Dépôt Institutionnel de l’Université libre de Bruxelles / Université libre de Bruxelles Institutional Repository Thèse de doctorat/ PhD Thesis Citation APA:
Tauleigne Chagas Gomes, A. C. (2005). Différenciation et hybridation chez trois espèces endémiques d'Armeria (Plumbaginaceae) du littoral portugais (Unpublished doctoral dissertation). Université libre de Bruxelles, Faculté des sciences, Bruxelles. Disponible à / Available at permalink : https://dipot.ulb.ac.be/dspace/bitstream/2013/210953/1/ed75f890-9ecb-4095-bd82-da88d6194028.txt
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D 03341
urNiVEKSlTE LIBRE DE BRUXELLES
Faculté des Sciences Département de Biologie des Organismes Laboratoire de Génétique et d’Ecologie Végétales
Différenciation et hybridation chez trois espèces endémiques d^Armeria (Plumbaginaceae) du littoral portugais.
Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences, orientation Biologie Végétale
par
Ana Cristina Tauleigne Chagas Gomes
Promoteur
Professeur Claude Lefèbvre
Année académique 2004-2005 UNIVERSITE LIBRE DE BRUXELLES
Faculté des Sciences Département de Biologie des Organismes Laboratoire de Génétique et d’Ecologie Végétales
Différenciation et hybridation chez trois espèces endémiques û^Armerîa (Plumbaginaceae) du littoral portugais.
Thèse présentée en vue de l’obtention du titre de Docteur en Sciences, orientation Biologie Végétale
par
Ana Cristina Tauleigne Chagas Gomes
Promoteur
Professeur Claude Lefebvre
Année académique 2004-2005 Soutenue le 13 Septembre 2005
devant le jury composé de
José ESCARRÉ - Centre National de Recherche Scientifique, Montpellier.
Olivier HARDY - Université Libre de Bruxelles.
Claude LEFEBVRE - Université Libre de Bruxelles (Promoteur).
Amélia MARTINS LOUÇÂO - Université de Lisbonne; MNHN-Jardin Botanique.
Pierre MEERTS - Université Libre de Bruxelles (Président).
Xavier VEKEMANS - Université de Lille.
Renata WESSELINGH - Université Catholique de Louvain. Abstract
Différentiation and hybridisation in three endemic species of Armeria {Plumbaginaceae) from portuguese littoral
This thesis aims to study interspecific différentiation in the Genus Armeria {Plumbaginaceae) notably known for its taxonomie difficulties due to a generalised intergradation between numerous species. More than any other factors, hybridisation is hypothesised to be responsible for the continuum between taxa.
Three Coastal endemic species ffom the centre of Portugal were chosen that may provide us with data about interspecific différentiation process in Armeria . A. berlengensis and A. pseudoarmeria are micro-endemics restricted to small distribution areas respectively to the Berlengas Archipelago and to the surroundings of the Cabo da Roca .The third species , A. welwitchii, is extending from Lisbon to Figueira da Foz 200km to the North .It is adjacent to A. pseudoarmeria and ten km apart from A. berlengensis.
Morphometric analysis using multivariate methods revealed a clear différentiation of A. pseudoarmeria from the two other species between which we did not detect discontinuity so that their spécifie status may be questioned. Nevertheless partial reproductive isolation exists between these two geographically separated species (experimental Fl hybrids are partly stérile) and consequently their spécifie status should be maintained.
Although quite distinct in their typical habitat , A. pseudoarmeria and A. welwitschii may hybridise when in contact and large and large intermediate populations occur lasting for décades. Such populations house parental morphotypes and intermediates morphotypes which are phenotypically Fl like and backerosses like. Such populations are found in abandoned agricultural fields since the sixties. In the hybrid zone we used the ‘Logistic Régression’ method to typify the two parental and the three hybrids morphotypes.
We estimated the reproductive efficiency (pollen fertility and seed set) of the five morphotypes . Fl like morphotypes appear as the worst performer but some Fl (25%) were fully fertile as were parental types . Reciprocal transplant experiment in the field of parental and Fl morphotypes along a clinal pattern did not reveal an advantage of the Fl in the intermediate zone .On the whole ,the ‘Tension Zone Mode!’ , where a continuons production of hybrids and a sélection against them are counteracting , seems to correspond to what is happening along the cline.
Conversely we detected signs of ecotypic spécialisation for the Fl morphotype ;it shows a biogeochemical specificity for major nutrients and occurs in a somewhat peculiar plant community.
We finally concluded that sélection against Fl hybrids is weak and that they may be on the way to evolve ecological spécialisation. Résumé
Différenciation et hybridation chez trois espèces endémiques à*Armeria (Plumbaginaceaé) du littoral portugais
Cette thèse a pour but d’étudier la différenciation interspécifique chez le Genre Armeria {Plumbaginaceae) notablement connu comme présentant des difficultés taxonomiques liées au manque de solution de continuité entre de nombreuses espèces ; plus que tout autre facteur, l’hybridation est invoquée comme étant responsable du continuum entre taxa.
Nous avons choisi trois espèces du littoral du centre du Portugal susceptibles de nous fournir des données sur le processus de différenciation interspécifique chez Armeria : deux micro endémiques limitées à des aires de distribution restreintes A. berlengensis et A. pseudoarmeria, et ime troisième espèce A. welwitchii, dont l’aire de distribution, plus ample, est adjacente à A. pseudoarmeria et voisine de A. berlengensis.
Une analyse morphométrique utilisant des méthodes multivariées a montré une nette différenciation de A. pseudoarmeria par rapport aux deux autres espèces entre lesquelles nous n’avons pas trouvé de discontinuité. Ces trois espèces sont en outre séparées par des limites partielles du flux génique (stérilité de l’hybride, phénologie de la floraison) pour A. pseudoarmeria et A. welwitschii (stérilité de l’hybride, isolement géographique) pour A. berlengensis et A. welwitschii, si bien que le statut spécifique devrait être conservé.
Cependant, nous avons montré que A. pseudoarmeria et A. welwitschii peuvent s’hybrider quand elles sont en contact et former des populations étendues, qui perdurent depuis des décennies, où des morphotypes parentaux et intermédiaires coexistent, créant ainsi un contimnim morphologique.
Dans ces zones de contact nous avons étudié la caractérisation morphologique des types parentaux et des hybrides, l’évaluation de leur l’efficacité reproductive (fertilité pollinique et mise à graine) et l’évaluation de leurs performances relatives dans les milieux qu’ils occupent.
Dans les populations intermédiaires les hybrides Fl putatifs peuvent être stériles ou fertiles tandis que les types parentaux présentent une fertilité toujours élevée, similaire à celle des plantes des stations typiques.
En aucim cas nous n’avons détecté d’avantage pour les hybrides, au mieux ils sont intermédiaires entre les parents. En effet, des indices (la mise à graine en nature et la production de biomasse en transplantation réciproque) vont dans le sens d’ime infériorité des hybrides par rapport aux parents.
Nous serions donc dans le cas du modèle de la ‘Zone de Tension’ où im équilibre s’établit entre la production continuelle d’hybrides et la sélection contre ceux-ci. Nous avons toutefois détecté une spécialisation écologique vraisemblablement fixée sous forme d’écotype biogéochimique pour les hybrides dans la zone qu’ils occupent. Nous faisons l’hypothèse que la contre sélection sur les hybrides est faible et que certains d’entre eux seraient en voie de spécialisation écologique. Remerciements
Mes remerciements vont aux Institutions et aux personnes qui ont permis le bon déroulement de ma thèse.
Cette thèse a reçu le support financier des Institutions suivantes sous forme de plusieurs bourses de séjours à l’étranger ; Fundaçâo Calouste Gulbenkian (Proc® 63063, durée de 4 mois). Fonds National de la Recherche Scientifique (2005/V6/5/17- ILF/CS-6337, durée de 1 mois) et Commissariat Général aux Relations Intemationnales/ Gabinete de Relaçôes Intemacionais da Ciência e do Ensino Superior (4 séjours d’une semaine dans le cadre du projet Armeria).
Au Portugal, (pays petit par la taille mais enthousiasmant par sa Flore)
Les Professeurs F. Catarino et A. Martins Louçâo, pour l’encadrement institutionnel du Jardim Botânico da Universidade de Lisboa. Les Herbaria LISU, LISI, LISE, COI et PO pour l’emprunt des collections à'Armeria. L’Instituto da Conservaçâo da Natureza (ICN), Réserva Natural das Berlengas et Parque Natural Sintra-Cascais pour les autorisations de récolte de matériel, dans le cadre légal de protection des espèces endémiques. La Marine portugaise (Capitania do Porto de Peniche) et encore une fois, la Réserva Natural das Berlengas pour les transports maritimes sur l’archipel des Berlengas et l’appui constant au long de tous les travaux de terrain. Les collègues du Banco de Sementes Belo Correia, pour l’esprit d’équipe des marins de haute mer surtout quand celle-ci est houleuse. Ma famille, pour l’appui constant, les formules mathématiques, la soupe et le fond sonore, constant lui aussi.
En Belgique, (pays petit par la taille mais grand par ses hommes de sciences)
Le laboratoire de Génétique et d’Écologie Végétales, pour l’accueil chaleureux. Mr. Gruber pour les analyses de plantes et de sols.
Finalement et surtout, le Professeur Claude Lefèbvre, sans qui cette thèse n’existerait pas, je lui dois une constante attention scientifique et un appui sans faille, assortis d’une grande amabilité. En cette année du centenaire de E. Reclus, je cite :
« (...) Vivifier la science par la bonté, l'animer d'un amour constant pour le bien public, tel est le seul moyen de la rendre productrice du bonheur, non seulement par les découvertes qui accroissent les richesses de toute nature et par celles qui pourraient alléger le travail de l'homme, mais surtout par les sentiments de solidarité qu'elle évoque entre ceux qui étudient et par les Joies que suscite tout progrès dans la compréhension des choses. Ce bonheur est un bonheur actif ; ce n'est pas l'égoïste satisfaction de garder l'esprit en repos, sans troubles ni rancœurs ; au contraire il consiste dans l'exercice ardu et continuel de la pensée, dans la jouissance de la lutte que l'aide mutuelle rend triomphante, dans la conscience d'une force constamment employée. Le bonheur auquel la science nous convie est donc un bonheur qu'il nous feut travailler à conquérir tous les Jours (...) » Extrait du discours d’Elysée Reclus à la séance solennelle de rentrée du 22 octobre 1895 de l'Université nouvelle de Bruxelles. Table de matières
CHAPITRE 1...... 1 Introduction...... I I. I. Espèces et spéciation...... I 1.1.1. Prologue...... 1 1.1.2. Notion d’espèce...... 1 1.1.3. La spéciation...... 3 1.1.4. Les Zones Hybrides...... 7 1.2. Armeria et la différenciation interspécifique...... 8 1.3. Cadre et buts de la thèse...... 12
CHAPITRE 2...... 14 Différenciation interspécifique entre yl. pseudoarmeria, A. welwitschii et A. berlengensis...... 14 2.1. Variation morphologique : niveau des différences interspécifiques...... 14 2.1.1. Matériel et méthodes...... 14 2.1.2. Résultats et discussion...... 29 2.1.2.1. Populations naturelles...... 29 2.1.2.2. Populations expérimentales...... 39 2.2. Différenciation biologique ; l’isolement reproductif...... 42 2.2.1. Isolement prézygotique...... 43 2.2.1.1. Isolement géographique et spécialisation écologique...... 43 2.2.1.2. Isolement temporel...... 52 2.2.1.3. Isolement floral...... 53 2.2.2. Isolement postzygotique...... 53 2.2.2.1. Introduction...... 53 2.2.2.2. Matériel et méthodes...... 54 2.2.2.3. Résultats et discussion...... 54 2.3. Conclusions...... 56
CHAPITRE 3...... 57 Hybridation naturelle entre yl. pseudoarmeria et^. -welwitschii. 1. Investigations en nature...... 57 3.1. Introduction...... 57 3.2. Natural hybridisation between two Coastal endemic species oïArmeria (Plumbaginaceae) from Portugal. 1. Populational in situ investigations...... 58 CHAPITRE 4...... 74 Hybridation naturelle eatie A.pseudoarmeria et A. welwitchii. Ecologie comparative des parents et des hybrides...... 74 4.1. Introduction générale...... 74 4.2 Structuration spatiale de la zone hybride H3...... 75 4.3 Ecologie comparative...... 78 4.3.1. Teneurs en éléments minéraux des plantes et des sols dans la zone hybride...... 78 4.3.1.1. Introduction...... 78 4.3.1.2. Résultats-discussion...... 78 4.3.2. Transplantations réciproques en nature...... 81 4.3.2.1. Introduction...... 81 4.3.2.2. Matériel et Méthodes...... 81 4.3.2.3. Résultats-discussion...... 82 4.3.3. Transplantations expérimentales sous serre...... 90 4.3.3.1. Introduction...... 90 4.3.3.2. Matériel et méthodes...... 90 4.3.3.3. Résultats. Discussion...... 91 4.3.4. Surface Foliaire Spécifique et Teneur en Matière Sèche...... 94 4.3.4.1. Introduction...... 94 4.3.4.2. Matériel et méthodes...... 94 4.3.4.2.1. Plantes provenant de la nature. Résultats. Discussion...... 95 4.3.4.2.2. Plantes cultivées sous serre. Résultats. Discussion...... 96 4.4. Conclusions...... 97
CHAPITRE 5...... 99 Synthèse...... 99 5.1. Différenciation inter-spécifique : que sont/4. welwitchii, A. pseudoarmeria et A. berlengensis 99 5.2. La zone hybride entre A welwitchii et A. pseudoarmeria...... 100
Bibliographie...... 101
Annexe 1. Tableau de conversion de l’échelle de recouvrement de Braun-Blanquet dans l’écheUe de Van Der Maarel (1979)...... 108 Annexe 2. Méthodologie d’analyse des éléments chimiques...... 109 Annexe 3. Stabilité des taux de fertilité des hybrides...... 112 Annexe 4. Évaluation de la biomasse racinaire sèche...... 113 Annexe 5. Datation du site hybride...... 114 Annexe 6. Divers...... 115 CHAPITRE 1
Introduction
1.1. Espèces et spéciation 1.1.1. Prologue La formation et le maintien des espèces ainsi que la notion d’espèce, thèmes majeurs développés dans le cadre de la Théorie Synthétique de l’Evolution (Mayr 1942) sont d’vm intérêt constamment renouvelé de la biologie. Les outils moléculaires développés depuis deux décennies ont conduit les évolutionnistes à réévaluer les données empiriques et les développements théoriques concernant les processus de spéciation. Les apports de la biologie moléculaire complémentés par des données classiques plus ancieimes (Grant 1971, 1981) ont permis à Rieseberg et Wendel (2004) d’expliciter les points importants d’une «Nouvelle Synthèse » pour les végétaux. Ces points sont les suivants :
1. l’importance des événements fondateurs et des goulots d’étranglement est mise en doute. 2. im rôle prépondérant est dès lors accordé à la sélection naturelle comme moteur de la différenciation. 3. l’isolement géographique n’apparaît pas comme une condition impérative. 4. l’hybridation est reconnue comme source de sp)éciation dite homoploïde à côté de la spéciation allopolyploïde depuis longtemps reconnue. 5. l’isolement reproducteur pré- ou postzygotique reste le fondement de l’aboutissement de la spéciation. Dans les paragraphes suivants nous allons examiner les considérations qui ont amenés Rieseberg et Wendel (2004) à ces conclusions.
1.1.2. Notion d’espèce
Ce qu’est l’espèce constitue un sujet permanent de débat en Biologie évolutive. Depuis la parution de l’ouvrage fondateur de Mayr « Systematics and the origin of species » en 1942, Mayden a dénombré, en 1997, 22 concepts spécifiques différents et d’autres sont apparus depuis dont l’un, dû au botaniste Levin (2000), sera particulièrement discuté dans cette thèse. Pour Rieseberg et Burke (2001) cette diversité conceptuelle n’a pas eu pour effet de clarifier notre compréhension de ce que sont les espèces, ni comment elles naissent ni comment en déceler l’existence dans la nature. Toutefois, la plupart des expérimentateurs se rattachent au Concept Biologique de l’Espèce défini pour la première fois par Mayr (1942 ) : « Biological species are groups of actually or potentially interbreeding populations which are reproductively isolated ffom other such groups ». Pour Mayr (1942, 1963) l’étape clé dans la spéciation est l’acquisition de dispositifs permettant l’isolement reproducteur. Ce dernier peut être vérifié par le test de sympatrie ; si des collections d’individus supposés appartenir à des espèces différentes mises ensembles ne perdent pas leur identité dans leur descendance ils appartieiment bien à des espèces différentes. Chez les végétaux supérieurs les mécanismes d’isolement ont fait l’objet d’im recensement détaillé (Levin 1978) repris au Tableau 1.1. Ils seront explicités en détail au Chapitre 2. Pour l’essentiel ils se groupent en systèmes empêchant la pollinisation ou la fertilisation (premating = prézygotiques) et en systèmes produisant une génération hybride déficiente dans ses capacité de survie dans les générations subséquentes (postmating = postzygotique ).
1 Plus tard, Mayr (1982) présentera une nouvelle définition de l’espèce où est intégrée la relation à l’environnement : « A species is a reproductive community of populations reproductively isolated from others that occupies a spécifie niche in nature ». La notion de niche paraît floue puisqu’une communauté reproductive peut occuper des habitats variés.
Par exemple les populations d’Armeria maritima occupent en Europe Centrale des habitats édaphiquement diversifiés mais sont totalement interfertiles (Lefèbvre 1974 a, b) et il faut donc, dans ce cas, comprendre la niche comme une vaste zone géographique. Quoi qu’il en soit, la notion de niche introduite dans cette définition reconnaît l’intervention de la sélection naturelle comme moteur de la spéciation. Identiquement, les conditions d’isolement reproducteur et de spécialisation écologique sont reprises pour les espèces végétales par Levin (2000) dans son Concept Ecogénétique de l’Espèce. Les espèces écogénétiques occupent différentes niches en divergeant poiu lems adaptations à l’habitat, pour la prise et l’allocation de leurs ressomees, pour leur phénologie, pour leur système de pollinisation et de reproduction. La sélection peut promouvoir l’apparition d’une nouvelle espèce (neospecies) en favorisant des particularités adaptatives nouvelles au delà de l’espèce ancestrale. Pour Levin, les processus aléatoires (dérive génétique) n’ont que peu de chance de rendre compte des transitions d’vme espèce à l’autre. Conjointement les espèces écogénétiques développent des mécanismes qui réduisent jusqu’à les empêcher les flux de gènes avec les autres espèces (Tableau 1.1.). Les espèces écogénétiques développent avec différentes intensités les différents modes d’isolement écologiques et reproducteurs.
Tableau 1.1. Liste des mécanismes impliqués dans l’isolement reproductif (Levin, 1978).
Premating Spatial 1. Ecological
Reproductive 2. Temporal divergence (a) Seasonal (b) Diumal 3. Floral divergence (a) Ethological (b) Mechanical
Postmating 4. Reproductive mode 5. Cross-incompatibility (a) Pollen-pistil Pre-zygotic (b) Seed Post- zygotic 6. Hybrid inviability or weakness 7. Hybrid floral isolation 8. Hybrid sterility 9. Hybrid breakdown
2 En bref, la cohérence des attributs écologiques et l’indépendance génétique définissent l’espèce écogénétique. Cette conception à des limites selon Levin lui-même : par exemple, des espèces peuvent échanger leurs gènes mais maintenir leur intégrité même dans des populations mixtes. Un cas bien documenté est celui du couple Quercus robicr-Q.petraea (Petit et al. 2004). Ces deux espèces sont capables de s’hybrider aisément, cependant dans les populations naturelles mixtes les individus intermédiaires sont rares (Kremer et al. 2002) et les analyses multivariées révèlent l’existence de clusters correspondant aux deux espèces. Le maintien de la différenciation serait due à des divergences dans la spécialisation écologique et dans la fixation des caractères distinctifs dans quelques QTL provoquant des ségrégations rapides vers les types parentaux. Levin (2000) considère que ce concept est opérationnel, pratique et cohérent avec la plupart des espèces taxonomiques comme celles-ci ont des traits morphologiques et écologiques particuliers souvent complémentés par des barrières partielles (au moins) au croisement inter spécifique. Il serait souhaitable que cette assertion soit contrôlée par l’examen d’un nombre significatif de cas concrets. Le concept écogénétique de Levin n’est pas très différent du concept biologique ‘historique’ de Mayr (1942,1963) et s’inscrit dans les modèles néo-darwiniens de la spéciation.
1.1.3. La spéciation
Les deux modèles classiques de la spéciation (tirés de Dobzhansky et al. 1977) selon les conceptions néo-darwinieimes sont présentés à la Figure 1.1. Pour l’essentiel : le processus «conventionnel » (Figure 1.1.) débute par une spécialisation écologique (écotypes), se poursuit par un isolement géographique (semi-espèces) pendant lequel des divergences génétiques (morphologiques, physiologiques, chromosomiques, génétiques) s’accumulent progressivement et dont l’effet est l’émergence de facteurs d’isolement reproducteur qui in fine atteignent un niveau tel que si les deux groupes se retrouvent au contact ils ne peuvent plus prodmre entre eux une descendance fertile et constituent donc des espèces biologiques différentes. Dans le modèle quantique, (Quantum Spéciation, Grant 1971) (Figure 1 .1), la dérive génique (variation aléatoire de la diversité génétique suite à des erreurs d’échantillonnage résultant d’un effectif trop limité) associée à des pressions sélectives divergentes de celles opérant dans la population ancestrale peut provoquer l’apparition d’ime nouvelle population reproductivement isolée. La spéciation quantique fait l’hypothèse que le hasard peut intervenir dans le processus de spéciation. Le modèle est quantique car il peut se développer rapidement en quelques générations alors que le modèle progressif est un processus à long terme. Les deux modèles postulent la nécessité d’un isolement géographique interrompant le flux génique homogénéisateur entre la population fille et la population mère. En conséquence, l’isolement reproducteur apparaît comme un produit collatéral de l’évolution. Pour les botanistes l’isolement géographique n’apparaît plus comme ime condition impérative à l’initiation de la spéciation ; depuis plusieurs décennies de nombreux travaux ont en effet montré que la polyploidie et les remaniements chromosomiques permettent ime spéciation sympatrique ou parapatrique (pour une revue voir Levin 2002). La différentiation inter- populationnelle peut également se produire en sympatrie sans grands bouleversements du génome ; si la sélection est puissante, des populations adjacentes peuvent se différencier rapidement. Cela a été montré chez Agrostis stolonifera pour la tolérance au cuivre (Wu et al.
3 1975) et chez Agrostis capillaris poiir la tolérance au zinc (Al-Hiyali et al. 1988, Lefèbvre and Vemet 1990).
Des modèles théoriques ont depuis longtemps montré que la divergence peut s’installer entre populations en contact, du moment que la sélection à un locus est plus élevée que le taux de migration (Maynard Smith 1966). Par ailleurs la divergence peut s’accentuer par la co sélection de loci linkés au locus sélectionné.
Pour Stebbins (1950) et Grant (1971) on peut supposer que toutes les différences interspécifiques ne résultaient pas de la sélection naturelle et donc n’avaient pas de valeur adaptative. Lewis (1953) et Nfeyr (1954) ont émis l’hypothèse que la spéciation était plus probable dans les petites populations puisque les effets de la dérive génétique y ont plus de chances de s’y produire. Cette hypothèse intuitive et simple n’est pas confirmée par les simulations effectuées récemment (Orr and Orr 1996, Church and Taylor 2002). Il a été montré que la fragmentation des populations retarde la spéciation dans une situation strictement allopatrique ; ceci est dû au fait que dans les populations fragmentées les nouvelles mutations sont distribuées sur un grand nombre de petites sous-populations en sorte que leur fixation conjointe est moins probable. Si des migrations entre populations, même limitées, se produisent, alors la spéciation sera plus rapide et plus fréquente avec l’augmentation de la fragmentation puisque les nouvelles mutations peuvent passer d’une population à l’autre. C’est donc l’interaction entre la fragmentation et le flux génique qui devrait déterminer le processus de spéciation et pas seulement la taille de la population.
Pratiquement, selon Levin (2001) seulement quelques exemples de radiation non adaptative sont avérés dans le cas de flores archipélagiques comme celle des îles de la Mer Egée. Il apparaît donc que c’est bien la sélection qui est le moteur largement prédominant dans la spéciation.
Le rôle créatif de l’hybridation dans l’avènement de nouvelles espèces a fait controverse. Pour les partisans résolus de la notion biologique de l’espèce, l’hybridation est une nuisance puisque elle empêche l’achèvement de la différenciation interspécifique. Cette opinion a été celle de Mayr (1942, O’Brien and Mayr 1991) bien qu’il reconnaisse l’apport de l’hybridation à l’augmentation de la variabilité du pool génique des espèces. Les botanistes, par contre, suite à la découverte des nombreux exemples de spéciation par allopolyploïdie, attribuent un rôle important à l’hybridation. On estime, en effet, que 70% des angiospermes sont des polyploïdes (Levin 2002) dont la majorité des allopolyploïdes. La spéciation homoploïde (sans polyploïdisation de l’hybride de première génération) a été dénommée «Recombinational Spéciation» par Grant (1971) et implique que l’hybride est isolé génétiquement de ses parents par des remaniements chromosomiques et qu’il récupère rapidement vme fertilité normale. A partir des années 1990, les techniques moléculaires ont permis de démontrer définitivement l’existence d’espèces résultant directement d’une hybridation interspécifique. Ainsi, Rieseberg et ses collaborateurs (Rieseberg et al. 1990, 1995, 1996) ont démontré l’origine hybride de Helianthus anomalus à partir de H. annuus et H. petiolaris. Ils ont montré que l’hybride récupérait rapidement (en 4-5 générations) une fertilité comparable à celle des parents, en était isolé par des remaniements chromosomiques et présentait des recombinaisons génétiques originales et fonctionnelles des génomes parentaux.
4 Egalement, il existe des zones hybrides stables composées de populations ne comportant que des hybrides Fl qui restent interfertiles avec les espèces parentales mais qui se maintiennent à condition d’occuper un habitat hautement spécifique où les individus Fl ont une fitness nettement supérieure aux parents et aux dérivés hybrides autres que la Fl notamment les backcrosses. C’est le cas de l’hybride entre Rhododendron ponticum et R. caucasicum du nord-est de la Turquie reconnu taxonomiquement comme R. X sochadzeae (Milne et al. 2003). Evidemment le statut spécifique est ïscutable mais il s’agit d’une situation qui rentre dans une vision large du concept écogénétique de l’espèce.
5 Conventional Model
First Stage. A single population or sériés of similar populations in a homogenous environment.
Second Stage. As the environment becomes partiy diversifier! in physical or biotic factors, or as new populations are built up from migrants into new. environments, the system of populations becomes diversified, giving rise to races with different ecological requirements but which nevertheless can still exchange genes at their boundaries, since no reproductive isolating mechanisms hâve devetoped.
Third Stage. Further différentiation and migration produce géographie isolation of some races and subspecies.
Fourth Stage. Some subspecies acquire genetic différences that cause them to be reproductively isolated from the remainder of the original population and from each other.
Fifth Stage. Further changes in the environment permit some of the newiy evolved species to enter the area still occupied by the original population. Because of past différentiation, the two sympatric species exploit the environment in different ways, and are prevented from merging by the barriers of reproductive isolation. Naturai sélection against the formation of stérile or ill-adapted hybrids promotes reinforcement of the isolating mechanisms arxl further différentiation in the ways the two species exploit their environment.
Quantum Model
First Stage. Same as in the conventional model
Second Stage. A few individuels of the original population, isolated in a new habitat, produce a secondary population with an altered gene pool.
Third Stage. A population crash reduces the secondary population to a few atypical individuels.
