Orientador: Marlies Sazima / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T13:13:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pansarin_LudmilaMickeliunas_D.pdf: 2285256 bytes, checksum: eb5cb89f4592dded2ffad77b40bf5b7e (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O gênero Cirrhaea Lindl. (Orchidaceae) inclui sete espécies distribuídas principalmente pela região Sudeste do Brasil. Neste trabalho foram estudadas a fenologia, a biologia floral e reprodutiva das espécies de Cirrhaea, bem como a morfologia e a anatomia de suas estruturas secretoras. Para isso, observações de campo foram realizadas para investigar os polinizadores e os mecanismos de polinização. Flores frescas foram coletadas e fixadas para os estudos morfo-anatômicos e tratamentos de polinização manual foram feitos para verificar o sistema reprodutivo. Também foi determinada a quantidade de sementes potencialmente viáveis obtidas em cada tratamento e analisadas as fragrâncias. Os estudos de filogenia de Cirrhaea e de evolução dos sistemas de polinização de Stanhopeinae foram realizados a partir do seqüenciamento das regiões trnL-F e matK do DNA de cloroplasto e ITS do DNA nuclear. Os dados obtidos para as espécies de Cirrhaea foram acrescidos aos publicados para os demais gêneros de Stanhopeinae para a elaboração de um estudo sobre a evolução dos sistemas de polinização da subtribo. A filogenia das Stanhopeinae foi comparada com uma hipótese filogenética de abelhas da tribo Euglossini (Apidae) a fim de obter informações sobre a evolução dos sitemas de polinização para a subtribo. Cirrhaea, assim como os demais gêneros de Stanhopeinae, oferece fragrância como recurso floral, que é produzida por osmóforos epidermais localizados nas porções medianas dos labelos, em protuberâncias, como no caso de Cirrhaea dependens e C. nasuta, em depressões e fendas, nas espécies C. fuscolutea e C. longiracemosa e apenas na face interna dos lobos laterais do labelo nas demais espécies. A composição química das fragrâncias é distinta entre as espécies estudadas. Variação na composição da fragrância em populações de uma mesma espécie também pode ocorrer. A fragrância produzida nos osmóforos é fundamental para a atração dos polinizadores, além de ser usada como recurso pelos machos de Euglossini que visitam as flores. Diferentes espécies podem compartilhar um mesmo polinizador ou apresentar polinizadores distintos, refutando a hipótese de que as relações entre orquídeas e euglossines são espécie-específicas. O mecanismo de polinização é do tipo "queda" e semelhante ao previamente descrito para Cirrhaea dependens. As análises filogenéticas e anatômicas indicam que as espécies de Cirrhaea podem ser divididas em três clados: C. dependens e C. nasuta, C. fuscolutea e C. longiracemosa, e C. loddigesii e C. seidelii, demonstando que a morfologia reflete a filogenia do gênero. O grupo irmão de Cirrhaea é Gongora e ambos são polinizados por espécies de Euglossa, Eulaema e Eufriesea. Quando as filogenias de Stanhopeinae e Euglossini são comparadas, verifica-se que as plantas e os polinizadores aparentemente evoluíram de forma independente, uma vez que não há relação correspondente entre os dois grupos e nem especificidade planta-polinizador. / Abstract: The genus Cirrhaea Lindl. (Orchidaceae) comprises seven species distributed mainly in Southeastern Brazil. We have studied the phenology, the floral biology and the reproduction of species of Cirrhaea, as well as their morphology and anatomy of secretory structures. Field observations were conducted to investigate the pollinators and the mechanisms of pollination. Furthermore, fresh flowers were collected and fixed for the studies of morpho-anatomy and hand pollinations were performed in order to verify the reproductive system. The amount of potentially viable seeds obtained in each treatment was also determined, and floral fragrances were analyzed. The phylogenetic hypothesis of Cirrhaea and the study of evolution of pollination systems of Stanhopeinae were developed based on sequencing of the regions trnL-F and matK (cpDNA) and ITS (nrDNA). The data obtained here for Cirrhaea species were added to those previously published for other Stanhopeinae genera in order to prepare the study about the evolution of pollination systems of the subtribe. The study about the phylogeny of Stanhopeinae was compared with a phylogenetic hypothesis of euglossine bees (Apidae) in order to reconstruct the evolution of pollination systems of the subtribe. The genus Cirrhaea, as other Stanhopeinae, produces floral fragrances as resources, which are produced by epidermal osmophores located on the lip midlobe, in protuberances, as in the case of Cirrhaea dependens and C. nasuta, in depressions and slits in C. fuscolutea and C. longiracemosa, and only in the inner surface of lateral lobes in the other species. The chemical composition of the fragrances is distinct among studied species. Variation in fragrance composition among populations of a singular species also occurs. The fragrance produced in the osmophores is fundamental to attract pollinators, besides serving as a resource for Euglossini males visiting the flowers. Different species of Cirrhaea