POSGRADO EN CIENCIAS CICY BIOLÓGICAS Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C.

Posgrado en Ciencias Biológicas

BIOLOGÍA DE LA REPRODUCCIÓN DE AECHMEA BRACTEATA (SW.) GRISEB. (BROMELIOIDEAE: ~ROMELIACEAE)

Tesis que presenta

MANUEL ROLANDO POOL CHALÉ

En opción al título de

MAESTRO EN CIENCIAS (Ciencias Biológicas: Opción Recursos Naturales)

Mérida, Yucatán, México Junio 2015

CENTRO DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA DE YUCATÁN, A. C.

POSGRADO EN CIENCIAS BIOLÓGICAS

POSGRADOEN CIENCIAS CICY RECONOCIMIENTO BIOLÓGICAS

Por medio de la presente, hago constar que el trabajo de tesis titulado "Biología de la reproducción de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb. (Bromelioideae: Bromeliaceae)", fue realizado en los laboratorios de la Unidad de Recursos Naturales del Centro de Investigación Científica de Yucatán , A.C. bajo la dirección de la Dra. lvón Mercedes Ramírez Morillo, dentro de la Opción Recursos Naturales, perteneciente al Programa de Posgrado en Ciencias Biológicas de este Centro.

Atentamente,

Director de Docencia Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. i J Mérida, Yucatán, México; junio de 2015

DECLARACIÓN DE PROPIEDAD

Declaro que la información contenida en la sección de Materiales y Métodos Experimentales, los Resultados y Discusión de este documento proviene de las actividades de experimentación realizadas durante el período que se me asignó para desarrollar mi trabajo de tesis, en las Unidades y Laboratorios del Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C., y que a razón de lo anterior y en contraprestación de los servicios educativos o de apoyo que me fueron brindados, dicha información, en términos de la Ley Federal del Derecho de Autor y la Ley de la Propiedad Industrial, le pertenece patrimonialmente a dicho Centro de Investigación. Por otra parte, en virtud de lo ya manifestado, reconozco que de igual manera los productos intelectuales o desarrollos tecnológicos que deriven o pudieran derivar de lo correspondiente a dicha información, le pertenecen patrimonialmente al Centro de Investigación Científica de Yucatán , A.C., y en el mismo tenor, reconozco que si derivaren de este trabajo productos intelectuales o desarrollos tecnológicos, en lo especial , estos se regirán en todo caso por lo dispuesto por la Ley Federal del Derecho de Autor y la Ley de la Propiedad Industrial, en el tenor de lo expuesto en la presente Declaración.

Manuel Rolando Pool Chalé

DEDICATORIA

"No te prometo luz al final de cada túnel, tampoco alegrías o tristezas, pero sí fuerzas para luchar y salir adelante", esas palabras tan ciertas las dijo DIOS. A este Ser a quien le dedico como primer número este trabajo, como agradecimiento por tantas bendiciones, en especial por las bendiciones más grandes, LA VIDA Y LA SALUD.

A mis Padres, el Sr. Pedro Celestino Pool Tun y la Sra. María Teresa Chalé Aké, por haberme inculcado valores en la vida y por haberme orientado en la disciplina de la superación.

A mis hermanos Pedro, Reyna, Leidy y Jimmy, por brindarme sus consejos y apoyos en todo momento y en cualquier circunstancia de la vida.

A Guadalupe Tun Caamal (mi Lupis) por su cariño, compañía, paciencia, apoyo moral y motivación constante durante todo el transcurrir de mi trabajo de tesis.

A la Dra. lvón Ramírez Morillo por su motivación y apoyo en mi formación académica, sobre todo por sus consejos, paciencia y su valiosa amistad.

A mis parientes y amigos que siempre creyeron en mí. Por sus consejos y buenos deseos brindados.

Por último, a todas la gente que creyó en mí, a todas esas personas que por lo menos alguna vez pensaron, "ÉL, SÍ PUEDE".

AGRADECIMIENTOS

Un agradecimiento de manera especial al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por la confianza puesta en mí y por la beca otorgada con número de apoyo (CVU/Becario: 511 082/288897). Así mismo, por el apoyo con la Beca de Movilidad 2014 como parte de la Convocatoria Becas de Movilidad Nacional.

