Biología reproductiva de Harpalyce macrocarpa (Fabaceae)

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ciencias Agropecuarias Centro de Estudios Jardín Botánico de Villa Clara. Tesis en opción al Título Académico de Máster en Conservación de la Biodiversidad Mención Flora y Vegetación. Biología reproductiva de Harpalyce macrocarpa (Fabaceae). Autor: Lic. Enma María Torres Roche Tutor: Dr. C. Michel Faife Cabrera. Santa Clara, 2017.

(2) Agradecimientos A los pobladores de la comunidad San Felipe, pues sin su solidaridad y amabilidad al dejarme entrar a sus casas este trabajo no hubiese sido posible. A Michel Faife por presentarme la idea y por la guía oportuna durante el desarrollo de este trabajo. A la iniciativa Planta! por el inestimable apoyo para la realización de este estudio. A Duniel Barrios por los comentarios y detallada revisión que enriquecieron este documento. A Edgardo Díaz, Laritza González y Erismany Molina por la invaluable ayuda durante la toma de datos. A Arnaldo Toledo, un excelente fotógrafo de naturaleza y responsable de las imágenes de calidad que aportó a esta tesis. A Luis R. González, Eldis Bécquer, José L. Gómez y Alejandro Palmarola por sus comentarios sobre taxonomía. Al Comité Académico de la Maestría en Conservación de la Biodiversidad, en especial a Alán Rivero, Alfredo Noa y Cristóbal Ríos por la exclusiva atención prestada. A todos los profesores, estudiantes, amigos y familia que han brindado su apoyo para que este trabajo pudiera llevarse a cabo..

(3) Resumen La biología reproductiva resulta muy útil para la conservación y manejo de plantas amenazadas, pues permite identificar factores que limiten la supervivencia de las mismas. Harpalyce macrocarpa es una fabácea endémica En Peligro Crítico de la que se desconoce la influencia de la reproducción en su estado actual de conservación. El presente estudio describe las fenofases reproductivas de H. macrocarpa, así como, la biología floral y la ecología de la polinización. Además se determina el sistema reproductivo, mediante la tasa Polen/Óvulo y se evalúa la eficiencia de la polinización, mediante la tasa Semilla/Óvulo, en una población natural. Se encontró una asociación negativa entre la producción de flores y frutos y las precipitaciones, lo cual puede reducir la competencia por polinizadores con otras especies, así como,incrementar las probabilidades de germinación de las semillas. La producción diurna de néctar concuerda con los horarios de las visitas a las flores, que alcanzan su máximo durante las horas del mediodía. Debido a particularidades de la morfología floral, el néctar se encuentre desprotegido, lo cual influye en la conducta de los visitantes, que son mayormente himenópteros. Esto propicia que el 87 % de las visitas sean ilegítimas, lo cual afecta el éxito reproductivo de esta especie. La tasa Polen/Óvulo se encuentra en el rango de la xenogamia, pero la producción de semillas a pesar de la conducta ilegítima de los visitantes, sugiere que el sistema reproductivo puede ser xenógamo facultativo. Los aspectos reproductivos mencionados pueden influir en el estado crítico de conservación de esta especie..

(4) Índice 1.. Introducción ........................................................................................................... 1. 2.. Revisión Bibliográfica ............................................................................................. 3 2.1 Biología floral ....................................................................................................... 3 Morfología Floral .................................................................................................... 3 Morfología floral en Fabaceae .................................................................................. 5 Néctar .................................................................................................................... 6 2.2 Fenología reproductiva .......................................................................................... 8 2.4 Sistemas reproductivos ........................................................................................ 10 2.5 Ecología de la polinización................................................................................... 11 Eficiencia de los polinizadores ................................................................................ 12 2.6 Biología reproductiva y su importancia para la conservación ................................... 14. 3.. Materiales y métodos ............................................................................................. 16 3.1 Especie y sitio de estudio ..................................................................................... 16 3.2 Biología Floral .................................................................................................... 17 Morfología Floral .................................................................................................. 17 Néctar .................................................................................................................. 18 3.3 Fenofases reproductivas ....................................................................................... 19 3.4 Sistema Reproductivo .......................................................................................... 20 3.5 Ecología de la polinización................................................................................... 21 Eficiencia de la polinización ................................................................................... 21. 4.. Resultados ............................................................................................................ 23 4.1 Fenofases reproductivas ....................................................................................... 23 4.2 Biología Floral .................................................................................................... 27 Morfología Floral .................................................................................................. 27 Néctar .................................................................................................................. 28 4.3 Sistema Reproductivo .......................................................................................... 30 4.4 Ecología de la Polinización .................................................................................. 30 Eficiencia de la polinización ................................................................................... 36. 5.. Discusión ............................................................................................................. 38.

(5) 5.1 Patrones fenológicos ............................................................................................ 38 5.2 Biología floral ..................................................................................................... 39 5.3 Ecología de la polinización y éxito reproductivo ..................................................... 41 5.4 Sistema reproductivo ........................................................................................... 43 6.. Conclusiones ........................................................................................................ 45. 7.. Recomendaciones .................................................................................................. 46. 8.. Bibliografía .......................................................................................................... 47.

(6) 1.. Introducción. La biología reproductiva de las plantas ha sido de amplio interés a través de los siglos (Ayasse y Arroyo, 2011) ya que determina, en gran medida, el éxito ecológico de las mismas. Algunos de sus aspectos tienen importancia incluso para la taxonomía y la preservación de las especies (Tandon et al., 2003; Pandey et al., 2016). En especies amenazadas, por ejemplo, se ha encontrado que existen deficiencias en la polinización (Kearns et al., 1998), lo cual refuerza la importancia del estudio de estos mutualismos en el contexto de la conservación de la biodiversidad. Debido a ello se ha hecho muy común analizar los distintos aspectos de la reproducción de las plantas para establecer estrategias de conservación in situ y ex situ de especies raras o amenazadas de extinción (Navarro y Guitián, 2002). Para esto, se hace necesario conocer el sistema reproductivo de las plantas, la fenología reproductiva, la identidad y la conducta de sus visitantes florales. Estos y otros aspectos permiten comprender los mecanismos reproductivos de las especies y planear acciones de conservación (Rajkumar et al., 2015). El sistema reproductivo de una especie describe la manera en que se transmiten los genes de una generación a otra mediante reproducción sexual (Pandey et al., 2016). En algunas especies, en dependencia del sistema reproductivo, puede presentarse mayor resiliencia a la fragmentación o pérdida de hábitat (Navarro y Guitián, 2002). En este sentido, la presencia de un sistema reproductivo mixto (Götzenberger, 2008) propiciaría a las especies una mayor capacidad de adaptación a las variaciones en las condiciones ambientales. Además, el sistema reproductivo de una especie puede influir en aspectos de la fenología de la planta, como la separación temporal de las funciones sexuales (Götzenberger, 2008). Algunos aspectos fenológicos de las plantas determinan, en gran medida, su éxito reproductivo (Rodríguez-Pérez y Traveset, 2016). Esto se debe a que la duración de la floración y la sincronía entre individuos puede maximizar las probabilidades de polinización cruzada y de formación de las semillas. Por otra parte, la constancia de los patrones de floración resulta de gran importancia para los visitantes florales, ya que determina la disponibilidad de recompensas de manera estable en el tiempo (Ollerton y Lack, 1998). De este modo, los patrones fenológicos pueden influir en las conductas de forrajeo de los polinizadores (Irwin, 2006). Se ha comprobado que la conducta de los visitantes florales es crucial en el éxito reproductivo de las plantas (Navarro, 2000; Dedej y Delaplane, 2005; Navarro y Medel, 2009). Esto se debe 1.