can share the same pollinator or present distinct pollinators, refuting the hypothesis that the relationships between orchids and euglossine are species-specific. The pollination mechanism of all species is similar to that already described for Cirrhaea dependens. The results of the phylogenetic and anatomical studies indicate that species of Cirrhaea can be divided into three clades: C. dependens and C. nasuta, C. fuscolutea and C. longiracemosa, and C. loddigesii and C. seidelii, demonstrating that morphology recovers the phylogeny of the genus. Cirrhaea is sister to Gongora and both genera are pollinated by species of Euglossa, Eulaema and Eufriesea. When the phylogenies of Stanhopeinae and Euglossini are compared, we could conclude that plants and pollinators have evolved independently, since there is neither linear relationship between both groups and nor specificity between plant and pollinator. / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutor em Biologia Vegetal

Espécies de Ficus e suas vespas polinizadoras representam um dos sistemas mutualísticos mais especializados e estudados atualmente, no qual cada representante depende diretamente do outro para sua reprodução. As vespas que recém-emergem de um figo carregam grãos de pólen em seu corpo e são atraídas pelo odor produzido no sicônio (= inflorescência), em fase receptiva, de outro indivíduo. Ao entrar no sicônio através de sua abertura (ostíolo), as vespas não só depositam seus ovos, como também polinizam as flores femininas abertas, iniciando um novo ciclo de vida. Apesar de inúmeros estudos envolvendo questões químicas, filogenéticas, ecológicas, coevolutivas e reprodutivas desse mutualismo, são raros os estudos abrangendo a anatomia do sicônio e as estruturas secretoras presentes nesta inflorescência. Assim, o objetivo deste trabalho consistiu em localizar e caracterizar as estruturas secretoras ativas em sicônios em fase receptiva de nove espécies, representando diferentes linhagens do gênero, esperando-se encontrar as glândulas responsáveis pela produção das fragrâncias atrativas às vespas polinizadoras, e também estruturas que secretam substâncias atuantes na proteção desta inflorescência. Sicônios de Ficus auriculata, F. citrifolia, F. lyrata, F. microcarpa, F. montana, F. obtusiuscula, F. pumila, F. tikoua e F. variegata em fase receptiva foram coletados e processados de acordo com as técnicas usuais para análise em microscopias fotônica e eletrônica de varredura. Grande diversidade de estruturas secretoras foi encontrada nos sicônios das espécies investigadas. Pela primeira vez os sítios produtores de fragrâncias atrativas às vespas foram identificados e consistem em glândulas de odor (osmóforos) de localização distinta: nas brácteas do ostíolo e no receptáculo da inflorescência. Ambos os osmóforos aparentemente atuam na etapa de atração das vespas a longas distâncias; porém o osmóforo presente no receptáculo da inflorescência parece atuar também na quimioestimulação por contato das vespas polinizadoras que pousam no sicônio receptivo, estimulando-as a entrar na inflorescência. Estas glândulas teriam surgido no gênero Ficus, não ocorrendo em linhagens ancestrais na mesma família, corroborando a importância dos voláteis na manutenção do mutualismo figo-vespa de figo. Além das glândulas de odor, os sicônios das espécies de Ficus apresentam outras estruturas secretoras não relacionadas à atração de polinizadores, como laticíferos, idioblastos fenólicos, epiderme fenólica e tricomas secretores de compostos fenólicos, nas brácteas do ostíolo, no receptáculo da inflorescência e em tecidos florais. Estas estruturas devem atuar na proteção do sicônio, estrutura de extrema importância que garante a continuidade dos ciclos de gerações tanto da espécie vegetal quanto de seus polinizadores. A interação com um grande número de fitófagos e o elevado custo da herbivoria para o sucesso reprodutivo da espécie provavelmente foram os fatores que levaram à seleção destas estruturas ao longo da evolução do grupo. / Ficus species and their pollinating wasps represent one of the most specialized and currently studied mutualistic systems, in which each representative directly depends on the other for its reproduction. Wasps that newly emerged from a fig carry pollen on their bodies and are attracted by the scent produced by another plants syconium (= inflorescence), in its receptive phase. Upon entering the syconium through its opening (ostiole), not only the wasps lay their eggs, but also pollinate the open female flowers, starting a new life cycle. Despite numerous studies involving chemical, phylogenetic, ecological, coevolutionary and reproductive issues regarding this fig-fig wasp mutualism, studies comprising syconiums anatomy and secretory structures present in this inflorescence are rare. Therefore the aim of this study was to locate and characterize the active secretory structures in receptive phase of syconia in nine species, representing different lineages of the genus. We intended to find the glands responsible for the production of fragrances that are attractive to pollinating wasps, and also structures that secrete substances acting in syconium protection. Receptive