Fourth Stage. Recovery accompanied by new sélection pressures Figure 1.1 Modèle conventionnel et modèle quantique de la 'spéciation allopatrique (Dobzhansky et al. 1977). 6 1.1.4. Les Zones Hybrides La reconnaissance de l’hybridation interspécifique dans le processus de la spéciation homoploïde a accru considérablement l’intérêt porté à l’étude des zones hybrides naturelles. Depuis une décennie, les approches théoriques et les données empiriques ont été synthétisées dans plusieurs revues (Arnold 1997, Arnold et al. 1999, Barton 2001, Campbell 2003, Jiggins and Mallet 2000, Rieseberg 1997, Rieseberg and Camey 1998). Le maintien de zones hybrides de longue durée voire permanentes entre deux espèces est vraisemblablement favorable à la « Recombinational Spéciation ». L’apparition et le maintien de zones hybrides stables résulte de deux processus distincts. Le premier postule le désavantage de l’hybride par rapport aux parents. Dans ce cas la présence d’hybrides défavorisés dans la zone de contact est maintenue par une balance entre la sélection naturelle qui s’exerce contre eux et leur production constante par les flux de gènes entre les espèces parentales. Il s’agit du Modèle de la Zone de Tension (Barton and Hewitt 1989) L’autre modèle postule que les hybrides sont favorisés dans la zone de contact (Modèle de la Supériorité de l’Hybride) où le milieu est lui même de nature intermédiaire (Anderson 1948, Arnold 1997) et constitue une nouveauté écologique où peut être initiée la spéciation éco- génétique telle que proposée par Levin (2000) suite à l’acquisition par l’hybride d’une spécialisation écologique. Un troisième modèle, le Modèle Mosaïque, propose que les zones hybrides sont des mosaïques de fréquences géniques où les hybrides ont des performances équivalentes, égales ou supérieures à d’autres hybrides mais aussi aux parents (Arnold and Hodges 1995). En outre, quel que soit le modèle, la persistance sur une longue période de la zone hybride permet l’apparition de nouvelles combinaisons génétiques, éventuellement rares, qui peuvent coloniser des habitats différents de ceux des progéniteurs éloignés de la zone hybride (Rieseberg 1997). Il s’agit du modèle de l’Innovation Evolutive de nature allopatrique. Au contraire, l’hybridation peut obscurcir les différences interspécifiques au point que le statut spécifique des parents peut être mis en doute. Egalement, l’hybridation peut être asymétrique et une des espèces peut génétiquement en assimiler une autre : il s’agit du concept de la Compile Species (Harlan and de Wet 1963). Dans les deux cas il y a perte de diversité spécifique. 7 1.2. Armeria et la différenciation interspécifîque Le cas des espèces du genre Armeria (Plumbaginaceae) de la Péninsule Ibérique s’intégre dans la problématique exposée ci-dessus. Dans sa récente monographie du Genre en Espagne et au Portugal Nieto Feliner (1990), reconnaît 45 espèces endémiques sur un total de 54 espèces sur ce territoire, soit 83% d’endémisme. Nonobstant sa conception plus large de l’espèce le traitement taxonomique de Pinto da Silva (1972) qui propose 21 espèces atteint un taux d’endémisme comparable (81%). Cette spéciation active (au moins au plan taxonomique) n’empêche pas une hybridation extensive: 38 hybrides morphologiques impliquant 31 espèces ont été identifiés par Nieto Feliner (1990). L’isolement reproducteur paraît donc faible entre les espèces ibériques à'Armeria. Dès 1954, Semis, dans sa monumentale révision mondiale, avait émis l’hypothèse que l’hybridation, suivie de la sélection naturelle sur les combinaisons génotypiques nouvelles qu’elle produit, était la source principale de la riche diversification taxonomique du genre Armeria, tout en pointant, qu’en contrepartie, elle est également à la base du manque généralisé de discontinuités tranchées entre les taxa. Etant donné cette vision Semis (1954) ne reconnut que sept espèces dont l’une, A. maritima (Mill.) Willd, ne comporte pas moins de 98 des 108 variétés décrites dans sa monographie. Cette conception « large » de l’espèce n’a pas été retenue par les auteurs plus récents (Pinto da Silva 1972,1972a, Nieto Feliner 1990, Franco 1984). Nieto Feliner (1988) a conçu, sm base de considérations morphologiques et éco- géographiques un schéma hypothétique du flux génique a travers les Armeria ibériques allant d’échanges sporadiques à la production de taxa d’origine hybride. Le flux génique paraît la règle puisque seulement 11 des 75 taxa cités n’y sont pas impliqués (Figure 1.2.). Cette profusion d’hybridations génératrices d’espèces envisagée par Nieto-Feliner (1988) peut paraître surprenante mais elle a le mérite de proposer des cas d’études expérimentales. L’hybridation expérimentale devrait apporter des éléments d’information sur l’isolement génétique post-zygotique entre les taxa et sur les potentialités évolutives de l’hybridation. Chez A. maritima sensu stricto les hybrides Fl entre les taxa inffa-spécifîques de l’Europe tempérée sont toujours vigoureux mais présentent des taux variables de stérilité pollinique, de 0 à 50%, qui ne correspondent pas aux taxa : des hybridations entre taxa différenciés géographiquement et/ou écologiquement peuvent fournir des hybrides totalement fertiles et, inversement, dans la sous-espèce maritima, des populations côtières voisines géographiquement et occupant des situations écologiques comparables fournissent des hybrides stériles à 50% (Lefebvrel974 b). Cependant, on a pu déceler l’existence d’un vaste «pool » génique d’Europe Centrale rassemblant des populations d’origines géographiques éloignées (des centaines de Km), de spécialisations écologiques contrastées (terrains métallifères, serpentiniques ou acides, rives lacustres) et d’affectations taxonomiques variées (cinq sous-espèces) totalement inter-fertiles (Lefèbvre 1974 b). Entre les entre deux espèces parapatriques, A. maritima et A. alliacea, espèce méditerranéenne atlantique, les hybrides sont stériles à 40-70% (Lefèbvre 1971). Des croisements entre A. maritima subsp. elongata de l’Europe Centrale et les endémiques portugaises A. pseudoarmeria (Lefèbvre 1971) et A. welwitchii (Lefèbvre communication personnelle) ont livré des hybrides totalement stériles. Ces deux derniers cas montrent que des barrières génétiques complètes existent entre certaines espèces, celles-ci étant vraisemblablement concomitantes avec une divergence évolutive ancienne. 8 échange génétique sporadique ou qui ne mène pas à l’apparition de nouveaux taxa échange génétique probable mais non prouvé =* = = progéniteur d’un taxa hybridogène ------ progéniteur probable d’un taxa hybridogène------ 1).4. pungens:l)A. weiwilschii; 3) A. berlengensis: 4) A. velutina; 5) A. ronyana: 6) A. pinifolia: 1)A. macrophylla; 8) A. hiria;9)A. hispalensis: 10)yl. gaditana: \ \) A. pseudoarmeria; \ 2)A. heirana: 13M. sampaioi: \4) A. pubigera; 15) A. mariüma; 16) A. merinoi; \1)A. transmon- lana: 18).'i. salmantica: \9)A. eriophylla: 20) A. ciliata: 2\) A. duriaei; 22) A. caballeroi; 23) ••1. trachyphylla: 24) A. castroviejoi: 25) A. linkiana: 26) A. capitella; 27) A. neglecta: 28) A. genesiana: 28a) subsp. belmonteae: 29) A. viciosoi; 30) A. alboi; 31) A. pauana; 32) A. quichiotis: 33) A. filicaidis: 34) A. bourgaei; 34a) subsp. lanceobracteata: 34b) subsp. wiUkom- miana: 35) A. coloraia: 36) A. villosa; 36a) subsp. longiarisiata; 36b) subsp. provillosa: 36c) subsp. bernisii: 36d) subsp. carralracensis; 36e) subsp. alcaracensis: 37) A. maladtana; 38) A. alliacea: 38a) subsp. heterophyUa:.38h) subsp. matritensis; 39) A. tangei; 39a) subsp. daveauu_ 40) A. zamorana; 41) A. rothmaleri; 42) A. castellana; 43) A. arenaha; 43a) subsp. segoviensis: 43b) subsp. vestita: 43c) subsp. bilbililana; 43d) subsp. confusa: 44) A. niscinonensis: 44a) subsp. litiorifuga: 45) A. humilis: 45z) subsp. odorata; 46) A. caespitosa;41)A. bigerrensis: 47a) subsp. losae: 47b) subsp. microcephala: 48) A. splendens: 49) A. alpina: 50) A. cantabrica: 51) A. bubanii: 52) A. miielleri: 53) A. fontqueri: 54) A. godayana: 55) A. pubinervis: 56) A. eiisca- diensis. Figure 1.2. Schéma hypothétique du flux génique interspécifique au sein du genre Armeria dans la Péninsule Ibérique (Nieto Feliner 1988). 9 Les trois cas potentiels de spéciation par hybridation étudiés par Nieto Feliner et ses associés (Nieto Feliner et al. 1996, Nieto Feliner 1997, Nieto Feliner et al. 2001) dans la flore d’Espagne apportent des arguments en faveur de la spéciation homoploïde. Pour les deux premiers cas concernant l’origine de A. villosa subsp. carratracensis et celle de A. salmantica les autems ont montré la conformité morphologique des hybrides expérimentaux entre les espèces parentales présumées (Fl et «backcross » 1) avec le taxon supposé hybride ainsi que leur niveau élevé de fertilité. Récemment, un arbre phylogénétique moléculaire a confirmé ces résultats (Fuertes Aguilar and Nieto Feliner 2003). Le troisième cas consiste en la description d’une espèce nouvelle, A. trianoi, dont l’origine, attestée par des données morphologiques et moléculaires, se trouverait dans une introgression ancienne entre deux espèces actuellement séparées de 50 Km (Nieto Feliner et al. 2001). On peut conclure que dans le Genre Armeria des taxa peuvent s’hybrider et donc être interconnectés par des formes intermédiaires. Les hybrides ont pu constituer des populations différenciées écologiquement des populations parentales. Avec l’appui de la sélection naturelle, les divergences ont pu se maintenir voire s’accentuer. Par ailleurs la possibilité largement répandue des échanges géniques a dû promouvoir entre les taxa un niveau de cohésion génétique élevé sur un territoire plus ou moins limité : les taxa devraient participer d’une communauté géographique transcendant les différences morphologiques. C’est ce que semble indiquer l’étude de Fuertes Aguilar et Nieto Feliner (2003) basée sur la variation des séquences des ITS (Internai Transcribed Spacers) ribosomiaux : les clades moléculaires ne sont pas superposés aux unités taxonomiques (espèces ou sous-espèces) mais expriment pour huit sur neuf d’entre eux une appartenance géographique commune (Figure 1.3). Les ITS ne révèlent toutefois qu’une variabilité relativement faible, reflet d’une diversification récente et/ ou d’une permanence des échanges géniques ou encore que les marqueurs utilisés ont un faible pouvoir discriminant dans le Genre. Un ensemble ne montre pas de congruence géographique, c’est celui rassemblant les taxa proches morphologiquement de VA. maritima, seule espèce à sortir largement de l’espace méditerranéen. Cet ensemble serait donc polyphylétique. Dans ce contexte il apparaît que l’étude de différents critères accompagnant la différenciation d’espèces appartenant au même clade et ayant des aires de distribution parapatriques ou au moins suffisamment proches pour permettre des échanges géniques devrait apporter des éléments d’information significatifs sur les modes de spéciation chez les Armeria ibériques. C’est à quoi va s’attacher ma thèse en ordre principal. 10 Figure 1.3. Cladogramme le plus parcimonieux pour 53 espèces d'Armeria basé sur l’analyse des séquences de la région ITS de l’ADN nucléaire ribosomial (ITS 1 + 5.8 S + ITS 2) (Fuertes Aguilar et Nieto Feliner 2003). 11 13. Cadre et buts de la thèse Le territoire portugais enrichit l’endémisme ibérique de huit espèces (Nieto Feliner 1990). Trois d’entre elles, A. weîwitchii Boissier, A. berlengensis Daveau et A. pseudoarmeria (Murray) Mansfeld nous ont paru constituer un ensemble prometteur pom aborder notre problématique. A. weîwitchii est présente sm le littoral, de Cascais, 20 Km à l’ouest de Lisboime, au Cabo Mondego, 170 Km au Nord. Son aire encercle celle de A. pseudoarmeria, endémique confinée à la région de Sintra (au Cabo da Roca et sur les falaises de Magoito pour les principales populations à respectivement 20 et 30 km à l’ouest de Lisboime). 80 Km au Nord du Cabo da Roca, A. berlengensis se rencontre sur le petit Archipel des Berlengas (78.8 ha pour l’île principale et 3.6 ha pour l’ensemble des autres îlots) séparé par un bras de mer de 10 Km du littoral continental où se trouve A. weîwitchii. La Figure 1.4 dorme la distribution géographique des trois espèces. A. pseudoarmeria est, d’après les doimées floristiques (Nieto Feliner 1990), clairement différenciée des deux autres espèces cependant, nous avons découvert des populations de type intermédiaire entre A. weîwitchii et A. pseudoarmeria au Nord du Cabo da Roca. Au contraire, A. weîwitchii et A. berlengensis sont morphologiquement voisines. Par ailleurs, l’intérêt de cette étude est renforcée par le fait que A. pseudoarmeria et A. berlengensis sont recoimues comme faisant partie du patrimoine floristique emopéen protégé (Directive 92/43/CEE). Dans notre travail de thèse nous tenterons d’apporter des réponses aux deux questions exposées ci-dessous. 1. Quel est le niveau de différenciation relatif atteint par les trois espèces endémiques? Cette question sera traitée à partir d’analyses morphométriques multivariées de populations naturelles et d’échantillons cultivés en conditions homogènes. Des données sur l’isolement reproducteur seront examinées fertilité pollinique d’hybrides interspécifiques expérimentaux, phénologie de la floraison en nature (isolement temporel), couleur des fleurs (isolement éthologique ), appartenance à des groupements végétaux différents (isolement écogéographique) et différenciation biogéochimique (spécialisation écologique) compléteront les données morphologiques. Cet ensemble de résultats devrait permettre de confronter les trois endémiques avec le concept éco-génétique de l’espèce proposé par Levin (2000). 2. En quoi les performances des morphotypes intermédiaires et parentaux des populations hybrides entre A. pseudoarmeria et A. weîwitchii permettent-elles de comprendre le fonctionnement des zones hybrides de longue durée? Cette étude tentera de détecter si des caractéristiques adaptatives différencient les parents et leurs hybrides, ceci en relation avec une éventuelle spécialisation écologique de l’espace qu’ils occupent. Des traits relatifs à la «fitness » seront examinés pour les trois catégories d’individus dans leur milieu naturel notamment à l’aide de transplantations réciproques et dans des cultures contrôlées et en nature. 12 Figure 1.4. Distribution géographique de A. wehvitschii (•), A. pseudoarmeria (A Cabo da Roca) et A. berlengensis (A Hes Berlengas, Peniche). L; Lisbonne; C: Coimbra; P: Porto. Système de projection: Universal Transverse Mercator (UTM) ; quadrillage de la grille : 100 x 100 Km. 13 CHAPITRE 2 Différenciation interspécifîque entre A. pseudoarmeria^ A. welwitschü et A. berlengensis Dans ce chapitre nous allons étudier deux aspects de la différenciation interspécifique. Le premier s’attachera à comparer la variation morphologique des trois espèces en utilisant des méthodes statistiques (ANOVA, Analyse en Composantes Principales et Analyse Discriminante) en vue d’apprécier leurs niveaux de différenciation réciproque. Le deuxième consistera à examiner des paramètres liés à l’isolement reproducteur déclinés dans la liste établie par Levin (1978). Nous pourrons dès lors proposer une synthèse alliant le concept classique morpho-éco- géographique utilisé dans la dernière révision taxonomique du matériel ibérique (Nieto Feliner 1990) et le concept écogénétique de Levin (2000 pplO-11) basé sur l’existence de dispositifs s’opposant au flux génique interspécifique et sur la spécialisation éco- géographique. Cette synthèse devrait permettre de considérer le plus objectivement possible le niveau de différenciation taxonomique des trois taxa. 2.1. Variation morphologique : niveau des différences interspécifiques. La littérature floristique (Nieto Feliner 1990 ) nous enseigne que A. pseudoarmeria est une des espèces les plus facilement identifiable du Genre. Elle apparaît donc clairement différenciée des deux autres espèces étudiées ( encarts 1.2 et 1.3), Par contre, A. welwitschü et A. berlengensis sont morphologiquement proches ce qui est particulièrement bien explicité dans la clé de détermination (Encart 1.3 ) où les différences morphologiques entre les deux espèces apparaissent ténues. Une analyse morphométrique basée sur un échantillonnage d’individus récoltés dans des populations naturelles réparties dans toute l’aire de l’espèce devrait permettre d’avoir ime représentation précise de la variation de chacune des espèces. Cette variation devra ensuite être confrontée aux traitements taxonomiques classiques. En outre, la valeur génotypique de la différenciation en natme sera testée à partir de spécimens cultivés dans des conditions homogènes, ce qui permet de s’assurer que les différences observées sont bien le résultat de processus évolutifs. 2.1.1. Matériel et méthodes 2.1.1.1. Matériel végétal a. Le Genre et les espèces La description du Genre Armeria et sa distribution géographique planétaire sont à l’Encart 1. Pour les trois espèces étudiées, la documentation iconographique (A), la description morphologique détaillée (B), les caractéristiques eco-géographiques (C) et im résumé des différences morphologiques principales, sont à 1’ Encart 2. Le cheminement dans la clef de détermination de Flora Iberica (Nieto Feliner 1990) aboutissant à l’identification des trois espèces étudiées est reproduit à l’Encart 3. 14 b. Les populations bl. Populations naturelles Les trois espèces ont fait l’objet d’échantillonnages populationnels. La taille de l’échantillon a été dans plusie\irs cas limitée par la faible dimension des populations. La liste des populations accompagnée de leur position géographique, de leur situation écologique et de l’effectif analysé est donnée au Tableau 2.1. L’aire de distribution très limitée de A. pseudoarmeria et de A. berlengensis explique le faible nombre de populations récoltées. Pour A. welwitschii, les dix-huit populations couvrent toute l’aire de distribution sur environ 170 km de côtes. Des populations « hybrides » entre A. pseudoarmeria et A. welwitschii (PXW) qui seront traitées au Chapitre 3, ont été introduites dans l’analyse pour expliciter leur position vis à vis des trois espèces. b2. Populations expérimentales Des spécimens des trois espèces ont été cultivés en serre (t° > 10°C, liunière du jour, sur compost horticole, en pots de 11.5 x 13.5) au Jardin Botanique Jean Massart de l'Université Libre de Bruxelles, à partir de graines récoltées en nature. L’origine du matériel utilisé est indiquée au Tableau 2.1. 15 Encart 1.1. Genre Armeria Willd. A. Description du Genre Armerîa Willd. ■ Plante en coussin herbacée pérenne ou sous-arbustive, à souche ligneuse ± ramifiée ■ Inflorescence en scape simple monocéphale ■ Feuilles en rosette basale ou denses le long des rameaux, simples, filiformes à lancéolées, à nervures parallèles, homomorphes ou dimorphes. ■ Inflorescence en tête sphérique avec un involucre de bractées libres, imbriquées prolongé par une gaine entourant la partie supérieure du scape ■ Fleurs en cyme scorpioide très réduite à (1) 2 - 3 (5) fleurs, stipitées ou non, qui peuvent être sous-tendue par une bractée. ■ Calice à 5 sépales soudés, infiidibuliforme, inséré obliquement sur son pédicelle et se terminant par un éperon. ■ Tube du calice à 5 nervures primaires se terminant à travers le limbe par un mucron ou ime arête et 5 nervures secondaires parfois seulement visibles à la base. ■ Poils du calice sur et entre les nervures (holotriches), sur les 10 nervures (holopleurotriches) ou seulement sur les nervures primaires (hémipleurotriches) ■ Limbes du calice scarieux, à lobes ± développés ■ Corolle à 5 pétales légèrement soudés à la base ■ Etamines, 5, oppositipétales, soudées à la base de la corolle ■ Styles 5, barbus dans le tiers inférieur ■ Fruit : sec, monosperme, à péricarpe membraneux, inclus dans le calice ■ 2n=18 Formule florale : X K(5) C(5) A 0+5 G (5)|'= 16 B. Distribution du Genre/tr/nerm Willd. (Système de projection de Robinson). Le Genre Amena montre sa plus grande diversité spécifique en Région Méditerranéenne. En dehors de celle-ci seulement A. maritima occupe une vaste aire de distribution sur quatre continents : Europe tempérée, régions arctiques et subarctiques de l’Europe, de l’Asie et de l’Amérique du Nord, côte Ouest de l’Amérique du Nord (de la Colombie Britannique à la Californie) et Sud de l’Amérique du Sud. Des aires isolées se rencontrent dans le centre de l’Amérique du Nord, en Asie centro-orientale et sur des îles de l’Océan Atlantique (Madère, Açores, Shetlands). D’après Bernis 1952, Lefèbvre et Vekemans 1995. Encart 1.2. Trois espèces endémiques portugaises Résumé. Nomenclature. Iconographie. Description. Eco-géographie Résumé. A. wehvitschii est ime plante herbacée à sous-buissormante à feuilles linéaires étroites uni ou trinervées avec un calice longuement éperoimé (éperon >1-2 mm) mais courtement aristé. A. berlengensis s’en distingue par des feuilles plus larges (4-9 mm) et tri ou pentanervés. A.pseudoarmeria se distingue des deux espèces précédentes par ses feuilles larges (10-25 mm) penta à nonanervées avec un éperon court (>1 mm) mais aux sépales nettement aristées. Nomenclature Synonymie homotypique (nomenclatural) et heterotypique (taxonomique), extrait de Armeria welwitschii Boiss. in DC., Prodr. 12: 676 (1848) homotypique Armeria maritima subsp. welwitschn (Boiss.) Bemis Armeria mauritanica var. welwitschii (Boiss.) Bail Armeriapungens subsp. welwitschii (Boiss.) Malag. Reverchonia welwitschii (Boiss.) Gand. Statice welwitschii (Boiss.) Samp. heterotypique Armeria cinerea Boiss. & Welw. in Boiss. & Reut. Armeria platyphylla (Daveau) Franco Armeria welwitschii var. diversifolia Franco Armeria welwitschii var. longebracteata Daveau Armeria welwitschii var. platyphylla Daveau Armeria welwitschii var. stenophylla Daveau Statice pinto-silvae Rothm. pro hybrid. Statice welwitschii var. cinerea (Boiss. & Welw.) Samp. Statice welwitschii var. platyphylla (Daveau) Samp. Armeriapseudoarmeria (Murray) Mansf in Repert. Spec. Nov. Regni Veg. 47: 140 (1939) homotypique Armeria cephalotes (Alton) Hoffinanns. & Link, nom. illeg. Armeria latifolia Willd., nom. illeg. Armeria maritima subsp. pseudoarmeria (Murray) Bemis Armeria maritima var. pseudoarmeria (Murray) Bemis Statice cephalotes Alton, nom. illeg. Statice major Samp., nom. illeg. Statice pseudoarmeria Murray heterotypique Statice lusitanica Poir. Statice scorzoneraefolia Link Armeria berlengensis Daveau in Bol. Soc. Geogr. Lisboa 4(9): 426 (1884) homotypique Armeria maritima var. berlengensis (Daveau) Bemis Statice welwitschii var. berlengensis (Daveau) Samp. heterotypique Armeria berlengensis var. villosa Daveau 18 A. Armeria welwitschii Boissier a) aspect général, b) gaine de la feuille, c) partie apicale d’une feuille, face et envers, d) inflorescence, e-g) bractées involucrales externes, moyennes et internes respectivement, h) bractée de l’épillet, face et envers, i) calice, j) détail de l’éperon et du pédicelle (d’après Nieto Feliner 1990). 19 Armeria wehvitschii Boissier ■ Sous-arbuste jusqu’à 50 cm de haut ■ Rameaux aériens nombreux couverts de feuilles sèches ■ Feuilles de 30-100 x (0.5) 1-5 (10) mm homomorphes ■ Feuilles denses sm les rameaux ■ Feuilles linéaires à linéaires lancéolées à 1-3 (5) nervures (-^2) ■ Feuilles subaiguës à subobtuses ■ Feuilles canaliculées à planes, ± rigides ; dressées à dressées-retombantes ■ Feuilles glabres à pubescentes ■ Gaines foliaires roses, non fibreuses ■ Scapes de 7-30 cm, parfois pubescents ■ Gaines involucrales : 15-40 mm ■ Involucre de ( 10) 20 - 30 cm de diamètre ■ Bractées involucrales 10-14, couleur châtaigne, glabres à pubescentes, à marge ± scarieuse et ± large ■ Bractées externes ovales lancéolées, largement cuspidées, toujours plus grandes que celles de la partie moyerme ■ Bractées moyennes largement obovales, mucronées et fréquemment aussi grandes que les internes ■ Bractées internes obovales, mucronulées ou non ■ Epillets sessiles ou courtement stipités ■ Bractées de l’épillet de même longueur que les internes de couleur châtain ■ Calice de 7-10 mm holopleurotriche ■ Eperon de 1,2- 2,2 mm, de longueur égale de 2/5 à 4/5 du tube de couleur brun - rouge ■ Lobule 0.6-1,3 (1.5) mm ; mucroné à courtement aristé ■ Lobule <1/5 calice ■ Corolle rosée à blanche Caractéristiques éco-géographiques Sables, rochers littoraux et falaises de l’embouchure du Tage (Cascais) à l’embouchure du Mondego (Quiaios, Figueira da Foz) (Draper et al. 1997, Martins 1997, PO-PNSC 2003, Tauleigne Gomes et al. 1997). 20 B. Armeria pseudoarmeria (Murray) Mansfeld a) aspect général, b) partie apicale d’une feuille, c) involucre et gaine involucrale, d-f) bractées involucrales externes, moyennes et internes respectivement, g) épillet, h) bractée de l’épillet, i) bractées internes de l’épillet, j) calice (d’après Nieto Feliner 1990). 21 Armeria pseudoarmeria (Murray) Mansfeld ■ Sous-arbuste jusqu’à 50 cm de haut ■ Rameaux robustes ± longs ■ Feuilles : 40 - 200 - 10 - 24 mm, homomorphes, spatulées, lancéolées, brusquement terminées en ime pointe courte ■ Feuilles à 5-9 nervures et bordées d’une marge membraneuse ayant jusqu’à 0.2 mm de large, dressées à ± retombantes, glabres, gaines foliaires se desséchant en larges fibres ■ Scapes de (15) 20 - 50 (65) cm, robustes ■ Gaine involucrale de (35) 40 - 70 (100) mm ■ Involucre (25) 30 - 40 mm de diamètre ■ Bractées involucrales 17-27, dmes, châtain clair, avec des marges scarieuses, glabres ■ Bractées externes lancéolées, largement cuspidées, décurrentes, plus grandes que les moyennes ; celles-ci ovales ou obovales, cuspidées ■ Bractées internes obovales - oblongues, mucronulées à cuspidées avec ime large marge scarieuse ■ Epillets subsessiles ou courtement stipités ■ Bractées de l’épillet assez consistantes, élargies, plus courtes que les involucrales internes. ■ Calice (8.5) 9-11 mm, holopleurotriche, avec les poils des arêtes peu fournis ■ Eperon de 0.7 - 1 mm dont la longueur égale Va à 2/5 le tube calicinal ■ Lobules (1,2) 1,8 - 2.8 mm largement aristés, de longueur de Va à 1/5 du calice ■ Corolle blanche Caractéristiques éco-géographiques Rochers, maquis ouverts littoraux ou sub-littoraux autoxir du Cabo da Roca, sur soubassement éruptif (basalte et granité). Quelques petites populations isolées sur les massifs du complexe volcanique Sintra-Lisboa (PO-PNSC 2003). 22 C. Armeria berlengemis Daveau a) aspect général (xl) (d’après Nieto Feliner 1987), b-d) bractées involucrales externes, moyennes et internes (x2) respectivement e) bractée de l’épillet (xl) f) calice (x5) (b-f d’après Nieto Feliner 1990). 23 Armeria berler^ensîs Daveau ■ Sous-arbuste jusqu’à 40cm de diamètre ■ Feuilles de 3 à-70 x (3) 4 - 9 (14) mm ■ Feuilles homomorphes, disposées en panache terminal ■ Feuilles linéaires à lancéolées ou subspathulées, mucronées ■ Feuilles à 3-5 nervures, planes, ± rigides, dressées à retombantes et réfléchies avec le temps ■ Feuilles glabres à pubescentes à gaines rougeâtres, non fibreuses ■ Scapes de (6) 10-25 (30) cm, parfois pubescents ■ Gaine involucrale 15-30 mm ■ Involucre de 20-30 mm de diamètre ■ Bractées involucrales 10-14, robustes, de couleur châtain, glabres à pubérulentes, avec une marge scarieuse étroite ■ Bractées externes ovales, lancéolées, cuspidées, plus grandes que les moyennes qui sont obovales, mucronées ■ Bractées internes obovales - oblongues, mucronulées ■ Epillets sessiles ou coxirtement stipités ■ Bractées de l’épillet assez coriaces, égalant la longueur des involucrales internes ■ Calice de (6) 7 - 9 mm, holopleurotriches ■ Eperon de (1,0) 1,3 - 2 mm de longueur égalant les 3/5 à la Vz du tube du calice qui est brun rougeâtre ■ Lobules de 0,7 à 1mm, ovales triangulaires, courtement aristés de longueur inférieure à 1/5 du calice ■ Corolle rose à blanche Caractéristiques éco-géographiques Rochers granitiques littoraux, falaises, archipel des Berlengas (Peniche) (Tauleigne Gomes et al. 2004). 24 Encart 1.3. Cheminement dans la clef de détermination de Flora Iberica (1990) aboutissant à l’identification des trois espèces étudiées. *7.a. Calice avec éperon de plus de 1,2mm qui surpasse de 2/5 la longueur du tube calicinal ; lobules du calice de moins de l,3iiun qui ne font pas 1/5 de la longueur totale du calice. 8 7. b. Calice qui ne réunit pas les caractères ci-dessus. 11 *8.a. Bractées involucrales 15 ou moins qui augmentent sensiblement de taille vers l’intérieur, les externes non décurrentes. 9 8. b. Bractées involucrales 18 ou plus, n’augmentant pas sensiblement de taille vers l’intérieur, les externes de longueur plus grande que celles de la partie moyenne (du capitule) et un peu décurrentes. 10 10. Feuilles linéaires ou linéaires lancéolées, de largeur inférieure à 5 mm, un peu canaliculée, dressées ou dressées- retombantes. Bractées involucrales externes qui égalent ou surpassent les internes. A wehvitschii 10. Feuilles linéaires lancéolées à lancéolées, de largeur quasi toujours supérieure à 5 mm, planes, de dressées à réfléchies avec le temps, bractées involucrales externes en général plus courtes que les internes. A berlengensis 11. a. Plantes ± cespiteuses, avec des restes foliaires abondants; feuilles linéaires, homomorphes, rarement subhomomorphes, un peu brillantes, gaine involucrale de longueur moindre que le diamètre de l’involucre ; bractées des épillets externes égales ou plus grands que les bractées involucrales internes. 11.b. non ainsi. 25 25. 1. Gaines foliaires qui se défont en fibres ; dimorphisme foliaire peu évident, feuilles internes linéaires ou sublinéaires ; bractées involucrales de couleur paille, avec une bande dorsale plus obscure ; les externes décurrentes ; calices de 5-7 mm avec une pilosité faible, avec des arêtes et des nervures épaisses, celles-ci avec une ligne interne plus obscure à la hauteur du limbe. 26. 25.2. non ainsi. 31 31.1. Gaines involucrales de longueur de plus de 1,5 fois le diamètre de l’involucre ; bractées de l’épillet externe plus courtes que les bractées involucrales internes, en général seulement légèrement colorée dans la partie inférieure et scarieuses dans le reste ; si bractées externes de l’épillet sont colorées, leurs longueurs dépassent les 9 mm. Calice holopleurotriche. 