(7) a que el tipo de forrajeo puede definir la ocurrencia de la polinización efectiva. La conducta de los visitantes florales se encuentra, en muchos casos, estrechamente relacionada con la morfología floral. Muchas especies vegetales han respondido evolutivamente con cambios morfológicos y funcionales que incrementen su éxito reproductivo y el forrajeo de sus polinizadores (Freitas et al., 2006; Jürgens, 2006). Por ejemplo, las leguminosas, con sus flores papilionadas, ocupan un lugar especial entre las angiospermas ya que han alcanzado gran éxito debido a la efectiva polinización biótica y la coevolución con los himenópteros (Arroyo, 1981). Sin embargo, la morfología tan compleja y la dehiscencia de las anteras previa a la antesis dificulta la manipulación de las flores papilionadas. Por ello, escasean los estudios sobre la biología reproductiva de las fabáceas (Rodríguez-Riaño et al., 2004). Las limitaciones de la biología reproductiva pueden constituir amenazas para la supervivencia de las especies (Bernardello et al., 2004). Esto se debe a que la reproducción determina la producción de semillas, que afecta el tamaño de las poblaciones y, por tanto, el estado de conservación de las especies (Castro et al., 2008). Algunos autores han referido la importancia de una evaluación de la biología reproductiva de especies raras, amenazadas o en peligro, previa al manejo de las mismas (Navarro y Guitián, 2002). Harpalyce macrocarpa es una fabácea endémica de las serpentinas de Villa Clara, que se encuentra En Peligro Crítico de extinción, de acuerdo con González-Torres et al. (2016). Entre los principales factores que amenazan a esta especie se encuentran los fuegos periódicos, la extracción para el uso de su madera y la fragmentación del hábitat. Sin embargo, se desconocen los aspectos de su biología reproductiva en esta especie de tres morfos florales, así como sus implicaciones en el estado actual de conservación de esta especie. Teniendo en cuenta los aspectos mencionados, en este trabajo se propone el siguiente Objetivo General:  Caracterizar la biología reproductiva de Harpalyce macrocarpa en la localidad de San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus. Objetivos específicos 1.. Describir la biología floral y las fenofases reproductivas de Harpalyce macrocarpa.. 2.. Determinar el sistema reproductivo de Harpalyce macrocarpa.. 3.. Caracterizar la ecología de la polinización de Harpalyce macrocarpa.. 2.

(8) 2.. Revisión Bibliográfica. 2.1 Biología floral Los caracteres florales se encuentran moldeados por la Selección Natural de manera que se asegure una reproducción exitosa (Arathi y Kelly, 2004). En las plantas que dependen de animales para su polinización se aprecia una concordancia entre las “preferencias” de los animales y los rasgos florales. Por ejemplo, las aves “prefieren” flores con colores vivos (naranja intenso a rojo), sin olores, con antesis diurna mayormente, y con abundante néctar (Faegri y Van der Pijl, 1966), otras particularidades morfológicas dependen del polinizador específico. Los aspectos morfológicos y funcionales de las plantas determinan la efectividad de la polinización, de manera que los polinizadores actúan como agentes selectivos de los caracteres “óptimos” como, la antesis (Dar et al., 2006), la longevidad (Harder y Aizen, 2004), la morfología floral (Ayasse y Arroyo, 2011) y el néctar (Navarro et al., 2000; Wolff, 2006). Morfología Floral Las flores son hojas modificadas que cumplen dentro de la planta la función de la reproducción (Schooley, 1997). Las flores, generalmente, están compuestas (de adentro hacia afuera) por: . el pistilo o gineceo, que comprende el ovario en la base, el estilo y el estigma en posición superior;. . los estambres o androceo, formados por los filamentos y las anteras, que contienen los granos de polen;. . la corola, formada por los pétalos y. . el cáliz, formado por los sépalos.. La morfología de las flores se encuentra en concordancia con el tipo de polinización que presenten, ya sea biótica o abiótica (Schooley, 1997). En las plantas que dependen de animales para la polinización la reiterada interacción de las plantas con sus polinizadores resulta en cambios en la morfología floral (Freitas et al., 2006), lo cual asegura tanto el éxito en la polinización de las plantas como el consumo de recompensas por parte de los animales. La flor debe “reclutar” polinizadores primeramente y luego facilitar exitosamente la transferencia física de polen hacia y desde el polinizador y para ello la morfología de la corola es esencial (Arathi y Kelly, 2004). 3.

(9) Las diferencias en la morfología floral pueden influir en el éxito reproductivo de las plantas. Por ejemplo, Guitián et al. (1997) encontraron que las flores con pétalos más largos tenían una mayor probabilidad de producir frutos que aquellas de pétalos más cortos, además de producir más semillas por frutos. Esto probablemente estuviera influenciado por una mayor atracción a los polinizadores por parte de las flores con pétalos más largos. A pesar de esta posibilidad, los autores plantean que las flores de pétalos más grandes podrían presentar un mayor número de óvulos, lo cual redundaría en mayores probabilidades de fructificación. La morfología de la flor se encuentra influenciada, en muchos casos, por peculiaridades anatómicas y conductuales de los polinizadores. Por ejemplo, entre las plantas polinizadas por colibríes es muy común que las flores cuelguen para abajo, lo cual podría favorecer que los colibríes realicen visitas legítimas a las flores. Estas flores a menudo presentan corolas con tubos estrechos, lo cual previene también la evaporación del néctar (Chalcoff et al., 2006). Además, si los órganos reproductivos sobresalen de la corola, como en Tristerix corymbosus (Loranthaceae) (Aizen, 2005), se mejoran las probabilidades del contacto entre el polinizador y el polen. Por otra parte, el color de las flores resulta determinante en la atracción y la relocalización de las flores por parte de los polinizadores (Altshuler, 2003). En algunos casos el forrajeo de las abejas demuestra incluso una preferencia por el color de los pétalos más que por la productividad del néctar (Suzuki y Ohashi, 2014). Aunque las abejas muestran preferencia por ciertos colores (Jones y Reithel, 2001) se ha encontrado que pueden aprender múltiples asociaciones colorrecompensa (Muth et al., 2015). En el caso de las flores polinizadas por colibríes estas suelen presentar colores de longitud de onda larga, que son menos conspicuas para los insectos, aunque las polinizadas por abejas, por ejemplo, también son visibles para los colibríes (Altshuler, 2003). En especies polimórficas (con morfos de colores contrastantes) existe una diferencia en cuanto al éxito reproductivo en dependencia de la abundancia del morfo más raro, favoreciendo al mismo (Gigord et al., 2001). En particular, en las fabáceas, se presenta una gran diversidad de colores atractivos, además de variaciones en el patrón ultravioleta que pueden actuar como guías de néctar (Rodríguez-Riaño et al., 1999). Para algunas especies de esta familia se presentan polimorfismos de color, además de cambios de color cuando ha ocurrido la polinización.. 4.

(10) Probablemente, este mecanismo prevenga la visita por parte de los polinizadores a flores ya visitadas. Las plantas que presentan inflorescencias pueden atraer un mayor número de polinizadores, ya que un mayor número de flores incrementan el aclamo (Harder y Aizen, 2004). Sin embargo, la presencia de inflorescencias puede incrementar las probabilidades de autofertilización (Harder y Aizen, 2004). Para limitar la autopolinización algunas plantas presentan variabilidad en la producción de néctar a lo largo de la planta, lo cual representa una estrategia para manipular la duración de las visitas de los polinizadores (Biernaskie y Cartar, 2004). Otras especies presentan una producción de flores secuencial dentro de la inflorescencia, lo cual además favorece la exportación total de polen (Harder y Aizen, 2004). La arquitectura de la inflorescencia también reduce la pérdida de polen debido al incremento de visitas dentro de la misma, y se relaciona con el comportamiento de los polinizadores. Harder y Aizen (2004) plantean que algunos insectos visitan primero las flores que se encuentran en la base de las inflorescencias y luego las superiores. Consistentemente, muchas plantas presentan las flores masculinas en la base y las femeninas en el tope, con lo cual se asegura la fecundación cruzada. Si además se considera que las flores más longevas son las superiores (Harder y Aizen, 2004) y que la producción de néctar se ve favorecida por la edad de la flor (Biernaskie y Cartar, 2004), es de esperar que ambos factores favorezcan la exportación de polen y la reducción de la autofecundación. Por otra parte, para prevenir la autofertilización, algunas especies presentan separación espacial de las estructuras reproductivas de la flor (hercogamia), que suele acompañarse de autoincompatibilidad (Webb y Lloyd, 1986), lo que reduce las probabilidades de endogamia. Otras especies presentan una separación temporal de las funciones sexuales (dicogamia), ya sea que se presente en un primer momento la femenina (protoginia) o la masculina (protandría). Este fenómeno igualmente previene la autofertilización. La hercogamia y la protandría se encuentran positivamente relacionadas con el entrecruzamiento (Brunet y Eckert, 1998), lo cual favorece un incremento de la diversidad genética dentro de las poblaciones. Morfología floral en Fabaceae Entre las angiospermas, las flores de la familia Fabaceae representan una peculiaridad morfológica. Estas son hermafroditas y pentámeras, con las piezas de cada verticilo alternando radialmente con las piezas de los verticilos adyacentes (Rodríguez-Riaño et al., 1999). La corola 5.