Agradezco especialmente a la Dra. lvón Mercedes Ramírez Morillo, por haberme dado la oportunidad de asesorar mi tesis, por su apoyo en mi formación académica y por abrirme siempre las puertas al diálogo. Le agradezco por ser más que una asesora, una amiga.

A los miembros del comité tutorial: Dr. Germán Carnevali Fernández Concha y a la Dra . Claudia Hornung-Leoni, por sus observaciones, comentarios y recomendaciones en cada tutora!, quienes forjaron a la formación de la tesis.

A los miembros del comité revisor de tesis y sínodos de examen de grado: Dra. lvón Ramírez Morillo, Dr. Germán Carnevali, Dra . Claudia Hornung-Leoni, Dr. Rodrigo Duna de Stefano y M. C. Carlos Barrientos, por sus importantes observaciones, comentarios y recomendaciones durante la revisión del documento de la tesis escrita.

Al Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. (CICY), en particular a la Unidad de Recursos Naturales (URN) , por el apoyo y las facilidades de sus instalaciones y equipos de laboratorio prestados durante la elaboración de la tesis. Al CICY por el apoyo económico a través de la Beca de Movilidad (2014-11) para la presentación de una ponencia en el XVIII Congreso de la Sociedad Mesoamericana para la Biología y la Conservación, realizada en la Ciudad de Copán Ruinas, Honduras, en octubre de 2014.

Al Jardín Botánico Regional "Roger Orellana" (CICY) y sus responsables, por permitirme hacer de las colecciones (en particular Aechmea bracteata) parte de mi trabajo de campo. Así también , a los responsables de los invernaderos, en especial a Fernando A. Contreras Martin por la facilitación de los espacios para realizar parte de mi trabajo de tesis.

Al Herbario CICY (Centro de Investigación Científica de Yucatán , A.C.) y a los responsables del mismo, por el préstamo de sus ejemplares. Agradezco especialmente, a Amílcar Castillo por su ayuda en campo y laboratorio, así mismo a Luz Alcudia, lleam Rivera, Evelyn Rios y Esther Herrera, por acompañarme y ayudarme en las colectas de campo de los ejemplares utilizados en el presente trabajo.

A los Doctores Carlos Barrientos y Jorge Montero por instruirme, por la ayuda y recomendaciones en la parte estadística de mi tesis. Así mismo, a la Dra. Demetria Mondragón por sus consejos, recomendaciones y formar parte de uno de mis tutorales de la tesis.

Al Dr. Gustavo Romero-González por la edición del resumen en inglés, a los Drs . José Luis Andrade Torres, Javier Orlando Mijangos Cortés y Azucena Canto Aguilar, por el apoyo otorgado en algún momento de la tesis.

A la Dirección de Docencia (Subdirección de Posgrado) y sus responsables: a Landy Rodríguez y Alejandra Arcea por su ayuda en todo lo que se refiere a trámites, por su paciencia y amabilidad en todo momento en el que hice acto de presencia. Agradezco especialmente a Nancy Sulub y Liligelia García por el apoyo otorgado en algún momento académico, pero más por sus lindas amistades.

A la Dra. María Goreti del Carmen Campos Ríos por sus consejos y apoyo, por escucharme y motivarme en todo momento, en especial por brindarme su amistad.

A Lilia Can ltzá, Dolores Chan Puc, José Luis Tapia y Silvia Hernández, por sus consejos, atenciones a mis dudas y peticiones y por sus motivaciones constantes. Así mismo agradezco a María Rosalina Rodríguez por su ayuda en algún momento de la tesis.

A Carlos Jiménez, especialmente a William Cetzal y Ricardo Gaumer, por la ayuda, recomendaciones y motivaciones constantes y más por ser buenos colegas y amigos.