31.2. non ainsi. 32 32.1. Feuilles les plus internes linéaires, de moins de 1 mm de large. Calice le plus souvent inférieur à 7 mm avec un éperon au plus de 0,5 mm. 33 32.2. Feuilles les plus internes de plus de 1 mm de large. Calice de plus de 7 mm avec un éperon de plus de 0.5 mm. 35 35.1. Feuille de largeur généralement supérieure à 10 mm à 5 nervures ou plus, involucre de diamètre le plus souvent supérieur à 30 mm ; calice de plus de 8.5 mm. Corolle blanche. A pseudoarmeria 35.2. Feuille de largeur inférieure à 10 mm, au plus à 5 nervures, involucre de diamètre inférieure à 30 mm. Calice de moins de 8.5 mm ; corolle rose, violacée ou blanche. 36 ... . 25 Tableau 2.1. Matériel d’herbier récolté sur le terrain (une rosette de feuilles avec hampe florale). Taxon Code Stations U.T.M. N Km cumulés * A. welwitschii MAR Guia au Nord du phare, dunes 29SMC6183 23 0 18 pop, n=395 RAS Cabo Raso, phare, dunes 29SMC5784 22 1 ABA Abano, maquis bas 29SMC5988 8 5 AD Praia da Adraga, maquis bas 29SMC5895 30 12 AZ Azenhas do Mar 29SMC6099 19 16 MP Magoito Plage, dunes 29SMD6102 28 19 WR Plateau Magoito 29SMD6103 42 20 SAW Praia da Samara 29SMD6205 20 22 J Sâo Juliâo, dunes 29SMD6309 20 26 SJK Sào Juliâo, substrat kaolin 29SMD6310 10 27 ER Ericeira, dunes secondaires 29SMD6410 21 27 CRU Praia de Santa Rita, dunes secondaires 29SMD6936 13 53 PEN Peniche, Cabo Carvoeiro, rochers 29SMD6457 22 74 OB Obidos, Lagoa do Vau, dîmes 29SMD8158 22 75 NAZ Nazaré, phare 29SMD9284 25 101 MUE Sâo Pedro de Muel, dunes 29SME9803 27 120 URS Leiria, Mata do Urso, dunes et substrat rocheux 29SNE0728 20 145 QUI Figueira da Foz, Quiaios, dunes 29TNE0951- 23 169 0952 A. pseudoarmeria R2 Cabo da Roca, maquis bas ouvert 29SMC5792 14 1 pop, n=159 R3 Cabo da Roca, près du ruisseau Louriçal 29SMC5792 10 RCl Cabo da Roca, maquis bas ouvert 29SMC5793 40 RC2 Cabo da Roca, route de Azoia, éminence 29SMC5793 12 xérique MA Magoito, prairie en bord de falaise 29SMD6204 41 SA Praia da Samara, prairie en bord de falaise 29SMD6205 20 MT Montachique, colline basaltique, fente de 29SMD8305 21 rochers - Pedra da Ursa, prairie en bord de falaise 29SMC5794 1 PxW PU Pedra da Ursa, prairie en bord de falaise 29SMC5794 21 4 pop, n=277 H3 Magoito, prairie en bord de falaise 29SMD6102 136 H1 Magoito, prairie en bord de falaise 29SMD6103 49 H2 Magoito, prairie en bord de falaise 29SMD6103 71 A. berlengensis BER Berlenga, falaises granitiques 29SMD5663 64 2 pop, n=78 FAR Farilhôes, falaises 29SMD5370 14 * Km cumulés : distance de chaque population, du sud vers le nord, par rapport à la station plus méridionale MAR. 26 a. Caractères utilisés A partir des caractères utilisés pour les diagnoses spécifiques réalisées par Nieto Feliner (1990) dans Flora Iberica dix ont été retenus pour leur valeur discriminante dans l’ACP (signalé par un astérisque au Tableau 2.2); les mesures ont été faites sur les 909 spécimens récoltés en nature (78 A. berlengensis, 277 individus provenant de populations intermédiaires entre A.pseudoarmeria et A.welwitchii notées PXW, 159 A. pseudoarmeria et 395 A. welwitschii). Les 56 spécimens cultivés en serre (14 A. pseudoarmeria, 35 A. welwitschii et 7 A. berlengensis) ont fait l’objet d’une analyse séparée pour vérifier le maintien des différences interspécifiques en culture homogène et donc la nature génotypique des différences observées. La liste complète des caractères est reprise au tableau 2.2. Complémentairement les caractères du calice sont illustrés à la figure 2.1. En vue de standardiser les mesures, l’expression phénotypique maximale a été utilisée (plus haute hampe, plus grande feuille ...). Les calices sont mesurés à la maturité complète du fhiit; un calice est pris au hasard dans l’inflorescence, l’intégrité des structures à mesurer, notamment les arêtes du calice est contrôlée. Les données ont été log-transformées avant les Analyses de Composantes Principales et les Analyses Discriminantes afin de corriger l’hétéroscedatiscitée. Les caractères ont été mesurés avec, selon les échelles présentées dans le Tableau 2.2, une loupe binoculaire avec objectif gradué (0.1 mm) ; un pied à coulisse (mm) ; une latte graduée (cm). >• limbe pédicelle Figure 2.1. Morphologie du calice d ’ Armeria (d’après Demis 1954). 27 Tableau 2.2. Liste des caractères morphologiques appliqués dans l’analyse morphologique des taxa. * : caractères retenus dans les analyses multivariées. Variables Echelle Code Hampe 1 Diamètre de la base de la hampe mm SCD 2 * Longueur de la hampe cm SCH Inflorescence 3 * Longueur de la gaine de l'inflorescence mm GL 4 * Diamètre de l’inflorescence mm FHD 5 Longueur de la bractée externe mm EBL 6 Longueur de la bractée moyenne mm MBL 7 * Longueur de la bractée interne mm IBL 8 Longueur de la bractée de l'épillet mm EPL Calice 9 ♦ Longueur de l'arête X 0.1 mm CAL 10 Longueur du lobe du calice xO.l mm CLO 11 Longueur du tube X 0.1 mm CTL 12 * Longueur de l'éperon X 0.1 mm CSL 13’" Longueur du limbe X 0.1 mm CLL 14 Longueur du calice X 0.1 mm CL Feuille 15 Nombre de nervures 1-9 LNN 16 Largeur de la marge membraneuse de la feuille X 0 .1 mm LWM 17 ■" Longueur de la feuille la plus longue cm LL 18“" Largeur de la feuille la plus large X 0.1 mm LW b. Traitements statistiques Des Analyses en Composantes Principales (ACP), des Analyses Discriminantes (AD) et des Analyses de Variance univariées (ANOVA) et multivariées (MANOVA) ont été effectuées sur différents ensembles de données. Des tests de Tuckey et des tests ont été utilisés. Les tests ont été réalisés à l’aide du logiciel Statistica v7. 28 2.1.2. Résultats et discussion 2.I.2.I. Populations naturelles a. Analyse globale al. ACP et DA Les composantes principales 1 et 2 de l’ACP accomplie sur les quatre groupes de populations (A. berlengensis, A. pseudoarmeria, A. welwitschii et PxW) rendent compte de 80% de la variance totale (63% pour CPI et 17% pour CP2). Sept des dix caractères (Tableau 2.3) sont hautement corrélés avec CPI (0.79-0.87), la CP2 est moins discriminante avec la longueur de l’éperon comme valem maximum (0.66). Tableau 2.3. Coefficients de corrélation entre les variables morphologiques et les composantes principales, pour Armeria berlengensis, A. -welwitschii, A. pseudoarmeria et les hybrides PxW. ACP = 79.96 % (io variables, 909 individus). PCI PC2 Valeur propre 6.30 1.69 Variables Longueur de la hampe -0.762 0.447 Longueur de la gaine -0.870 0.328 Diamètre de l’inflorescence -0.832 0.308 Longueur de la bractée interne -0.833 0.259 Longueur de l’arête -0.794 -0.374 Longueur de l’éperon 0.583 0.662 Longueur du limbe -0.855 -0.018 Nombre de nervures -0.715 -0.565 Longueur de la feuüle -0.796 0.421 Largeur de la feuille -0.855 -0.388 ■ welwitschii i pseud X welw • pseudoarmeria O berlengensis .0,5 0,0 0,5 PCI =63,02% Figure 2.2. Diagramme de dispersion des individus sur les composantes principales pour Armeria berlengensis, A. welwitschii, A. pseudoarmeria et les hybrides PxW. ACP = 79,96 % (10 variables, 909 individus). 29 L’examen du diagramme de dispersion révèle les points importants suivants (Figure 2.2) : 1. A. pseudoarmeria et A. welwitschii sont bien distincts, aucun chevauchement des marges n’est observé. Ces deux espèces apparaissent donc bien différenciées dans leur contexte écogéographique typique. 2. Les hybrides PxW occupent l’espace « libre » entre A. pseudoarmeria et A. welwitschii et n ‘interfèrent que marginalement avec A. berlengensis. A. berlengensis n’apparaît donc pas comme un produit hybride entre A. pseudoarmeria et A. welwitschii. 3. A. berlengensis et Awelwitchii montrent un recouvrement étendu. Cette proximité a été relatée par Bemis (1954) et par Sampaio (1916) qui firent de A. berlengensis im taxon infra-spécifique de A. welwitschii. 4. Il apparaît une zone de recouvrement très limité entre A. berlengensis et les populations xéromorphes de A. pseudoarmeria. Une Analyse Discriminante a été appliquée sur ces données pour les trois taxa et pour les populations PXW. Toutes les variables sont significatives au niveau univarié (p<0.001, résultats non présentés). La MANOVA est significative pour l’ensemble des dix variables et des quatre groupes : Wilks' Lambda : 0.090 approx. F (30,2630) =111.57 p<0.001. Tableau 2.4. Matrice de classification d’une Analyse Discriminante effectuée sur des spécimens AArmeria répartis en quatre groupes basés sur dk caractères morphologiques. % bien classés pseud. PxW wehv. berl. A. pseudoarmeria 98.11 156 0 0 3 PxW 53.43 49 148 80 0 A. welwitschii 95.70 0 10 378 7 A. berlengensis 91.03 0 1 6 71 Total 82.84 205 159 464 81 L’Analyse Discriminante (Tableau 2.4.) indique une très bonne concordance entre les individus et les entités auxquelles on les assigne : les bons classements sont supérieurs à 90%. Pour les populations hybrides les individus se repartissent comme attendu entre les catégories A. pseudoarmeria et A. welwitschii et PxW. L’Analyse Discriminante révèle qu’au niveau spécifique les rares mauvais classements concernent surtout .4. berlengensis (6.4%) tandis que seulement 1% des individus attribués à A. welwitschii se trouvent classés dans A. berlengensis. 98.1% des individus considérés comme A. pseudoarmeria sont bien classés et 1.9% sont mal classés dansX. berlengensis. a2. ANOVA Les résultats de l’ANOVA (tableau 2.5.) montrent que pour chacim des 14 caractères utilisés les différences interspécifiques sont significatives à 0.1%. Plus encore, le test de Tuckey indique que sur les 42 comparaisons interspécifiques une seule n’est pas significative (longueur du tube calicinal pour la paire welw-pseud). Les box plots (Figme 2.3) montrent que treize (sur quatorze) des critères utilisés permettent de différencier les trois espèces sur base de leur moyenne générale : les espaces de variation interspécifiques définis par les limites de confiance à 5% des moyennes ne se chevauchent pas. Par contre on observe im recouvrement important des valeurs individuelles (non représentées). Au plan pratique cela signifie que chaque caractère pris isolément n’a qu’ime faible valeur discriminante au niveau d’un spécimen végétal isolé. Au mieux ce sera la combinaison de différents états de différents caractères qui permettra l’affiliation d’un spécimen à ime espèce. En effet, comme le concède 30 Nieto Feliner (1990) à propos de la clé de détermination des Armeria ibériques qu’il a réalisée ; « la clé ne peut permettre d’identifier chaque spécimen ». Tableau 2.5. Moyennes et écarts types des variables morphologiques pour les espèces en nature (populations intermédiaires exclues). ANOVA univariée : *** P<0.001; résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes diffèrent significativement. TAXA welw pseud beri Variables N 395 159 78 Longueur hampe (cm) Moyenne 24.31 b 40.03 a 13.12 c écart type 7.43 10.42 3.36 Longueur gaine (mm) Moyenne 32.08 b 60.23 a 22.02 c écart type 7.41 18.60 5.13 Diamètre de l’inflorescence (mm) Moyenne 25.41 b 32.91 a 20.89 c *** écart type 3.10 5.57 2.71 Bractée iirteme (mm) Moyenne 11.42 b 15.25 a 9.71 c écart type 1.45 2.63 1.28 Bractée épillet (mm) Moyenne 9.97 b 10.39 a 8.18 c écart type 0.92 1.24 1.05 Longueur de l’arête (x 0.1 mm) Moyenne 3.51 c 14.50 a 5.52 b *** écart type 1.44 2.82 1.46 Longueur du lobe (x 0.1 mm) Moyenne 5.64 c 7.25 b 11.24 a *** écart type 2.65 2.55 2.86 Longueur du tube (x 0 .1 mm) Moyenne 27.76 a 27.57 a 24.57 b écart type 3.05 2.23 3.94 Longueur de l'éperon (x 0.1 mm) Moyenne 19.22 a 8.45 c 11.91 b 4c 4c 4c écart type 3.86 1.93 3.13 Longueur du limbe (x 0.1 mm) Moyenne 41.96 b 61.51 a 37.95 c 4c 4c 4c écart type 4.42 7.82 3.76 Longueur du calice (x 0.1 mm) Moyenne 88.86 b 97.53 a 74.65 c 4c 4c 4c écart type 8.19 10.13 6.75 Nombre de nervures (n) Moyenne 1.21 c 5.01 a 3.92 b 4c4t4c écart type 0.62 1.04 2.00 Longueur feuille (cm) Moyenne 9.44 b 16.64 a 5.25 c 4c 4c 4c écart type 3.03 6.10 1.29 Largeur feuille (x 0.1 mm) Moyenne 33.02 c 158.27 a 59.78 b 4c 4c 4c écart type 13.68 51.36 18.70 31 lyongueur de l'arête du calice (k 0.1 mm) Longueur de la bractée de l'é p iile (mm) t Diamètre de l'inflorescence (mm) Longueur hampe (cm) 32 Figure 2.3. Analyse statistique de quatorze variables morphologique entre les espèces Armeria wehvitschii (welw), A. pseudoarmeria (pseud) et A. berlengemis (berl) en nature. Résultat du test de Tukey ; les valeurs moyennes statistiquement dififérentes sont affectées de lettres différentes. 33 b. Analyse des populations de A. berlengensis, A. pseudoarmeria et A. welwîtschii En vue de mieux comprendre le problème des zones de chevauchement entre les taxa A. berlengensis et A. pseudoarmeria, et les taxa A. berlengensis et A. welwitschii, nous les analyserons au niveau populationnel, en excluant les populations hybrides de l’analyse. Pour le premier couple, nous examinerons particulièrement le cas des populations xéromorphes à feuilles plus petites et plus étroites occupant des émergences rocheuses au Cabo da Roca (notée pseud ; xéromorphe) et une colline rocheuse à 20km de la côte (p^ewJ-Montachique) et qui présentent ime convergence pour la feuille avec A. berlengensis. Les coefficients de corrélation entre les variables morphologiques et les composantes principales, pour les 3 espèces (Tableau 2.6.) suivent la même tendance que dans l’analyse précédente. Tableau 2.6. CoefiBdents de corrélation entre les variables morphologiques et les composantes principales, pour Armeria berlengensis, A. welwitschii et^. pseudocameria. ACP = 81.94 % (10 variables, 632 individus). PCI PC2 Valeur propre 6.25 1.94 Variables Longueur de la hampe -0.765 0.455 Longueur de la gaine -0.877 0.322 Diamètre de l’inflorescence -0.845 0.340 Longueur de la bractée interne -0.845 0.286 Longueur de l’arête -0.773 -0.436 Longueur de l’éperon 0.570 0.683 Longueur du limbe -0.880 -0.018 Nombre de nervures -0.673 -0.629 Longueur de la feuille -0.781 0.457 Largeur de la feuille -0.843 -0.415 34 2 • » J ^ fia a'"a «t.+Of O -2 O ^ O O O O ^ • pseudoarmeria 1- pseud. xéromorphe -3 ■ O pseud. Monlachique ■ welwitschii sud ° velwitschii nord <> berlengensis -2^ -2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 PCI = 62.53% Figure 2.4. Diagramme de dispersion des individus sur les composantes principales pour Armeria berlengensis, A. welwitschii et A. pseudoarmeria en nature L’ACP (Figure 2.4) rend compte de 81.9% de la variance avec 8 des 10 caractères fortement corrélés à la composante 1. Il apparaît que la proximité entre A. berlengensis et A. pseudoarmeria implique les formes xéromorphes de A. pseudoarmeria (figure 2.4.) rassemblées dans les populations « pseud. Montachique » et « pseud xéromorphe ». Le recouvrement entre A. berlengensis et A. welwitschii concerne des individus appartenant aux populations septentrionales de A. welwitschii (Figure 2.4). Cette ressemblance a été enregistrée dans la littérature classique (Daveau, 1889) par la description de la variété à feuilles larges var. platyphylla Daveau pour des A. welwitschii du Nord de Faire de distribution. Plus tard, Bemis (1957) sur base de la proximité morphologique des A. welwitschii septentrionaux et de A. berlengensis a rétrogradé cette dernière au rang de variété de welwitschii. Afin d’apporter des éléments d’information à l’éventuelle différenciation géographique Nord- Sud des populations de A. welwitschii celles-ci ont été rassemblées en un groupe Nord comprenant les populations situées entre Peniche et les dunes de Quiaios (QUI) à la limite Nord de l’espèce et en un groupe Sud comprenant les populations à partir de Praia de Santa Rita (CRU), 25km au sud de Peniche jusqu’à Cascais (MAR) 80 km au Sud. Ensuite, dans chaque groupe géographique les populations ont été réparties en deux situations écologiques différentes, dunes sableuses et zones enrochées. 35 Cette situation nous a amené à examiner par une analyse discriminante la distribution des spécimens selon six catégories représentant la diversité des ensembles populatioimels (Tableau 2.7.). Pour l’Analyse Discriminante effectuée sur les six groupes éco-géographiques toutes les variables sont significatives au niveau univarié (p<0.001, résultats non présentés) et la MANOVA est significative pour l’ensemble des dix variables et des six groupes (Wilks' Lambda ; 0.010 approx. F (50,2817)=98.315 p<0.001). Tableau 2.7. Matrice de classification d’une Analyse Discriminante effectuée sur des spécimens d'Armeria répartis en sbc groupes éco-géographiques basés sur 10 caractères. % bien pseud. pseud. pseud. welw. welw. berl. classés xéromorphe Montachique sud nord A. pseudoarmeria typique 97.62 123 3 0 0 0 0 A. pseud. xéromorphe 83.33 2 10 0 0 0 0 A. pseud. Montachique 85.71 2 1 18 0 0 0 A. -welwitschii sud 91.41 0 0 0 234 22 0 A. -welwitschii nord 56.83 0 0 0 55 79 5 A. berlengensis 92.31 0 0 0 0 6 72 Total 84.81 127 14 18 289 107 77 La matrice de classification de l’A.D. (Tableau 2.7.) montre qu’aucim individu classé dans A. pseudoarmeria ne se retrouve dans un autre groupe ; les formes xéromorphes correspondent bien à im phénotype de taille réduite de ce taxon. Les moyermes de plusieurs variables des quatre groupes éco-géographiques de A. welwitschii sont rassemblés à la Figure 2.5. 36 Q tttd plateau aord plateau o ±SE “ sud dUBts aord. duaes. X tso Figure 2.5. Analyse statistique de six variables morphologique entre les stations de A. wehvitschii, regroupées en 4 catégories selon leur position géographique Nord-Sud, par rapport à l’archipel des Berlengas et selon leur habitat plateau-dunes. Résultat du test de Tukey ; les valeurs moyennes statistiquement différentes sont affectées de lettres différentes. 37 Les feuilles des A.welwitchii des dunes septentrionales sont significativement plus larges que celles des plantes des plateaux méridionaux mais ne diffèrent pas des plantes des dunes méridionales. La différenciation Nord-Sud pour la largeur des feuilles n’est donc pas généralisée. Par contre, pom cinq autres caractères (diamètre de l’inflorescence, longueur du scape, de la gaine sous capitulaire, du calice et de l’éperon calicinal) les plantes des plateaux du Nord présentent des valeurs plus faibles que celles du Sud que ce soit sur dunes ou rochers ce qui les rapprochent de A. berlengensis. On remarque également que les plantes des rochers ont des organes de taille réduite par rapport aux plantes des dîmes. La comparaison la plus pertinente concerne les plantes des rochers puisqu’il n’y a pas de dunes sur Berlenga. wehvitschii sud dunes welwitschii sud plateau welwitschîi nord dunes welwitschii nord plateau berlengensis PCI = 57.76 % Figure 2.6. Diagramme de dispersion des individus sur les composantes principales pour Armeria berlengensis et A. welwitschii. ACP = 75.04 % (6 variables, 473 individus). C’est ce que montre l’ACP : les A. welwitschii des rochers se rapprochent le plus de A. berlengensis (Figure 2.6.). Ces données confirment la convergence morphologique signalée par Bemis (1957) et si il n’y avait son caractère insulaire il ne serait pas déplacé de considérer A. berlengensis comme une sous -espèce de A. welwitschii. 38 2.1.2.2. Populations expérimentales a. ACP et DA Les mêmes caractères morphologiques utilisés pour les populations naturelles ont été repris pour les populations expérimentales. Les composantes principales 1 et 2 expriment respectivement 50 et 15 % de la variance totale. Hormis la largeur de la feuille (significative sur le 3° axe, données non présentées) les neuf autres caractères sont significativement corrélés aux deux axes (Tableau 2.8.). A. pseudoarmeria reste clairement différencié des deux autres espèces. Les deux individus de Montachique ne montrent plus de différenciation xéromorphique par rapport aux autres individus de A. pseudoarmeria. Par ailleurs, A. welwitschii forme un ensemble homogène avec A. berlengensis qui se trouve néanmoins à sa marge. A. berlengensis n’est donc pas très distinct de A. welwitschii et pourrait y être intégré comme sous-espèce. Tableau 2.8. Coefficient de corrélation entre les variables morphologiques et les composantes principales 1 et 2, 'po\xT Armeria berlengensis, A. welwitschii et A. pseudoarmeria, cultivés sous serre. PCI PC2 Valeur propre 5.10 1.50 Variables Longueur de la gaine -0.762 -0.087 Diamètre de l’inflorescence -0.699 -0.147 Longueur de la bractée interne -0.874 -0.007 Longueur de la bractée de l'épillet -0.125 -0.730 Longueur de l'arête -0.768 0.293 Longueur de l'éperon 0.673 -0.627 Longueur du limbe -0.928 -0.110 Longueur du calice -0,646 -0.616 Longueur de la feuille -0.793 -0.027 Largeur de la feuille -0.547 0.259 3 2 -2 • pseud ■ welw A berl -3 ------'------■------+ Montachique -2,5 -2,0 -1,5 -1.0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 PCI ; 50.98% Figure 2.7. Diagramme de dispersion dindividus à’Armeria berlengensis, A. welwitschii et A. pseudoarmeria, cultivés sous serre, sur les deux premières composantes principales. ACP = 77.01 % (10 variables, 58 individus). 39 Pour l’Analyse Discriminante effectuée sur les quatre groupes cultivés sous serre uniquement trois variables (longueur de l'arête, longueur de l'éperon et largeur de la feuille) sont hautement significatives au niveau univarié (p<0.001, résultats non présentés). La MANOVA est significative pour ces trois variables et les qxiatre groupes (Wilks' Lambda : 0.092 approx. F(9,126)=23.416p<0.001). Tableau 2.9. Matrice de classification d’une Analyse Discriminante effectuée sur des spécimens cultivés sous serre diArmeria répartis en quatre catégories à partir de dix caractères morphologiques. % bien classés pseud pseud. wehv. berl. Montachique A. pseudoarmeria 100.00 14 0 0 0 A. pseud. Montachique 0.00 2 0 0 0 A. weiwitschii 97.14 0 0 34 1 A. berlengensis 71.436 0 0 2 5 Total 91.38 16 0 36 6 La DA (Tableau 2.9.) fournit un classement parfait pour A. pseudoarmeria et les deux individus originaires de la population de Montachique sont classés dans ce groupe. Par ailleurs A. berlengensis compte deux individus mal classés dans A. weiwitschii, situation identique à celle observée dans les populations naturelles. 40 b. ANOVA La culture en milieu homogène associée à un échantillonnage limité a réduit le nombre des différences significatives entre espèces : ainsi sur les treize caractères utilisés seulement deux se rapportant au calice (longueur totale et longueur de l’éperon) ont vme valeur moyenne statistiquement différente entre les trois espèces (Tableau 2.10). A. pseudoarmeria reste distinct de A. welwitschii et de A. berlengensis pour onze et huit caractères respectivement ce qui explique sa nette différenciation dans l’ACP. Par contre seulement deux caractères distinguent A. welwitschii de A. berlengensis. Tableau 2.10. Moyennes des variables morphologiques chez A. welwitschii, A. berlengensis et A. pseudoarmeria, pour les individus en serre. Résultats du test de Tukey, les valeurs affectées de lettres différentes diffèrent significativement (calculé sur les données brutes).*** ANOVA univariée entre les trois espèces significative p<0.001; (n.s.) ANOVA non significative. TAXA welw pseud berl Variables N 35 16 7 Longueur hampe (cm) Moyeime 32.46 b 43.36 a 32.04 ab écart type 6.68 12.40 9.56 Longueur gaine (mm) Moyenne 34.29 b 50.31 a 33.29 b ♦ ** écart type 8.17 10.77 6.82 Diamètre de l’inflorescence (mm) Moyeime 25.23 b 30.19 a 26.57 ab *** écart type 2.68 4.40 4.24 Bractée interne (mm) Moyenne 10.53 b 13.75 a 10.21 b écart type 1.08 1.78 0.61 Bractée épillet (mm) Moyenne 9.35 a 9.29 a 9.37 a (as.) écart type 0.90 0.96 0.80 Longueur de l'arête (x 0.1 mm) Moyenne 5.47 b 16.06 a 6.07 b écart type 1.67 3.87 2.44 Longueur du lobe (x 0.1 mm) Moyenne 9.84 a 7.43 a 11.43 a (n.s.) écart type 4.42 1.87 1.34 Longueur du tube (x 0.1 mm) Moyenne 26.40 a 27.44 a 24.64 a (n.s.) écart type 1.40 3.28 3.04 Longueur de l'éperon (x 0.1 mm) Moyenne 19.69 a 8.22 c 13.93 b *** écart type 4.26 2.14 4.05 Longueur du limbe (x 0.1 mm) Moyenne 39.56 b 56.91 a 34.29 b écart type 3.99 7.29 3.45 Longueur du calice (x 0.1 mm) Moyenne 85.64 b 92.56 a 72.86 c écart type 6.03 9.14 5.67 Nombre de nervures (n) Moyenne 1.97 b 5.00 a 3.00 b écart type 1.12 1.46 1.15 Longueur feuille (cm) Moyenne 11.71 b 18.43 a 9.69 b écart type 1.78 3.97 1.66 Largeur feuille (x 0.1 mm) Moyenne 33.91 b 157.50 a 72.86 b *** écart type 10.62 61.26 22.89 41 2.2. Différenciation biologique : l’isolement reproductif Comme indiqué dans l’introduction, le processus de spéciation s’achève par l’isolement reproductif qui comporte une série de mécanismes différents dont Levin (1978) a établi la liste (Tableau 2.11.)- Les trois premières catégories concernent les mécanismes empêchant le dépôt du pollen sur le stigmate : (1) correspond à l’isolement écologique ou géographique, (2) à des périodes de floraison différentes et (3 a et b ) respectivement à la spécialisation vis à vis des pollinisateurs et à l’incompatibilité entre les stmchires florales. Parmi les mécanismes post-pollinisation un mode de reproduction autogame strict ou ime reproduction exclusivement végétative (4) de même qu’une incompatibilité pollen-stigmate (5a). n’empêchent pas le dépôt de pollen allochtone mais bien la fécondation. L’ensemble de ces dispositifs est regroupé sous le concept de mécanisme prézygotique puisqu’ils empêchent la fertilisation et donc la formation du zygote (Stebbins 1966). Les mécanismes postzygotiques concernent les cas où la fécondation s’est produite mais les graines hybrides ne germent pas (5b) ou bien les hybrides Fl sont affectés dans leur développement végétatif (6), dans la production de gamètes fertiles (8) ou leur descendance F2 comporte un grand nombre d’individus déficients (9) (Stebbins 1966). Le cas numéro 7 correspond à l’émergence d’ime structure florale nouvelle qui ne correspondrait à aucun pollinisateur ou à im nouveau pollinisateur exclusif Tableau 2.11. Liste des mécanismes impliqués dans l’isolement reproductif (Levin, 1978). Premating Spatial 1. Ecological Reproductive 2. Temporal divergence (a) Seasonal (b) Diumal 3. Floral divergence (a) Ethological (b) Mechanical Postmating 4. Reproductive mode 5. Cross-incompatibility (a) Pollen-pistil Pre-zygotic (b) Seed Post- zygotic 6. Hybrid inviability or weakness 7. Hybrid floral isolation 8. Hybrid sterility 9. Hybrid breakdown 42 2.2.1. Isolement prézygotique Chez les trois espèces di’Anneria étudiées nous développerons des considérations résultant parfois de simples observations concernant certains aspects de l’isolement prézygotique. 2.2.1.1. Isolement géographique et spécialisation écologique a. Isolement géographique D’après la littérature (Nieto Feliner 1990) les trois espèces occupent des aires géographiques différentes. On sait que la grande majorité des flux géniques sont limités chez Armeria à quelques mètres (Lefèbvre 1976 ) permettant le maintien, par exemple, dans la population métallicole de Plombières (Belgique) de l’intégrité de sous-populations séparées par de courtes distances. Cependant des transferts de pollen et de graines à plus longue distance doivent exister comme le suggère la concordance de l'organisation spatiale de la diversité allozymique chez A. maritima (Vekemans and Lefèbvre 1997) avec le « stepping stone model » de Slatkin (1993). L’espèce insulaire A. berlengensis doit dans ces conditions n’être pas totalement isolée des populations de A. welwitschii de la côte continentale distantes de 10 km., d’autant que l’apport de graines n’est pas excliis par les mouettes et les touristes. A. welwitschii et A. pseudoarmeria ont des parties de leur aire adjacentes; dans ces zones de contact des populations comportant des phénotypes intermédiaires mélangés à des phénotypes parentaux ont été observées. Ces dernières feront l’objet d’ime étude détaillée au Chapitre 3. On peut conclure que l’isolement spatial ne peut être considéré comme un mécanisme d’isolement efficace entre ces deux espèces. b. Spécialisation écologique bl. Caractérisation floristique Au Tableau 2.12 les trois espèces ont été positionnées dans leur contexte syntaxonomique (Braun-Blanquet et al. 1972 ; Costa et al. 1998) et dans le cadre de la classification des Habitats Natura 2000 (Directive 92/43/CEE 1995). Chacune des espèces est affiliée à une Alliance différente. Nous retiendrons que A. welwitchii et A. berlengensis sont des caractéristiques d’Association ce qui suggère un fond écologique particulier à chaque espèce. Par contre, les Habitats Natura 2000 n’annoncent pas de différentiation écologique entre les espèces : en effet A. pseudoarmeria et A.welwitchii se rencontrent tous deux dans les matorrals côtiers à Junipenis phoenicea et A. pseudoarmeria et A. berlengensis dans la végétation des falaises côtières méditerranéennes à Limonium endémiques. Les divergences entre les concepts de classification de la syntaxonomie (plus restrictifs) et de «Habitats 2000 » (plus large) expliquent ces divergences. Il semblerait que les unités syntaxonomiques représentent dans notre cas une expression plus fine de la spécialisation écologique des trois espèces, notamment pour A.welwitchii une des espèces caractéristique de 1’ Armerio welwitschii-Crucianelletum maritimae Br.-Bl, Rozeira & P. Silva 1972, communauté de chaméphytes des dunes secondaires (dunes grises) thermo-atlantiques du littoral centre du Portugal. La différenciation entre milieux peut être attestée par des différences dans la composition floristique. Dans ce but nous avons réalisé ime série de relevés floristiques dans des stations des trois espèces et également dans une « zone hybride » entre A. pseudorameria et A.welwitschii (vide Chap.4). 43 Tableau 2.12. Position de A. wehvitchii, A. berlengemis et A. pseudoarmeria dans les communautés végétales. Taxon Syntaxon Présence dans les « Habitats Natura 2000 » (1992) Classe Alliance Association (* Habitat 2000 prioritaire) A. welwitschii AMMOPHILETEA Linario-Vulpion Br.-Bl., Rozeira & Armerio wehvUschii- 2130 * Dunes côtières fixées à végétation Br.-Bl. & Tüxen 1946 P. Silva 1972 Crucianelletum maritimae herbacée (dunes grises). Br.-Bl., Rozeira & P. Silva Helichrysion picardii (Rivas- 1972 2250 * Dunes littorales à Juniperus spp. Martlnez, Costa & Izco 1990) Rivas-Martinez, Femândez- 2260 Dunes à végétation sclérophylle du Cisto- Gonzâlez & Loidi 1999 Ijavenduletalia. 