(11) papilionácea (como también se le conoce) presenta disímiles variaciones y es visiblemente zigomorfa. Está compuesta por cinco pétalos: un estandarte, dos alas y una quilla (RodríguezRiaño et al., 1999). El estandarte en estado de botón protege al resto de los pétalos, presenta simetría bilateral, se encuentra en posición central en la flor y juega una función principal de aclamo. Es casi siempre el pétalo más grande. Las alas, que se insertan a ambos lados de la flor, funcionan como pista de aterrizaje para los insectos y en muchos casos presentan apéndices, pliegues, etc. (Arroyo, 1981). Por último, la quilla, un conjunto de dos pétalos fusionados que contiene la columna reproductiva en la fase de botón y la protege. Esta columna está formada, generalmente, por un estigma rodeado de nueve anteras fusionadas y una libre, aunque pueden presentarse fusionados los 10 estambres (Rodríguez-Riaño et al., 1999). En la base de la columna estaminal se encuentra un nectario generalmente anular e intra-estaminal, o sea, situado entre el gineceo y el androceo (Rodríguez-Riaño et al., 1999). El estilo es muy variable en cuanto a tamaño y morfología, lo cual tiene importancia taxonómica. El estigma puede ser de tipo húmedo o seco en dependencia de la presencia o no de exudados, siendo el primero el más frecuente que requiere ruptura de la cutícula para liberar el exudado. La orientación de la flor generalmente se presenta de manera que el estandarte sea adaxial, aunque en algunos casos se presenta una resupinación (Rodríguez-Riaño et al., 1999). La resupinación (rotación de 180º del pedúnculo floral) está relacionada generalmente con la polinización ornitófila (Arroyo, 1976). Las fabáceas, comparativamente con otras flores, poseen el néctar más escondido (Bernardello, 2007). Debido a esto (y teniendo en cuenta la particular morfología de sus flores) los polinizadores deben poseer una fuerza y un comportamiento específico que permita la exposición de las estructuras reproductivas (Jacobi et al., 2005). Las flores papilionadas, en muchos casos, tienen que ser forzadas para ser abiertas (Bernardello, 2007). Es por ello que la mayoría de estas flores tienen polinizadores específicos y han desarrollado evolutivamente características especiales para atraerlos, entre ellos el color de la corola. Néctar El néctar y el polen se encuentran entre las recompensas florales más habituales que atraen a los polinizadores a las plantas con flores (Navarro et al., 2000). Wolff (2006) encontró que el néctar de flores ornitófilas y melitófilas está compuesto mayormente por sacarosa, mientras en las quiropterófilas predomina la fructosa, aunque no encontró una relación significativa entre los 6.

(12) visitantes florales y la concentración de néctar. En las fabáceas, de manera general, se ha encontrado que el néctar es rico en sacarosa, aunque su contenido puede variar en especies visitadas por varios tipos de polinizadores (Rodríguez-Riaño et al., 1999). En cuanto al volumen, Wolff (2006) plantea que la media para las especies polinizadas por aves es aproximadamente 20 µl, para las abejas 2 µl y para los murciélagos 80 µl, lo cual está en correspondencia con los requerimientos energéticos de estos grupos, así como con la capacidad de asimilar los azúcares. Por otra parte, la concentración del néctar varía según el tipo de polinizador, ya sea para colibríes (20-27%) o abejas (35-65%) (Chalcoff et al., 2006; Wolff, 2006; Nicholson et al., 2007). Los patrones de producción de néctar dependen tanto de factores bióticos como abióticos, entre los que se encuentran la actividad de los polinizadores y la temperatura. En la fabácea Erythrina. falcata, Etcheverry y Trucco (2005) encontraron que el néctar era diluido, con una interesante variación en la concentración de azúcares a lo largo del día. Temprano en la mañana y cerca de las 20.00 horas fueron los momentos con mayor concentración del néctar, lo cual coincide con el período de mayor actividad de los colibríes, los polinizadores de esta especie, (Azpeitia y Lara, 2006) y también con las horas más frescas. Por otra parte, Ai-Zhong et al. (2002) encontraron que existen dos picos de producción de néctar (diurno y nocturno) en una especie polinizada por aves y murciélagos. Estos mecanismos pueden representar estrategias ventajosas que maximicen el forrajeo y, por tanto, el éxito reproductivo de las plantas. Además, altas temperaturas pueden estimular la secreción de mayores volúmenes de néctar sin cambios en la concentración de azúcares (Aizen y Basilio, 1998). En otros casos la concentración de azúcares se incrementa debido a las altas temperaturas (Navarro et al., 1993), lo que probablemente se deba a la evaporación del agua. La morfología de la flor es otro aspecto que puede influenciar las características del néctar, ya que en dependencia de su orientación se puede prevenir la dilución del mismo. Esta característica es muy frecuente en plantas polinizadas por colibríes (Tadey y Aizen, 2001), cuyos requerimientos energéticos son altos. Por otra parte, el sexo de las plantas puede influenciar los patrones de producción del néctar. Se han encontrado diferencias tanto en el volumen como en la concentración del néctar producido por una especie, en dependencia del sexo, favoreciendo a las femeninas (Ai-Zhong et al., 2002). Los patrones de producción de néctar en flores dicógamas pueden variar según la fenofase, como 7.

(13) sugieren los resultados de Navarro (1999) y Navarro et al. (2000). Este autor encontró que en la fase masculina las flores producen más néctar que en la femenina, ya que se requieren más visitas para cumplir la función masculina (exportación de polen) que la femenina (teniendo en cuenta que los frutos producen solo una semilla). Este resultado fue encontrado también por Aizen y Basilio (1998) para una especie protándrica. La conducta de los visitantes florales es otro de los factores que puede ejercer influencia en la producción de néctar. Navarro (1999) encontró que una especie de fabácea, luego de ser robada por abejas, detiene la producción de néctar. Este fenómeno puede representar una estrategia de ahorro de energía, ya que la producción de esta recompensa puede resultar altamente costosa para la planta (Galen, 2005). Además, también podría acarrear consecuencias negativas para el éxito reproductivo de la especie, si los polinizadores aprenden a reconocer las flores sin recompensa. En otro estudio (Navarro et al., 1993) se encontró que la producción de néctar y el patrón de concentración de azúcares estuvieron en correspondencia con el período de mayor actividad de sus insectos polinizadores. Rodríguez-Riaño et al. (1999) encontraron diferencias en los volúmenes de néctar producidos en especies de fabáceas en dependencia del color de las flores. Aunque estas diferencias no fueron estadísticamente significativas podría ser el origen de una estrategia relacionada con los polinizadores y el ahorro de energía. 2.2 Fenología reproductiva La fenología comprende los fenómenos biológicos que poseen cierta periodicidad (Font-Quer, 2001), como la floración y la brotación. Estos fenómenos se encuentran influenciados por factores bióticos (Smith-Ramírez et al., 1998; Sakai et al., 1999; Bencke y Morellato, 2002; Aizen, 2003) y abióticos (Bencke y Morellato, 2002; Hódar et al., 2009; Thomson, 2010). La fenología reproductiva se refiere al estudio de los fenómenos relacionados con el ciclo reproductivo de las especies, el cual comprende las fenofases: formación de botones, flor y frutos (maduros o verdes). La expresión de las fenofases es determinante para el mantenimiento de un óptimo estado físico de las plantas. Reproducirse en el "momento incorrecto” puede derivar en fallas en el cruzamiento y la polinización, o la descendencia puede crecer en momentos de escasez de recursos (Inouye, 2008). Es por ello que la fenología ha evolucionado de forma tal que determinadas condiciones ambientales sean indicadores confiables del “momento correcto” para reproducirse (Inouye, 2008; Mazer et al., 2015). 8.