A todos mis amigos del CICY, en especial de la URN , por sus consejos, ideas, motivaciones, ayudas y por haber confiado en mí: Sergio García, Julián Parra, William, Nahlleli Chilpa, Astrid Huechacona, Carlos Leopardi, Enrique López, Florencia Pech , lrving Saenz, Raymundo González, Eduardo Pérez, Cesar Canché, Lizandro Peraza, Ricardo Balam, Sara Villanueva, Luz Alcudia, Esther Herrera, Reyna Santana, Amilcar Can , y Gabriela Aviles. ¡Muchas gracias a todos! fndice general

ÍNDICE GENERAL Página

ÍNDICE DE FIGURAS...... V

ÍNDICE DE CUADROS...... ix

RESUMEN...... 1

ABSTRACT...... 3

CAPÍTULO l...... 5

1.1. INTRODUCCIÓN...... 5

1.2. ANTECEDENTES GENERALES...... 9

1.2.1. Estrategias reproductivas en plantas con flores...... 9

1.2.2. Polinización...... 11

1.2.3. Recompenzas florales...... 12

1.2.4. Sistemas de cruzamiento...... 14

1.2.5. Sistemas de compatibilidad...... 16

1.2.6. Bromeliaceae y el género Aechmea Ruiz y Pav...... 18

1.2.7. Aechmea bracteata (Sw.) Griseb...... 20

1.3. HIPÓTESIS...... 22

1.4. OBJETIVOS...... 23

1.4.1. Objetivo general...... 23

1.4.2. Objetivos específicos...... 23

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...... 23 fndice general

CAPÍTULO 11. ATRIBUTOS FLORALES DE AECHMEA BRACTEATA (SW.) GRISES. (BROMELIOIDEAE: BROMELIACEAE)...... 33

2.1. INTRODUCCIÓN...... 33

2.2. MATERIALES Y MÉTODOS...... 35

2.2.1. Sitio de estudio...... 35

2.2.2. Estrategia experimental...... 36

2.2.3. Fenología floral...... 40

2.2.4. Moñología floral...... 41

2.2.5. Biología floral...... 42

2.2.6. Producción total de néctar (volumen y concentración total de

azúcares)...... 43

2.2.7. Análisis estadísticos...... 45

2.3. RESULTADOS...... 46

2.3.1. Fenología floral...... 46

2.3.2. Moñología floral...... 48

2.3.3. Biología floral...... 51

2.3.4. Producción total de néctar (volumen y concentración total de

azúcares)...... 53

2.4. DISCUSIÓN...... 55

2.4.1. Fenología floral...... 55

¡¡ fndice general

2.4.2. Morfología y biología floral...... 57

2.4.3. Calidad y cantidad del néctar...... 60

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...... 63

CAPÍTULO 111. SISTEMAS DE CRUZAMIENTOS EN AECHMEA BRACTEATA (SW.) GRISES...... 73

3.1. INTRODUCCIÓN...... 73

3.2. MATERIALES Y MÉTODOS...... 77

3.2.1. Sistemas de cruzamiento...... 77

3.2.2. Estimaciones del éxito reproductivo...... 81

3.2.3. Morfología de semillas...... 81

3.2.4. Germinación de semillas...... 81

3.2.5. Estimaciones de sistema de cruzamiento...... 83

3.2.6. Cálculos de índices...... 83

3.2.7. Análisis estadísticos...... 85

3.3. RESULTADOS...... 86

3.3.1. Sistemas de cruzamientos...... 86

3.3.2. Estimaciones del éxito reproductivo...... 89

3.3.3. Morfología de semillas...... 89

3.3.4. Germinación de semillas...... 91

¡¡¡ lndice general

3.3.5. Estimaciones de sistema de cruzamiento...... 93

3.3.6. Cálculos de índices...... 93

3.4. DISCUSIÓN...... 94

3.4.1. Sistemas de cruzamientos y estimación del éxito reproductivo. . . .. 94

3.4.2. Estimaciónes de los sistemas de cruzamientos...... 98

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...... 99

CAPÍTULO IV. DISCUSION GENERAL, CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS. ... 107

4.1 . DISCUSIÓN GENERAL...... 107

4.2. CONCLUSIONES...... 11 O

4.3. PERSPECTIVAS...... 112

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...... 113

iv fndice de figuras

ÍNDICE DE FIGURAS Página

CAPÍTULO 1

Figura 1.1 . Aechmea bracteata (Sw.) Griseb. A: Hábito; 8: Flores en antesis y senescencia; C: Infrutescencia con frutos no maduros (verdes) y maduros (negros); D: Semillas. ©Manuel-Pool, 2015...... 22