5210 Matorrals arborescents à Juniperus spp. A. berlengemis CRITHMO- Crithmo-Armerion maritimae Géhu Spergulario rupicolae- 1240 Falaises avec végétation des côtes STATICETEA 1968 Armerietum berlengemis méditerranéennes avec Limonium spp. Br.-Bl. 1947 Capelo, J.C.Costa & Lousâ endémiques. 1998 A. pseudoarmeria CRITHMO- Crithmo-Helichrysion Rothmaler Diantho cintrani- 1240 Falaises avec végétation des côtes STATICETEA 1943 Daucetum halophili méditerranéennes avec Limonium spp. Br.-Bl. 1947 J.C.Costa, Capelo, Lousâ endémiques. Crithmo-Daucion halophili Rivas- & Esplrito-Santo 1998 Martinez, Lousâ, Diaz, Fernândez- 5210 Matorrals arborescents à JMw/pemj spp. Gonzâlez & J.C.Costa 1990 Relevés floristiques Introduction Le cortège floristique qui accompagne les différentes Armeria endémiques peut fournir des renseignements sur leur degré de spécialisation écologique. Nous avons donc effectué des relevés incluant les 3 espèces dans leurs stations typiques, ainsi qu’une série de relevés dans la zone hybride (vide Chap.4). Matériel et méthodes Les inventaires utilisés ne prétendent pas suivre la méthodologie phytosociologique sigmatiste de l’école de Zurich-MontpeUier ; en effet, dans cet étude nous n’analyserons que des inventaires où les Armeria sont présentes, vu que nous voulons nous restreindre à l’étude de leur cortège floristique. L’abondance de chaque espèce est quantifiée selon l’échelle de Braun-Blanquet. Afin de pouvoir analyser statistiquement les données, celles-ci ont été ensuite transformées en appUquant l’échelle de Van der Maarel (1979) ; les données des relevés peuvent ainsi être assimilées à des variables quantitatives et être employées dans des analyses (Bissels et al. 2004, Gauch 1982, Jongman et al. 1987) (tableau de conversion en Annexe 1). Potir A. welwitschii les relevés ont été faits dans la zone centrale de l’aire de distribution : Peniche, Ôbidos, Nazaré (Tableau 2.1.) où ils couvrent les différents habitats occupés par l’espèce ; dunes secondaires ou consohdées, dépôts anciens de sable sur plateaux rocheux, dunes intérieures (non-soumises directement à l’action des marées) en bordure de pinèdes. Pour A. pseudoarmeria, les relevés floristiques concernent les deux stations principales Cabo da Roca et Magoito (Tableau 2.1.). Pour l’archipel des Berlengas les relevés ont été effectués sur Tîle principale de l’archipel (Berlenga). La nomenclature suit ‘Flora Ibérica’ (Castroviejo et al. Eds. 1986- ) pour les espèces pubhées, exception faite de Silene latifolia Poiret subsp. mariziana (Gandoger) Greuter & Bindet qui suit ‘Flora Europaea’ (Tutin et al. Eds. 1964-1980) et ‘Med-Checkhst’ (Greuter et al. Eds. 1984-1989); les autres espèces adoptent ces deux dernières références. Les relevés ont été soumis à une Analyse FactorieUe de Correspondance ; il s’agit d’une analyse exploratoire simple, mais qui permet de mettre en évidence l’information essentielle incluse dans les données. Dufi-êne et Legendre (1997) suggèrent de regrouper les espèces en fonction de leur valeur indicatrice, obtenue à partir de l’anayse de l’abondance et la fréquence relative des espèces dans les relevés. Résultats Analyse Factorielle des Correspondances Les résultats de l’Analyse Factorielle de Correspondance indiquent que les relevés floristiques des trois espèces Armeria forment des ensembles distincts (Figure 2.7bis), ce qui indique que les cortèges floristiques qui les accompagnent présentent une composition et une abondance des espèces différentes. 45 B W PS H3_nord H3_centre H3 sud Figure 2.7bis. Analyse Factorielle de Correspondance entre les relevés floristiques de A. berlengensis (B) n=37, A. welwitschii (W) n=49, A. pseudoarmeria (PS) n=17 et les relevés de la station intermédiaire H3 (H3_nord n=12, H3_centre n=8 et H3_sud n=8) ; pour la signification des codes de la station H3 se référer au point 4.2 Structuration spatiale de la zone hybride H3. Relevés réalisés au Printemps sur 209 plantes vasculaires et 2 Cladonia sp. Les cortèges floristiques peuvent être détaillés comme il suit : Cortège floristique de Armeria pseudoarmeria • Espèces halo-chasmophytiques des replats de falaise : Beta maritima, Calendula sujfruticosa subsp. algarbiensis, Crithmum marîtimum, Dactylis marina, Daucus carota subsp. halophilus, Silene latifolia subsp. mariziana, Spergularia rupicola et Scrophularia sublyrata ce dernier à tendance halonitrophyle. • Espèces buissonnantes sclérophylles : Cistus crispas, Cistus salviifolius, Juniperus phoenicea, Uîex jussiaei qui indiquent la pénétration de A. pseudoarmeria à l’intérieur des terres. • Espèces rudérales ou messicoles : Bryonia dioica, Carduus tenuiflorus, Cerasîium glomeratum, Chamaemelum mixtum, Chenopodium album, Chrysanthemum segetum, Coleostephus myconis, Conyza canadensis, Datura stramonium, Dittrichia viscosa subsp. viscosa. Géranium molle, Lavatera cretica, Linum bienne, Medicago polymorpha, Melilotus indicus, Solanum nigrum, Stellaria media. Trifolium angustifolium. Trifolium 46 viscosa subsp. viscosa, Géranium molle, Lavatera cretica, Linum tienne, Medicago polymorpha, Melilotus indicus, Solanum nigrum, Stellaria media, Trifolium angustifolium, Trifolium campestre. Trifolium stellatum. Signalons la présence d’un individu de Vitis vinifera témoin des anciennes pratiques agricoles. • Carpobrotus edulis, espèce envahissante présente dans de nombreux relevés. • Présence ponctuelle d’un autre taxon endémique de la région Dianthus cintranus subsp. cintranus. Cortège floristique de Armeria webvitschii • Riche en espèces de dunes secondaires : Antirrhinum majus subsp. cirrhigerum, Artemisia crithmifolia, Cakile maritima, Crucianella maritima, Eryngium marinum, Helichrysum italicum subsp. picardii, Iberis procumbens subsp. microcarpa, Linaria caesia subsp. decumbens. Lotus creticus, Malcolmia littorea, Medicago marina, Ononis ramosissima, Otanthus maritimus, Pancratium maritimum, Scrophularia frutescens, Silene littorea. • Présence d’espèces de dunes primaires {Ammophila arenaria, Elymus farctus), de dunes consolidées (Corema album, Juniperus phoeniced) et de formations buissonnantes xérophytiques sur sable (Stauracanthus genistoides). • En situation de substrat rocheux, présence d’espèces halophytes : Frankenia laevis, Crithmum maritimum, Inula crithmoides. Cortège floristique de Armeria berlengensis • Espèces halo-chasmophytiques des replats de falaise : Angelica pachycarpa. Asplénium marinum, Cochlearia danica, Lavatera arborea, Frankenia laevis, Silene latifolia subsp. mariziana, Silene scabriflora, Silene uniflora subsp. uniflora, Spergularia rupicola. • Espèces halonitrophyles : Calendula suffhiticosa subsp. algarbiensis, Scrophularia sublyrata, dont l’abondance est liée à la présence de la colonie de goélands. • Espèces halophyles : Atriplex prostrata, Suaeda vera. • Espèces des dépressions rocheuses où s’accumule du sable : Crassula tillaea, Desmazeria marina, Hemiaria berlengiana (=H. lusitanica subsp. berlengiana), Plantago coronopus, Sagina maritima, Sedum andegavense. Trifolium suffocatum. • Espèces rudérales, dont la plus abondante Urtica membranacea, est liée à la présence de la colonie de goélands. 47 • Les relevés du secteur H3_sud se rapprochent des relevés de A. welxiîschii avec une fréquence élevée des espèces suivantes : Armeria welwitschii, Helichrysum italicum subsp. picardii, Juniperus phoenicea et Ononis ramosissima. • Les relevés du secteur H3_nord se rapprochent des relevés de A. pseudoarmeria avec une fréquence élevée des espèces suivantes : Armeria pseudoarmeria, Dactylis marina, Daucus carota subsp. halophilus, Juniperus phoenicea et Rubia peregrina. • Les relevés du secteur H3_centre sont en position excentrique par rapport au autres relevés, ce qui indique un cortège floristique distinct ; les espèces suivantes sont présentes dans tous les relevés. Armeria pseudoarmeria x welwitschii, Carlina corymbosa, Carpobrotus edulis (E), Dactylis marina (PS), Ononis ramosissima et Oxalis pes-caprae (E). Le cortège qui accompagne les hybrides putatifs présente deux allochtones à caractère envahissant (E) et des espèces des deux cortèges des parentaux (W) et (PS); le cortège floristique présente donc des espèces liées à une altération du milieux et avec une composition floristique intermédiaire. b2. Caractérisation des teneur en élément minéraux En vue d’apporter des éléments d’information supplémentaires sur la spécialisation écologique des trois espèces, nous avons analysé, en nature, plusieurs éléments chimiques (K, Ca, Mg, Na, N, P) dans les feuilles des plantes et dans les sols correspondants. Les feuilles des trois espèces ont été également analysées à la suite d’une culture de plantes issues de graines provenant du terrain sur sol horticole, en serre (T°>10°C, lumière naturelle, arrosage manuel). La méthodologie d’analyse des éléments chimiques est présentée en Aimexe 2. 48 Le Tableau 2.13 indique que pour chaque élément des différences significatives existent entre espèces. Pour l’essentiel, A. berlengensis diffère de A. welwitschii pour Na, P et N et de A. pseudoarmeria pour Ca, K et Mg tandis que A. welwitschii diffère de A. pseudoarmeria pour K, Na, P et N. Comme conséquence, l’ACP (Figure 2.8) révèle une différenciation chimique tranchée entre les espèces et un niveau élevé des coefiScients de corrélation entre les valeurs des concentrations pour tous les éléments et les deux composantes principales (Tableau 2.14). Tableau 2.13. Moyennes et écarts types des teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P (mg/kg ms) et N (%) provenant de A. -welwitschii (Magoito H3, sud), A. berlengensis (île Berlenga, felaises) et A. pseudoarmeria (Magoito H3, nord) en nature. ANOVA univariée : ***p<0.001 ; ** p<0.01. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes diffèrent significativement. taxon welw beri pseud Variables N 8 5 8 Ca** Moyenne 490.8 ab 372.2 b 665.6 a Ecart type 97.5 64.3 200.9 K*** Moyenne 809.3 b 1304.2 b 1894.2 a Ecart type 221.8 298.0 469.5 Mg** Moyeime 880.4 a 528.8 b 908.1 a Ecart type 141.8 112.1 196.4 Na*** Moyenne 423.7 b 1004.4 a 1210.7 a Ecart type 157.0 281.9 335.3 P Moyenne 138.3 b 256.4 a 234.9 a Ecart type 23.7 36.4 45.1 N (%) *** Moyenne 0.34 b 0.19 a 0.50 a Ecart type 0.12 0.21 0.11 U Tableau 2.14. Coefficients de corrélation entre les &0 teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P, N de welw, berl U et pseud en nature et les composantes principales de 1 ’ACP. >J0 03 8 PCI PC2 00 00 Valeur propre 2.74 1.80 Variables •1,0 Ca -0.313 -0.863 •U K -0.866 -0.360 * berl Mg 0.240 -0.867 oo + welw os • pseud Na -0.852 -0.153 os -OO .U «14 03 oo os LO IJ 00 P -0.927 0.124 PCI : 45.60% N -0.496 0.784 Figure 2.8. Diagramme de dispersion de l’ACP établie pour les teneurs en Ca, K, Mg, Na, P, N chez welw, berl et pseud en nature. 49 Les sols montrent des différences significatives pour les concentrations en éléments (K, Ca, Mg, P et N) extraits à l’acétate EDTA mais celles-ci ne sont pas en parallèles avec les teneurs des plantes. Une différence importante existe entre le pH sous A. welwitschii, proche de 8 et celui sous A. berlengensis et A. pseudoarmeria, proche de 6. Les sols testés montrent une différenciation correspondant aux espèces qui s’y trouvent ainsi que le montre l’ACP (Figure 2. 9). Cependant la distribution des clusters pour les sols est différente de celle obtenue pour les plantes. Tableau 2.15. Moyennes et écarts type des concentration en Ca, K, Mg, P (mg/kg), N (%) et pH des sols sous A. welwitschii, A. berlengensis et A. pseudoarmeria. ANOVA univariée ; ***p<0.001; **p<0.01; (n.s.) p>0.05. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes different significativement. taxon welw berl pseud Variables N 8 (n) 8 Ca ** Moyenne 17013,0 a 2584.6 (13) b 1773.1 b Ecart type 17568.6 1421.8 1027.8 K*** Moyenne 91.0 b 472.1 (14) a 158.8 b Ecart type 62.2 316.3 75.1 Mg (n.s.) Moyenne 468.5 a 449.3 (14) a 331.9 a Ecart type 237,2 317.7 63.8 Na (n.s.) Moyenne 209.9 a pas de donnés 227.1 a Ecart type 160.1 76.0 P Moyenne 19,6 b 383.6 (14) a 57.5 b Ecart type 11.2 314.6 12.1 N (%)*** Moyenne 0.90 a 0.38 (10) ab 0.14 b Ecart type 0.40 0.23 0.40 pH*** Moyenne 7.84 a 5.51 (10) b 5.86 b Ecart type 0.06 0.88 1.22 Tableau 2.16. Coefficient de corrélation entre les concentrations en Ca, K, Mg, P, N et pH du sol et les composantes principales de l’ACP pour A.wehvitschii, A.berlengensis et A.pseudoarmeria. PCI PC2 Valeur propre 3.03 1.88 Variables Ca 0.481 -0.773 + welw K -0.866 -0.104 • pseud Mg -0.044 -0.948 * berl P -0.885 -0.322 PCI: 50,54 »/o N -0.918 -0.267 pH 0.651 -0.446 Figure 2.9 Diagramme de dispersion de l’ACP établie pour les concentrations en Ca, K, Mg, P, N, et pour le pH. Sols sous les taxa A.wehvitschii, A.berlengensis et A.pseudoarmeria. Les deux échantillons de sol sous des individus de A. welwitschii qui s’écartent du reste de l’échantillonage (coin inférieur droit. Figure 2.9.) se caractérisent par une teneur de Ca très élevée qui peut se rencontrer fi'équemment dans les dunes sableuses riches en coquillages. 50 En culture expérimentale sur un sol uniforme des différences significatives subsistent entre les espèces (Tableau 2. 17) pour K, Ca, Mg, Na et N. Par rapport aux conditions naturelles les coefficients de corrélation des teneurs en éléments sont nettement plus faibles (Tableau 2.18). L’ACP (Figure 2. 10) ne révèle donc pas de structuration spécifique. Tableau 2.17. Moyennes et écarts types des teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P (mg/kg ms) et N (%) de plantes de A. wehvitschit, A. berlengensis et A. pseudoarmeria cultivées en conditions homogènes sous serre; ANOVA univariée : ***p<0.001; **p<0.01; * p<0.05; (n.s.) p>0.05. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes diffèrent significativement. taxon welw berl pseud Variables N 5 5 5 Ca*** Moyenne 149.2 a 150.7 a 91.1 b Ecart type 6.7 14.8 20.4 K* Moyenne 329.7 b 328.1 b 429.5 a Ecart type 45.7 44.4 93.8 Mg** Moyenne 89.5 a 65.4 b 87.7 a Ecart type 12.1 5.9 13.7 Na* Moyenne 11.6 b 17.1 a 11.4 b Ecart type 4.4 3.4 2.5 P(n.s.) Moyenne 44.7 a 34.1 a 47.4 a Ecart type 13.8 3.9 19.8 N (%) * Moyenne 2.49 a 2.16 b 2.63 a Ecart type 0.27 0.24 0.11 Tableau 2.18. Coefhcient de corrélation entre les v> teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P, N et les U composantes principales de l‘ACP pour A. wehvitschii, A.berlengensis et A. pseudoarmeria LO cultivées en conditions homogènes sous serre. 0^ PCI PC2 0,0 Valeur propre 3.06 1.07 Variables •« Ca 0.748 0.482 •w K -0.699 -0.483 A berl Mg -0.787 0.063 • pseud + weîw Na 0.795 -0.332 ■M •1.0 >1.0 <«,5 0.0 04 LO 14 2.0 P -0.440 0.689 PCI: 50.93% N -0.751 0.108 Figure 2.10. Diagramme de dispersion de T ACP effectuée sur les teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P, N chez A. wehvitschii, A.berlengensis et A. pseudoarmeria cultivées en conditions homogènes en serre. Ces résultats sont donc ambigus et nécessitent de nouvelles investigations notamment im échantillonnage plus étendu : ils ne sont pas en faveur d’vme différenciation interspécifique génotypique pour la prise des nutriments. 51 2.2.1.2. Isolement temporel La phénologie de la floraison a été enregistrée dans des populations typiques de A. welwitschii et A. pseudoarmeria à la date du 10 avril 2002. Pour chaque individu échantillonné chaque inflorescence est notée pour les trois états suivants : B: inflorescence ayant exclusivement des boutons floraux F : inflorescence ayant des fleurs épanouies G: inflorescence ayant des fiuits en formation Vu l’étalement du développement floral dans le temps (2-4 semaines), une inflorescence peut présenter simultanément des fleurs à trois stades (fleur en bouton, épanouie, fanée) mais sera noté pour le stade le plus avancé. Les données sont rassemblées à la Figure 2.11. Avec 84.8% des inflorescences possédant des fleurs (N=2326) A. welwitschii est clairement plus précoce que A. pseudoarmeria qui n’en possède que 18.9% (N = 4257) (X^ = 280, p< 0.001). Cependîuit, vu la durée de floraison des inflorescences, les périodes d’épanouissement des fleurs se chevauchent pendant lesquelles des hybridations interspécifiques pourraient se produire. Il existe néanmoins un isolement phénologique complet en début de floraison pour A. welwitschii et en fin de floraison pour A. pseudoarmeria qui dure deux à trois semaines. Par ailleurs des différences inter- populationnelles existent au sein de la même espèce liées aux habitats locaux (figure 2.11.). V^fehv(Mi9ito, (fcics) 10D œ 40 20 F G ■> IVui (Rdo, refittf) I^eud (Roca SV CBrpolntui) 80 eo 00 4 20 n -m-Wt 0 II B F G B F G Figure 2.11. Fréquence de trois stades phénologiques de la floraison (en %) au 10 Avril 2002 dans des populations à'Armeria welwitschii et A. pseudoarmeria. B : inflorescence avec boutons, F : inflorescence avec fleurs, G ; inflorescence avec fiuits. En conclusion, A. welwitschii et A. pseudoarmeria ne différent que partiellement par la phénologie de la floraison si bien qu’il n’y a pas d’isolement temporel efficace. 52 2.2.I.3. Isolement floral Les espèces à'Armeria présentent une structure florale uniforme peu spécialisée (corolle en entonnoir peu profond de 5-9 mm). L’inflorescence accentue le caractère généraliste de l’organisation florale car il permet l’atterrissage d’insectes de tailles et de structures variées. On peut donc s’attendre à ce que les capitules d’Armeria soient visités par une grande variété d’insectes. C’est ce qui a été trouvé pour des populations à'Armeriz. maritima des côtes du Nord-Est de l’Angleterre où des visiteurs appartenant à deux familles d’Hymenoptères et à cinq familles de Diptères ont été répertoriés (Woodell and Dale 1993 op cit ). Levin (1985) a montré que le voisinage entre espèces voisines {Phlox glaberrima, rouge et P. pilosa, blanc) peut stimuler la divergence pour la couleur des fleurs en favorisant un comportement sélectif des insectes vis à vis de couleurs différentes. Les fleurs de A. welwitschii étant généralement roses et celles de A. pseudoarmeria généralement blanches la couleur des fleurs pourrait être un facteur d’isolement reproducteur. Cependant nos relevés (Tableau 2.19.) montrent que les populations des deux espèces contiennent une fraction d’individus ayant la même couleur (blanc-rosé et rose clair) en sorte que la couleur de la corolle n’apporterait pas d’entrave à l’hybridation. Tableau 2.19. Répartition (nombre absolu et fréquence en %) des individus de populations à'A. pseudoarmeria et A. welwitschii en quatre catégories de couleur des pétales . Couleur des pétales Taxon Population BB BR RB RR N blanc pur blanc-rosé rose-clair rose vif A. pseudoarmeria Magoito, falaise 60 (60) 38 (38) 2(2) 0(0) 100 Ursa 19(43.2) 24 (54.5) 1 (2.3) 0(0) 44 Azoia 36 (90) 4(10) 0(0) 0(0) 40 A. welwitschii Magoito, dunes 0(0) 17 (37.8) 23 (51.1) 5(11.1) 45 Praia das Maçâs 2(1.2) 26 (15.3) 104(61.2) 38 (22.4) 170 Adraga 0(0) 5 (7.6) 54 (81.8) 7 (10.6) 66 Guincho 0(0) 10 (9.5) 80 (76.2) 15(14.3) 105 2.2.2. Isolement postzygotique 2.2.2.I. Introduction Dans cette section nous présenterons des résultats relatifs à des hybrides interspécifiques de première génération (Fl). Les déficiences résultant de l’état hybride (voir Tableau 2.11 mécanismes 6, 8, 9) sont l’expression du phénomène général de disharmonie dans les interactions entre génomes : les gènes d’entités génétiques différentes ne peuvent interagir pour produire chez l’organisme hybride un développement complet et équilibré (Dobzansky et al.\911). La disharmonie peut se manifester immédiatement dans le développement somatique des Fl qui dépérissent rapidement ou sont végétativement altérées (6) : c’est la stérilité hybride développementale (Stebbins 1966). La disharmonie peut être reportée sur la phase reproductrice (8) d’un individu, par ailleurs végétativement vigoureux, par une production gamétique perturbée (stérilité mâle ou femelle +/- complète) ; c’est la stérilité hybride ségrégatioimelle (Stebbins 1966) qui provient le plus souvent d’rni pairage chromosomique imparfait ou d’associations multiples de chromosomes produits par des réarrangements chromosomiques (translocations, inversions). 53 2.2.2.2. Matériel et méthodes Des hybridations expérimentales ont été réalisées sous une serre tunnel aérée. Les inflorescences sont ensachées pour éviter toute pollution par du pollen non souhaité. Les fleurs utilisées comme femelle sont émasculées au stade bouton proche de l’éclosion. Pour éviter l’encombrement floral dans l’inflorescence réceptrice de pollen et aussi à cause des disponibilités limitées en fleurs « mâles » celle-ci est éclaircie régulièrement en enlevant des fleurs. Le pollen est transféré sur le stigmate par frottement des fleurs issues du parent mâle. A maturité les fruits (monospermes) sont semés et les plantules mises en culture sous serre. Après deux ans les jeunes plantes fleurissent et leurs anthères sont examinées pour leur fertilité pollinique. Les anthères sont écrasées dans une solution de carmin acétique à 1%. Les grains de pollen fertiles sont colorés en rouge carmin et de taille +/- deux fois supérieure axix grains de pollen stériles non colorés en rouge carmin et qui apparaissent de couleur jaune. Les parents ont été préalablement vérifiés pour leur fertilité pollinique supérieure à 90%. 200 à 300 grains sont comptés par hybride Fl. La fertilité est exprimée en % de grains de pollen fertiles par rapport au nombre total de grains. 2.2.2.3. Résultats et discussion Les hybrides Fl welwitschii xA. pseudoarmeria et .<4. welwitschii xA. berîengensis ont \m développement végétatif normal et fleurissent mais montrent ime stérilité pollinique élevée (Tableau 2.20.) de +/- 65%. Tableau 2.20. Stérilité pollinique (en %) d'hybrides expérimentaux interspécifiques. Moyeime ± écart type (efifectif). W ; A. welwitschii, P : A. pseudoarmeria, B : A. berîengensis, E : A. maritima subsp. elongata (Saxe), M : A. maritima subsp. maritima (Pas de Calais). Croisement Stérilité pollinique (%) WxP 65.8 ±11.2 (7) WxB 64.1 ± 7.3 (7) BxP Pas de données ExW 100 (5) ExP* Pas de floraison (5) MxP* Pas de floraison (5) * Données Lefebvre (1971) Ces données indiquent que des barrières de stérilité ségrégationnelles interviennent entre A. welwitschii et^l. pseudoarmeria et également entrer, welwitschii et^. berîengensis. 11 s’agit d’une stérilité élevée par rapport à celle observée par Nieto Feliner (1997), qui varie de 10 à 44 %, pour des croisements interspécifiques expérimentaux Fl entre espèces appartenant au même clade TTS ouest-méditerranéen’ que les trois espèces étudiées. La fertilité pollinique des hybrides interspécifique peut donc être très variable au sein du même clade. De même, la stérilité observée pour les croisements W x P et W x B est plus élevée que celle intervenant entre les sous-espèces et populations planitiaires à^Armeria maritima qui se distribue entre 0 et 50% (moyenne 35%) (Lefèbvre 1974 b). Par rapport à des populations A. maritima du Nord de l’Europe (subsp maritima et subsp. elongata) l’isolement reproducteur est total (Tableau 2.13.) : les hybrides A. welwitschii x A. maritima subsp. elongata sont 54 totalement stériles tandis que ceux impliquant A. pseudoarmeria ne fleurissent pas. Au sein du Genre Armeria tous les niveaux de l’isolement postzygotique peuvent être atteints. Us correspondent à une cohérence générale ; les barrières intraspécifiques paraissent moins étanches que les barrières interspécifiques. Ces dernières peuvent être de niveaux variables : partielles pour des espèces du même contexte géographique (A. welwitschii, A. pseudoarmeria et A. berlengensis) ou complètes pour des groupes très éloignés géographiquement dont l’histoire évolutive a divergé depuis longtemps (A. maritima et les endémiques portugaises). L’intensité de l’isolement génétique ne se superpose pas au niveau de divergence morphologique l’isolement entre A. welwitschii et A. berlengensis proches morphologiquement est identique à celui entre A. welwitschii et A. pseudoarmeria deux espèces à morphologie très différenciée. Ces considérations ne doivent pas masquer une complexité supplémentaire : des populations de la même sous - espèce et de la même région peuvent produire entre elles des hybrides expérimentaux stériles à 50% comme c’est le cas chez des A. maritima subsp maritima des côtes bretonnes (Lefèbvre 1974b). La stabilité des taux de fertilité en nature, pour des populations portugaises, est présentée en Annexe 3. A. piingens 0-0 1 Figure 2.12. Arbre phylogénétique pour 6 espèces à'Armeria obtenu à partir d’une analyse PCR-RFLP de la variabilité de l’ADN chloroplastique par Neighbour-Joining. L’échelle représente les distances (1-F) correspondant à la proportion de fragments non-partagés (Da Silva 2000). 55 2.3. Conclusions Les analyses morphométriques multivariées révèlent que dans leur contexte éco-géographique typique les populations naturelles de A. welwitschii, A. pseudoarmeria et A. berlengensis forment des ensembles spécifiques clairement distincts pour A. welwitschii et A. pseudoarmeria mais avec des recouvrement de l’étendue variationelle pour A. welwitschii et A. berlengensis. En outre, les trois espèces occupent des territoires différents et font partie de groupements végétaux différents (Tableau 2.12). Elles apportent ainsi une justification à suivre l’opinion de Nieto Feliner (1990) qui considère l’espèce chez Armeria, selon une notion qualifiée par lui-même de pragmatique, comme ime unité « éco- morphogéographique ». Cette opinion est renforcée par le fait que l’Analyse Discriminante « classe » la quasi totalité des individus dans la « bonne » espèce. Cependant l’existence de morphotypes intermédiaires dans les populations hybrides obscurcit la distinction entre A. welwitschii et A. pseudoarmeria. En transplantation en conditions homogènes le nombre de caractères distinctifs diminue. L’ACP reproduit néanmoins une séparation claire entre A. welwitschii et A. pseudoarmeria mais A. welwitschii et A. berlengensis se recouvrent largement. L’existence d’im continuum morphologique entre A-welwitchii et A. berlengensis et de populations hybrides entre A. welwitschii et A. pseudoarmeria laissent supposer l’absence totale d’isolement reproducteur. Il semble toutefois exister des freins à l’uniformisation : stérilité partielle des hybrides Fl, décalage temporaire de la floraison, occupations de territoires le plus souvent séparés peuvent assurer le maintien des différences spécifiques. L’existence d’im isolement postzygotique ségrégationnel partiel implique que les espèces portugaises étudiées sont, outre des unités éco-morpho-géographiques, des imités au moins partiellement distinctes au sens de la notion biologique de l’espèce. Elles s’inscrivent dès lors dans le contexte écogénétique de l’espèce développé par Levin (2000, 2004). Il paraît dès lors justifié de les maintenir au rang spécifique. Les données phylogénétiques basées sur la variation des séquences d’ADN des ITS placent A. welwitschii et A. pseudoarmeria dans un vaste ensemble géographique Ouest Méditerranéen (Figure 1.3) au sein duquel les espèces sont toutes indifférenciées sauf A. pseudoarmeria légèrement différente de toutes les autres (Fuertes Aguilar and Nieto Feliner 2003) et donc de A. welwitschii, confortant nos conclusions ; par ailleurs, les données ITS ne fournissent qu’une information limitée vu leur résolution insuffisante au niveau interspécifique. Par contre, une autre étude limitée à un petit nombre d’espèces et basée sur le polymorphisme PCR-RFLP (Da Silva 2000) a montré l’étroite affinité réunissant A. welwitschii, A. pseudoarmeria et A. berlengensis qui forment un ensemble situé au Nord du Tage distinct des espèces situés au Sud (Figure 2.12 ). En conclusion le fait que les données moléculaires sont sans doute le reflet de concordances évolutives historico-géographiques ancestrales ne doit pas occulter la riche diversité actuelle des Armeria qui peut se produire sur un espace limité et se maintenir malgré l’existence locale de flux géniques. L’expression scientifique synthétique de cette diversité passe évidemment par le processus traditionnel de la description floristique mais sa validation par l’utilisation des méthodes modernes de la statistique en assure la légitimité. 56 CHAPITRE 3 Hybridation naturelle entre A. pseudoarmeria et A welwitschii. 1. Investigations en nature 3.1. Introduction Dans le chapitre 2 nous avons montré l’existence d’une différenciation morphologique marquée entre A. pseiidoarmeria et A. welwitschii complémentée par la présence de mécanismes d’isolement reproducteur partiels en sorte que leur accorder un statut spécifique paraît justifié. Cependant le contact en nature entre les deux espèces résulte en l’apparition de populations comportant à la fois des morphotypes parentaux et des morphotypes intermédiaires qui seront l’objet de ce chapitre 3. Il sera consacré à une étude morphométrique détaillée de populations en zone de contact en vue de la détection phénotypique des parents, des hybrides et des backcrosses putatifs. Ces catégories seront ensuite comparées pour des composantes de la fitness relatives à l’efficacité reproductive (fertilité pollinique, production grainière). Les résultats seront discutés dans la perspective des modèles explicatifs du fonctioimement des zones hybrides qui se répartissent en deux catégories principales celle de l’avantage sélectif pour l’hybride et celle du désavantage pour l’hybride. Ces résultats sont présentés dans l’article : Tauleigne Gomes, C. and Lefèbvre, C. (2005) Natural hybridisation between two Coastal endemic species of Armeria (Plumbaginaceae) ffom Portugal. 1. Populational in situ investigations. Plant Systematics and Evolution 250: 215-230. 57 Plant Syst. Evol. 250; 215-230 (2005) Plant Systematics DOI 10.1007/S00606-004-0247-7 and Evolution Printed in Austria Natural hybridisation between two Coastal endemic species of Armeria (Plumbaginaceae) from Portugal. 