(14) Tanto la actividad de los polinizadores como la fenología de las plantas están determinados, en gran medida, por las condiciones ambientales (Bencke y Morellato, 2002; Thomson, 2010) como la disponibilidad de agua y la temperatura. La disponibilidad de agua, por ejemplo, influye en la distribución de los recursos para el desarrollo de las estructuras reproductivas en las plantas (Galen, 2005). Esto adquiere significativa importancia en especies que viven en ambientes donde este recurso es escaso, ya que las especies vegetales deben realizar un esfuerzo extra para desarrollar y mantener sus estructuras reproductivas (de la Barrera y Nobel, 2004). Probablemente la disponibilidad de agua determine que, en la temporada lluviosa, florezcan la mayoría de las especies de climas tropicales estacionales (Bencke y Morellato, 2002; Ramírez, 2002). Por otra parte, muchas especies florecen durante el período seco (Ramírez, 2004), lo cual posiblemente reduzca la competencia entre las plantas por polinizadores. Por su parte, la temperatura puede provocar alteraciones en los patrones fenológicos de las especies (Hódar et al., 2009). El incremento de la temperatura puede causar desacoples entre los períodos reproductivos de las plantas y los períodos de actividad de sus polinizadores. En estos casos, el impacto negativo sería evidente tanto para las plantas (que no son polinizadas) como para los animales (que no obtienen alimento). Los desacoples fenológicos también pueden provocar la pérdida del momento óptimo para la germinación de las semillas, lo cual evidentemente afecta la supervivencia de las plantas. Por otra parte, la fenología de las plantas tiene a menudo un gran impacto en poblaciones animales, debido a que causa cambios temporales en la disponibilidad de recursos (Sakai et al., 1999). La sincronía en la floración puede asegurar la presencia continua de recompensas para los polinizadores (Etcheverry y Trucco, 2005) e influenciar sus conductas. Por ejemplo, el acople entre los períodos reproductivos de ciertas plantas y sus polinizadores puede incrementar el forrajeo de estos últimos, incrementando el éxito reproductivo de la planta (Navarro, 2000). En otros casos, el robo de néctar puede intensificarse con patrones asincrónicos en el tiempo entre individuos de una especie vegetal (Navarro et al., 1993). Los patrones fenológicos pueden estar afectados por la fragmentación de hábitat, que puede causar aislamiento temporal en la expresión de las distintas fenofases. El aislamiento temporal es causado por la floración asincrónica de individuos, que puede afectar la reproducción y la estructura genética de las poblaciones (Fuchs et al., 2003). Por tanto, podría afectarse la 9.

(15) variabilidad genética de los individuos, al limitarse el intercambio entre los miembros de una población. En poblaciones fragmentadas, una reducción en el número de individuos puede causar un decrecimiento en el número de flores por unidad de área. La disminución del número de flores puede resultar en parches menos atractivos a los polinizadores y, por tanto, afectar la eficiencia y los niveles de actividad de los polinizadores. Por otra parte, se ha encontrado que árboles aislados producen más flores respecto a aquellos que se encuentran en poblaciones continuas (Fuchs et al., 2003). Esto atraer mayor número de polinizadores en hábitats fragmentados, asegurando así el éxito reproductivo. 2.4 Sistemas reproductivos El sistema reproductivo influencia el flujo de genes y su transmisión en el tiempo y el espacio (Pandey et al., 2016). Por ende, juega un importante rol en la determinación de la diversidad genética dentro y entre poblaciones, y por tanto en su dinámica evolutiva (Barrett, 2003). El sistema reproductivo de las plantas es el resultado de largos períodos evolutivos en los que distintas presiones ambientales, unidas a la propia información genética de la especie, han generado diversas soluciones para asegurar la perpetuación de los genes (Shivanna, 2015). Según Cruden (1977) los sistemas reproductivos presentes en plantas son autogamia obligada, autogamia facultativa, xenogamia, xenogamia facultativa y cleistogamia. Además, Götzenberger (2008) agrega el sistema mixto, sobre la base de que el sistema reproductivo es un carácter continuo y no una característica con dos estados. Muchas plantas poseen un sistema reproductivo hermafrodita que favorece la autofecundación a partir de la autopolinización (Brunet y Eckert, 1998). La autopolinización autónoma garantiza la reproducción sexual cuando no existe una disponibilidad de polinizadores estable (Lloyd, 1979; Etcheverry et al., 2003), o si los efectivos poblacionales son escasos. Sin embargo, esta situación favorece que exista depresión por endogamia (Lloyd, 1979; Brunet y Eckert, 1998). En cambio, otras plantas presentan una xenogamia facultativa, lo cual significa que bajo ciertas condiciones las plantas pueden autofecundarse (Navarro et al., 1993). Mientras que en otras especies vegetales la autoincompatibilidad puede ser una estrategia para garantizar la polinización cruzada (Anderson, 2003) y mantener así la diversidad genética en las poblaciones.. 10.

(16) Cruden (1977) ha propuesto una clasificación del sistema reproductivo de las especies basada en la razón polen/óvulo (P/O) (Tabla I). Esta clasificación puede resultar particularmente útil en el análisis del sistema reproductivo en especies en que se dificulta la manipulación de las flores.. Tabla I. Sistemas reproductivos según la tasa polen-óvulo (P/O) propuesta por Cruden (1977).. Sistema reproductivo. P/O. Cleistogamia. 4.70 ± 0.70. Autogamia Obligada. 27.70 ± 3.10. Autogamia Facultativa. 168.50 ± 22.10. Xenogamia Facultativa. 796.60 ± 87.70. Xenogamia. 5859.20 ± 936.50. Al evaluar los sistemas reproductivos de las plantas se pueden comprender elementos de su ecología. En dependencia del sistema reproductivo que una planta presente se pueden inferir aspectos como la dependencia de animales como vectores de polen (Navarro y Guitián, 2002) o deficiencias en el servicio de polinización (Rodríguez-Riaño et al., 2004).. El sistema. reproductivo de las plantas se encuentra estrechamente relacionado con sus polinizadores y, en conjunto, juegan un papel determinante en el éxito reproductivo de las plantas. 2.5 Ecología de la polinización El análisis de las interacciones planta-polinizador permite predecir el éxito reproductivo de poblaciones vegetales y comprender el funcionamiento de los ecosistemas terrestres (Wolff, 2006). En el éxito reproductivo de las plantas intervienen aspectos tales como las características morfológicas de las flores y la conducta de los polinizadores.. 11.