CAPÍTULO 11

Figura 2.1. Mapa de la ubicación de los sitios de estudio de Aechmea bracteata, ubicada en el CICY (<:t) y en los alrededores del ejido Flamboyanes (<:t), carretera Progreso-Yucatán, México. Parte del mapa tomado de imagen satelital de Google Earth Enterprise (201 0)...... 36 Figura 2.2. A-C: Plantas colectadas de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb. A) Individuos depositadas en macetas e introducidos dentro de un invernadero del Centro de Investigación Científica de Yucatán. 8-C: Plantas con sus tanques llenos de agua para mantenerlas hidratadas. ©Manuel-Pool, 2015...... 38 Figura 2.3. Resumen general de la estrategia experimental de Aechmea bracteata. óvalos de color azul representan los análisis estadísticos: ANOVA: Análisis de Varianza; AED: Análisis Estadísticos Descriptivos; ANPM: Análisis No Paramétrico 2 de Kruskai-Wallis; X : Prueba de Chi-cuadrada. *Prueba control : Polinización Natural...... 39 Figura 2.4. A-8: Aislamiento floral de algunos botones de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb. , tanto para los sistemas de cruzamientos controlados, como para la producción de volumen de néctar. ©Manuel-Pool, 2015...... 40 Figura 2.5. Instrumentos utilizados para evaluar la producción total de néctar (volumen y concentración total de azúcares). A-8: Microcapilares aforados; C: Refractómetro manual con escala 8rix: 00 a 90% de sacarosa; D: Aspirador; E: Regla de plástico. ©Manuel-Pool, 2015...... 44 Figura 2.6. Calendario fenológico en el que se muestra: la presencia del pedúnculo, yemas florales, flores abiertas y frutos de Aechmea bracteata durante todo el periodo reproductivo 2013 y principios de 2014...... 46

V lndice de figuras

Figura 2.7. Patrón del periodo de maduración de frutos de Aechmea bracteata, en el cual se expresa como el número de frutos maduros por inflorescencia cada 30 días y el pico de frutos maduros (n= 15 plantas)...... 47 Figura 2.8. Patrón de floración en Aechmea bracteata, en el cual se aprecia el número total de flores formadas por inflorescencia y por individuo cada 15 días y la formación de un pico de floración (n= 15 plantas)...... 48 Figura 2.9. Atributos florales registrados de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb.: Ll: Longitud de la inflorescencia; LP: Longitud del pedúnculo; Rl : Ramas de la inflorescencia; LBI y ABI: Longitud y ancho brácteas de la inflorescencia; OC: Diámetro de la corola; LF y DF: Longitud y diámetro de la flor; LO y DO : Longitud y diámetro del ovario; LA y DA: Longitud y diámetro de la antera; LE y DE : Longitud y diámetro del estigma; LBF y ABF: Longitud y ancho bráctea de la flor; LPt y APt: Longitud y ancho del pétalo; LSp y ASp: Longitud y ancho del sépalo; LFr y DFr: Longitud y diámetro del fruto; LS y OS: Longitud y diámetro de la semilla, respectivamente. ©Manuel-Pool, 2015...... 49 Figura 2.1 O. Diferentes eventos biológicos presentes en las flores de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., como: maduración de órganos reproductores (anteras liberando polen y estigma receptivo) y la longevidad de la flor (desde que abre hasta que senesce)...... 53 Figura 2.11. Volumen y concentración de azúcar del néctar durante toda la antesis en flores de Aechmea bracteata (n= 35 flores; 7 plantas). Los cuadros rojos representan el valor promedio en ¡JI/4h ± desviación estándar. Las líneas verticales superiores e inferiores de los cuadros rojo y azul representan el 95% de intervalo de confianza...... 54

CAPÍTULO 111

Figura 3.1. A: Registro de flores y plantas de Aechmea bracteata para su posterior identificación; B: Flores marcados con cintas de diferentes colores (uno por tratamiento) para su fácil identificación; C: hojas rotuladas con plumón de tinta indeleble para la identificación de cada individuo (señalado dentro del círculo amarillo). ©Manuel-Pool, 2015...... 78