syconia of F. auriculata, F. citrifolia, F. lyrata, F. microcarpa, F. montana, F. obtusiuscula, F. pumila, F. tikoua and F. variegata were collected and processed according to the usual techniques for analyses in photonic and scanning electron microscopies. Great diversity of secretory structures was found in syconia of investigated species. For the first time, the sites producing attractive fragrances were identified and consist of scent glands (osmophores) of distinct location: ostiolar bracts and inflorescence receptacle. Both osmophores apparently act on the attraction of wasps over long distances, but the osmophore of the inflorescence receptacle seems to also act in chemostimulation by contact pollinating wasps land on receptive syconium and are encouraged to enter the inflorescence. These glands would have arisen in the genus Ficus (they do not occur in ancestral lineages in the same family), which confirms the importance of volatiles in the maintenance of fig-fig wasp mutualism. In addition to the scent glands, syconia of Ficus species present other secretory structures that are not associated to the attraction of pollinators: laticifers, phenolic idioblasts, phenolic epidermis and phenolic-secreting trichomes, occurring in ostiolar bracts, inflorescence receptacle and floral tissues. These structures must act in the protection of the syconium, an extremely important structure that ensures the continuity of generations cycles of plant species and their pollinators. The interaction with a large number of phytophagous animals and the high cost of herbivory for the reproductive success of the species were probably the factors that led to the selection of these structures along the evolution of the group.

Espécies de Ficus e suas vespas polinizadoras representam um dos sistemas mutualísticos mais especializados e estudados atualmente, no qual cada representante depende diretamente do outro para sua reprodução. As vespas que recém-emergem de um figo carregam grãos de pólen em seu corpo e são atraídas pelo odor produzido no sicônio (= inflorescência), em fase receptiva, de outro indivíduo. Ao entrar no sicônio através de sua abertura (ostíolo), as vespas não só depositam seus ovos, como também polinizam as flores femininas abertas, iniciando um novo ciclo de vida. Apesar de inúmeros estudos envolvendo questões químicas, filogenéticas, ecológicas, coevolutivas e reprodutivas desse mutualismo, são raros os estudos abrangendo a anatomia do sicônio e as estruturas secretoras presentes nesta inflorescência. Assim, o objetivo deste trabalho consistiu em localizar e caracterizar as estruturas secretoras ativas em sicônios em fase receptiva de nove espécies, representando diferentes linhagens do gênero, esperando-se encontrar as glândulas responsáveis pela produção das fragrâncias atrativas às vespas polinizadoras, e também estruturas que secretam substâncias atuantes na proteção desta inflorescência. Sicônios de Ficus auriculata, F. citrifolia, F. lyrata, F. microcarpa, F. montana, F. obtusiuscula, F. pumila, F. tikoua e F. variegata em fase receptiva foram coletados e processados de acordo com as técnicas usuais para análise em microscopias fotônica e eletrônica de varredura. Grande diversidade de estruturas secretoras foi encontrada nos sicônios das espécies investigadas. Pela primeira vez os sítios produtores de fragrâncias atrativas às vespas foram identificados e consistem em glândulas de odor (osmóforos) de localização distinta: nas brácteas do ostíolo e no receptáculo da inflorescência. Ambos os osmóforos aparentemente atuam na etapa de atração das vespas a longas distâncias; porém o osmóforo presente no receptáculo da inflorescência parece atuar também na quimioestimulação por contato das vespas polinizadoras que pousam no sicônio receptivo, estimulando-as a entrar na inflorescência. Estas glândulas teriam surgido no gênero Ficus, não ocorrendo em linhagens ancestrais na mesma família, corroborando a importância dos voláteis na manutenção do mutualismo figo-vespa de figo. Além das glândulas de odor, os sicônios das espécies de Ficus apresentam outras estruturas secretoras não relacionadas à atração de polinizadores, como laticíferos, idioblastos fenólicos, epiderme fenólica e tricomas secretores de compostos fenólicos, nas brácteas do ostíolo, no receptáculo da inflorescência e em tecidos florais. Estas estruturas devem atuar na proteção do sicônio, estrutura de extrema importância que garante a continuidade dos ciclos de gerações tanto da espécie vegetal quanto de seus polinizadores. A interação com um grande número de fitófagos e o elevado custo da herbivoria para o sucesso reprodutivo da espécie provavelmente foram os fatores que levaram à seleção destas estruturas ao longo da evolução do grupo. / Ficus species and their pollinating wasps represent one of the most specialized and currently studied mutualistic systems, in which each representative directly depends on the other for its reproduction. Wasps that newly emerged from a fig carry pollen on their bodies and are attracted by the scent produced by another plants syconium (= inflorescence), in its receptive phase. Upon entering the syconium through its opening (ostiole), not only the wasps lay their eggs, but also pollinate the open female flowers, starting a new life cycle. Despite numerous studies involving chemical, phylogenetic, ecological, coevolutionary and reproductive issues regarding this fig-fig wasp mutualism, studies comprising syconiums anatomy and secretory structures present in this inflorescence are rare. Therefore the aim of this study was to locate and characterize the active secretory structures in receptive phase of syconia in nine species, representing different lineages of the genus. We intended to find the glands responsible for the production of fragrances that are attractive to pollinating wasps, and also structures that secrete substances acting in syconium protection. Receptive syconia of F. auriculata, F. citrifolia, F. lyrata, F. microcarpa, F. montana, F. obtusiuscula, F. pumila, F. tikoua and F. variegata were collected and processed according to the usual techniques for analyses in photonic and scanning electron microscopies. Great diversity of secretory structures was found in syconia of investigated species. For the first time, the sites producing attractive fragrances were identified and consist of scent glands (osmophores) of distinct location: ostiolar bracts and inflorescence receptacle. Both osmophores apparently act on the attraction of wasps over long distances, but the osmophore of the inflorescence receptacle seems to also act in chemostimulation by contact pollinating wasps land on receptive syconium and are encouraged to enter the inflorescence. These glands would have arisen in the genus Ficus (they do not occur in ancestral lineages in the same family), which confirms the importance of volatiles in the maintenance of fig-fig wasp mutualism. In addition to the scent glands, syconia of Ficus species present other secretory structures that are not associated to the attraction of pollinators: laticifers, phenolic idioblasts, phenolic epidermis and phenolic-secreting trichomes, occurring in ostiolar bracts, inflorescence receptacle and floral tissues. These structures must act in the protection of the syconium, an extremely important structure that ensures the continuity of generations cycles of plant species and their pollinators. The interaction with a large number of phytophagous animals and the high cost of herbivory for the reproductive success of the species were probably the factors that led to the selection of these structures along the evolution of the group.

The genus Restrepia is well known to orchid enthusiasts but its micromorphology has not been described, and its pollination and breeding systems have not been investigated. The aim of this investigation was, therefore, to add to existing knowledge so that the resultant data could be used to facilitate ex situ conservation initiatives. A detailed electron microscopy study (SEM) of the floral organs was performed. This confirmed the structure of the dorsal sepal and lateral petal osmophores, their secretory nature together with that of the synsepal and the labellum. It was postulated how, by manipulating different labellar surface textures, the flower might use these ‘tactile guides’ to steer the insect (fly) through the flower. The cirrhi were postulated to help by destabilising the pollinator in flight, trapping it and bringing about pollination. The papillate structure of the calli was established and their optical properties investigated. Media comparison investigations established that Western medium supported the highest germination rates and, with the addition of banana supplement, the highest rates for seedling growth and development. This represented the first protocol for axenic germination of Restrepia in the literature (Millner et al., 2008) and provided a tested methodology for investigating breeding systems and producing Restrepia plant material for both scientific and horticultural purposes. Self-pollinations were found to produce fewer embryos compared to cross-pollinations. The operation of self-incompatibility (SI) was confirmed by the study of pollen tube growth which further confirmed the time interval between pollination and fertilisation. A time line from pollination/fertilisation to flowering was established. The type of SI in operation was best explained by gametophytic incompatibility. This demonstrated that it was possible to raise Restrepia hybrids and species from seed, by performing intraspecific crosses so helping to preserve them for posterity and relieve pressure on wild populations. Narrow endemic Restrepia species face combined threats from habitat loss, habitat degradation and problems of viable seed production due to the effects of SI and inbreeding depression (ID). Recently developed online resources, such as GeoCAT, were used to perform a Red List assessment in order to identify the degree of threat individual species faced, both globally and nationally. All species were classified as facing substantial levels of threat; although this was lessened for populations in protected habitats. Conservation is needed for cultivated collections as well as these wild populations by keeping alive existing knowledge and expertise in growing these species.