(17) En las fabáceas, la posición del estandarte influye en el tipo de polinizador de la planta (Arroyo, 1976; Etcheverry y Trucco, 2005). Por ejemplo, Erythrina falcata es polinizada por colibríes que acceden al néctar introduciendo la cabeza entre el estandarte y la columna reproductiva (el estandarte se encuentra en posición inferior), con lo cual el polen se adhiere a la cabeza del animal. Otras adaptaciones de las flores papilionadas favorecen la polinización por abejas tales como la presentación valvular del polen (Rodríguez-Riaño et al., 2004). Este tipo de presentación del polen consiste en la liberación de la columna reproductiva (androceo y gineceo) de la quilla, quedando una nube de polen que se adhiere a la parte ventral del polinizador. De esta manera se asegura la fecundación cruzada cuando el insecto visita otra flor de la misma especie. En otros casos, la orientación de las inflorescencias puede determinar el tipo de ave polinizadora (Etcheverry y Trucco, 2005). Si las inflorescencias están orientadas internamente (hacia el eje principal de la planta) se favorece la polinización por aves que perchan. En el caso de las inflorescencias orientadas hacia afuera se favorece la polinización por colibríes. Eficiencia de los polinizadores Algunas plantas se consideran generalistas si son polinizadas por más de un tipo de polinizador (Wyatt y Sazima, 2011), o sea, no se encuentran adaptadas a la polinización por una o pocas especies (Gómez y Perfectii, 2009). En los casos en que se presentan numerosos polinizadores se suele hacer referencia a grupos funcionales, que no implica la existencia de relación taxonómica entre sus integrantes. Los grupos funcionales son agrupaciones de organismos que brindan un mismo servicio ecosistémico, y hacen uso de los recursos de manera similar (Blondel, 2003; Blaum et al., 2011). Independientemente de la diversidad de polinizadores de una planta, algunos visitantes florales son más eficientes como polinizadores que otros y las diferencias en sus conductas de forrajeo influirán en la misma (Anderson, 2003; Ivey et al., 2003; Gómez y Perfectii, 2009). Determinar el éxito de la polinización entre distintos tipos de visitantes florales ha sido un problema perenne en la biología de la polinización (Ne’eman et al., 2010). Numerosos factores influyen en el éxito reproductivo de las plantas, entre ellos se encuentran: el sistema de polinización (ya sea especialista o generalista), la conducta de los polinizadores, la abundancia de los polinizadores y la morfología de las flores y sus polinizadores. En algunas especies generalistas, el éxito de la reproducción depende del esfuerzo combinado de sus 12.

(18) polinizadores (Dar et al., 2006). Además, una misma especie puede diferir en cuanto a su conducta y actuar como polinizador efectivo o robador de néctar (Etcheverry y Trucco, 2005). Esta conducta puede diferir entre polinizadores de diferente sexo (Buzato et al., 1994) o entre épocas del año (Anderson, 2003). Las hembras de algunas especies de polinizador poseen altos requerimientos energéticos, lo cual provoca que actúen como robadores de néctar, con lo cual no favorecen la transferencia de polen (Buzato et al., 1994). En otros casos los robadores de néctar pueden favorecer la fructificación en plantas robadas sobre plantas no robadas, ya que actúan como polinizadores (Navarro, 2000). Asimismo, en dependencia de la época del año los polinizadores pueden maximizar el forrajeo, lo que favorecerá la fructificación (Anderson, 2003). Además, la eficiencia de los polinizadores dependerá de la abundancia relativa de los mismos (Shivanna, 2015), según el área geográfica en que se encuentren (Valiente-Banuet et al., 2004; Jauker et al., 2012). En una región un polinizador puede ser más abundante que otro y, quizás, también más eficiente para la reproducción de una especie de planta. Por otra parte, aspectos morfológicos como el tamaño de los polinizadores, en relación con el de las flores que visitan, pueden aumentar las posibilidades de interactuar con las estructuras reproductivas de las plantas (Aizen, 2003), lo que incrementa la efectividad de los primeros (Willmer y Finlayson, 2014). Por ejemplo, algunos insectos polinívoros pueden comportarse como polinizadores en las flores pequeñas y como depredadores en las más grandes (Anderson, 2003). Esto tendrá un impacto evidente en el éxito de los insectos como polinizadores. En general, aunque ciertas características florales conforman los llamados síndromes de polinización (Faegri y Van der Pijl, 1966), se han encontrado casos en los que la efectividad de los polinizadores no puede ser predicha por el síndrome (Mayfield et al., 2001). No obstante, los síndromes de polinización deben ser analizados teniendo en cuenta grupos funcionales, que pueden polinizar efectivamente las flores, garantizando el éxito reproductivo de la especie (Fenster et al., 2004). La evaluación de la eficiencia de los polinizadores agrupa técnicas diversas (Ne’eman et al., 2010), por lo que el término en sí ha sido catalogado como ambiguo por Inouye et al. (1994). Por otra parte, el término efectividad se refiere al resultado de una sola visita, aunque ha sido empleado como sinónimo de eficiencia y eficacia (Inouye et al., 1994; Mayfield et al., 2001; Ne’eman et al., 2010). Este término ha sido utilizado para referir los componentes cualitativo 13.

(19) (la cantidad de polen efectivo y compatible transferido por visita) y cuantitativo (la cantidad de visitas hechas por un tipo de polinizador) de la polinización (Mayfield et al., 2001; RodríguezRodríguez et al., 2013). La estimación de la eficiencia de la polinización puede categorizarse en función de la aproximación de la medición. Una aproximación desde la planta permite estimar la eficiencia, por ejemplo, mediante la cantidad de frutos y semillas formados por visita o tipo de polinizador (Maloof, 2000; Mayfield et al., 2001; Jauker et al., 2012) o a través de la tasa semilla-óvulo. Por otra parte, la aproximación desde los polinizadores permite medir la eficiencia a partir de la cantidad de polen removido por el polinizador (Ivey et al., 2003; Willmer y Finlayson, 2014), el porcentaje de estigmas tocados por los polinizadores, las tasas de forrajeo (Ivey et al., 2003), la deposición de polen en el estigma (Engel y Irwin, 2003; Willmer y Finlayson, 2014), entre otros. 2.6 Biología reproductiva y su importancia para la conservación La biología reproductiva de una planta incluye la morfología floral, antesis, recompensas florales, visitantes florales, patrones de visita, sistemas reproductivos (Navarro y Guitián, 2002; Pellegrino et al., 2005; Nassar et al., 2007; Wyatt y Sazima, 2011), entre otros aspectos. En los últimos años se ha vuelto muy común el estudio sobre la biología reproductiva de las plantas (Rodríguez-Riaño et al., 2004; Etcheverry y Trucco, 2005; Nassar et al., 2007), ya que estos aspectos están directamente relacionados con la supervivencia de las plantas y por tanto pueden ser aplicados a la conservación de las especies. Para establecer estrategias de restauración, reforzamiento o reintroducción es importante conocer la fenología de la floración y la fructificación. De esta manera se pueden conocer los momentos en que colectar frutos y semillas, o estudiar la polinización. Además, el sistema reproductivo de la especie, así como las especies animales de las que depende para su polinización y dispersión, pueden aportar información valiosa para la conservación de la especie (Bjerknes et al., 2007). Para esto, es importante conocer la relación entre la morfología de la flor y la conducta de los polinizadores, lo cual puede influir en el éxito reproductivo (Li et al., 2009). Traveset (1999) plantea que comprender cómo funcionan los mutualismos planta-animal resulta útil en el análisis de los riesgos de extinción de las plantas, así como el efecto que para estas 14.

(20) tiene. la pérdida de sus polinizadores (Rodríguez-Riaño et al., 1999). Las plantas con. polinización especialista son mucho más vulnerables que las generalistas, que no dependen de pocas especies animales (Ashworth et al., 2004). Este asunto cobra especial relevancia en las especies endémicas con alguna categoría de amenaza, ya que la pérdida de sus polinizadores puede reducir el éxito reproductivo de las mismas (Ayasse y Arroyo, 2011). La exclusividad en la relación planta-polinizador es una información muy útil a tener en cuenta para analizar las causas que amenazan a una planta. Por ejemplo, algunas plantas poseen mecanismos compensatorios (propagación vegetativa, autopolinización, etc.) que aseguran la persistencia de las especies en hábitats donde el servicio de polinización es inestable (Bond, 1994). Sin embargo, la dependencia de un polinizador específico es muy rara (Kearns et al., 1998), siendo frecuente presentar varios polinizadores incluso taxonómicamente no emparentados (Bond, 1994). Además, las plantas generalistas pueden enfrentar mejor algunos disturbios como la fragmentación del hábitat (Ashworth et al., 2004).. 15.