vi lndice de figuras

Figura 3.2. A-B: Materiales utilizados en el proceso del lavado de las semillas de Aechmea bracteata. A: Semillas secándose en la cámara de flujo laminar; B: Tubos de ensayo y vórtex para lavar y agitar las semillas; C: Colador de plástico para extraer las semillas y D: Frascos etiquetados para el almacenamiento de las semillas. ©Manuel-Pool, 2015...... 82 Figura 3.3. Producción total de frutos y semillas obtenidas por prueba de polinización en Aechmea bracteata. (Media y D.e.). Letras diferentes señalan diferencias estadísticamente significativas (p<0.05). Barras azules-letras mayúsculas indican producción de frutos y barras verdes-letras minúsculas indican producción de semillas...... 88 Figura 3.4. Producción de semillas consideradas potencialmente viables y abortadas obtenidas por prueba de polinización en Aechmea bracteata. (Media y D.e.) Letras diferentes señalan diferencias estadísticamente significativas (p<0.05). Barras azules-letras mayúsculas indican producción de semillas potencialmente viables y barras rojas-letras minúsculas indican producción de semillas abortadas...... 90 Figura 3.5. Pruebas de germinación de semillas de Aechmea bracteata, en la cual se aprecia el surgimiento de la radícula y las primeas hojas. ©Manuel-Pool, 2015...... 91 Figura 3.6. Porcentaje de germinación obtenido por prueba de polinización en Aechmea bracteata. (Media y D.e.) Letras diferentes señalan diferencias estadísticamente significativas (p<0.05)...... 92

vii

Abreviaturas

ABREVIATURAS

Masculino Femenino < Menor que X > Mayor que X % Porcentaje Mayor o igual que X Grados Brix Grados Celsius !JI Micro litros ANOVA Análisis de varianza. AP Auto polinización APA Autopolinización asistida APM Apomixis APNA Autopolinización no asistida e Concentración de azúcar CAM Metabolismo Ácido de las Crasuláceas CICY Centro de Investigación Científica de Yucatán Cm Centímetros Cv Coeficiente de variación Os Desviación estándar GA Geitonogamia Gl Grados de libertad IAC lndice de autocompatibilidad IAF lndice de autofertilidad lAS lndice de autogamia IERR lndice del éxito reproductivo relativo Km Kilómetro M Metros Mm Milímetros N Norte

xi Abreviaturas

NO Noroeste PC Polinización cruzada PCO Polinización cruzada obligada se Autocompatibilidad SI Auto-incompatibilidad Vf Volumen final Vi Volumen inicial w Oeste x2 Chi cuadrada

xii Resumen

RESUMEN

Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., es una bromelia epífita distribuida desde México hasta el Norte de Colombia y Noroeste de Venezuela, habita en las selvas secas, selvas húmedas de mediana altura y selvas bajas caducifolias. En el sitio de estudio ubicado en la parte norte del estado de Yucatán, México, la especie se encuentra en una selva baja caducifolia, donde sus rosetas tubulares producen panículas centrales con flores perfectas y frutos de tipo baya; casi el 100% de las flores se convierten en frutos. Con base a esta información, propusimos la hipótesis que la alta producción de frutos de esta especie es el resultado de la autogamia. Para probar esta hipótesis, observamos plantas en el sitio de estudio en 2013-2014, examinando diferentes características reproductivas: fenología, morfología floral, biología floral, incluyendo características durante la antesis, así como la producción de néctar y su concentración de azúcares. También se realizaron estudios experimentales de polinización con el fin de determinar su sistema reproductivo. Los resultados sugieren que la población de estudio tiene un patrón de floración de tipo anual, con un pico de floración en abril, mientras que la mayor producción de frutos fueron producidos entre mayo y junio. Las flores tienen antesis diurna, no tienen fragancias detectables, los órganos sexuales están encerrados en una corola tubular y amarilla, las brácteas primarias y del pedúnculo son de color rojo. La receptividad del estigma, así como la liberación de polen ocurren antes de que las flores abran, y las flores producen un promedio de 4,64 IJI de néctar con una concentración de azúcares totales de 24,40% oBrix. Todos los estudios experimentales de polinización (autopolinización, autopolinización no asistida, geitonogamia, polinización cruzada, polinización cruzada obligada y apomixis, así como polinización natural), produjeron frutos y semillas viables durante ambas temporadas; la proporción de frutos dentro del mismo tipo de polinización no difirió estadísticamente (X2 = 0,2, 5 gl, p <0.05) entre años, pero las diferencias se encontraron en la cantidad total de frutos (H = 273,95, p <0 ,0001) y el número total de semillas por fruto (H = 350,81, p <0.0001) entre tratamientos (P <0,05). Aechmea bracteata en el sitio de estudio es auto-compatible, autógama y capaz de producir frutos y semillas por polinización cruzada, geitonogamia, así como por apomixis, siendo este último el primer reporte para la especie, segundo para el género, y sexto para Bromeliaceae.