1. Populational in situ investigations C. Tauleigne-Gomes*’^ and C. Lefebvre^ ’ Laboratoire de Génétique et d’Ecologie Végétales, Université Libre de Bruxelles, Bruxelles, Belgique ^ Jardim Botânico - Museu Nacional de Histôria Natural, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal Received April 1, 2004; Aœepted July 23, 2004 Published online: January 31, 2005 © Springer-Verlag 2005 Abstract. Armeria pseudoarmeria and A. welwit- Campbell 2003, Jiggins and Mallet 2000, schii, two endémies from the atlantic coast in the Rieseberg 1997, Rieseberg and Camey 1998). centre of Portugal, are shown to be quite distinct by There is general agreement to consider that multivariate morphological analyses. In their con long lasting and thus apparently stable hybrid tact zone around Cabo da Roca, hybrid populations zones originate from two distinct processes. comprising parental morphs and intermediates The tension zone model States that although occur in abandoned agricultural fields. A proportion the hybrids are genotypically less fit than the of intermediates is partially male stérile while others are fully fertile, indicating a rapid recovering of total two parental species, the hybrid zone is main- fertility by some hybrids. The reproductive fitness tained through a balance between sélection traits we investigated do not suggest that the hybrids against hybrids and their unceasing production are inferior to the parents but rather that they could from gene exchanges between the parents be adapted to the hybrid zone environment. (Barton and Hewitt 1989). The other model Although being a very distinct species among the postulâtes that the hybrids are fitter in the Iberian Armeria, A. pseudoarmeria is able to cross contact zone between the parental species where successfully with A. welwüschii in natural conditions. the environment is itself ‘hybridised’ (Anderson 1948, Arnold 1997) and thus where natural Key words: Armeria pseudoarmeria, Armeria sélection favour hybrids. Adaptation of hybrids welwitschii, natural hybridisation, fitness, multi to new environments could lead to spéciation variate analysis, logistic régression. (Campbell 2003). Moreover new genome com binations, even rare, could colonise other hab Introduction itats outside the hybrid zone (Rieseberg 1997). For almost one decade there has been an This stresses the point on the potential evolu- increasing interest in interspecific plant tionary rôle of hybridisation in plant évolution. hybridisation including theoretical and exper On the other hand, extensive hybridisation may imental approaches, updated in several reviews obscure spécifie différences to such a point that (Arnold 1997, Arnold et al. 1999, Barton 2001, species status may be questioned. 58 216 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria In the genus Armeria (Plumbaginaceae) hybrids less fit than their parents for some of intergradation between species is recognised their reproductive traits? by taxonomists (Bemis 1954, Pinto da Silva 1972, Nieto Feliner 1990) as an almost gener- alised process. Bernis (1954) hypothesised that Mlaterial and methods hybridisation followed by sélection was a main Species and populations. A. welwitschii is a xero- source of diversification and reticulate spécia morphic herbaceous to shrubby species with nar- tion in Armeria. In the field it is possible to row-linear 1-3 nerved leaves, with long spurred (1-2 detect hybridisation between species from mm) but shortly aristated calyx. A. pseudoarmeria morphological observations as mentioned in with its wide (10-25 mm), 5-9 nerved leaves is monographies (Pinto da Silva 1972, Nieto- comparatively mesophytic. Conversely to A. wel Feliner 1990). Within the species complex witschii it has a short spurred ( < 1 mm) but clearly Armeria maritima (Mill.) Willd. experimental aristated calyx. Molecular phylogeny based on ITS hybrids between distinct infraspecific taxo DNA sequence variation (Fuertes Aguilar and nomie entities are vigorous but with a variable Nieto Feliner 2003) shows that A. pseudoarmeria pollen fertility. The latter is independent of the and A. welwitschii belong to a large western Mediterranean clade comprising 30 species among parental taxonomie units but is roughly related which A. pseudoarmeria is identified as a spécifie to the geographical séparation of the parents sub-clade different from A. welwitschii. (Lefèbvre 1974, Vekemans and Lefèbvre 1997). A. welwitschii occurs in Coastal or subcoastal Additionally, unexpected postzygotic barriers sandy dunes as well as on cliffs from Cascais (West could appear within the same taxon (notably of Lisbon) to Cabo Mondego, 200 km to the subsp. maritima ) without any apparent eco- North. A. pseudoarmeria may be considered as a geographical trend (Lefèbvre 1974). micro-endemic in Coastal or subcoastal habitats on The extent of hybridisation in Armeria was volcanic bedrocks (basait and granité). It occurs morphologically documented by Nieto Feliner mainly in the area of Cabo da Roca (ca. 10 km in his monograph of Iberian Armeria: among north of Cascais, near Sintra) but with relictual the 54 species recognised, Nieto Feliner (1990) Lnland populations at 20 km from the cape. cited 38 hybrids comprehending 31 different In areas ca. 10 km north of Cabo da Roca, near Magoito village, we investigated three popu species. Convincing data using geneticaUy fixed lations (noted Hl, H2, H3) where A. welwitschii, morphological characters and characteristics of A. pseudoarmeria and intermediate morphs coexist, artificial hybrids demonstrated the hybrid ori- collecting specimens for morphological analyses as gin of villosa subsp. carratracensis, a serp- herbarium material. Pollen and seed samples were enticnicolous taxon (Nieto Feliner et al. 1996). collected from these georeferenced individuals. More recently, morphometric and molecular Specimens from seven additional populations in analyses suggested that introgression is at the the typical habitats of the parental species were also origin of new taxa: Armeria trianoi (Nieto collected (Table 1). Voucher specimens from the Feliner et al. 2001) and Armeria filicaulis subsp. studied material were deposited in ’Jardim Botâ- nevadensis (Gutierrez Larena et al. 2002). nico da Universidade de Lisboa’ Herbarium In this paper, we study populations resulting (LISU); Armeria pseudoarmeria (Murray) Mansfeld from a hybrid swarm between two morpholog (LISU 187057, 187059), Armeria pseudoarmeria (Murray) Mansfeld x Armeria welwitschii Boissier ically well defined parapatric endemic species (LISU 187058), Armeria welwitschii Boissier (LISU from Portugal: Armeria pseudoarmeria (Mur 187056). Hl plants were sampled at random from ray) Mansfeld and Armeria welwitschii Boissier. the cliffs to adjacent areas 200 m inland. For H2, ail More specifically, we address the following fruiting plants were collected in an area of 4900 m^. questions: (1) are the two species unambigu- For H3, plants were regularly sampled following a ously distinguishable on basis of morphologi Coastal transect 800 m long and 30 m wide starting cal traits in their typical ecogeographical with A. welwitschii in the south and ending with context? (2) in mixed populations, are putative A. pseudoarmeria in the north. To control the 59 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisaüon in Armeria 217 Table 1. List of populations of Armeria coUected in the field. N: sample size Species Locality UTM Code Ecologie situation (Alt.) N A. welwitschii Azenhas do Mar 29SMC6099 AZ Top of cliffs (60 m) 19 A. welwitschii Magoito 29SMD6102 MP Sandy dunes (30 m) 25 A. welwitschii Magoito 29SMD6103 WR Rocky plateau (80 m) 42 A. welwitschii Ericeira 29SMD6410 ER Sands, estuary of 21 Lisandro River (10 m) A. pseudoarmeria Cabo da Rocal 29SMC5793 RCl Hills, 300 m inland (140 m) 40 A. pseudoarmeria Cabo da Roca2 29SMC5793 RC2 Top of cliffs, xeric 10 top (140 m) A. pseudoarmeria Magoito 29SMD6204 MA Top of cliffs (70 m) 41 Intermediates Magoito 29SMD6103 Hl Top of cliffs and adjacent 49 abandoned fields (80 m) Intermediates Magoito 29SMD6103 H2 500 m from coast line; 71 abandoned fields (100 m) Intermediates Magoito 29SMD6102 H3 Top of cliffs and adjacent 135 abandoned fields (50 m) genotypical nature of the morphological différenti from populations typical of each species, mixing in ation between A. welwitschii and A. pseudoarmeria, situ and greenhouse specimens. Another PCA was plants obtained front seeds collected in typical performed on in situ specimens, mixing typical populations of the two species were cultivated in a populations of the two species and intermediate greenhouse for three years. populations Hl, H2 and H3 to evaluate the Morphological analyses. Thirteen morphologi position of putative hybrids relatively to the two cal characters (Table 2), selected from spécifie species. An additional method, the Logistic Régres diagnosis issued from the review of Iberian Armeria sion (LR), used in building prédictive models performed by Nieto Feliner (1990), were measured notably to détermine the probability of occurrence on our herbarium specimens, 453 plants in situ and of a species according to environmental factors 49 cultivated plants. Metric data were log trans- (Draper et al. 2003, Narumalani et al. 1997, formed prior to analysis in order to correct for Tobalske 2002), was applied to the same data set. heteroscedatiscity. Data were treated by Principal LR allowed to ascribe each plant specimen accord Component Analyses (PCA) (Lefèbvre and ing to its morphological characteristics to five Vekemans 1995). A PCA was applied on specimens categories: the two parental species noted W and PS, putative intermediates (Fl likes) noted H and Table 2. List of characters used in morphometric the putative backerosses with the two parents noted analysis of Armeria HW and HPS. As this method is not yet extensively used in taxonomy, details are given in Annex 1. 1 Diameter of scape basis (mm) SCD Reproductive efficiency. The reproductive effi- 2 Scape height (cm) SCH ciency is studied for the following seven categories 3 Flower head diameter (mm) FHD (five categories of the intermediate populations plus 4 Middle involucral bract length (mm) MBL two categories for the typical populations of each 5 Internai involucral bract length (mm) IBL species). 6 Calyx awn length (10“* mm) CAL Pollen production and fertility. 260 individuals 7 Calyx spur length (10“* mm) CSL were sampled from the field, 40 from each typical 8 Calyx limb length (10“* mm) CLL populations of the two species and 180 from mixed 9 Calyx length (10“* mm) CL populations. Flower buds were stored in 50:50 10 Number of leaf nervures (1 to 7) LNN alcohol: water for each individual at the end of 11 Width of leaf margin (10”* mm) LWM their development. The poUen grain niunber per 12 Leaf length (cm) LL flower was quantified by counting the pollen grains 13 Leaf width (mm) LW from the five stamens from one flower bud. As a 60 218 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria flower of Armeria contains only one oviile, pollen Results and discussion number per flower is a direct estimation of pollen- ovule ratio (P/O). Pollen size was calculated by Morphometric analysis. For the PCA per measuring the équatorial diameter of eight ran- formed on typical populations of the two species domly selected pollen grains per plant under light and intennediate populations Hl, H2 and H3, microscope. As Armeria shows a pollen dimor- Principal Components 1 and 2 account for 72% phism (Baker 1966), the size of the two pollen types and 10%, respectively, of the total variance (PAP and COB) was scored separately. Pollen (Table 3). Except for total calyx length which is fertility was tested from response to staining in highly negatively correlated with Component 2 aceto-carmin: fertile pollen are red-stained while (r = -0.85), ail the 12 other characters are highly stérile pollen are not and are smaller in size. Pollen correlated with PCI (r = 0.77 to 0.94). fertility is the proportion of red stained pollen to Taken as a whole the scatter plot (Fig. 1) total number of pollen. Although the method does does not show any discontinuity. Nevertheless, not allow to assess pollen tube growth ability in vivo, it is suitable to identify pollen abortion (Dafni the populations we assumed to be typical of 1992). In order to evaluate the relationship between the two species are clearly difFerentiated with the seven groups, Kruskal-Walhs test was apphed A. pseudoarmeria characterised by the highest over the pollen fertüity data ranked in five classes positive value along PCI, which correspond to (0-20%, 20-40%, 40-60%, 60-80%, 80-100%). plants having greater values in most characters Pollen fertüity of offspring was quantified: seeds except for calyx spur length. coUected in a mixed population (Hl) were culti- The PCA apphed on the greenhouse plants vated in a greenhouse for three years (58 plants (Fig. 2) show that A. welwitschii and A. pseudo from 17 families) and pollen fertüity was compared armeria remain very clearly distinct and are with parental population. confined to the same part of the scatter plots as Seed set and seed weight. In Armeria, the the wild plants. unique seed produced per flower remains enclosed The gap between the typical populations of in the calyx which is thus the dispersai unit. 211 specimens were sampled from field, 40 from each the two species is filled with populations Hl, typical populations of the two species and 131 from Table 3. Eigenvalues for the first two Principal mixed populations. One capitulmn per plant was Components and variables corrélation coefficients dissected and aU calyxes were registered as filled with Principal Components, for the three hybrid with a seed or empty. Seed set is the proportion of populations and the parental taxa of Armeria filled calyces to total number of calyces. Individual (n = 417) seed weight was estimated from the mean of aU seeds per capitulum. PCI PC2 Seed germination. Seeds from 124 families Eigenvalues 9.36 1.30 sampled from field, 30 from each typical popula %Variance 72.01 10.01 tions of the two species and 64 from mixed SCD 0.930 0.131 populations (10 seeds for each mother plant) were SCH 0.769 0.339 put on moist filter paper at 20°C with natural FHD 0.881 -0.219 lighting during four weeks. The proportion of MBL 0.842 0.029 germinated seeds was recorded at a weekly interval IBL 0.886 -0.053 for one month for the seven groups under study. CAL 0.872 -0.051 Statistical treatments: Principal Component CSL -0.808 -0.327 Analysis (PCA), Logistic Régression (LR), Analysis CLL 0.865 -0.441 of Variance (ANOVA), Tukey test, Kruskal-Wallis CL 0.474 -0.849 test, and t test were performed using Statistica LNN 0.924 0.063 V.6. Nonparametric multiple comparisons were LWM 0.876 0.114 computed after Zar (1999). Means quoted in the LL 0.858 0.275 text are accompanied by standard déviation (± LW 0.944 0.003 S.D.) and sample sizes. 61 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria 219 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 PC 1 ; 72.01 % Fig. 1. Principal Component Analysis scatter plot (417 specimens, 13 variables) of population samples of Armeria welwitschii (•), A. pseudoarmeria (•), and 3 hybrid populations (A) H2 and H3 which also overlap with W and PS putative backcrosses. These intermediate pop morphotypes. Hl, H2 and H3 are thus clearly ulations occur in abandoned agricultural fields intermediates between the two sets of parental close to the seaside. In these disturbed habitats populations and contain typical W and PS hybridisation could be promoted and hybrids individuals inixed with a majority of interme could be favoured by natural sélection at diates phenotypes. various intensities, thus generating différences The Logistic Régression prédictive models between populations. (LR) allowed to ascribe each plant specimen of The one-way ANOVA performed for the intermediate populations (Hl, H2 and H3) to seven categories is significant at p< 0.001 for five categories, according to their morpholog- each of the thirteen characters. Nevertheless ical characteristics (Table 4). some overlap occurs between the typical popu A test applied to the frequencies of the lations of the species for the scape height (SCH), parents (W and PS compiled), the putative middle involucral bract lenght (MBL), calyx backcross (HPS and HW compiled), and the length (CL) and leaf length (LL), although the putative Fl (H) reveals highly significant mean values are quite distinct (Table 5). différences between intermediate populations As quoted by Arnold (1997) molecular (X^= 17.48 P <0.001) with H3 being very markers are the absolute response to the prob- distinct from Hl and H2 by showing a low lem of identifying hybridisation, although in frequency of H and a high frequency of some instance cryptic or ancient hybridisation 62 220 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria 3.0 ■ « • 2.0 1- « ' 0 • • • « • • ■ j • 1 1- "t* -1- -t- 0 1.0 1 ■ 1 ■ • < '' K ■ 1 i- ^ - • • • ■ ■ + • >9 ■ ■m : • u-i • • ■ ■ 1Ï ■ ■■ * •M- + O 0.0 » . • . - • 1 . ^ „■ .. X . • ■ ...... •• • • : ■ •• •• • # • • » ■ ...j *JL»/ r • • • -...1 1 ------•- ■ ■ ...... • • ■ • ■ 9 • 4 ^ « -2.0 ■ • ■ ■ -3.0 ------1 ______i -1.5 -1.0 -0.5 0.0 OS 1.0 1.5 2.0 PC 1 ; 73.33% Fig. 2. Principal Qjmponent Analysis scatter plot (247 specimens, 10 variables) of population samples of Armeria welwitschii (■ field n = 107, + greenhouse n = 35) and A. pseudoarmeria (• field n = 91, o greenhouse n = 14) Table 4. Number and frequency of individuals Reproductive efficiency. Pollen fertility clas from populations Hl, H2 and H3 belonging to ses. Owing to the clear différentiation in each morph category as classified by the Logistic morphologjcal and eco-geographical range Régression analysis. PS; Armeria pseudoarmeria', between the two species, it is expected that HPS: putative backcross to PS; H: putative hybrid; hybrids between A. pseudoarmeria and HW: putative backcross to W; W: A.welwitschii A. welwitschii would be sexually stérile to some Hl H2 H3 extent. A Kruskal-Wallis test applied over the N % N % N % pollen fertility classes shows significant différ PS 7 14.29 2 2.82 8 5.93 ence between the seven groups (He, 260 HPS 13 26.53 18 25.35 30 22.22 = 101.094 P <0.001). Nonparametric multiple H 20 40.82 38 53.52 37 27.41 comparisons with unequal sample sizes were HW 6 12.24 11 15.49 44 32.59 applied for 21 pairwise group comparisons; W 3 6.12 2 2.82 16 11.85 Total 49 100 71 100 135 100 parental categories (pseud, PS, welw, W) and one backcross category (HW) are highly fertile (Fig. 3) and are not statistically distinct, is not that meaningful as the phenotype is whereas H and HPS categories show a mixture undistinguishable from one of the parental of fertile and stérile individuals, with H species and presumably adaptively similar. presenting higher (64.8 %) frequency of sterüe 63 C. Tauleigne-Gomes Table 5. Mean, lower and upper confidence limits at 95% of the characters used in morphological analysis. For character symbols see table 2. Morphs welw and pseud ; Amena welwitschii and Amena pseudoameria from typical populations. In capital letters morphs in hybrid popu lations. W: A. welwitschii; HW; backcross to W; H; Fl hybrids; HPS: backcross to PS; PS: A. pseudoameria. N: sample size. ANOVA Fe, 416 significant at 0.001 noted as *"■* wclw W HW H HPS PS pseud and N 81 21 61 95 61 17 81 C. SCD *** 1.32 1.29 1.56 2.28 2.85 3.30 3.30 Lefèbvre: mm 0.80-1.85 0.87-1.70 0.99-2.13 1.39-3.17 1.92-3.78 2.03-4.57 2.20-4.40 SCH 20.65 22.57 28.48 41.96 47.17 49.55 43.89 cm 11.15-30.15 14.69-30.45 15.22-41.75 22.14-61.79 19.71-74.62 25.28-73.82 27.53-60.26 FHD *♦* 24.04 23.90 25.20 27.87 31.72 34.12 34.73 Natural mm 19.93-28.15 18.47-29.34 19.51-30.89 21.85-33.90 26.90-36.54 28.42-39.82 28.55-40.90 MBL ♦** 8.67 9.19 9.63 11.07 12.95 14.71 14.23 mm 6.19-11.15 7.11-11.26 7.41-11.84 7.80-14.34 9.93-15.98 8.07-21.34 9.66-18.79 hybridisation IBL *♦* 10.65 10.76 10.94 12.65 14.91 15.95 16.36 mm 8.70-12.60 8.35-13.16 8.50-13.38 9.55-15.74 11.95-17.88 12.50-19.40 12.72-20.01 CAL ♦** 3.83 4.19 4.95 7.81 11.67 14.35 15.05 10 mm 1.14-6.51 0.60-7.78 1.78-8.12 1.40-14.22 5.76-17.58 8.27-20.44 9.77-20.33 CSL *** 21.16 22.00 18.85 13.74 12.10 9.94 9.33 in 10 mm 15.86-26.46 16.93-27.07 11.03-26.68 6.37-21.10 5.27-18.93 5.67-14.21 6.36-12.30 Armeria CLL *** 43.60 43.95 44.21 46.62 55.43 63.94 65.41 10 mm 37.92^9.29 34.85-53.06 32.87-55.55 35.66-57.59 49.41-61.44 55.35-72.53 55.44-75.37 CL ♦♦♦ 93.10 94.57 91.00 88.11 95.48 102.53 102.70 10 mm 81.93-104.27 80.46-108.68 72.66-109.34 73.51-102.70 85.41-105.54 95.07-109.99 90.13-115.28 LNN *** 1.00 1.00 1.10 2.60 3.59 4.53 4.83 n 1.00-1.00 1.00-1.00 0.23-1.97 0.81-4.39 1.61-5.57 2.15-6.91 2.54-7.11 LWM *** 0.016 0.012 0.017 0.117 0.203 0.247 0.254 10 mm -0.028-0.059 -0.020-0.044 -0.027-0.061 -0.020-0.254 0.049-0.357 0.105-0.390 0.132-0.376 LL *** 7.51 7.90 9.87 . 14.67 17.99 20.26 19.34 cm 3.68-11.34 5.91-9.89 5.42-14.32 7.41-21.93 10.03-25.95 10.62-29.91 10.02-28.65 LW **♦ 3.03 2.55 3.10 6.54 10.80 14.11 17.85 mm 1.69-4.37 1.56-3.54 1.55-4.65 0.58-12.49 4.10-17.51 8.99-19.24 7.88-27.83 S) K) 2 222 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria class 1: 0 - 20 % class2;20 - 40% class 3 :40 - 60 % class 4 : 60 - 80 % class 5 : 80 -100 % pseud PS HPS H HW W welw Groups Fig. 3. Pollen fertility classes (in %) of the seven categories, pseud: Armeria pseudoarmeria (n=40) and welw: A. welwitschii (n = 40), typical populations. Capital letters: hybrid populations, PS: A. pseudoarmeria morph (n = 13), HPS: backcross to PS morph (n=46); H: Fl hybrid morph (n = 71); HW: backcross to W morph (n = 36); W; A.welwitschii morph (n= 14) individuals than HPS (43.47%). H and HPS backcrosses to W (HW) restore the fertihty pollen fertility classes présent différences with more efficiently than backcrosses to PS or ail the others categories inclusive the pairwise simply that HW is in the range of morpholog- comparison H versus HPS (Q = 6.371 k = 7 ical variation of W. P >0.05). The distribution of fertility classes The situation of H phenotypes is puzzHng: (Fig. 3) is bimodal for H and HPS with a gap in plants unquestionably morphologically inter- the fertihty classes at 60-80% séparating stérile mediate between the two parental species and (less than 60% of fertile pollen) from fertile occupying almost exactly the same location in (more than 80% of fertile pollen) plants. This the scatter plot (Fig. 4) can be fertile or pattern has also been observed in Armeria for partially stérile. As most (80%) of the stérile several interspecific and inter-subspecifîc H individuals fall in between 40-60% (around experimental crosses (Lefèbvre 1974, Veke- 50%) of pollen sterility it could be hypothe- mans and Lefèbvre 1997). sized that H plant types are translocation This resuit suggests that backcrosses to PS hétérozygotes issued from parents differing tend to restore the fertility of hybrids which is for their chromosomal structure. In A. mariti- a common feature in hybrid zones (Arnold ma a cytogenetic analysis of populations et al. 1999). On the W side it seems that belonging to six different subspecies revealed 65 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria 223 1 ' • ■—^—------• PS4 A • PS5 » HPSl i O HPS2 A A O HPS3 ▲ A A A O HPS4 A □ * • A O HPS5 A A A C > A • 0 • H2 • ‘4 A 0 » H3 n n A D-- ^n------. * • H4 □ a" ® *6° C po A H5 □ A * • A O HW2 A\ A 00° ©® D • * ‘ A A A à * O O HW3 i . » A □ HW5 □ A* « G • ■ ■ I^ q.c A ■ W3 A -0 0 • A ■ O 0 • ■ W4 * □— e □ I? • ■ W5 ■ □□ □ 0 class 1 : 0 - 20 % class2:20-40% class 3 ; 40 - 60 % class 4 : 60 - 80 % 1 . 1 ■ II. class 5 : 80- 100% ■2.0 -IJ -1.0 -0.5 0.0 05 1.0 1.5 2.0 PC 1 : 72.01 % Fig. 4. Principal Component Analysis scatter plot of the hybrid populations with individuals registered for their pollen fertility class (n= 180) chromosomal différentiation between popula feature can be observed in the population tions and evidence for translocations (Coulaud offspring (n family=17, n = 58) and it is not et al. 1998). statistically distinct (X^ = 8.174 df=4 p< Crosses between translocation hétérozyg 0.085); the data were poorly balanced to test otes could give rise to individuals with fuU for family effects. fertility associated with an intermediate mor- These results reflect, in part, the lack of phology. From these considérations it results information of patemal effect as the pollen that intermediates H phenotype could belong source is not controlled in the field, but to different générations of hybridisations. nevertheless provide the indication that pollen This suggestion is strengthened by the fertility rate can improve rapidly in few gén occurrence in the offspring of half stérile érations and plants partly stérile can be con- parents issued from population H1 of totally tinuously produced in the hybrid zones. fertile plants at a rate of approximately 30%. Pollen number per flower. The one-way Conversely fully fertile hybrids (H) from the ANOVA on pollen number per flower of the same population produced 28% (7 out of 25) seven categories is signifleant (Fe, 244 =47.057 of half stérile plants. Plants from mixed P < 0.001). A regular decrease is observed from population H1 (n = 46) presented the full range A. pseudoarmeria (mean 1675.1 ± S.D. 102.6 of pollen fertility with a higher representativity n = 40) to A. welwitschii (mean 1191.1 ± S.D. of the classes 40-60% and 80-100%; the same 111.9 n = 40). Figure 5A shows a regular 66 224 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefebvre: Natural hybridisation in Armeria In our sample significant différences were found between COB and PAP pollen only in A. pseudoarmeria from typical localities (Fi, 28 = 5.987 P <0.021) but the différences were so weak (COB: mean pollen diameter 84.2 pm ± S.D. 1.6 n=15; PAP: mean pollen diameter 82.5 pm ± S.D. 2.1 n= 15) that data for both types of pollen were pooled. The same treat- ment has been made for the six other catego pseud PS HPS H HW W welw ries in which no significant différences were obtained between the two pollen types. Groups The one-way ANOVA on pollen diameter 90 of the seven categories is significant (Fg, ne 88 = 23.743 P <0.001) with a clear eut différence _____a____ ab______86 —P — between the parental species in favour of 84 C___ab____U-______1 1 A. pseudoarmeria. This discrepancy can be 82 a3 80 -___/ini__ _ viewed as an allometric effect as A. pseudoar nn -I- “1 78 meria is larger in size for most of its dimen- (17) ' 1 11 76 A. welwitschii. -L sional characteristics than 74 £ (10) Pollen size respond in the same way as the 72 (30) pollen number per flower. Figure 5B shows a 70 T ""T regular decrease in pollen size in the hybrid pseud PS HPS H HW W welw populations from the typical A. pseudoarmeria Groups to the typical A. welwitschii with H in an Fîg. 5. Pollen number per flower (A) and pollen intermediate position. Like pollen number, équatorial diameter in fjxa. (B) of the seven groups; for pollen diameter could be an accurate marker symbols see Fig. 3. ■ Mean J. ± Standard Déviation. of the degree of hybridisation. Means with same letter do not differ significantly Seed set. Seed set differs significantly from one another foUowing theTukey test (p < 0.05). between the seven categories (one-way ANO Sample size in brackets VA: Fe, 204 =14.897 p< 0.001). The most striking différence is between typical popula decrease in pollen number in the hybrid tions ofyf./^seMifoarmerza (mean 35.2% ± S.D. populations from the typical A. pseudoarmeria 19.6 n=40) and A. welwitschii (mean 51.4 % ± to the typical A. welwitschii with H in an S.D. 16.8 n = 40). The seed set for the hybrid (H) intermediate position. Pollen number seems is thelowest (mean 21.4 % ± S.D. 12.8 n = 44) thus to be a good marker of the degree of and is statistically lower than the backerosses to hybridisation. A. welwitschii (HW) and typical form A. wel Pollen diameter. Sexual reproduction in witschii (W), otherwise it is not statistically Armeria is controlled by a self incompatibihty distinct from PS and HPS (Fig. 6A). System morphologically expressed by stigma It must be noted that A. pseudoarmeria has and pollen dimorphism (Baker 1966). It has more flowers per capitulum (mean 200.0 ± been suggested that a limited gender différen S.D. 64.1 n = 40) than A. welwitschii (mean tiation between the two morphs is exhibited in 67.2 db S.D. 20.6 n = 40) so that it produces heavy métal populations of A. maritima where more mature seeds per capitulum (mean 71.0 the COB morph has a more male function than ± S.D. 50.5 n = 40) than A. welwitschii (mean the PAP morph in producing pollen of slightly 34.7 ± S.D. 16.7 n = 40). but significantly larger size than its counterpart The lower seed set of A. pseudoarmeria (Vekemans et al. 1990). could then be compensated by its higher total 67 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria 225 seed production and not be directly relevant to by almost 50% and decreases regularly from population dynamics in the hybrid zone. The backcross to A. pseudoarmeria to backcross to seed production of a capitulum of H (mean A. welwitschii with hybrid at an intermediate 27.2 ± S.D. 21.6 n = 44) is almost exactly the position, so that a continuum hnks the two same as that of the backcrosses to A. welwit- species morphs (Fig. 6B). This again could schii (HW) (mean 28.0 ± S.D. 13.4 n = 32). It correspond to an allometric relationship rather must be noticed that no significant corrélation than to a direct sélective effect. was observed between seed set and pollen Seed dispersai. The calyx of Armeria is the fertihty so that the two deficiencies are not dispersai unit: it encloses a circumseissile cumulative. capsule containing a single seed. It is provided Seed weight. ANOVA for seed weight is with ectozoochorous disposais: stilf hairs on significant (Fe, 204 =12.573 p< 0.001). Seed the tube, awned sepals and a spur at its base. weight of A. pseudoarmeria (mean 1.56 mg ± A. pseudoarmeria and A. welwitschii are quite S.D. 0.27 n capitulum = 40, n seed = 2840) distinct in their dispersai apparatus with exceeds that of A. welwitschii (mean 1.15 mg A. pseudoarmeria having long calyx avras ± S.D. 0.27 n capitulum = 40, n seed = 1388) (mean 15.05 lO'^mm ± S.D. 2.65 n = 81) but short spur (mean 9.33 10‘*mm ± S.D. 1.49 n = 81) while A. welwitschii shows short awns A 80 (mean 3.83 lO'^mm ± S.D. 1.35 n = 81) and a ae 70 e long spur (mean 21.16 10~^mm ± S.D. 2.66 60 ac n = 81). In hybrid populations intermediate ^ bede “ 50 phenotypes exist and a highly significant Cd « négative corrélation exists between awn length 40 ( ! 