(21) 3.. Materiales y métodos. 3.1 Especie y sitio de estudio Harpalyce macrocarpa Britt. & Wilson es un arbolillo de 4 m, las hojas presentan pecíolo y raquis densamente ferrugíneo-pubérulo, los pecíolos de 1-2 cm, foliolos 11-15, oblongoelípticos, de 2.2-3.8 cm, el ápice redondeado y emarginado, redondeados y a veces escotados en la base, casi mates arriba, finamente reticulados en el envés, peciolillos de 1-1.5 mm. Legumbre espatulado-oblanceolada de 5-6 cm, más o menos curvas y lampiñas (León y Alain, 1951). Además, en esta especie se pueden encontrar flores grandes agrupadas en racimos con 5-7 flores, corola pentámera, 2 pétalos de la quilla alargados, 2 alas oblanceoladas-falcadas, estandarte grande, estambres monadelfos con anteras lineales y desiguales (González-Torres et al., 2013). En esta especie es común encontrar tres morfos de color floral: rojo intenso, naranja o amarillo (Franco et al., 2011) (Fig. 1).. Figura 1. Morfos de color floral de Harpalyce macrocarpa en la población San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus.. La especie en estudio se encuentra En Peligro Crítico según el criterio C2a(i) (González-Torres et al., 2016) y presenta cinco poblaciones alrededor de la ciudad de Santa Clara (Franco et al., 2011). Recientemente se ha encontrado una población en la localidad San Felipe (municipio Jatibonico, provincia Sancti Spíritus) (Castañeda, 2013), la cual es considerada la población más grande conocida para la especie (Torres-Roche, datos no publicados). Se seleccionó esta 16.

(22) población para el estudio de la reproducción debido a su gran cantidad de adultos, lo cual permitiría encontrar una mayor cantidad de flores disponibles durante el período reproductivo. En la localidad San Felipe se desarrolla un Matorral Xeromorfo Espinoso sobre Serpentina (cuabal) (Capote y Berazaín, 1984), donde se puede encontrar la especie creciendo en bosques de galería. La población de H. macrocarpa se localiza entre los 22º 04’.192 N y 79º 00’.466 O y los 22º 03’.868 N y 79 º 01’.066 O. En la misma, la especie se desarrolla en terrenos y jardines particulares de los habitantes de la Comunidad de San Felipe. Además, se han encontrado algunos individuos en el ecosistema natural remanente que rodea esta comunidad. Es de destacar que existen diferencias en cuanto a las características generales de los microhábitats principales donde la especie se desarrolla. En un caso, los individuos se localizan de manera agregada bajo la sombra de especies de porte arbóreo como Clusia rosea, Tabebuia sp., Roystonea regia, entre otras. En este lugar existe una humedad alta, así como abundante hojarasca en el suelo. En el otro caso, los individuos se encuentran más aislados, expuestos al sol en amplios afloramientos de serpentina en el suelo y la flora que acompaña a la especie es típica de la vegetación de cuabales. Todos los análisis estadísticos desarrollados en este estudio y los gráficos se realizaron con la ayuda del software RStudio versión 0.99 (RCoreTeam, 2016). Para todos los análisis estadísticos se tuvo en cuenta un α=0.05. 3.2 Biología Floral Morfología Floral Se seleccionaron al azar flores de 20 plantas del morfo rojo y cinco del morfo naranja que se encontraban disponibles durante el período de estudio. Las flores fueron colectadas una vez que se hallaron completamente abiertas y se conservaron en alcohol al 70% para su posterior manipulación en el laboratorio. Se realizaron las mediciones morfológicas a 46 flores (30 del morfo rojo y 16 del morfo naranja, para lo cual se calculó el tamaño de muestra según la fórmula: 𝑛=. 2 𝑆 2 𝑡𝛼(2)𝑣. 𝑑2. (Zar, 2010). Donde: S2: varianza de la muestra, con ν= n – 1 grados de libertad. 17.

(23) t2: valor crítico de la distribución t-Student d: la mitad del intervalo de confianza deseado En el laboratorio las flores fueron diseccionadas para separar todos sus verticilos florales y se procedió a la medición de las siguientes variables: ancho y largo del estandarte, escotadura del estandarte, ancho y largo de la quilla, ancho y largo de las alas (izquierda y derecha), longitud de los estambres, longitud del pistilo, apertura de la corola, ancho y largo de las valvas del cáliz (superior e inferior) (Fig. 2). Todas las mediciones fueron realizadas con un Pie de Rey. Se compararon los dos morfos florales para determinar si existían diferencias en cada una de las variables morfológicas mencionadas, a través de la prueba U de Mann-Whitney (α = 0.05) ya que los datos no mostraron normalidad. Néctar Se seleccionaron 25 individuos al azar, tratando de abarcar la variabilidad de microhábitats en los que se desarrolla la especie en esta población, así como la representatividad de los morfos florales disponibles. En cada individuo se eligió una inflorescencia y dos flores por inflorescencia para realizar las mediciones de volumen y concentración de néctar. De los individuos seleccionados 21 fueron del morfo rojo y cuatro del morfo naranja, ya que no se encontraba florecido un mayor número de individuos que permitiera incrementar el tamaño de muestra. No fue posible realizar mediciones del morfo amarillo debido a que no se encontraban en estado reproductivo durante el estudio. Para describir el patrón temporal de producción de néctar se realizaron mediciones a intervalos de una hora, en una secuencia fija para cada flor, comenzando a las 06:00 h. A partir de las 16:00 h se espaciaron las mediciones a intervalos de dos horas, ya que se registraban muy bajos valores de volumen que no permitían medir la concentración. Además, se realizaron mediciones a flores de distintas edades (i.e. de uno y dos días). El volumen se midió utilizando microcapilares de vidrio de 2 µl y la concentración con un refractómetro manual marca ATC.. 18.

(24) Figura 2. Piezas florales de Harpalyce macrocarpa., Variables medidas: Av: Ancho de la valva, Lv: Longitud de la valva, Le: Longitud del estandarte, Ee: Escotadura del estandarte, Ae: Ancho del estandarte, Aa: Ancho de las alas, La: Longitud de las alas, Aq: Ancho de la quilla, Lq: Longitud de la quilla, Lp: Longitud del pistilo, Lan: Longitud de las estambres, Ac: Apertura de la corola.. 3.3 Fenofases reproductivas Para realizar el seguimiento fenológico se seleccionaron 15 plantas del morfo rojo y cinco del morfo naranja, todos individuos adultos. No fue posible incluir individuos del morfo amarillo para el seguimiento de las fenofases, ya que no se encontraron en estado reproductivo durante el estudio. En el caso del morfo naranja no se encontraba disponible un mayor número de plantas 19.

(25) de este morfo. El seguimiento fenológico se desarrolló entre marzo de 2015 y marzo de 2016 con una frecuencia semanal. En cada muestreo se registró cuantitativamente la presencia de cada una de las fenofases reproductivas: botón, flor y fruto (Conceição et al., 2007). Por otra parte, se contó con datos de precipitaciones obtenidos de la estación meteorológica de la presa Dignora, la estación más cercana a la población en estudio. Se analizaron los patrones generales y por morfo para la floración y la fructificación en el año de estudio, teniendo en cuenta la cantidad promedio de flores y frutos por individuo y las precipitaciones. Se realizó una comparación entre los dos morfos florales, teniendo en cuenta el promedio de flores y frutos producidos por individuo en cada muestreo, mediante una prueba U de Mann Whitney (Zar, 2010) ya que los datos no presentaron normalidad. La posible relación entre la producción de flores y frutos y las precipitaciones fue evaluada mediante una regresión lineal, tanto para la especie como un todo como para los morfos rojo y naranja. Para ello se consideró como variable dependiente la producción promedio de flores y frutos por individuo, y las precipitaciones como variable independiente (Zar, 2010). Estos análisis se llevaron a cabo para dilucidar las posibles estrategias reproductivas en respuesta a las precipitaciones. 3.4 Sistema Reproductivo Se seleccionaron 21 individuos adultos (17 del morfo rojo y 4 del morfo naranja) de los cuales se colectó un botón floral por cada uno tratando de garantizar la variabilidad de microhábitats en que se desarrolla la especie. Los botones fueron conservados en etanol al 70% hasta su posterior utilización en el laboratorio. Con la ayuda de un estereomicroscopio se diseccionaron los botones para separar los verticilos florales. La cantidad de anteras por flor y de óvulos por ovario fueron contados por observación directa. Con estos datos se estimó la cantidad promedio de óvulos por flor para la especie en esta población, así como el número de anteras. Se seleccionó una antera al azar de cada botón, la cual fue macerada en un portaobjetos con una gota de glicerina. Los granos de polen de cada antera fueron contados por observación al microscopio óptico utilizando un aumento de 400X. El número total de granos de polen de cada botón se estimó a través de la multiplicación del número de granos de polen en una antera por el número de anteras. Con estos datos se calculó la tasa polen/óvulo (P/O) para inferir el sistema reproductivo de la especie según Cruden (1977).. 20.