1

Abstract

ABSTRACT

Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., is an epiphytic bromeliad distributed from Mexico to N Colombia and NW Venezuela, inhabiting dry forests, medium-height humid forests, and low caducifolious forests. In the study site located on the northern portion of Yucatan State, Mexico, the species occurs in a low caducifolious forest, where its tubular rosettes produce central panicles with perfect flowers and berry-type fruits; nearly 100% of the flowers become fruits. Based on this information, we hypothesize that the high fruit set of this species is the result of autogamy. To test such a hypothesis, we tracked plants in the study site in 2013-2014, examining different reproductive features: phenology, floral morphology, floral biology, including features during anthesis as well as nectar production and its sugar concentration. We also performed experimental pollination studies in order to ascertain their reproductive system. Results suggest that the study population has an annual type flowering pattern, with a peak blooming period in April, while fruit highest production from May to June. Flowers have diurnal anthesis, have no detectable scent, the sexual organs are enclosed in a tubular, yellow corolla, and the peduncle and primary bracts are red. Stigma reception as well as pollen release occurs before flowers open, and flowers produce on average 4.64 1-11 of nectar with a concentration of total sugars of 24.40 o/o 0 8rix. All pollination cases (selfing, unassisted selfing , geitonogamy, cross pollination, obligated cross pollination, and apomixis, as well as natural pollination) yielded fruits and viable seeds during both seasons; fruit proportion within the same pollination type did not differ statistically (X2= 0.2, 5 gl; p<0.05) between years, but differences were found in the total amount of fruits (H= 273.95, p<0.0001) and the total number of seeds per fruit (H= 350.81 , p<0 .0001) among treatments (P<0.05). Aechmea bracteata in the study site is self-compatible, autogamous and able to produce fruits and seeds by cross pollination, geitonogamy as well as apomixis, the latter being the first report for the species, second for the genus, and sixth for Bromeliaceae.

3

Capítulo 1

CAPÍTULO 1

1.1.1NTRODUCCIÓN

Bromeliaceae Juss., es una de las familias de plantas con flores con representantes morfológica y ecológicamente más diversas, originaria de los trópicos y subtrópicos del nuevo mundo (Givnish et al., 2011, Zanella et al. , 2012). Se han reconocido tres grandes centros de diversificación y dispersión para la distribución geográfica de la familia: el primero se localiza en las cordilleras de los Andes y se extiende desde México hasta el Oeste de las Antillas, con principales representantes de Pitcairnioideae Harms y Tillandsioideae Burnett; el segundo se encuentra en la zona montañosa de las Guayanas, con un gran número de géneros de Pitcairnioideae y el tercero se ubica al este de Brasil y es dominado primordialmente por representantes de Bromelioideae Burnett (Benzing, 2000; Smith y Downs, 1974, 1977, 1979).

Representantes de la familia ocupan diverso hábitats como terrestres y epífitas y se les encuentra en altitudes desde el nivel del mar (e.g . Tillandsia usneoides (L.) L. y T. dasyliriifoli Baker) hasta altitudes que van entre los 4200 msnm (e.g. Puya raimondii Harms); algunas especies mexicanas habitan en altitudes superiores a los 3100 msnm (e.g. T. quaquafloriefra Matuda, T. oaxacana L.B. Sm.) (Diego-Escobar, 2005; Benzing, 2000). Por otra parte, las bromelias ocupan una gran diversidad de tipos de vegetación, desde ambientes xerófilos (e.g. marismas, matorrales y desiertos) hasta ambientes mesófilos (e.g . bosques del Amazonas, la Mata Atlántica y cadenas montañosas del noroeste de América del sur y América Central), así como hábitats con baja o alta luminosidad (Paggi, 2006; Costa, 2002). El éxito de estas plantas en colonizar diversos ambientes puede ser el resultado de sus diversos mecanismos adaptativos: presencia de tricomas especializados en absorción de agua y nutrimentos, aglomeración de hojas en forma de roseta formando un tanque que acumula agua (fitotelmata), metabolismo CAM, hojas suculentas, entre otros (Givnish , 2011; Benzing, 2000).