1 1 i (1 1) 7: and spur length throughout the whole sample 30 1 1 ---- 20 of ourdata(r= -0.76 p< 0.001 n = 417). This (32) trend suggests that the different phenotypes 10 (10) (34) (4 4) maintain a rather constant efiBciency in dis 0 pseud PS HPS H HW W welw persai by ectozoochory. Seed germination. After four weeks seeds Groups germinated and presented emergence of leaves 2.0 at a rate over 90% for each of the seven 1.9 5i categories with no significant différences, afi 1.8 4b „ . a 1.7 ANOVA for seed germination (Fg^ ny = 1.357 1.6 P = 0.238). Ail categories présent thus very high 1.5 cd d 1.4 seed viability. ___1918^ 1.3 ------Tn------•SU 1.2 1.1 1.0 ______(1587) Conclusions 0.9 ______(1197) ___ 0.8 Multivariate morphometrical analysis shows 0.7 that in their allopatric ecogeographical pseud PS HPS H HW W welw range the two Coastal Portuguese endemics Groups A. pseudoarmeria and A. welwitschii are quite Rg. 6. Seed set (in % of number of flowers) (A) and distinct. In contact zones they hybridise and seed weight in mg (B) of the seven groups; for large and long lasting highly polymorphie symbols see Fig. 3. ■ Mean ± ± Standard Déviation. populations occur where parental phenotypes Means with same letter do not differ significanüy and intermediates (assumed as Fl and back from one another foliowing the Tukey test (p < crosses) are intermingled. Hybrid populations 0.05). Sample size in brackets establish in habitats differing from those of the 68 226 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria parental species, that is to say in agricultural Recherche Scientifique’ - Belgium. Thanks are due fields close to the sea side and abandoned for to ‘Instituto da Conservaçào da Natureza’ and two to three décades which correspond to ‘Parque Natural Sintra-Cascais’ for allowing the ‘hybrid’ habitats. Circa 75% of morphological coUect of plants in situ. We acknowledge the two putative Fl hybrids show pollen sterihty anonymous referees for constructive coinments and ranging from 20 to 80 %, a range obtained Olivier Hardy for critically reading a previous version of this manuscript and for linguistic review. in Fl hybrids from experimental crosses in a greenhouse, confirming the hybrid nature of morphological Fl. Référencés Reproductive traits (pollen size and num- ber per flower, seed setting and seed weight) Anderson E. (1948) Hybridization of the habitat. Evolution 2: 1-9. show a continuons variation from A. pseudo- Arnold M. L. (1997) Natural hybridization and armeria, to hybrids and to A. welwitschii, évolution. Oxford University Press, Oxford. corresponding most probably to allometric U. K. relationships, although these traits are proba Arnold M. L., Bulger M. R., Burke J. M., Hempel bly also relevant to sélection pressure. A. L., Williams J. H. (1999) Natural hybridiza Except for pollen sterility, no obvions tion: how low can you go and still be important? sélective disadvantage has been found for Ecology 80: 371-381. hybrid populations. The occurrence of hybrid Baker H. G. (1966) The évolution, functioning and sterility would be in favour of the tension zone breakdown of heteromorphic incompatibüity model, but seed production does not indicate Systems. I. The Pliunbaginaceae. Evolution 20: that hybrids are counterselected in the hybrid 349-368. zone. Microhabitat sélection could also main- Barton N. (2001) The rôle of hybridization in évolution. Molec. Ecol. 10: 551-568. tain the polymorphism of the intermediate Barton N., Hewitt G. (1989) Adaptation, spécia populations. Experimental works are on the tion and hybrid zones. Nature 341: 497-503. way to test for sélective différentiation of the Bemis F. (1954) Révision del Género Armeria parental and hybrid morphs. Willd. con especial referencia a los grupos A. pseudoarmeria appears thus as one of ibéricos. Parte I. An. Inst. Bot. Cavanilles 11: the most clearly circumscribed species of 5-288. Iberian Armeria in the Western Mediterranean Campbell D. R. (2003) Reproductive isolation and Atlantic clade, as defined by Fuertes Aguilar hybrid pollen disadvantage in Ipomopsis. J. Evol. and Nieto Fehner (2003): it has a clear Biol. 16: 536-540. morphological différentiation, a limited distri Coulaud J., Barghi N., Lefèbvre C., Süjak-Yakov- bution, and a molecular identity but it remains lev S. (1998) Cytogenetic variation of Armeria genetically poorly isolated from its parapatric maritima (Mill.) Willd. in relation to geograph- ical distribution and soil stress tolérance. Canad. congeners. In that way the evolutionary rela J. Bot. 77: 673-685. tionships between A. pseudoarmeria and Cruz R., Rolân-Àlvarez E., Garcia C. (2001) A. welwitschii are similar to those occurring Sexual sélection on phenotypic traits in a hybrid in general in the genus Armeria: morphologi- zone of Littorina saxatilis (Olivi). J. Evol. Biol. cally well differentiated species are not sepa- 14: 773-785. rated by genetical postzygotic barriers so that Dafni A. (1992) Pollination Ecology: a practical most taxa can intergrade if conditions for approach. Oxford University Press, Oxford, hybridisation occur in nature. U. K. Daniel W. (1998) Biostatistics: a foundation for This work was supported by CGRI analysis in the health sciences, 7° edn. John (Communauté Française de Belgique), ‘Instituto Wiley & Sons, New York. de Cooperaçâo Cientifica e Tecnolôgica Intemac- Draper D., Rossellô-Graell A., Garcia C., Taulei- ional’ (Portugal) and the ‘Fonds National de la gne Gomes C., Sérgio C. (2003) Application of 69 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefébvre; Natural hybridisation in Armeria in GIS in plant conservation programmes in Por Nieto Feliner G., Fuertes Aguilar J., Rossello J. tugal. Biol. Conserv. 113: 337-349. (2001) A new species of Armeria (Plumbagina- Fuertes Aguilar J., Nieto Feliner G. (2003) Addi- ceae) from Southern Spain with molecular and tive polymorphism and réticulation in an ITS morphometric evidence on its origin. Bot. J. phylogeny of thrifs {Armeria, Plumbaginaceae) Linn. Soc. 135: 71-84. Molec. Phylogenet. Evol. 28: 430-447. Pearce J., Ferrier S. (2000) Evaluating the prédic Gutiérrez Larena B., Fuertes Aguilar J., Nieto tive performance of habitat models developed Feliner G. (2002) Glacial-induced altitudinal using logistic régression. Ecol. Model. 133: 255- migrations in Armeria (Plumbaginaceae) inferred 245. from patterns of chloroplast DNA haplotype Pereira J., Itami R. (1991) GIS-based habitat sharing. Molec. Ecol. 11: 1965-1974. modeling using logistic multiple régression: a Janzen F., Stem H. 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The data used for the de Bruxelles, Chaussée de Wavre 1850, 1160 analysis are made of individuals randomly Bruxelles, Belgique. coUected from the two reference parental Annexe 1. Application of the Logistic Régres groups of the typical stations and individuals sion on morphological data in order to predict from the hybrid populations (Table 1). The intermediate or hybrid status. Logistic Régres two parental species belong to two mutually sion is used to generate prédictive multivariate exclusive classes, the probabüity to belong to models of a dépendent variable as a function one or the other class vary from 0 to 1. The of several independents variables. In this study class 0 is attributed to one parental species and case, binomial Logistic Régression is used; the the class 1 to the other; the individual cases dépendent variable is dichotomie (Taxon A with intermediate morphological characteris- versus Taxon B). tics are dispersed between the two extremities. Logistic Régression can be used with either The calculation of an index has been used discrète or continuous variables (Trexler and in order to detect the intermediate or hybrid Travis 1993). In this study models are tested status. The individuals from the hybrid popu with continuous morphological characters lations are included successively in each of the (Table 2) applied directly as independent vari parental classes in order to obtain two data ables, we test also models where the indepen pools, for each data pool a LR is performed. dent variables are the factors obtained from The hybrids are characterised by the probabil Principal Component Analysis (PCA). The use ity to belong to one of the parental class; if in of PCA factors allows to reduce the number of both situations the probabüity is near 0.5 the correlated variables to a lower number of un- individual case présents intermediate charac- correlated variables and so to simplify the teristics between the two parental groups and model with no lose of information related to the hybrid status is assumed. In order to morphological data (Cruz et al. 2001, Janzen compare the reclassification of intermediate and Stem 1998, Lande and Arnold 1983, individuals, the hybrid status is evaluated Reunanen et al. 2002). through the accumulated values of the two Logistic Régression model. The Logistic LR performed. The analysis of the joint results Régression model fits the logit of probability aUows to avoid the effect of data distortion P that the event occurs (odds) as a linear produced by the différence of case number in function of predictor variables (Daniel 1998, the two classes when the individuals from the Klute et al. 2002); hybrid populations are included in a parental logit(p) = ln(p/(l -p)) = a -F -t-... -I- ^,x, class. The values obtained from each LR (values from 0.0 to 1.0) are added in order to (1) obtain a scale (with values from 0.0 to 2.0) that that can also be written as: allows to evaluate the transition from the two P = exp(a 4- PiXi -I-... -I- Ppci)/ pure morphs and the position of the interme diate individuals on a linear scale. The foUow- 1 -I- exp(o£ + PiXi -I-... -I- Ppci) (2) ing index corresponds to thresholds used as a where a is the régression constant and Pi the priori criteria in order to dehneate five classes coefficients of the X; variables studied; p can to which a correspondence is made with take a value between zéro and one and may be morphological groups (Table 6). interpreted as the probabüity of prédiction of It is possible to produce a greater number of an event. LR models produce prédictive results intermediate classes between the two parental 71 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria 229 Table 6. Individual reclassification in morphological classes of Armeria through the application of the Logistic Régression analysis. An index is obtained through the sum of predicted values of the two models; the intervals of the decision threshold allow to predict five classes. Index General case Study case Codification 0.0-0.5 Taxon A (specie or morph) A. pseudoarmeria PS 0.5-1.0 Backcross to Taxon A Backcross to A. pseudoarmeria HPS = 1.0 Hybrid A. pseudoarmeria x A. welwitschii H 1.0-1.5 Backcross to Taxon B Backcross to A. welwitschii HW 1.5-2.0 Taxon B (specie or morph) A. welwitschii W classes depending on the calibration and refine- ment of the models. In this study five morpho logical groups are assumed: two classes assimilated to the parental groups, one inter médiare hybrid class (putative Fl) and two hybrid classes between Fl and parents (puta tive backcrosses). Application of the Index in Armeria study case. A pool of 307 randomly selected individ- uals (73.6 % of the total data) were used 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 to perform two Producer’s models, one with Cutpoint hybrids included in A. pseudoarmeria (PSEUD- model) and one with hybrids included in Rg. 7. Classification of the two Producer’s models accuracy. Rank classes of cut-off points of probability A. welwitschii (WELW-model). The remaining with an incrément of 0.05 for intervals of the decision 110 individuals (26.4 % of the data) were used threshold. PSEUD-model • class 0 or pseudoarmeria to validate the models through the User’s and O class 1 or welwitschii, WELW-model ■ class 1 model. The most accurate models were those or welwitschii and □ class 0 or pseudoarmeria. The using the scores of Principal Components as cross-over of classification rates allows to discrimi- variables, as only two PC presented eigenvalues nate the groups over 1.0 we hâve two variables. The two Logistic Régression Producer’s models (Equa The cutpoint that allows a lower différence tion 1) obtained are: between the proportion of true positive and PSEUD-model logit (p) true négative is selected (Pearce and Ferrier =-4.840 - 4.076 PCI - 1.114 PC2 2000, Pereira and Itami 1991). The prédictive WELW-model logit (p) performance of the models is assessed by the évaluation of the models with the same data = 4.900 - 4.674PC1 -f 1.484PC2 set, the observed values against values pre Each of the models obtained presented good dicted by the model, and by the validation of discrimination performance; working with the Producer’s model by the User’s model with rank classes of cut-olf points of probability independent data (Lehmann et al. 2002, Pearce (incrément 0.05) calibration and refinement are and Ferrier 2000). improved (Fig. 7). The outputs of the logistic The results of the validation of the Pro régression model are scaled twice in regular ducer’s models with independent data allow to intervals for each of the dichotomous options accept the models with 82.76 % of good of the model. The position of the cutpoint will adjustment for PSEUD-model (Dévi détermine the number of true positives, true ance =135.656 df=304 =156.011 négatives, false positives and false négatives. p< 0.001) and 86.62 % for WELW-model 72 230 C. Tauleigne-Gomes and C. Lefèbvre: Natural hybridisation in Armeria (Deviance= 101.205 df=304 =190.463 requires the use of a population sample; this P <0.001). We thus accepted the models and constraint is due to the models variables which the complété pool of data is applied over the are Principal Component scores. The use of LR Producer’s model équations in order to statistical parameters (mean, standard dévia classify ail the specimens in five groups. tion) from the morphological variables of the The classification of new individuals col- groups determined by LR allow to classify lected from the study area by LR équations single individuals. 73 CHAPITRE 4 Hybridation naturelle entre A.pseudoarmeria et A. welwitchii. Ecologie comparative des parents et des hybrides 4.1. Introduction générale La compréhension du fonctionnement d’une zone hybride passe obligatoirement par la comparaison des performances (fitness) des entités parentales et de leurs hybrides soit dans leurs milieux respectifs en nature soit dans des dispositifs expérimentaux en enceintes où sont contrôlés des facteurs enviroimementaux dont on estime qu’ils sont représentatifs des variations du milieu naturel. A cette fin, la zone hybride H3 est apparue comme la plus appropriée car elle constitue un transect orienté Nord-Sud où se produit ime transition d’un secteur occupé par des morphotypes voisins de A.yvelwitchii (Sud) vers un secteiu où les morphotypes voisins de A. pseudoarmeria sont majoritaires (Nord) avec un secteur médian intercalé à prédominance de morphotypes intermédiaires. Le chapitre 4 comportera (1) une description et ime analyse de la distribution spatiale des morphotypes le long du transect H3 long de 800 m. (2) une série d’approches tendant à comparer les caractéristiques adaptatives des morphotypes intermédiaires « Fl » et des types parentaux. Dans cette seconde optique nous avons réalisé : a) une tentative de caractérisation biogéochimique des parents et des hybrides en nature (analyses minérales des plantes et des sols) en vue de tester l’existence, entre eux, de différences dans la capture d’éléments minéraux majeurs ( K, Ca, Mg, Na, P, N). b) des transplantations réciproques en nature dans la zone hybride H3 des trois morphotypes dans les trois secteurs en vue de tester leur performance relative dans chacun des secteurs (mesures de biomasses et de survie) et d’en inférer la fitness des hybrides putatifs Fl vis à vis des parents. c) des essais en serre sur la production de biomasse des trois morphotypes de H3 et des deux types parentaux issus de populations typiques sur trois types de sol correspondant aux parents et àH3. d) des tests sur la différenciation adaptative des parents et des morphotypes intermédiaires « Fl » vis à vis de facteurs du milieu ; 1) différenciation de la composition des plantes en éléments minéraux en dispositifs expérimentaux. 2) tolérance au stress hydrique par mesure de la Surface Foliaire Spécifique (SFS) et le Taux de Matière Sèche (TMS). 74 4.2 Structuration spatiale de la zone hybride H3 La population H3 occupe les falaises autour de la pointe de Ponta das Incinas, deux km à l’ouest de Magoïto (UTM : 29SMD602). Elle comporte approximativement im millier d’individus établis sur une frange côtière de 30-35 m de large qui longe une falaise à pic de 50 à 80 m de hauteur sur une distance de 800m. Sur ce parcours, 135 individus ont été positionnés, étiquetés, analysés morphologiquement (ACP) et assignés aux cinq catégories de morphotypes identifiés au Chapitre 3. La nomenclature de ce chapitre sera reprise dans ce paragraphe, à savoir : PS : pseudoarmeria typique HPS : backcross putatif vers PS H : hybride putatif PS X W HW ; backcross putatif vers W W : A. welwitchii typique La distribution spatiale des morphotypes le long de la falaise est donnée à la Figure 4.2.1. Le site H3 a été divisé en trois secteurs en fonction des caractéristiques sous-populationnelles. Le premier secteur part de l’extrémité sud de la population et s’étend vers le NNE sur 300m dans une végétation dunaire à Juniperus phoenicea. Il est quasi exclusivement occupé par des morphotypes proches (W, HW) de A. welwitchii (93.4 %). Par la suite il sera noté S. Ensuite, de 300 à 500m, vient le secteur central (C), orienté nord-sud et où dominent (93.4%) les morphotypes intermédiaires (HW, H, HPS). Le secteur C correspond à des cultures abandonnées depuis plusieurs décennies. Il est riche en rudérales et l’espèce envahissante Carpobrotus edulis y est abondante. Le secteur terminal (N) occupe le rebord nord de la ponta las Incinas sur 300m à proximité (~10m) d’anciennes parcelles agricoles. Les morphotypes P et HP (56%) partagent le terrain avec les hybrides (H). Le secteur est envahi par Carpobrotus edulis. 75 100 75 50 N 25 ' ' 0 ffi Secteur N(ord) W HW H HPS PS 600 Océan Atlantique ,o* * % Oà *• oo ° , q»°o ° 4 500 O 100 O □ O 75 * “o* * O D 50 400 * ° A G □ 25 Secteur C(entre) d A 0 CO (U w HW H HPS PS .> * O c3 £ 300 0>t/5 '(Uc a°0 Oc ■O l-l Secteur S(ud) " O O U 200 100 75 50 1 25 . _ 100 0 W HW H HPS PS w HW H ■£> HPS PS 100 200 300 400 500 Coordonnées relatives (m) Figure 4.2.1. Cartographie des morphotypes W, HW, W, HPS et PS dans la population H3 avec leur fréquence (%) dans les trois secteurs N, C et S. Explication des symboles: voir texte. 76 La répartition des morphotypes (Figure 4.2.1) suggère l’existence d’un cline. En effet W s’étend de l’extrémité Sud jusqu’à 300 m au nord, HW le dépasse de 150 m où apparaissent les premiers P. Cette simple observation nous a incité à appliquer à nos données le calcul de l’indice d’autocorrélation spatiale de Moran (Legendre and Legendre 1998). Cet indice est appliqué dans plusieurs situations : l’analyse de la structure spatiale de la variation génétique entre populations (Hardy et al. 2000) ou la détection des séquences de distribution entre espèces, en tenant compte de l’autocorrélation spatiale des espèces (Parmentier et al. 2005). L’indice de Moran a été calculé pour chaque paire d’individus de la population H3 à partir des caractères morphologiques utilisés dans les ACP (voir Chapitre 2.9) et de la position relative des individus obtenue par triangulation. L’indice a été calculé à l’aide du logiciel AutocorQ (Hardy and Vekemans 1999) en considérant 14 classes de distance (1, 2, 4, 8, 16, 24, 36, 54, 81, 122,182, 273,410 et 615 m). L’indice de Moran varie de +1 (autocorrélation positive) à -1 (autocorrélation négative), la valeur 0 correspond à une absence d’autocorrélation (distribution aléatoire). Figure 4.2.2. Autocorrélogramme des variables morphologiques et des coordormées relatives de 135 individus de la population H3. Validation du modèle par application du test de Mantel (p : niveau de signification après 10000 permutations aléatoires ♦ : p < 0.05 ; ♦ : p n.s.) Le corrélogramme obtenu confirme l’existence d’un cline (Figure 4.2.2.). Les individus très voisins (quelques mètres) ont un indice élevé (0.3 - 0.4) qui décroit jusqu’à la distance moyenne de 30m ; entre 30m et ±120m l’indice varie de 0.0 à 0.2 en relation avec la diversité dans le secteur C où des individus différents peuvent se trouver côte à côte et vice-versa. Les valeurs négatives de l’indice proviennent de ce que les individus les plus distants dans le cline sont morphologiquement les plus différenciés. 77 4.3 Ecologie comparative 4.3.1. Teneurs en éléments minéraux des plantes et des sols dans la zone hybride 4.3.1.1. Introduction En vue de caractériser l’éventuelle spécialisation écologique des morphotypes wh3 (A. welwitchii), ph3 (A. pseudoarmeria) et hh3 (intermédiaires type « Fl ») sur les trois secteurs S, C et N du site H3 décrits à la Figure 4.2.1., nous avons analysé plusieurs éléments chimiques (K, Ca, Mg, Na, N, P) dans les feuilles des Armeria et dans les sols correspondants. Des échantillons de feuilles de plantes et du sol sous-jacents ont été récoltés sur les trois secteurs du site H3. Dans chaque secteur un échantillonnage de 8 plantes et de 8 sols correspondants a été effectué le long d’im transect linéaire allant du bord de la falaise jusqu’à ± 30 m à l’intérieur ce qui correspond à l’éloignement maximal du bord de mer atteint par Armeria. 4.3.1.2. Résultats-discussion a. Teneurs foliaires en éléments minéraux. Pour les échantillons foliaires de wh3 et hh3 il n’y pas de corrélation significative entre la position le long du transect et la concentration en éléments. Par contre, les échantillons de ph3 présentent une corrélation multiple significative due à un coefficient négatif pour Na (r =-0.70 p<0.0193) et positif pom P (r = 0.80 p<0.020) (analyses effectuées sur données log transformées). 'wh3 présente une tendance, non nécessairement statistiquement significative, vers des teneurs moins élevées en éléments que hh3 et ph3 (Tableau 4.3.1.) et le groupe hh3 présente en général des valeurs intermédiaires, exception faite du Mg. Le phosphore est l’unique élément qui présente une valeur moyeime statistiquement différente entre les trois groupes morphologiques. Tableau 4.3.1. Moyennes et écarts types des teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P (mg/kg ms) et N (%) de A. ■wehvitschn (wh3), des intermédiaires (hh3) et de A. pseudoarmeria (ph3) en nature. ANOVA univariée : ♦**p<0.001 ; * p<0.05 ; (n.s.) p>0.05. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes différent significativement. (NOTE : les données pour wh3 et ph3 sont identiques à celles présentées dans le Tableau 2.1.3.) Morphotypes wh3 hh3 ph3 Variables N 8 8 8 Ca (n.s.) Moyenne 4908.3 a 6550.2 a 6655.8 a Ecart-type 974.81 2258.8 2009.1 K*** Moyenne 8092.7 b 10468.4 b 18942.0 a Ecart-type 2218.1 2345.4 4695.0 Mg (n.s.) Moyenne 8804.3 a 9094.25 a 9080.9 a Ecart-type 1417.9 947.6 1964.1 Na*** Moyenne 4237.4 b 7107.3 b 12107.2 a Ecart-type 1569.8 2228.1 3352.6 P Moyenne 1383.0 c 1883.3 b 2349.4 a Ecart-type 236.7 369.4 451.1 N%* Moyenne 0.338 b 0.413 ab 0.496 a Ecart-type 0.119 0.112 0.112 78 Une ACP a été appliquée sur les variables log-transformées, les variables significatives pour l’analyse de variance univariée précédente se maintiennent comme telles après transformation de données. Le Tableau 4.3.2. montre que les teneurs en K, Na et P sont fortement corrélées au premier axe de l’ACP. Le Mg, quoique non significatif pour l’ANOVA, a été maintenu dans TACP car il s’agit de l’unique variable fortement corrélée avec la seconde composante principale, permettant ainsi de visualiser la dispersion des points sur le diagramme (Figure 4.3.1.). Le diagramme de l’ACP ne montre pas une structuration très tranchée ; cependant les individus considérés comme hybrides sont en position intermédiaire entre wh3 et ph3, ces derniers étant relativement bien différenciés (wh3 plus pauvre que ph3 pour chaom des éléments testés occupe la partie droite du diagramme). Une Analyse Discriminante a été appliquée sur les variables significatives au niveau univarié, K, Na, P et N (MANOVA significative : Wilks' Lambda : 0.128 approx. F (8,36)=8.098 p<0.001). La Matrice de classification (non présentée) indique le classement correct à 87.5 % pour chacun des groupes, donc avec xm échantillon sur huit mal classé, et attribué au groupe morphologique adjacent. En résumé, pour les teneurs foliaires en éléments minéraux, les individus analysés sur les trois secteurs du site H3 ne forment pas trois groupes nettement individualisés les uns des autres mais on remarque l’existence d’un gradient de wh3 vers ph3 avec la plupart des hybrides en position intermédiaires. Les individus des zones S et N montrent une différenciation biogéochimique contrastée. Tableau 4.3.2. Coefficients de corrélation entre les teneurs foliaires (données log-transformées) en K, Mg, Na, P, N de A. wehvitschii (wh3), des intermédiaires (hh3) et de A. pseudoarmeria (ph3) en nature et les composantes principales de 1 ’ACP. PCI PC2 Valeur propre 2.80 1.01 Variables K -0.869 0.159 Mg -0.170 -0.970 wh3 A Na -0.804 0.132 hh3 P -0.905 0.043 ph3 N -0.742 -0.159 PCI = 56.01% Figure 4.3.1. Diagramme de dispersion de l’ACP établie pour les teneurs foliaires en K, Mg, Na, P, N (doimées log-transformées) de A. wehvitschii (wh3), des intermédiaires (hh3) et de A. pseudoarmeria (ph3) en nature. 79 b. Teneurs du sol en éléments minéraux Pour les sols prélevés sous les individus ph3, wh3 et hh3 (secteurs N, S et C respectivement) il n’y pas de corrélation multiple significative entre la position de l’échantillon le long du transect et la concentration en éléments minéraux. Par contre, les échantillons du secteur C présentent une corrélation multiple significative due à un coefficient négatif pour Na (r =-0.70 p<0.019) correspondant probablement à l’éloignement de la ligne littorale et positif pom P (r = 0.80 p<0.020) (analyses effectuées sur données log-transformées). Le sol du secteur H présente une valeur moyenne, pour la concentration en potassium, statistiquement 2 et 4 fois plus élevée que celle des secteurs P et W respectivement (Tableau 4.3.3.). Il pourrait s’agir d’une rémanence des anciennes pratiques culturales mais le phosphore, indicatem sûr d’im passé agricole d’une terre, n’est pas plus élevé que dans les deux autres secteurs . Nous n’avons donc pas d’explication pour la teneur élevée en potassium du secteur C. Tableau 4.3.3. Moyennes et écarts types des concentration en Ca, K, Mg, Na, P (mg/kg) et N (%) et pH des sols sous A. we/witschii (secteur S), sous les intermédiaires (secteur C) et sous A. pseudoarmeria (secteur N). ANOVA univariée ; ***p<0.001 ; * p<0.05 ; (n.s.) p>0.05. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes sont significativement différentes, s : saturation. (NOTE : les données pour S et N sont celles présentées dans le Tableau 2.1.5).______Secteurs S C N Variables N 8 8 8 Ca* Moyerme 17013.0 a 5705.7 ab 1773.1 b Ecart-type 17568.6 5 2492.6 s 1027.8 K*** Moyenne 90.9 b 340.7 a 158.8 b Ecart-type 62.2 130.5 75.1 Mg (n.s.) Moyenne 468.5 a 373.6 a 331.9 a Ecart-type 237.2 100.7 63.7 Na (n.s.) Moyenne 209.9 a 237.7 a 227.0 a Ecart-type 160.1 136.0 76.0 P Moyeime 19.6 b 23.3 b 57.5 a Ecart-type 11.2 11.1 12.0 N%* Moyeime 0.089 b 0.104 ab 0.139 a Ecart-type 0.042 0.021 0.043 pH*** Moyenne 7.83 a 7.78 a 5.85 b Ecart-type 0.06 0.14 1.22 Tableau 4.3.4. CoeflBcients de corrélation entre les concentrations en Ca, K, Mg, P, N, le pH (données log- transformées) du sol et les composantes principales de TACP pour A. wehvitschii (wh3), les intermédiaires (hh3) et A. pseudoarmeria (ph3). PCI PC2 Valeur propre 2.52 1.81 Variables Ca 0.783 0.475 K -0.193 0.510 s c Mg 0.233 0.899 N P -0.822 0.347 N -0.648 0.591 PCI =42.01 °A pH 0.849 0.217 Figure 4.3.2. Diagramme de dispersion de l’ACP établie pour les concentrations en Ca, K, Mg, P, N et le pH (données log-transformées) des sols des secteurs S, C et N. 80 L’ACP révèle une différenciation nette entre les secteurs S et N ainsi qu’une position intermédiaire pour le secteur C (Figure 4.3.2.). Cette différenciation est maintenue au niveau des Armeria mais moins nettement. Afin d’évaluer la superposition des trois catégories de sol, vme Analyse Discriminante a été appliquée sur les variables significatives au niveau univarié, Ca, K, Mg, P, N et pH (MANOVA si^ficative: Wilks' Lambda; 0.020 approx. F(12,32)=16,073 p<0.001). La matrice de classification (non présentée) indique le classement correct à 100 % pour chacvm des secteurs. En conclusion les trois secteurs du transect H3 sont différenciés globalement pour la composition chimique du sol et des plantes et ime correspondance générale a été trouvée entre plantes et sol. 4.3.2. Transplantations réciproques en nature 4.3.2.1. Introduction Depuis les travaux historiques de Clausen, Keck et Hiesey (1940, 1945, 1948) synthétisés dans l’ouvrage de Clausen (1962) sur la différenciation adaptative et sur l’évolution de plusieurs espèces de la flore californienne la transplantation réciproque en situations naturelles est un outil classique en biologie végétale évolutive utilisé pour tester au niveau de populations ou d’espèces, l’adaptation génétique à l’environnement et ses corollaires comme l’effet de la sélection naturelle ou de la dérive, la spécialisation écologique et in fine la spéciation. Les transplantations réciproques ont été utilisées récemment pour l’étude de zones hybrides (e.g. Campbell and Waser 2001, Emms and Arnold 1997, Rundle and Whitlock 2001). L’avantage des transplantations réciproques en nature est de tester l’ensemble des facteurs du milieu intégrés dans leurs interactions sans toutefois pouvoir éventuellement discerner l’effet particulier d’une composante du milieu. 