(26) 3.5 Ecología de la polinización Para describir la ecología de la polinización se seleccionaron plantas al azar abarcando los tres morfos florales y la variabilidad de microhábitats donde se localiza la especie. Según la disponibilidad de flores se seleccionaron grupos de 4-38 flores por planta, que se encontraran en el campo de visión del observador. Durante las observaciones realizadas a estas flores se registró: el número de flores observadas, la identidad y conducta de los mismos (polinizador, robador, ladrón de néctar o “base worker”), recompensa floral buscada (polen o néctar), duración de la visita, hora de la visita y si los visitantes hacían contacto (o no) con las estructuras reproductoras. Durante este estudio consideramos que el acceso de los visitantes florales puede ser “legítimo”, si la aproximación a la flor ocurre por el espacio que existe entre el estandarte y la quilla. Por el contrario, si el acceso de los visitantes ocurre desde cualquier otra aproximación, se consideró el acceso “ilegítimo”. Además, si el acceso de los visitantes florales es legítimo y se activa el mecanismo de liberación de polen, se considera que la visita es “legítima” y estos pueden ser considerados como polinizadores. Las observaciones se realizaron durante los períodos de floración invernal y primaveral (6 de enero, 19 de febrero, 20 de marzo, 2-4 de mayo de 2016) y además a lo largo del día, tratando de abarcar todas las horas en las que se encuentran abiertas las flores. Los puntos de observación se establecieron a una distancia de entre uno y tres metros de las plantas observadas, de manera que no se afectara la visibilidad de las plantas ni la actividad de los visitantes. Con estos datos se describieron los patrones temporales generales de visitas a las flores, así como los patrones de visitas por morfos florales y grupos funcionales de visitantes florales. Para ello, se calcularon las tasas de visita dividiendo el número de flores visitadas entre el número total de flores observadas en cada hora de observación. Estas tasas se calcularon para cada morfo, para cada grupo funcional de visitantes florales y para las horas del día en que se realizaron las observaciones. Adicionalmente se tomaron datos de interés sobre la conducta de distintas especies animales que interactuaron con Harpalyce macrocarpa. Eficiencia de la polinización Se estimó la eficiencia de la polinización a través de la tasa semilla/óvulo (S/O) (Miller et al., 2014). Para el cálculo de la tasa S/O se colectó una legumbre por planta a 20 individuos y se. 21.

(27) contó el número de semillas sanas y se utilizó el número estimado de óvulos por flor para la especie. La tasa S/O fue calculada para los morfos naranja y rojo de manera independiente.. 22.

(28) 4.. Resultados. 4.1 Fenofases reproductivas Durante el año estudiado, Harpalyce macrocarpa mostró un período de floración que se extiende desde octubre a mayo y una fructificación ligeramente desfasada entre los meses de noviembre y julio (Fig. 3). De manera general, se aprecia un patrón bimodal donde la floración y la fructificación de la especie tienen lugar en los meses menos lluviosos del año. La regresión lineal mostró una relación negativa entre las variables analizadas que fue estadísticamente significativo tanto a nivel general (floración: ß = -82.96, R2 = 0.16, p = 0.04; fructificación: ß = -75.32, R2 = 0.29, p < 0.05) como por morfos (Rojo: floración: ß = -75.47, R2 = 0.16, p = 0.04, fructificación: ß = -74.10, R2 = 0.29, p < 0.05; Naranja: floración: ß = -7.48, R2 = 0.16, p = 0.04, fructificación: ß = - 1.22, R2 = 0.22, p < 0.05). Los patrones fenológicos de los morfos rojo y naranja se mostraron casi totalmente superpuestos. El morfo rojo mostró dos claros picos de floración en los meses abril de 2015 y febrero de 2016 y de fructificación en los meses marzo de 2015 y febrero-marzo de 2016 (Fig. 4). En el caso del morfo naranja, los picos de floración se encontraron en octubre-noviembre de 2015 y febrero de 2016, mientras que la fructificación alcanzó su mayor valor en febrero de 2016 (Fig. 5). Al analizar la producción de flores y frutos encontramos que la misma fue mayor en el morfo rojo que en el morfo naranja. En promedio, los individuos del morfo rojo produjeron más flores y frutos que los del morfo naranja (Rojo: 24.7 flores y 18.18 frutos, Naranja: 6.37 flores y 0.91 frutos). Estos resultados fueron estadísticamente significativos (flores: U = 120, p < 0.01; frutos: U = 166, p < 0.01).. 23.

(29) Figura 3. Patrones generales de floración y fructificación de 20 individuos de Harpalyce macrocarpa en relación con las precipitaciones en la población de San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus, entre marzo 2015 y marzo 2016.. 24.

(30) Figura 4. Patrones de floración y fructificación de 15 individuos del morfo rojo de Harpalyce macrocarpa en relación con las precipitaciones en la población de San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus, entre marzo 2015 y marzo 2016.. 25.

(31) Figura 5. Patrones de floración y fructificación de cinco individuos del morfo naranja de Harpalyce macrocarpa en relación con las precipitaciones en la población de San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus, entre marzo 2015 y marzo 2016.. 26.

(32) 4.2 Biología Floral Morfología Floral De manera general, las medidas tomadas apuntan a que el morfo rojo es ligeramente mayor en dimensiones que el naranja, aunque solo existen diferencias estadísticamente significativas para el ancho del estandarte, el ala izquierda y la quilla, así como la longitud del estandarte, las alas, los estambres y el pistilo (Tabla II). Tabla II. Variables morfológicas medidas entre los morfos florales de Harpalyce macrocarpa [X: mediana, Q1: primer cuantil, Q3: tercer cuantil U: estadígrafo de la prueba U de Mann Withney, P: probabilidad estadística (α=0.05)]. Se destacan en negrita las variables en las que se encontraron diferencias significativas.. Morfo rojo. Morfo naranja. (n=30). (n=16). Variables medidas (cm) Q1. X. Q3. Q1. X. Q3. U. P. Ancho estandarte. 1.9. 2.1. 2.2. 1.65. 1.77. 2.0. 364. < 0.01. Longitud. 2.4. 2.52. 2.7. 2.1. 2.4. 2.6. 325.5. 0.05. 0.05. 0.1. 0.1. 0.1. 0.1. 0.15. 156. 0.06. Ancho quilla. 0.7. 0.8. 0.83. 0.65. 0.7. 0.71. 329.5. < 0.01. Longitud quilla. 2.7. 2.82. 3.0. 2.57. 2.8. 3.0. 271.5. 0.6. Ancho ala. 0.9. 0.9. 1.0. 0.67. 0.8. 0.9. 333.5. 0.05. 2.26. 2.4. 2.5. 2.07. 2.2. 2.36. 334.5. 0.05. estandarte Escotadura estandarte. izquierda Longitud ala izquierda 27.

(33) Ancho ala derecha. 0.86. 0.9. 1.0. 0.74. 0.87. 0.91. 297.5. 0.26. Longitud ala. 2.3. 2.37. 2.5. 2.02. 2.2. 2.27. 358. 0.01. Longitud estambres. 2.95. 3.10. 3.20. 2.61. 2.90. 3.11. 343. 0.03. Longitud pistilo. 3.71. 3.8. 3.98. 3.05. 3.47. 3.90. 379. 0.01. Apertura de la corola. 0.81. 0.90. 0.90. 0.8. 0.82. 0.87. 279. 0.48. Ancho valva. 0.90. 0.95. 0.95. 0.84. 0.90. 1.0. 259. 0.80. 2.71. 2.8. 2.9. 2.4. 2.6. 2.9. 336.5. 0.06. Ancho valva inferior. 0.85. 0.92. 0.98. 0.80. 0.9. 0.91. 295.5. 0.28. Longitud valva. 2.77. 2.95. 3.06. 0.85. 0.92. 0.98. 334.5. 0.06. derecha. superior Longitud valva superior. inferior. Néctar El néctar se encuentra localizado en la base del ovario, es translúcido y de consistencia ligeramente viscosa. El volumen y concentración promedio del néctar en esta especie son 10.29 ± 20.9 µl y 18.92 ± 11.64%, respectivamente. El volumen de néctar mostró un rango entre los 0-160 µl y la concentración de 7-33 %. El néctar se acumula de manera continua durante los primeros dos días de vida de la flor, resintetizando pequeñas cantidades entre un evento de remoción y el siguiente. De manera general el néctar muestra altos valores de volumen en las horas de la mañana y un decremento durante las restantes horas del día (Fig. 6). La concentración por otra parte, presenta una dinámica contraria, con bajos valores en las horas de la mañana y un incremento durante el resto del día. 28.