Bromeliaceae, con sus cerca de 3352 especies (Luther, 2012), es considerada una de las familias de plantas no leñosas con mayor riqueza de especies de los trópicos y subtrópicos del nuevo mundo (Givnish et al., 2011 ; Luther, 2012) y una sola especie en el viejo mundo (Porembski y Barthlott, 1999).

5 Capítulo 1

México es considerado un centro de diversificación de varios grupos de Bromeliaceae (Ramírez-Morillo et al., 2004a) . Se encuentran representadas recientemente con ca. de 400 spp organizadas en 19 géneros (Espejo-Serna et al., 2012), con mayor diversidad en Oaxaca, Chiapas y Guerrero (modificado de Espejo-Serna et al. , 2004). Entre los grupos con mayor número de especies destacan: Tillandsia L. (220 spp. López-Ferrari y Espejo­ Serna, 2007), Hechtia Klotzsch (65 spp. Ramírez-Morillo y Jiménez, 2012) y Pitcairnia L'Hér. (45 spp. Espejo-Serna y López-Ferrari, 201 0) .

La presencia de bromelias en el Nuevo Mundo, han ofrecido una importante fuente de recursos alimenticios (e .g. polen y néctar) a pequeños vertebrados como los polinizadores, incluyendo aves, murciélagos e insectos (Kromer et al., 2006; 2008; Benzing , 2000). Por otro lado, estas plantas han evolucionado una gran diversidad de arreglos florales (e .g. colores, formas, aromas) las cuales se encuentran relacionadas con la atracción de los polinizadores, siendo el néctar la recompensa ordinaria (Benzing , 2000). Por lo que autores como Hornung-Leoni et al. (2013); Kromer et al. (2006; 2008); Baker et al. (1998); Baker y Baker (1990) , entre otros, han defendido la hipótesis de que las características del néctar en bromelias como la composición y concentración de azúcares se encuentran correlacionadas con los síndromes de polinización , donde las proporciones específicas de azúcares en el néctar pueden representar adaptaciones putativas a las preferencias alimenticias de los polinizadores en lugar de las relaciones filogenéticos.

Conocer los aspectos biológicos y reproductivos de las plantas con flores es de gran importancia, ya que nos permite entre otros aspectos, evaluar la producción de frutos, semillas y su viabilidad , así como los mecanismos de flujo genético dentro y entre poblaciones (Barrett y Eckert, 1990). Su conocimiento, ofrece una idea de los procesos evolutivos de las poblaciones que participan en el flujo de polen y el uso de la misma (Ramírez et al. , 2000), así como de los posibles eventos coevolutivos planta-vector.

Aechmea bracteata fue elegida para este estudio, ya que desde una perspectiva reproductiva, presenta aspectos que la hacen una especie interesante, como es el caso de su alto éxito reproductivo (reproducción sexual y asexual, alta producción de frutos con semillas y germinación de semillas). Por lo tanto, es interesante reconocer los factores que determinan su éxito reproductivo, así como el medio por el cual la planta produce

6 Capítulo 1 frutos. Conocer estos factores y otros aspectos que engloba la biología de la reproducción, nos permitirá entender nociones de los procesos evolutivos de las poblaciones en lo que refiere al intercambio genético y al uso de los recursos por parte de los vectores.

Con base a lo anterior, se destacan elementos importantes que permitan acercarse a responder preguntas como: ¿Cuál es el sistema de cruzamiento por el que Aechmea bracteata produce frutos?, ¿A. bracteata es una especie autocompatible y autógama?, ¿A. bracteata presenta características típicas de ornitofilia?, ¿Cuál es el promedio de volumen y concentración total de azúcares en el néctar en A. bracteata? Las respuestas a estas preguntas contribuirán las bases para entender mejor aspectos de la biología de la reproducción de la especie en estudio, así como sus estrategias reproductivas. De igual forma, permitirán inferir sobre aspectos evolutivos de las poblaciones.