4.3.2.2. Matériel et Méthodes Des graines ont été récoltées sur des individus de la population hybride H3 en juillet 2001 selon les modalités suivantes : • sur des individus typiquement A. welwitschii à l’extrémité sud du transect où se trouve la sous-population wh3 (secteur S). • sur des individus typiquement A. pseudoarmeria à l’extrémité nord du transect occupée par la sous-population ph3 (secteur N). • sur des individus typiquement intermédiaires au centre du transect occupé majoritairement par des hybrides hh3 (secteur C). L’appartenance phénotypique des individus fournisseurs de graines est établie sur base de l’ACP pour des spécimens dont nous connaissons la position sur le terrain. Les graines sont mises à germer sur terreau horticole dans une serre (lumière du jour, température >10°C) en novembre 2001 au Jardin J.Massart. En 2002 les plantules alors âgées de un an sont repiquées, en nature, au Portugal, au début du mois de novembre c’est à dire en saison humide. A nouveau, des morphotypes wh3, ph3 et hh3 sont sélectionnés sur base de la niorphologie foliaire. Cinq parcelles, désherbées manuellement, de 0.7 x 1.5 m sont mises en place dans les trois secteurs du transect. Chaque parcelle accueille cinq plantes de chacim des groupes morphologiques en disposition aléatoire. Il y a donc 3 sites x 5 parcelles x 15 plantes soit 225 individus dans l’expérience. Les parcelles sont visitées régulièrement et débarrassées éventuellement des plantes envahissantes notamment Carpobrotus edulis. 81 En avril 2005, soit après deux ans et 5 mois les survivants sont récoltés, séchés dans ime étuve pendant 72H à 50°C et pesés pour leur biomasse aérienne et racinaire. Le système racinaire de A. pseudoarmeria peut être constitué d’ime racine pivot atteignant une profondeur de plus de Im dont nous n’avons pu extraire la totalité. Pour en réduire l’inévitable sous estimation une évaluation de la biomasse racinaire restée enfouie a été estimée par une méthode géométrique d’estimation du volume associée au poids sec correspondant (voir Annexe 4). Complémentairement, le rapport biomasse racinaire biomasse/ aérienne a été calculé. La variabilité entre parcelles pour la survie et la biomasse au même site peut être considérable si bien que nous avons rassemblé les résultats des différentes parcelles dans chaque site. Nous avons analysé plusieurs éléments chimiques (K, Ca, Mg, Na, N, P) dans les feuilles des Armeria prélevées dans les secteurs N et C ; la limitation de matériel végétal n’a pas permis l’évaluation des taux en éléments minéraux pour le secteur S. Des ANOVA à 2 niveaux à 2 facteurs fixes (stations et morphotypes) ont été réalisées sur les données transformées (In x +0.01) afin d’évaluer leur effet global. Simultanément, nous avons effectués le recensement des effectifs dans les trois secteurs afin d’estimer les taux de survie des morphotypes au cours du temps, soit sept relevés sur la période de deux ans et cinq mois de l’expérience. 4.3.2.3. Résultats-discussion a. Production de biomasse a.l. Analyse de l’effet station-morphotype Les résultats sont rassemblés aux Tableau 4.3.5. et aux Figures 4.3.3. à 4.3.6., les données sont log-transformées afin de stabiliser les variances. L’ANOVA à deux niveaux (Tableau 4.3.5.) effectuée sur la biomasse totale indique que les facteurs secteur [F (2. 98) = 60.068 ; p<0.001] et morphotype [F (2, 98) = 14.025; p<0.001] sont significatifs. L’absence d’interaction significative indique que les trois morphotypes répondent de la même façon aux trois conditions de culture [F (4,98)=0.633 ; p=0.640 (n.s.)]. La même tendance a été observée pour les données de la partie aérienne et racinaire analysées séparément (résultats non présentés). 60 a, abc, a 50 Figure 4.3.3. Moyennes et intervalles de confiance I 40 à 95% de la biomasse totale (g. ms), par secteur et Qfi bcd, de, ab w 30 de,e,cde morphotype, des échantillons d’Armeria en S 0 20 transplantation sur le terrain. 1 ,0 s .20 O -10 -20 ■ A hh3 • ph3 Secteur N Secteur C Secteur S 82 50 a, abc, a S 30 bcd, cde, ab Figure 4.3.4. Moyennes et intervalles de confiance de, e, de à 95% de la biomasse aérienne (g. ms), par secteur et morphotype, des échantillons à'Armeria en transplantation sur le terrain. ■ A hfaS • ph3 Secteur N Secteur C Secteur S Tableau 4.3.5. Résultat des ANOVA à deux niveaux, facteurs secteur et morphotype, effectuées sur les biomasses totale, aérienne et racinaires (g. matière sèche ; données log-transformées) et rapport racine /aérien, dl : degrés de liberté, SCE : somme des carrés ; CM : carré moyen ; F : rapport de variance ; p : niveau de signification. Biomasse totale dl SCE CM F P secteur 2 96.095 48.047 60.068 p<0.001 ÿiftiK morphotype 2 22.436 11.218 14.025 p<0.001 station * morphotype 4 2.024 0.506 0.633 0.640 n.s. Erreur 98 78.389 0.800 Total 106 198.944 Biomasse aérienne di SCE CM F P secteur 2 111.229 55.614 57.175 p<0.001 morphotype 2 26.161 13.081 13.448 p<0.001 :te*ÿ station * morphotype 4 2.653 0.663 0.682 0.606 n.s. Erreur 100 97.271 0.973 Total 108 237.314 Biomasse racinaire dl SCE CM F P secteur 2 75.474 37.737 62.513 p<0.001 *** morphotype 2 26.731 13.366 22.141 p<0.001 station morphotype 4 2.557 0.639 1.059 0.381 n.s. Erreur 98 59.16 0.604 Total 106 163.922 Rapport racine /aérien dl SCE CM F P sesteur 2 2.543 1.271 12.467 p<0.001 morphotype 2 7.559 3.779 37.058 p<0.001 station * morphotype 4 1.392 0.348 3.411 0.012 ♦ Erreur 98 9.994 0.102 Total 106 21.488 Le secteur N apparaît nettement plus favorable à la croissance que le secteur S, le secteur C étant en position intermédiaire tant pour la biomasse totale que pour la biomasse aérierme (Figures 4.3.3. et 4.3.4.). Les résultats obtenus pour la biomasse (Figure 4.3.3.) totale suggèrent une production croissante de biomasse selon la série hh3 - wh3 - ph3 des morphotypes. 83 Pour la biomasse totale et aérienne l’effet « morphotype » se marque par l’infériorité de hh3 dans chaque station (Figures 4.3.3. et 4.3.4.). Pour la biomasse racinaire (Figure 4.3.5.) le fait remarquable est que dans chacun des secteurs le développement racinaire est plus important pour ph3 que pour wh3 et hh3 qui ont des biomasses racinaires quasi identiques dans les secteurs N et C. ■ A hh3 • ph3 Secteur N Secteur C Secteur S Figure 4.3.5. Moyennes et intervalles de confiance Figure 4.3.6. Moyennes et intervalles de confiance à 95% de la biomasse des racines (g. ms), par à 95% du rapport de la biomasse racinaire / secteur et morphotype, des échantillons d’Armeria biomasse aérienne (matière sèche), par secteur et en transplantation sur le terrain. morphotype, des échantillons d’Armeria en transplantation sur le terrain. Pour le rapport biomasse racinaire/ biomasse aérienne l’effet significatif du secteur s’exprime surtout par la valeur moyenne élevée du secteur S le plus déficitaire en éléments nutritifs et en eau (Figure 4.3.6.). L’interaction significative secteur x morphotype correspond à ime différence de réaction entre wh3 et ph3 sur les trois habitats : ph3 réagit par ime plasticité marquée tandis que wh3 est peu sensible à la transition vers l’habitat le moins favorable. En conclusion cette expérience n’a pas permis de mettre en évidence la supériorité d’un morphotype dans son milieu d’origine. Les mesures de biomasse ne décèlent donc pas de différenciation adaptative entre les morphotypes dans les trois secteurs de la zone H3. Par contre, l’effet secteur est très marqué avec S qui présente les conditions d’habitat les plus défavorables et N les plus favorables. Les morphotypes hybrides sont systématiquement inférieurs aux morphotypes parentaux et pourraient donc être contre sélectionnés. Les morphotypes parentaux paraissent avoir développé des stratégies de capture des ressources différentes comme le démontrent les rapports biomasse racinaire/ biomasse aérienne. En effet, le rapport racine/aérien est im paramètre intégratif qui traduit l’optimisation du rapport entre la capture des ressources par les racines (acquisition d’eau et de nutriments) et par la partie aérienne (capture de lumière et de CO2 par les feuilles). Une plus grande allocation au développement racinaire pour assurer ime meilleure capture des ressources du sol résulte en une augmentation du rapport biomasse racinaire/biomasse aérienne chez les plantes poussant dans des milieux pauvres en éléments nutritifs et/ou en eau (Alpert and Stuefer 1997, Chapin et al. 1990, Chapin et al. 1993, Lambers and Poorter 1992, Moriuchi and Winn 2005). 84 Il est aussi connu que la croissance des racines diminue avec la sécheresse du sol, mais moins que la partie aérieime de la plante si bien que le rapport racine/aérien en général augmente quand le potentiel en eau du sol diminue (McConnaughay and Coleman 1999). C’est donc l’ajustement entre ces deux nécessités - capture des ressources et ajustement de la croissance aux conditions du milieu - qui va réguler le rapport racine/tige. Se référant à la théorie des stratégies de mode de vie de Grime (1977, 1979), on peut considérer que l’homéostasie de v^h3 correspond au développement d’vme stratégie de stress tolérance caractérisée par ime économie générale de la croissance vis-à-vis de ressources limitées tandis que ph3 dans le secteur S tend vers un nouvel équilibre tendant à capter le maximum de ressources dans im milieu où elles sont limitées ce qui peut être contre adaptatif Les morphotypes hh3 paraissent avoir développé une stratégie intermédiaire dans im habitat intermédiaire. 85 b. Teneurs en éléments minéraux des morphotypes en transplantation b.l. Secteur N De l’analyse des résultats (Tableau 4.3.6) il ressort que des différences significatives existent pour Ca. K. Na et P. Hormis pour le phosphore, wh3 présente des teneurs en Ca, K et Na significativement plus faibles que ph3 tendance déjà relevée pour les morphotypes dans leur milieu d’origine (Tableau 4.3.1.). wh3 se distingue par une teneur en Na deux à trois fois plus faible que ph3 et hh3 sans rapport direct avec le sol (voir Tab.4.3.3.). Nous pouvons faire référence au travail de Kôhl (1997) selon qui l’allocation de Na chez A. maritima des stations littorales pourrait suivre le processus suivant : le sodium se concentre d’abord dans les racines et quand celles-ci ont dépassé leur capacité d’accumulation le sodium est transféré vers la partie aérienne. A. welwitschii est une plante associée aux habitats dunaires où l’effet du « stress » hydrique et de l’accumulation du sel en provenance de la mer est important ; les racines de ce taxon auraient ainsi une capacité d’accumulation d’éléments plus élevée que celles de A. pseudoarmeria ou des individus intermédiaires. Ce mécanisme pourrait expliquer les faibles teneurs en cet élément dans les parties aériennes de wh3 tandis que hh3 et ph3 présentent des valeurs presque 3 fois plus élevées. Tableau 4.3.6. Moyennes et écarts types des teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P (mg/kg ms) et N (%) des morphotypes wh3, hh3 et ph3 en transplantation dans le secteur N. ANOVA univariée : ***p<0.001 ; ** p<0.01; * p<0.05; (n.s.) p>0.05. Résultats du test de Tukey ; les valeurs affectées de lettres différentes sont significativemern différentes. Morphotypes wh3 hh3 ph3 Variables N S 8 8 Ca** Moyenne 6512.5 b 7501.1 ab 9055.3 a Ecart t5rpe 1525.7 836.3 1582.2 K* Moyenne 12889.7 b 13538.6 b 21619.0 a Ecart type 4496.1 5584.2 7506.6 Mg (n.s.) Moyeime 10435.5 a 12531.7 a 12038.4 a Ecart type 1628.9 2688.0 1802.2 Na *** Moyenne 5731.5 b 16695.3 a 15678.1 a Ecart type 2150.7 4590.5 4018.1 P* Moyenne 1929.9 a 1732.0 ab 1429.7 b Ecart type 693.1 309.6 241.6 N % (n.s.) Moyenne 1.550 a 1.585 (n=6) a 1.709 a Ecart type 0.210 0.380 0.337 Etant dormé les écarts des valeurs au sein des individus d’un même groupe, T ACP sur les éléments a été effectuée après transformation logarithmique des doimées. Le Tableau 4.3.7. montre que les teneurs en Ca, K et P sont fortement corrélées aux axes de TACP à l’inverse de Na et N. Le diagramme de TACP (Figure 4.3.7 a) ne montre pas ime structuration claire ; ceci est dû notamment à la dispersion des points correspondant aux intermédiaires. Néanmoins wh3 se distingue de ph3 ainsi que le suggérait la tendance que nous avons notée ci-dessus (Tableau 4.3.6.) pour les valeurs moyennes. Une seconde ACP (Figure 4.3.7b) a été effectuée uniquement sur les variables corrélées significativement aux axes de TACP et significativement différentes au niveau univarié. 86 Tableau 4.3.7. Coefficients de corrélation entre les PCI PC2 teneurs foliaires (mg/kg ms) en Ca, K, Mg, Na, P et Valeur propre 2.40 1.45 N (données log-transformées) des morphotypes Variables wh3, hh3 et ph3 en transplantation sur le secteur N Ca 0.898 -0.098 et les composantes principales de l'ACP. K -0.017 -0.830 Mg 0.721 0.080 Na 0.470 -0.609 P -0.838 -0.082 N 0.387 0.606 PCI =40.77% PCI = 48.24 "A Figure 4.3.7a. Diagramme de dispersion de la Figure 4.3.7b. Diagramme de dispersion de la première ACP établie pour les concentrations en deuxième ACP établie pour les concentrations en Ca, K, Mg, Na, P, N des morphotypes wh3, hh3 et Ca, K, Na, P des individus des morphotypes wh3, ph3 en transplantation sur le secteur N. hh3 et ph3 en transplantation sur le secteur N. Le diagramme de dispersion (Figure 4.3.7b.) montre im regroupement plus net des échantillons selon leur secteur d’origine notamment pour wh3. A nouveau wh3 et ph3 sont clairement divergents et les hh3 sont en position intermédiaire pour la plupart (cinq sur six). Une Analyse Discriminante a été appliquée sur les variables significatives au niveau univarié (MANOVA significative : Wilks' Lambda : 0.103 approx. F (8.36)=9.521 p< 0.001). La Matrice de classification (non présentée) indique le classement correct à 100 % pour wh3 à 87.5 % pour ph3 avec un individu reclassé dans le groupe hybride et à 75 % pour hh3 avec 2 individus reclassés comme ph3 et wh3. 87 b.2. Secteur C Les deux morphotypes typiques wh3 et ph3 sont statistiquement différents, à l’avantage de ph3, pour les éléments suivants : Ca, Na, K et N. Le morphotype hh3 n’est statistiquement différent des morphotypes parentaux que pour Na. Comme dans le secteur N, hh3 présente une teneur en Na nettement inférieure à ph3 et hh3 (Tableau 4.3.8.). Tableau 4.3.8. Moyennes et écarts types des teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P (mg/kg ms) et N (%) provenant des morphotypes wh3, hh3 et ph3 en transplantation sur le secteur C. ANOVA univariée : ***p<0.001 ; ** p<0.01; * p<0.05; (n.s.) p>^.05. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes sont significativement différentes. Morphotypes wh3 hh3 ph3 N 8 5 8 Ca* Moyenne 4999.3 b 10348.8 ab 10567.0 a Ecart type 1636.2 3575.4 5314.8 K* Moyenne 6191.8 b 7303.2 ab 10866.7 a Ecart type 1316.4 1159.9 4423.4 Mg (n.s.) Moyenne 1231.9 a 1330.8 a 1427.3 a Ecart type 195.6 341.3 334.8 Na *** Moyenne 1670.8 c 5748.5 b 8977.2 a Ecart type 704.6 1949.7 2406.4 P (n.s.) Moyenne 2629.7 a 4531.3 a 3928.5 a Ecart type 1558.7 5428.0 2759.3 N%*** Moyenne 1.079 b 1.569 a 1.660 a Ecart type 0.102 0.190 0.297 Le Tableau 4.3.9. montre que les teneurs en Ca, K, Na et N sont fortement corrélées à Taxe 1 et les teneurs en Mg et P à l’axe 2 de TACP. Les morphotypes wh3 et ph3 occupent des positions différenciées sur le diagramme de dispersion de TACP (Figure 4.3.8.) dont l’intervalle est occupé par la plupart des hh3. Tableau 4.3.9. CoeflBcients de corrélation entre les 10 teneurs foliaires en Ca, K, Mg, Na, P et N des morphotypes wh3, hh3 et ph3 en transplantation sur U le secteur C et les composantes principales de 1.0 1 ’ACP (données log-transformées). 0.5 PCI PC2 0.0 Valeur propre 2.92 1.48 -0.5 Variables -LO Ca -0.814 -0.104 I . II? K -0.731 -0.190 •U Mg -0.276 -0.810 •10 Na -0.945 -0.011 -10 -L5 -LO -0,5 0.0 0.5 1,0 1.5 10 15 P -0.294 0.844 PC 1=48.67% N -0.818 0.256 Figure 4.3.8. Diagramme de dispersion de TACP établie pour les concentrations en Ca, K, Mg, Na, P et N des morphotypes wh3, hh3 et ph3 en transplantation sur le secteur C (données log- transformées). 88 Nous retrouvons pour le secteur C la même situation que pour le secteur N et pouvons avancer l’hypothèse d’une spécialisation écologique claire pour la prise d’éléments nutritifs entre ph3 et wh3, et par extension, pour A. welwitschii et A. pseudoarmeria ; ce type de résultat est courant chez les variétés agricoles (Marschner 1995). En ce qui concerne hh3, sa position intermédiaire retrouvée pour chacune des deux analyses laisse supposer une spécialisation écologique du morphotype intermédiaire, ce qui serait en faveur du confinement des hybrides dans les zones d’anciermes cultures. c. Survie des individus Les résultats sur les taux de survie sont présentés à la Figure 4.3.9. Comme pour la biomasse, les données des quatre parcelles ont été rassemblées pour chaque secteur. L’effectif de départ pour chaque morphotype dans un secteur est donc de 20 individus. Un test de Kruskall-Wallis a été appliqué sur les taux de survie à chaque date de relevé. L’effet secteur n’est significatif que pour l’ultime recensement (H = 6.36, p = 0.042) pour lequel on observe une survie limitée à 20-30 % dans le secteur S alors qu’elle atteint 50-60 % dans le secteur C et 70-75 % dans le secteur N. La même séquence croissante des secteurs S - C - N que celle obtenue pour les biomasses est observée. Pour les morphotypes aucune différence significative n’a été obtenue. Ces résultats et ceux obtenus pour les biomasses individuelles confirment que le secteur S est nettement plus défavorable à la croissance des plantes que C et N. Malheureusement la limitation de l’échantillonnage ne permet une analyse fine de la dynamique démographique. 1,00 0,75 •E -O > 0,50 e O"3 0^ 0,00 H I I ! I 1 ' nov-02 mai-03 nov-03 mai-04 nov-04 mai-05 Figure 4.3.9. Fréquence relative de survie en fonction du temps, de plantules d’un an issues de la germination de graines de plantes-mère appartenant aux morphotypes du site H3, typiques (ph3 et wh3) et intermédiaire (hh3) transplantées sur les secteurs S, C et N. 89 4.3.3. Transplantations expérimentales sous serre 4.3.3.1. Introduction L’expérience en serre, menée simultanément avec les transplantations réciproques sur le terrain, a permis de confronter deux sets de doimées obtenues dans des contextes très différents. Dans l’expérience en serre où un arrosage régulier et suffisant est assuré au cours de la culture, seul les effets de la fertilité des trois substrats devrait se manifester. 4.3.3.2. Matériel et méthodes Le matériel utilisé comporte une collection des trois morphotypes issus de graines de plantes de la population H3 (notés wh3, ph3 et hh3) et comme contrôle des plantules provenant de graines récoltées dans une population typique de A. welwitschii (notées ww) et de A. pseudoarmeria (notées pp) soit cinq séries de plantes différentes. Les graines sont semées sur terreau horticole et des plantules conformes aux trois morphotypes ph3, hh3 et wh3 sont sélectionnées après huit semaines de culture sous serre (t°< 10°C. lumière du jour). Les plantules sont repiquées en pots en plastique (Plantpack) de 5 cm de côté et 5 cm de profondeur remplis avec les trois sols ayant l’origine suivante : • Station typique d’A. welwitschii sur sable dunaire à Magoito-Plage : noté WW • Station typique d’A. pseudoarmeria d’ime lande littorale au Cabo da Roca : noté PP • Zone hybride H3 (Magoito falaise) à dominance de types hybrides sur anciens terrains cultivés : noté H3 Chaque sol est fait d’im composite de quatre prises au voisinage immédiat des Armeria. Les caractéristiques texturales et chimiques des sols de culture sont reprises au Tableau 4.3.10. et Tableau 4.3.11. respectivement. Le sol sous A. pseudoarmeria présente le meilleur équilibre structural par rapport aux deux autres sols caractérisés par une fraction sableuse quasi exclusive (86-90%). Tableau 4.3.10. Analyse texturale de la fraction minérale des sols des deux stations typique A. welwitschii (dunes, Magoito Plage), A. pseudoarmeria (lande littorale, Cabo da Roca) et de la station H3 (falaise, Magoito). Station fraction minérale (%) Argiles (%) Limons (%) Sables (%) < 2mm WW 95.54 2.28 7.47 90.25 H3 94.09 2.44 11.19 86.36 PP 77.66 7.53 36.87 55.60 Données Vervack (2003' Tableau 4.3.11. Concentration en Ca, Mg, Na (mg/kg), N (%) et de pH des sols des stations typiques de A. welwitschii (sable dunaire, Magoito Plage), de A. pseudoarmeria (lande littorale, Cabo da Roca) et de la station H3 (falaise, Magoito). Station pH Ca Mg Na N % WW 7.58 7000 445 155 0.120 H3 7.18 5185 369 257 0.104 PP 5.82 2950 700 115 0.145 Données Vervack (2003) 10 plantules de chacune des cinq séries de plantes sont repiquées sur chacun des trois sols : l’expérience comporte donc 150 plantes. Après six mois de culture sous serre (éclairage artificiel de 16h ; T° minimum de 10°C ; alimentation en eau distillée régulière pour tous les traitements) les plantes sont récoltées et pesées pour leur biomasse aérieime et racinaire après séchage à Tétuve à 40°C pendant 48H (dormées Vervack 2003). 90 4.3.3.3. Résultats. Discussion Les ANOVA à 2 niveaux réalisées sm les biomasses aériennes, racinaires et totales indiquent un effet traitement significatif (Tableau 4.3.12) lié aux plus faibles performances des plantes sur le substrat WW par rapport aux substrats H3 et PP qui n’ont pas entre eux d’effets différenciés (Figures 4.3.10 a-c). Tableau 4.3.12. Résultat des ANOVA à deux niveaux, facteurs station et morphotype, effectuées sur les biomasses totale, aérienne et racinaires (g. matière sèche ; dotmées log-transformées) et le rapport biomasse racinaire /aérienne, dl : degrés de liberté, SCE : somme des carrés ; CM : carré moyen ; F : rapport de variance ; P : niveau de signification. Biomasse totale dl SCE CM F P sol 2 21.330 10.665 39.855 < 0.001 morphotype 4 4.958 1.239 4.632 0.002 sol * morphotype 8 6.852 0.857 3.201 0.002 Erreur 134 35.858 0.268 Total 148 68.986 Biomasse aérienne dl SCE CM F P sol 2 16.457 8.229 32.725 < 0.001 morphotype 4 7.606 1.901 7.562 < 0.001 sol * morphotype 8 4.498 0.562 2.236 0.028 * Erreur 134 33.694 0.251 Total 148 62.256 Biomasse racines dl SCE CM F P sol 2 22.173 11.087 52.708 <0.001 *** morphotype 4 0.786 0.196 0.934 0.446 n.s. sol * morphotype 8 9.059 1.132 5.384 < 0.001 Erreur 134 28.186 0.210 Total 148 60.169 Rapport racine /aérien dl SCE CM F P sol 2 0.804 0.402 23.787 <0.001 *** morphotype 4 1.223 0.306 18.093 <0.001 sol * morphotype 8 0.769 0.096 5.691 <0.001 Erreur 134 2.265 0.017 Total 148 5.067 Pour les morphotypes l’ANOVA (Tableau 4.3.12.) ne révèle pas de différences significative pour la biomasse racinaire et les tests de Tuckey indiquent qu’aucune comparaison par paire n’est significative (Figure 4.3.10.c) ; ceci est probablement dû au frein imposé à la croissance racinaire par la petite dimension des pots de culture (115 cm^). 91 Figure 4.3.10a. Moyennes et intervalles de Figure 4.3.10b. Moyennes et intervalles de confiance à 95% de la biomasse totale (g. ms), par confiance à 95% de la biomasse aérienne (g. ms), station et morphotype, des échantillons à'Armeria par station et morphotype, des échantillons expérimental en serre. à^Armeria expérimental en serre. Figure 4.3.10c. Moyennes et intervalles de confiance Figure 4.3.lOd. Moyennes et intervalles de à 95% de la biomasse des racines (g. ms), par station confiance à 95% du rapport de la biomasse et morphotype, des échantüions d’Armeria racines/ aérienne (matière sèche), par station et expérimental en serre. morphotype, des échantillons d'Armeria expérimental en serre. 92 L’effet morphotype est significatif pour la biomasse aérienne et pour la biomasse totale (Tableau 4.3.12.). Contradictoirement à l’expérience en nature, l’origine ww est significativement supérieure à l’origine pp. D’autre part, les trois morphotypes issus de H3 ne différent pas entre eux. Pour la biomasse totale seule la différence en faveur de 'svw entre les origines typiques est significative. Nous observons donc une uniformisation des réponses des composantes de la zone hybride (wh3, ph3 et hh3) (Figures 4.3. lO.a, b). L’interaction morphotypes x sol significative pour les trois catégories de biomasses (Tableau 4.3.12.) aurait pu idéalement refléter l’adéquation entre les morphotypes et le sol qui lui correspond en nature. Cette situation n’est observée que pour pp et ph3 qui ont une meilleure performance sur le sol PP que sur le sol WW. L’interaction résulte d’une manière générale de la variation dans l’ampleur des écarts entre les réponses des morphotypes aux trois types de sol : faible sur les sols PS et H vraisemblablement les plus favorables qui uniformisent les réponses et forte sur le sol W (moins favorable) qui exerce un effet discriminant sur les performances des morphotypes (Figure 4.3.10.d). En ce qui concerne les morphotypes intermédiaires (hh3) aucun des résultats n’indique qu’ils soient inférieurs ou supérieurs aux parents ph3 et wh3 sur le sol de la zone hybride H3. Cette conclusion conforte celles tirées des résultats obtenus pour les transplantations en nature. Les dormées fournies par cette expérience ont permis de montrer une différence dans la production de biomasse aérieime en faveur des morphotypes ww. Les conditions expérimentales sont éloignées du contexte naturel notamment parce que une alimentation régulière en eau est fournie ce qui peut expliquer les discordances avec les résultats des transplantations réciproques en nature. Cependant, le fait que ces conditions favorisent ww est inattendu, et indique que les dormées expérimentales ne sont pas nécessairement le reflet de la réalité du terrain. Par contre, les résultats des transplantations en nature paraissent mieux représenter la situation réelle. 93 4.3.4. Surface Foliaire SpéciHque et Teneur en Matière Sèche 4.3.4.1. Introduction La Surface Foliaire Spécifique (Spécifie Leaf Area. SLA) est un paramètre exprimant le rapport entre la surface (en m^) et le poids sec (en kg) des feuilles. Il est admis que la SFS est une variable stable pour des feuilles qui ont atteint leur plein développement et sont soumises à une irradiance élevée. Dans ces conditions les différences interspécifiques SFS se maintiennent indépendamment de la plasticité induite par l’environnement (Shipley and Almeida-Cortez 2003). Autrement, la SFS est corrélée avec des paramètres liés à la production végétale (interception du rayonnement solaire, efficacité photosynthétique, vitesse de croissance ...) et est donc d’un évident intérêt en agronomie (Awal et al. 2004, Wilson et al. 1999). En écologie végétale la SFS est un paramètre intégratif de la gestion des ressources par la plante : les feuilles à SFS élevées sont productives et à vie courte et sont donc typiques des habitats fertiles tandis que les espèces à faible SFS sont plus performantes dans des habitats pauvres en ressources (Westoby et al. 1998, Wilson et al. 1999). Au niveau anatomique on doit s’attendre à ce que les feuilles riches en tissus lourds (tissus de soutien et de conduction) typiques des xérophytes montrent des SFS moins élevées que les feuilles qui en sont moins pourvues. L’évaluation de la SFS s’applique bien aux Armeria étudiées : celles-ci sont des chaméphytes héliophiles dont le limbe des feuilles est entier et glabre, pour le matériel étudié, mais qui différent par leurs caractères foliaires : feuilles étroites en gouttière chez A. welwitschii et feuilles larges et aplaties chez A. pseudoarmeria (Cf Chapitre 2 Encart 1). 4.3.4.2. Matériel et méthodes a. SFS. Les feuilles les plus développées des rosettes de l’année ont été prises parmi celles qui ne présentaient pas de dommages extérieurs (nécroses, blessures) et qui étaient en bon état sanitaire (pas de parasitose), sur des plante en nature et cultivées sous serre. Les feuilles ont été séchées en herbier et à une température modérée voisine de 20°C afin d’éviter toute déformation de la surface foliaire. Le limbe des feuilles en gouttière de A. welwitschii a été étalé. La surface foliaire a été estimée à partir de pesées de photocopies après établissement du calibrage. b. Taux de matière sèche Le taux de matière sèche a été calculé à partir du rapport du poids sec sur le poids frais des feuilles. Les mesures ont été effectuées sur des spécimens récoltés en nature et svu des spécimens issus de graines et cultivés en serre sur sol horticole au Jardin J.Massart. Ces dernières sont arrosées à saturation avant la mesure. 94 4.3.4.2.I. Plantes provenant de la nature. Résultats. Discussion a. SFS Les mesures de SFS ont été réalisées sur des individus de populations typiques de A. welwitschii et A. pseudoarmeria, sur les morphotypes A. welwitschü, A. pseudoarmeria et hybrides de la zone intermédiaire H3 et sur un morphotype à petites feuilles qualifié de xéromorphe de A. pseudoarmeria. Des différences significatives existent entre A. welwitschü et A. pseudoarmeria pour le poids sec, la surface foliaire et la SFS (Tableau 4.3.13.) en favem de A. pseudoarmeria. Les morphotypes hybrides sont en position intermédiaire entre les types parentaux pour les trois variables mais la valem moyenne de la SFS n’est pas statistiquement différente de celle des parents. A. pseudoarmeria se démarque des autres morphotypes en présentant la moyenne la plus élevée. La SFS des formes xéromorphes de A. pseudoarmeria n’est statistiquement pas différente de la SFS de A. pseudoarmeria des stations typiques ; cette observation pourrait exprimer la stabilité spécifique de la SFS face à la variation environnementale. Enfin, aucune différence n’est observée entre les SFS des différents morphotypes de la zone hybride (Tableau 4.3.13.). Tableau 4.3.13. Moyennes et écarts types pour le poids sec (g), la surface foliaire (cm^) et la SFS (m^ kg'^) en nature de A. welwitschii (ww), de A. pseudoarmeria (pp), de A. pseudoarmeria xéromorphe (pseudxero) et des morphotypes du site H3, typiques (wh3 et ph3) et intermédiaire (hh3). ANOVA univariée : ***p<0.001. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes sont significativement différentes. Morphotypes WW wh3 hh3 pb3 pseudxero PP N individus 50 11 19 9 25 41 Poids sec (g) *** Moyeime 0.021 c 0.023 bc 0.058 b 0.068 bc 0.049 bc 0.172 a Ecart type 0.009 0.010 0.028 0.033 0.021 0.065 Surface (cm^) *** Moyenne 1.24 c 1.47 bc 4.27 b 4.93 bc 4.09 b 16.30 a Ecart type 0.61 0.49 1.86 2.07 1.55 5.28 SFS (m^ kg-*) *** Moyenne 6.1 d 6.6 cd 7.7 bc 7.5 bcd 8.7 ab 9.9 a Ecart type 1.1 1.5 1.8 2.1 2.1 2.1 Au total la SFS permet de différencier les spécimens proches des morphotypes parentaux : WW + wh3 d’ime part et pseudoxero + pp d’autre part. La SFS est en rapport avec la stratégie de prise et de gestion des ressources tant carbonées que minérales : ainsi il est établi que la SFS augmente avec la diminution de l’irradiance (Shipley and Almeida-Cortez 2002). A. welwitschii et A. pseudoarmeria toutes deux héliophiles de formations végétales basses et souvent ouvertes ne doivent pas connaître des niveaux d’irradiance très différents. Par contre les résultats des analyses des éléments nutritifs du sol indiquent une tendance à une oligotrophie plus marquée des stations occupées par A. welwitschii. Celle- ci associée à un substrat sableux filtrant réduisant les disponibilités en eau renforce le caractère stress tolérant du milieu auquel A. welwitschii doit s’adapter. Dans ces conditions la réponse sclérophylle de A. welwitschii est associée classiquement à une SFS réduite par rapport à celle de A. pseudoarmeria (Garnier and Freijsen 1994). 95 b. Taux de matière sèche (TMS) En mai 2003, en fin d’après-midi, des rosettes de feuilles ont été prélevées sur des morphotypes A. welwitschii, A. pseudoarmeria (wh3 et ph3) et intermédiaires (hh3) de la zone H3, placées dans des sachets en plastique dans xm frigo-box et transportées à Lisbonne deux heures plus tard où un lot de feuilles de chaque rosette est pesé pour le poids frais. Le poids sec est obtenu après xm séjour de 48H du matériel dans xme étuve à 50°C. Les différences sont hautement significatives entre les trois morphotypes : A. welwitschii a xm TMS supériexxre de 75% à celui de A. pseudoarmeria tandis que hh3 a xme valexir exactement intermédiaire (Tableau 4.3.14.). Ces données confirment le caractère xérophytique de A. welwitschii et s’intégrent dans la généralisation qu’xme TMS élevée est associée à des valeurs élevées en fibre pour les fexxilles caractérisées comme sclérophylles (Garnier and Freijsen 1994). Tableau 4.3.14. Moyennes et écarts types du taux de matière sèche en nature de feuilles de A. welwitschii (ww) de A. pseudoarmeria (psps) des stations typiques et de l’intermédiaire (hh3) du site H3. ANOVA F (2.27)= 40.661 p<0.001*’‘‘*. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes sont significativement différentes. Morphotypes ww hh3 PP Variable N individus 10 10 10 Taux de matière sèche Moyenne 35.69 a 27.08 b 20.93 c (%) *** Ecart type 3.47 3.90 3.64 4.3.4.2.2. Plantes cultivées sous serre. Résultats. Discussion a. SFS Cet essai a poxir but de vérifier, pour le SFS, le maintien des différences observées en nature et de vérifier la constance spécifique chez A. welwitschii et A. pseudoarmeria. Nous constatons que A. welwitschii et les trois populations affiliées à A. pseudoarmeria présentent des différences significatives pour la SFS (Tableau 4.3.15.). Ainsi les dexix espèces sont individxialisées pour ces variables aussi bien en natxire qu’en culture expérimentale. Cependant chez les spécimens de serre ne subsistent plxis que 20% de différence en faveur de A. pseudoarmeria contre 62% en nature (Tableau 4.3.13.). Par aillexirs, l’échantillon intermédiaire montre des valeurs non significatives de celles des types parentaxxx (Tableau 4.3.15.). Les valexirs de la SFS augmentent considérablement en cxütiu-e : c’est le résxxltat d’xme croissance sur milieu fertile et bien poxirvu en eau comme constaté par Garnier and Freijsen (1994). Comme le signalent ces autexirs, en conditions optimales xm taux d’hydratation élevé est en rapport direct avec l’épaisseur du mésophylle, donc, par unité de volxime la contribution des tissus à parois fines (parenchymes) est importante ce qxii contribue à xme moindre densité foliaire (en poids sec) pour les échantillons qui présentent xm taxxx d’hydratation élevé. Tableau 4.3.15. Moyennes et écarts types pour le poids sec (g), la surface foliaire (cm^) et la SFS (m^ kg'*) d’individus cultivés sous serre. A. welwitschii (ww), trois groupes de A. pseudoarmeria : population typique (pp), les populations xéromorphe de Cabo da Roca (pseudxero) et de Montachique (Mont) et l’intermédiaire (hh3). ANOVA univariée : ***p<0.001. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes Morphotypes WW hh3 Mont pseudxero PP N individus 20 16 8 8 29 Poids sec (g)*** Moyenne 0.030 b 0.035 b 0.066 b 0.106 a 0.110 a Ecart type 0.007 0.011 0.027 0.013 0.039 Surface (cm2) Moyenne 3.76 c 5.27 c 11.42 b 16.08 ab 16.47 a Ecart type 1.06 2.38 3.41 2.34 5.10 SFS (m2 kg-1) Moyenne 12.64 b 14.98 ab 18.17 a 15.34 a 15.34 a Ecart type 2.12 3.87 2.57 2.45 2.26 96 b. Taux de matière sèche Il existe une différence significative du TMS entre les populations typiques des deux espèces (ww et pp) avec des valeurs plus élevées pour A. welwitschii mais à un degré moindre que poin le matériel récolté en nature. Les populations xérophytiques de A. pseudoarmeria ne se distinguent pas des A. pseudoarmeria typiques ; la variation observée en nature est donc le résultat d’une réponse plastique. La moyenne du taux de matière sèche de l’hybride est positionné entre les deux types parentaux mais n’est statistiquement différente que des populations de A. pseudoarmeria typique et xérophyte (Tableau 4.3.16.). Ces données nous indiquent une forte plasticité de A. pseudoarmeria pour la TMS tandis que A. welwitschii cette variable semble plus stable. Tableau 4.3.16. Moyennes et écarts types pour le taux de matière sèche des feuilles d’individus cultivés sous serre. Origine: A. welwitschii (ww), de trois groupes éco-géographiques de A. pseudoarmeria : population typique (psps), les populations xéromorphe de Cabo da Roca (pseudxero) et de Montachique (Mont), et l’intermédiaire (hh3). ANOVA F (4.109) = 6.074 p<0.001’***. Résultats du test de Tukey : les valeurs affectées de lettres différentes sont significativement différentes. Morphotypes ww hh3 Montachique pseudxero PP Variable N individus 25 16 18 17 38 Taux de matière Moyenne 18.29 a 17.48 ab 15.07 abc 13.56 bc 14.59 c sèche (%)♦** Ecart type 3.06 2.46 4.32 5.06 3.76 4.4. Conclusions Les résultats les plus marquants des données enregistrées dans la population H3 sont ceux obtenus à partir des transplantations réciproques. Us indiquent que les morphotypes intermédiaires «Fl » ne sont supérieurs aux phénotypes parentaux dans aucun des trois secteurs même celui dont il sont directement issus, le secteur C, qui correspond aux terres agricoles abandonnées voici environ 30 ans (Annexe 5). Le résultat est le même dans le secteur Nord bien qu’ ils y soient abondants (44% de l’effectif). Au premier abord la situation de la population H3 paraît correspondre à un modèle de désavantage à l’hybride. Il n’existe qu’un nombre limité de travaux utilisant des transplantations réciproques pour comparer les performances des hybrides avec celles des parents. Leurs résultats contrastent avec les nôtres. Les travaux de Wang et al. (1999) et de Nagy et Rice (1997) ont montré que pour des groupes inffaspécifiques de Artemisia tridentata et de Gilia capitata, respectivement, les zones hybrides se maintiennent par préférence d’habitats. La situation est plus complexe chez Ipomopsis aggregata et I. tenuiloba et leurs hybrides (Campbell and Waser 2001). En transplantations réciproques la performance des hybrides dépend du sens de l’hybridation : si /. aggregata est prise comme mère les hybrides survivent aussi bien que les parentaux dans les sites parentaux à l’inverse de l’autre hybride qui y a une survie nettement plus faible. Cependant, au site de la population hybride les deux types d’hybrides ont une survie similaire élevée. Chez les Iris de la Louisiane, les transplantations réciproques ont montré que des hybrides de type backcross peuvent produire des clones qui égalent ou surpassent les parents dans certains habitats occupés (Ems and Arnold 1997, Johnson et al. 2001). Ces résultats remettent dans im contexte plus nuancé nos propres résultats. 97 En effet, nous n’avons comparé vis à vis des parents que des individus au morphotype « le plus exactement intermédiaire possible» alors que des morphotypes correspondant à des backcrosses avec l’un et l’autre des parents pourraient être mieux adaptés à certains secteurs de la zone hybride. C’est ime situation qui a été trouvée chez les populations hybrides de deux Iris inter-fertiles (/. fulva et 1. brevicaulis) du Delta du Mississipi (Arnold and Wesselingh 2000, Cruzan and Arnold 1994, Johnston et al. 2001). Cependant dans les populations d’iris, les hybrides de type Fl sont rares (~ 1%) et les auteurs suggèrent que la plupart d’entre eux sont éliminés par sélection intrinsèque, les hybrides étant ‘par nature’ déficients. Cette situation n’est pas la nôtre puisque noxis avons détecté 33 % et 44 % de morphotypes « Fl » dans les secteurs H et P où ils peuvent se maintenir de nombreuses années (comme en atteste leur taille considérable) dans la population et dont certains sont totalement fertiles pour leur pollen. On peut penser que la sélection contre eux est faible mais aussi que si la sélection est forte les échanges géniques dans H3 en produisent suffisamment pour qu’un grand nombre survivent. Le traitement en ACP des résultats de l’analyse minérale des plantes dans les parcelles de transplantation du secteur N et du secteur C (Figures 4.3.7b et 4.3.8) révèle la spécificité des plantes hh3 qui ont une composition minérale intermédiaire entre celle des deux parents clairement différenciés quant à eux. La composition floristique particulière de la zone centrale où sont concentrés les hybrides apparaît comme l’indice d’une occupation par les hybrides d’une situation écologique singulière. Des résultats de même nature ont été obtenus pour les morphotypes analysés dans leur milieu originel (Figure 4.3.2.). En trois situations édaphiques distinctes ces particularités sont maintenues. Il semblerait donc que les morphotypes wh3, hh3 et ph3 correspondent à des chimio-écotypes spécialisés, chacun différemment, dans la capture des éléments nutritifs du sol en sorte que le modèle de l’avantage de l’hybride n’est pas à exclure définitivement. Contradictoirement, les données de biomasse n’indiquent pas l’existence d’une différenciation adaptative édaphique puisque la meilleure performance dans un secteur n’est pas nécessairement atteinte par le morphotype correspondant. Il semble plutôt que ph3 ait la meilleure fitness quel que soit le secteur. Cela signifie que d’autres facteurs non testés intrinsèques (liés à la plante) et extrinsèques (liés au milieu) doivent intervenir dans le maintien de la zone hybride. En conclusion, la structuration spatiale en cline pourrait être due à l’installation d’un équilibre entre la sélection contre certains hybrides et l’intensité des flux géniques qui parcourent la population H3. Cependant l’existence d’un cline lié à un gradient environnemental dans l’écotone entre deux espèces différenciées écologiquement n’est pas une hypothèse à rejeter. Une réponse définitive ne pourrait être apportée que par la mise en place d’expériences de grande envergure utilisant des phénotypes génotypés sans ambiguïté à l’aide de marqueurs moléculaires dans un dispositif comprenant des échantillons plus nombreux. Des critères représentatifs de la fitness devraient permettre d’estimer l’intensité de la sélection sur les génotypes tandis que les flux géniques devraient être évalués. 98 CHAPITRES Synthèse 5.1. Différenciation inter-spécifique : que sont A. welwitchii, A. pseudoarmeria et A. berlengensis L'utilisation de méthodes d’analyse multivariée (Analyse en Composantes Principales et Analyse Discriminante) de la variabilité morphologique a montré qu’il était justifié d’accorder im statut taxonomique à A. welwitchii, A. pseudoarmeria et A. berlengensis. Si l’on compare le degré de différenciation entre les trois taxa, il est clair que A. pseudoarmeria diverge plus nettement des deux autres et doit être considéré comme une espèce. Par contre, A. berlengensis et A. welwitchii sont suffisamment proches pour inclure A. berlengensis comme sous-espèce de A. welwitchii. Au plan morphologique nous rejoignons donc l’opinion de Bemis (1954) et nous écartons des auteurs plus récents ( Nieto Feliner 1990 et Pinto da Silva 1972 ) qui attribuent im statut spécifique à A. berlengensis vu son isolement géographique sur l’Archipel des Berlengas. Cependant comme les hybrides expérimentaux que nous avons obtenus entre A. berlengensis et A. welwitchii sont stérile à 65 % il parait opportun de suivre ces deux auteurs et de recoimaître A. berlengensis comme une espèce satisfaisant aux critères du Concept Ecogénétique de l’Espèce de Levin (2000) qui associe isolement reproducteur et spécialisation écologique (rochers granitiques sur une île pour A. berlengensis-, sables et rochers maritimes sur le continent pour^. welwitchii ) A. welwitchii et A. pseudoarmeria s’inter-fécondent en natiure dans leurs zones de contact et forment des zones hybrides de longue durée où des morphotypes intermédiaires co-existent avec des morphotypes parentaux. Cependant les morphotypes hybrides sont le plus souvent (75 %) partiellement stériles (25 - 60 % de pollen stérile) exprimant 1‘existence d‘un isolement reproductif partiel entre A. pseudoarmeria et A. welwitchii et paraissent moins performants que les parents dans la zone hybride. Hors les zones hybrides, les deux espèces montrent im isolement phénologique partiel de la floraison et une spécialisation écologique dans la prise des éléments nutritifs du sol et dans la tolérance à la sécheresse. En outre les deux espèces maintiennent leur identité morphologique en culture uniforme. En conclusion, A. welwitchii et A. pseudoarmeria satisfont chacune aux critères du Concept Ecogénétique de l’espèce. Le polymorphisme des séquences d’ADN (Da Silva 2000, Fuertes Aguilar 2003) montre une congruence phylogéographique des trois espèces qui se seraient différenciées, dans un territoire limité, à partir du même background historico-évolutif. 99 5.2. La zone hybride entre A. wefwitchii et A. pseudoarmeria Les Analyses en Composantes Principales illustrent parfaitement la position intermédiaire entre A. pseudoarmeria et A. welwitchii des populations de la zone hybride. Les populations hybrides se sont installées dans des terrains agricoles abandonnés depuis +/- 30 ans occupant des milieux nouveaux d’origine anthropique. La situation correspond à la présence de génotypes nouveaux dans des conditions environnementales nouvelles et s’insère dans le cadre de l’étude des zones hybrides et de la spéciation par hybridation homoploïde. La performance des hybrides est la clé de la compréhension du fonctionnement des zones hybrides ; (1) si l’hybride est favorisé la zone va se maintenir et éventuellement l’hybride peut suivre la voie de le spéciation par hybridation et (2) si l’hybride est défavorisé le maintien de la zone hybride peut être assuré par la mise en place d’un équilibre entre la sélection contre les hybrides et leur production récurrente par les flux génique interspécifiques. Les données que nous avons obtenues comparant la fitness des hybrides putatifs Fl et des parents n’indiquent aucun avantage pour les hybrides pour les paramètres testés (production de biomasse, taux de mise à graines, taux de germination, poids des graines), au mieux l’hybride a une valeur intermédiaire entre celles des parents. D’autre part, nous avons constaté que pour certains facteurs du milieu les hybrides avaient développé des stratégies moyennes entre celles des parents (capture des nutriments du sol, et de l’eau) qui pourraient être les mieux adaptées à la zone hybride. Ces hybrides pourraient être en voie de spécialisation écologique. Dans ce cas, nous serions dans la situation trouvée par Arnold et Hodges (1995) chez les Iris de la Louisiane où des populations comportent des hybrides et des parents adaptés de manière équivalente. Un biais important de notre étude est que les morphotypes hybrides “Fl” peuvent être ime collection de génotypes différents ayant des fitness variées et que la zone hybride peut comporter des génotypes favorisés en voie d’expansion que nous n’avons pas détectés. Il faudrait donc génotyper une série de Fl et de backcrosses et les utiliser dans des transplantations réciproques. En outre avoir la connaissance des flux géniques est indispensable à ime étude plus fine des zones hybrides. 100 Bibliographie Al-hiyaly, S., McNeilly, T. and Bradshaw, A. (1988) The effects of zinc contamination from electricity pylons - évolution in a replicate situation. New Phytoîogist 110; 571-580. Alpert, P. and Stuefer, J.F. (1997). Division of labour in clonal plants. In; H. de Kroon and J. van Groenendael, (Eds) The Ecology and Evolution of Clonal Plants pp. 137-154. Backhuys Publishers, Leiden. Anderson, E. (1948) Hybridization of the habitat. Evolution 2; 1-9. Arnold, M.L. 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AvaUable fi-om : 107 Annexe 1. Tableau de conversion de l’échelle de recouvrement de Braun-Blanquet dans l’échelle de Van Der Maarel (1979) F ' - — - — - Échelle de Signifîcation Médiane des classes Echelle Van Der Maarel recouvrement de Braun-Blanquet r un individu 0.1% 1 + recouv. insignifiant 0.2 % 2 1 moins de 5 % 2.5 % 3 2 de 5 à 25 % 15.0% 5 3 de 25 à 50 % 37.5 % 7 4 de 50 à 75 % 62.5 % 8 5 plus de 75 % 87.5 % 9 108 Annexe 2. Méthodologie d’analyse des éléments chimiques Analyses sur matériel végétal Échantillons de matériel végétal : prélèvement des feuilles du centre des rosettes parmi celles qui ne présentaient pas de dommages extérieurs (nécroses, blessures) et qui étaient en bon état sanitaire (pas de parasitose), sur des individus adultes. Les feuilles sont rincées à l’eau déminéralisée afin de les débarasser des poussières. Les différents échantillons de matériel végétal ont été récoltés au Printemps et par temps sec. Analyse minérale du matériel végétal par voie sèche dans le cas d’échantillons de faible biomasses (10 à 200 mg). Protocole pour la détermination des éléments t Ca. Me, K, Na, Fe, Mn. Zn, Pb. Cd, Co, Ni, Al, P. Les échantillons végétaux sont calcinés à 550 °C pendant une nuit (12h00) dans des creusets en porcelaine avec couvercle et les cendres sont reprises par adjonction d’acide chlorhydrique et d’eau ensuite, les éléments cationiques contenus dans ces solutions sont déterminés par spectrométrie d’émission à plasma. Le phosphore peut être déterminé soit par spectrométrie d’émission à plasma soit par colorimétrie au molybdate d’ammonium à 700 nm. Remarques préliminaires : cette méthode de minéralisation est inspirée de la méthode du Comité Inter- Instituts d’Etudes des Techniques Analytiques (C.I.I. GF). Matériel Creusets en porcelaine avec couvercles ‘Haldenwanger’ 79 MF/7. Four à moufifle programmable en température. Tubes de marque ‘FALCON ‘ chimiquement propres et gradués jusque 14 ml. Tubes en plastique à fond conique pour le passeur d’échantillons de l’absorption atomique. Réactifs Acide chlorhydrique 30 % p.a. MERCK Suprapur réf 100.318. Acide perchlorique 60 % p.a. MERCK réf 1.00518.2501. Acide nitrique 69.2 % Ultra Pure Reagent ULTREX J.T.BAKER réf 6901. Perhydrol pour analyses MERCK réf 1.07210.2500. Eau déminéralisée ‘milliQ’. Étalons pour l’ICP : étalons multi-élémentaires REAGECON. Minéralisation Peser directement dans le creuset sur une balance analytique au 10““' de mg près, entre 10 et 200 mg de matériel végétal sec. Installer les creusets couverts dans le four à moufle et monter à 550 °C en deux paliers (300 °C 2h00 ensuite 550°C 12h00) laisser dans le four une nuit. Après une nuit à 550 °C laisser refroidir ; il n’est pas utile de peser les cendres. Si la calcination a été complètement effectuée : reprise des cendres par 0.50 ml HCl concentré et on amène la solution à 14 ml avec de l’eau ‘milliQ’ dans un tube ‘FALCON ‘. Si la calcination a été incomplète : remettre en suspension avec 250 à 500 pl de mélange nitro-perchlorique ensuite porter les creusets sur la plaque chauffante et traiter jusqu’à disparition des résidus carbonés, évaporation à sec et addition de 0.50 ml de HCl concentré et mise au trait dans les tubes ‘FALCON’ à 14 ml. Les paramétres analytiques pour la détermination des divres éléments par I.C.P sont détaillés sous forme de programmes dans le logiciel de l’appareil. 109 Dosage de l’azote total (méthode Kieldahl) L’azote organique est minéralisé par la méthode Kjeldahl, qui consiste en une digestion par l’acide sulfurique en présence d’un catalyseur qui est en l’occurrence du sulfate de potassium mélangé à du sulfate de cuivre. L’azote ainsi transformé en sulfate acide d’ammonium est entrainé à la vapeur d’eau dans une solution d’acide borique et titré par de l’acide sulfurique 0.1 N. Matériel Minéralisateur de type Buchi 435. Distillateur de type Buchi 315. Neutralisateur de vapeurs acide Scrubber Buchi 412. Réactifs H2SO4 concentré p.a. Merck (d=1.84). H2O2 30% 110 vol p.a. Mélange catalyseur ; K2SO4 p.a. (5 parts) - CUSO4 5H2O2 (2 parts). Solution à 4 % d’acide borique à laquelle on ajoute 10 ml d’indicateur par litre de solution (indicateur = mélange de vert de bromocrésol et de rouge de méthyle). Méthode Peser environ 250 mg de matériel végétal en poudre fine et les introduire dans un tube de Buchi. Ajouter environ 1.5 g de catalyseur et 4.5 ml d’acide sulfurique concentré et ensuite ajouter lentement 6 ml de H2O2 Laisser reposer 1 h ensuite recouvrir les tubes d’un colecteur de vapeurs acides et les poser sur la rampe de ménéralisation Buchi. Procéder à la minéralisation par chauffage en ayant pris soin de connecter le collecteur de vapeurs au système de neutralisation des vapeurs acides ‘Scrubber Buchi’. Chauffer d’abord faiblement 4-5 ensuite fort 7 jusqu’à clarification du liquide dans les tubes (couleur turquoise). La distilation se fait tube par tube dans le distillateur Buchi et les vapeurs sont collectées dans des béchers de 100 1 contenant un indicateur mixte rouge de méthyle et vert de bromocrésol. La titration se fait ensuite au titrateur automatique Radiometer et les conditions de titration de l’azote Kjeldahl sont enregistrées dans un programme du titrateur. Calculs Nb de mg d’azote = 0.1 x nb ml d’acide 0.1 N % N = nb mg Nx 100 110 Analyse de sols Échantillons de sol : la surface du sol est néttoyée des débrits et des cailloux. Pour le même échantillon, trois prélèvements sont faits, à proximité, dans le sol jusqu’à ± 15 cm de profondeur. Les différents échantillons de sol ont été prélevés au Printemps et par temps sec. Préparation des sols Séchage ; Les sols sont séchés à l’air, à l’abri des poussières (± 2 semaines), ou à l’étuve à ventilation forcée ( ± 2 jours, température max. 40°C). Tamisage : Tamiser les échantillons à 2 mm. Broyer au mortier la fraction restant sur le tamis et tamiser à nouveau. Ne pas broyer les cailloux ou les concrétions (calcaires, craies, schistes, concrétions férmgineuses, etc). Broyage complémentaire ; Les dosages de Tazote nécessitent un échantillon plus finement broyé et homogénéisé, la fraction inférieure à 2 mm est alors passée dans un broyeur planétaire à jarres en oxide de zirconium. Mesure du pH du sol Introduire une prise de sol (tamisé à 2 mm) dans un petit récipient en polyéthylène. Ajouter de Teau déminéralisée ‘milliQ’ jusqu’à obtention, par mélange, d’une pâte saturée. Laisser en contact pendant Vi heure minimum et mesurer le pH après étalonnage du pH-mètre. Analyse minérale du sol ; extraction à l’acétate d’ammonium-EDTA (méthode COTTENIEi Cette méthode est fréquemment utilisée pour déterminer le degré de fertilité des sols agricoles. Elle permet de détermine sur un même extrait de multiples éléments considérés comme assimilables, entre autres les alcalino-terreux et les alcalins (Ca, Mg, K, Na), le phosphore, des oligoéléments (Fe, Cu) et des métaux lourds (Pb, Zn, Cd). Réactifs Solution d’extraction : (0.5 M CH3COONH4 + 0.5 M CH3COOH + 0.02 M EDTA ; pH 4.65). Dissoudre 38.5 g d’acétate d’ammonium dans 500 ml d’eau + 25 ml d’acide acétique ; ajouter 5.845 g d’EDTA et amener à 1 litre avec de Teau déminéralisée. Protocole d’extraction Peser 10 g de sol séché à l’air et tamisé à 2 mm et les introduire dans un récipient en plastique spécial ; y ajouter exactement 50 ml de solution d’extraction. Pour les sols organiques, un rapport sol/solution de 1/20 doit être utilisé. Fermer le récipient au moyen du couvercle prévu à cet usage et le placer sur l’agitateur SOILAB ; agiter pendant 1/2 heure. Filter la suspension sur filtre plissé et récolter le filtrat dans un flacon pour analyse ; si le filtrat est opalescent (argiles fines en suspension), refiltrer sur im filtre plus serré ou le cas échéant, centrifuger. Détermination des cations Les éléments Ca, Mg, K et Na, les oligo-éléments Cu, Fe, Mn et les métaux lourds Cd, Zn, Pb, etc, sont déterminés par ICP-OES sur les solutions mères par rapport à des étalons faits dans une matrice identique. Dosage de l’azote total dans les échantillons de sol Détermination par la méthode Kjeldahl sur appareillage Buchi sur les échantillons sousmis au broyage complémentaire. 111 Annexe 3. Stabilité des taux de fertilité des hybrides La stabilité des taux de fertilité des individus classés comme hybrides a été contrôlée selon deux méthodes ; Pour la même année, la corrélation du taux de fertilité pollinique entre deux fleurs du même individu, cueillies simultanément sur la même inflorescence a été calculée ; elle est très élevée ; N hybrides = 38, r = 0.99, p<0.001, aussi bien pour les individus qui présentent un taux de fertilité bas (20%-60%) que pour ceux qui présentent un taux élevé (supérieur à 80%). Les prélèvements effectués lors de deux années successives sur les mêmes individus sont hautement corrélés ; N hybrides = 76, r = 0.91, p<0.001. Ces résultats correspondent à une situation attendue ; en effet la fertilité pollinique des hybrides chez Armeria a une base génétique (Lefèbvre 1982, Vekemans 1992) tandis que les fluctuations (faibles) observées traduisent l’effet de l’environnement ou bien des altérations du développement des anthères au moment de la cueillette. 112 Annexe 4. Évaluation de la biomasse racinaire sèche Vu la profondeur d’enracinement, il n’a pas toujours été possible de déraciner la totalité des racines. Nous avons tenté une estimation de la biomasse racinaire jusqu’à des racines de 2 mm de diamètre. La méthode consiste ; 1) estimer le volume à l’état frais du tronçon manquant à partir du profil du tronçon extrait, par application des formules géométriques relatives au cône tronqué. 2) estimer le poids sec de racines de volume frais connu ; densité des racines. 3) estimer le poids des racines manquantes. Le diamètre des racines fraîches a été mesuré avec un pieds à coulisse. 1. Le volume d’un cône tronqué est : V = [n . h/3]. ( Ri^ + R2^ + Ri .R2) où : h = hauteur du cône tronqué. Ri et R2 = respectivement, grand et petit rayon du cône tronqué. 2. Dans notre cas les rayons du fragment terminal à estimer sont R2 et R3, celui-ci valant 1mm. 3. Hauteur totale du cône ; H H = [(Ri-R3)/(Ri-R2)].h où h = longueur du fragment déraciné. comme R3= 1, H=[(Ri-l)/(Ri-R2)].h de même : Vh= [n . H /3]. ( Ri^ + R3^ + Ri. R3) comme R3= 1, VH=[n.H/3], (Ri^ + Ri+1) 4. Un lot de fragments de racines de volume connu est estimé pour le poids et la densité déterminée. 113 Annexe 5. Datation du site hybride L’age de la zone hybride a été estimée de deux façons : Les anneaux de croissance au niveau de la souche ont été comptés sur 22 individus hybrides récoltés en 2002 sur la station H1 après un incendie ; ils ont permis d’attribuer l’âge de 17 ans aux individus les plus âgés. La droite de régression entre le diamètre de la souche et le nombre d’anneaux de croissance présente un coefficient peu élevé (R^ 0.62 , r=0.79 , p<0.001) ; ainsi la mesure du diamètre de la souche sur des individus vivants, sur le terrain, n’apparaît pas comme une mesure fiable de l’âge des individus. Par ailleurs, chez les individus âgés, la souche fréquemment se déforme ce qui empêche l’observation des anneaux de croissance et donc d’estimer l’âge par cette méthode. Deux exemplaires de matériel d’herbier datant de 1975, récoltés sur le site où nous travaillons actuellement et déterminés par nous comme hybrides, en utilisant comme référence les données présentées au Chapitre 2, nous permettent de dater de 30 ans la présence d’individus hybrides sur cette station (A. welwitschii Portugal, Estremadura, Sintra, Magoito. A sul da ribeira Samougueira, plataforma acima da arriba, solo arenoso. Ol-Maio-1975. Det./Leg. J. Gomes Pedro LISE 93321, LISE 93325). L’existence de la zone hybride remonte donc à au moins 30 ans et correspond à la période d’abandon de cultures traditionnelles. On remarquera que la zone hybride est restée confinée à l’ancien espace agricole ce qui serait une indication de l’adaptation des populations hybrides à un territoire particulier. 114 Annexe 6. Divers Disponibilisation des données Les données de biométrie, d’éffïcacité reproductrice (mise à graine, poids des graines, taux de germination, fertilité pollinique, nombre de grains de pollen, type de stygmate et de pollen) des analyse minérales, des mesures de Surface Foliaire Spécifique et des Taux de Matière Sèche, et des relevés floristiques sont déposés à TUniversité Libre de Bruxelles et sont disponibles (format pdf) sous demande. 115 rI \ LI C i é y i P ■i k I I