. 534–536, tabela 1]

Od łagiewki w zalążni do dojrzałego owocu

Słupki przeznaczone do mikroskopii były utrwalane, natomiast owoce zbierano z innej grupy kwiatów pięć do sześciu miesięcy po zapyleniu. W wielu kombinacjach owocowanie było niższe, niż sugerowała częstość łagiewek w zalążniach. Samo pojawienie się łagiewki w tej strefie nie określa, ile zalążków zostanie zapłodnionych i ile rozwijających się nasion dotrwa do dojrzałości. [Martínez-Peralta i wsp. 2014b, s. 532–535, tabela 1]

Autorzy rozważali kilka dalszych ograniczeń: zbyt małą liczbę skutecznych zapyleń, wczesną utratę potomstwa po samozapyleniu oraz zasoby rośliny dostępne do rozwoju owocu. Poszczególnych przyczyn nie rozdzielono eksperymentalnie. Wartością porównania jest wskazanie miejsca hamowania własnego pyłku i pokazanie, że na etapie owocu dołączają kolejne procesy. [Martínez-Peralta i wsp. 2014b, s. 535–537]

Dodanie pyłku zwiększyło liczbę nasion, a udział owoców pozostał podobny

W populacji A. kotschoubeyanus w rejonie Tula porównano kwiaty odwiedzane naturalnie przez owady z kwiatami, którym dodatkowo nanoszono mieszankę pyłku od dziesięciu roślin z innych płatów stanowiska. Pyłek dodawano w obu dniach kwitnienia. Po uszkodzeniu części kwiatów przez nocnego roślinożercę ostateczne próby obejmowały 17 kwiatów kontrolnych i 19 z dodatkowym pyłkiem. Każdy pochodził z innej rośliny. [Martínez-Peralta i Mandujano 2016, s. 3–5]

Zawiązało się odpowiednio 14 i 16 owoców, czyli około 82% i 84% kwiatów. Różnica owocowania była nieistotna. W owocu naturalnie zapylonym znajdowano jednak średnio 33,57 ± 12,85 nasion, a po dodatkowym pyłku 43,43 ± 8,38; podana zmienność to odchylenie standardowe. Średnią liczbę nasion odnoszono do średniej 45,8 zalążka, wyznaczonej z odrębnych 36 kwiatów. Tak obliczona miara nasienności wzrosła z 0,73 do 0,95, o 22 punkty procentowe. [Martínez-Peralta i Mandujano 2016, s. 4–5, tabela 1]

Dodatkowy pyłek poprawił w tej próbie wypełnienie owoców nasionami. Sam zabieg zwiększał zasób pyłku i korzystał z wielu dawców, dlatego wynik nie rozdziela wpływu jego ilości od wpływu zgodności. Masowe kwitnienie oraz częste owocowanie mogą współistnieć z takim ograniczeniem nasienności. Liczenie owoców i liczenie nasion prowadzi tu do uzupełniających się odpowiedzi. [Martínez-Peralta i Mandujano 2016, s. 4–7]

Fenologia i owady wyznaczają lokalny kontekst

U A. fissuratus z Cuatrociénegas szczyt kwitnienia obejmował około pięciu dni w 2005 r. i trzech w 2006 r. W pierwszym sezonie przeważały kwiaty jednodniowe, a w drugim dwudniowe. Pszczoły dotykały znamienia, zanim docierały do pylników, co tworzyło możliwość pozostawienia pyłku przyniesionego z wcześniejszej wizyty. W niewielkiej serii kwiatów odizolowanych od owadów nie uzyskano owoców przez samoczynne samozapylenie. [Martínez-Peralta i Mandujano 2011, s. 148–151]

Jednocześnie w 2006 r. obserwowano 45 kwiatów na 30 roślinach, aby ocenić zjadanie kwiatów przez chrząszcze z rodziny czarnuchowatych. Czternaście kwiatów zostało zjedzonych całkowicie, a siedem częściowo. Usunięcie całego kwiatu zamykało jego drogę do owocowania; częściowe uszkodzenie tworzyło zróżnicowaną grupę zależną od tego, które organy pozostały. Zjadanie kwiatów, przenoszenie pyłku i jego zgodność dotyczą więc różnych miejsc tego samego cyklu rozrodczego. [Martínez-Peralta i Mandujano 2011, s. 149–152]

Zespół odwiedzających także zmieniał się między populacjami. W obserwacji A. fissuratus dominowała pszczoła miodna, a na A. kotschoubeyanus w Tolimán większość wizyt zarejestrowano dla rodzimych pszczół Augochlora i Agapostemon. W tym drugim stanowisku część taksonów pszczół była wspólna z Neolloydia conoidea, która kwitła we wcześniejszej części roku. Przebieg tego porównania przedstawia opracowanie wspólnych pszczół i kolejności kwitnienia. [Martínez-Peralta i Mandujano 2011, s. 150–153; s. 29–35, tabela 2][Arroyo-Pérez i wsp. 2021, s. 150–153; s. 29–35, tabela 2]