(34) Figura 6. Patrón temporal de producción de néctar de Harpalyce macrocarpa en la población San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus, resumido como el volumen y concentración promedio de todas las flores medidas en cada momento del día.. 29.

(35) 4.3 Sistema Reproductivo Harpalyce macrocarpa presenta 10 anteras, cuyos filamentos se encuentran fusionados en una columna estaminal. El número de granos de polen por flor es 62 125.7 ± 18 255, mientras que el número de óvulos varía entre cuatro y siete, con una media de 5.5 en el morfo rojo y para el morfo naranja un promedio de 4.88 óvulos, con un máximo de seis y un mínimo de cuatro. La tasa Polen/Óvulo (P/O) obtenida fue 11 494.48 ± 5876.18. 4.4 Ecología de la Polinización Se observaron 898 visitas a las flores de H. macrocarpa, de las cuales el 87% fueron “ilegítimas”. Del total de visitas, 592 fueron realizadas para colectar néctar, 254 para colectar polen y en 52 visitas se colectaron ambas recompensas florales. Durante las observaciones realizadas se encontraron seis grupos funcionales de visitantes florales (Fig. 7). Los más abundantes fueron las abejas (Apis mellifera), realizando el 76.6% de las visitas. Le siguen en abundancia otros himenópteros como avispas, hormigas y Xylocopa cubaecola (11.4%), los dípteros (5.8%), las aves (4.2%), los lepidópteros (1.6%) y una especie del género Anolis (0.4%). En ninguna de las visitas observadas los visitantes florales activaron el mecanismo de liberación del polen. En los casos en que la aproximación a la flor fue “ilegítima”, los visitantes florales accedieron a la flor por la parte posterior, pues el néctar se acumula en las cavidades formadas por las orejas de la quilla y las alas (Fig. 7 A-D). En observaciones aisladas se constató que Xylocopa cubaecola era capaz de activar el mecanismo de liberación del polen. Además, se observó que algunas aves, como el totí (Dives atroviolaceus) y el solibio (Icterus melanopsis) pueden realizar un forrajeo con fuerza suficiente como para liberar la columna estaminal de la quilla. Sin embargo, también pueden provocar la caída de las flores en algunas ocasiones.. 30.

(36) B. A. D. C. E. F. Figura 7: Visitantes florales de H. macrocarpa en la población San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus. A: Pseudomirmex ellongatus, B: Apis mellifera, C: Chlorostilbon ricordii, D: Xylocopa cubaecola., E: A. mellifera, F: Polistes cubensis. Visitas ilegítimas: A-D, Colecta de polen en las anteras de H. macrocarpa: E-F.. 31.

(37) Las mayores tasas de visitas se observaron durante las primeras horas de la mañana, por abejas y otros himenópteros (Fig. 8). Posteriormente, se observó una disminución en las tasas de visitas desde las 11:00h hasta cerca de las 19:00 horas, donde se aprecia un pico. A medida que la luz del día va disminuyendo la tasa de visitas disminuye hasta cero. Durante la noche, a pesar de que las flores permanecen abiertas, no se observó ninguna visita a las flores de H. macrocarpa. La actividad de los visitantes florales mostró un pico alrededor de las 6:00 horas y otro entre las 10:00 y las 18:00 horas. Las flores del morfo rojo muestran un patrón de visitas ascendente, con un pico a partir de las 11:00h hasta las 14:00 horas. Los morfos restantes muestran los máximos valores en las tasas de visitas alrededor de las 17:00 horas (Fig. 9).. 32.

(38) Figura 8. Tasas de visitas florales a H. macrocarpa según seis grupos funcionales de visitantes en la población San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus.. 33.

(39) Figura 9. Tasas de visitas a H. macrocarpa durante el día (A) y por morfos florales (B) en la población San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus.. 34.

(40) Apis mellifera fue el visitante más frecuente, colectando fundamentalmente polen. Estas abejas se posaban en los pétalos de la flor, principalmente en la quilla cuyo extremo anterior no se encuentra soldado, accediendo a las anteras para colectar el polen. Esta conducta también fue observada en la avispa Polistes cubensis (Fig. 7 E-F). Además, se observó que las abejas accedieron “ilegítimamente” al néctar (Fig. 9 B) y se trasladaban a otra flor de la misma inflorescencia, o a otra inflorescencia cercana, para realizar la misma actividad. Las abejas y las avispas colectan en una misma visita ambas recompensas florales, o solo una de ellas, mientras el resto de los visitantes florales colectaron solo néctar, siempre de manera “ilegítima”. Durante la fase de botón todos los pétalos se encuentran plegados sobre la columna estaminal y el estilo, los cuales están inmediatamente protegidos por la quilla. Luego de la apertura de la flor el primer pétalo en desplegarse es el estandarte, seguido casi simultáneamente por las alas, que ocupan una posición vertical hasta que la flor es visitada. La quilla, por otra parte, permanece cerrada y en posición superior, conteniendo tanto las anteras como el estilo, que generalmente sobresale de esta. La quilla solo abre cuando ocurre la visita de un polinizador que accede a la flor por el espacio que existe entre esta y el estandarte. Una vez que el visitante ejerce fuerza sobre la unión de estos pétalos se produce la apertura completa de la flor, la quilla desciende a una posición inferior produciendo un sonido semejante a un chasquido. Durante el proceso se libera el polen de las anteras y una nube de polen impregna al visitante. Durante este estudio se encontraron varios botones y flores con daños por herbivoría. En la mayoría de los casos se encontraban dañados los pétalos y las valvas del cáliz (Fig. 10). Se observó que el zorzal real (Turdus plumbeus) realizaba cortes en los pétalos en las flores y las llevaba hacia el nido, aunque no se pudo apreciar el uso de los mismos. Además, se encontraron larvas de lepidópteros dentro de botones parcialmente consumidos. Algunos de los botones que presentaron este daño interrumpieron su desarrollo, lo que se evidenció por el menor tamaño de los mismos y la paulatina marchitez. Otros botones menos dañados continuaron su desarrollo hasta la antesis floral. En estos casos las flores permanecieron sin ser visitadas hasta la caída de las mismas.. 35.

(41) A. B. Figura 10. Herbivoría en pétalos (A) y cáliz (B) de Harpalyce macrocarpa en la población de San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus.. Eficiencia de la polinización Se obtuvieron 120 semillas de 34 legumbres, de las cuales 37 resultaron aparentemente sanas y 83 mostraron diferentes niveles de atrofia (Fig. 12). Del total de semillas obtenidas el 69% presentó distintos niveles de atrofias en el desarrollo, mientras el resto resultaron aparentemente sanas, de acuerdo con Franco et al. (2011). Se encontró un promedio de 3.64 semillas sanas por fruto en general, cuatro para el morfo rojo y tres semillas para el naranja. La tasa semilla/óvulo (S/O) calculada para la especie arrojó que las flores fecundadas producen el 20% de las semillas (S/O = 0.20). Para el morfo rojo este valor es del 23% mientras que para el naranja es del 10%.. 36.

(42) A. B. Figura 12. Semillas de H. macrocarpa (A) aparentemente sana; (B) atrofiadas en la población San Felipe, Jatibonico, Sancti Spíritus.. 37.