7

Capítulo 1

1.2. ANTECEDENTES GENERALES

1.2.1 Estrategias reproductivas en plantas con flores

Las angiospermas tienen una asombrosa diversidad en cuanto a sus estructuras florales y mecanismos reproductivos (Barrett, 2008), tienen una complejidad de sistemas y combinaciones reproductivas que no presentan los animales, y es probable que la mayor complejidad en la biología reproductiva de las plantas se deba a su falta de movilidad, lo cual le ha permitido evolucionar esta grandiosa diversidad (Eguiarte et al., 1992).

Para que las especies aseguren su permanencia y continuidad de sus poblaciones en el tiempo y espacio, requieren de los procesos reproductivos (Bailey, 2006), cuya finalidad es el origen y desarrollo de nuevos individuos que reemplazan a los que mueren. Este proceso de reproducción se presenta ya sea de manera sexual y/o asexual, y según como se origine la progenie se definirá las características entre ambos procesos reproductivos (Fosket, 1994). Cabe señalar que ambos procesos debido a que no son excluyentes, son capaces de actuar simultáneamente en un mismo individuo (Eguiarte et al., 1992).

La reproducción sexual de manera general, involucra la formación de gametos (gametogénesis), seguida por la recombinación de las células sexuales (singamia) (Holsinger, 2000), que conlleva a la segregación y recombinación de los caracteres parentales (Richards, 1997). La progenie se caracteriza por ser diploide (2n), presentando la información genética de ambos padres (Holsinger, 2000). Este tipo de reproducción en plantas, presenta ventajas reproductivas como: progenies genéticamente diferentes a los padres, aumento en la variación genética y la posibilidad de sobrevivir en un ambiente temporal y espacialmente heterogéneos. Sin embargo, también conlleva un mayor gasto energético en la producción de recursos y estructuras (e.g. pétalos, pigmentos, néctar, aromas, etc.) que no se traducen de manera directa en descendientes, siendo una desventaja reproductiva (Richards, 1997).

La reproducción asexual en plantas con flores (e.g. apomixis, automixis) presentan una gran diversidad (e.g. estolones, bulbos, propágulos, etc.) que no se excluyen de otros tipos de reproducción. La apomixis es la producción de semillas de genotipo idéntico al de la planta madre (producción de semillas sin meiosis), mientras que la automixis, es similar

9 Capítulo 1 a la apomixis, pero involucra una pseudofecundación del cigoto con otra célula haploide de la misma planta madre (Eguiarte et al. , 1992). Por otra parte, la reproducción asexual de acuerdo a Richards (1997), presenta dos modalidades: propagación vegetativa o clona! y agamospermia. La primera se caracteriza por la formación de nuevos individuos (rametos) , los cuales tienen el mismo genotipo (clones) que en su conjunto conforman un genet. Los rametos se forman a partir de un meristemo (e.g. estolones, bulbos, etc.) o fragmento (esqueje) del progenitor. Esta modalidad de reproducción presenta ciertas ventajas como por ejemplo, un costo relativamente bajo por hijo (Eguiarte et al., 1992). Sin embargo también presenta ciertas desventajas como: la reducción de la diversidad genética y competencia por la disponibilidad de recursos (Richards, 1997).

En cuanto a la agamospermia, se define como la producción de semillas fértiles sin intervención de gametos (Richards, 1997). Esta se ha encontrado en cerca de 35 familias y 400 spp (Koltunow et al., 1995), pero la mayoría de los taxa que la presentan (75%) están en tres familias: Compositae, Graminae y Rosaceae (Richards, 1986). En Bromeliaceae solo se han reportado en algunas especies de cuatro géneros: Til/andsia (Lem.) Baker; Escobedo-Sarti, 2007), Pitcairnia L'Hér.; Wendt et al., 2001, 2002) , Dyckia Schult. f.; Rogalski et al., 2009) y Aechmea Ruiz y Pav.; Scrok y Varassin , 2011).

La agamospermia se puede presentar en tres formas: 1. Cuando el embrión adventicio se desarrolla de manera directa de una célula esporofítica, pero fuera del saco embrionario; 2. Cuando la célula madre de la megaspora pasa por desapercibido o interrumpe la meiosis, dividiéndose para dar origen a un saco embrionario sin reducción cromosómica (diplosporia) y 3. Cuando el saco embrionario sin reducción cromosómica surge de una célula esporofítica que se diferencia a partir de la nucela (aposporia) (Spielman et al., 2003). La agamospermia también puede estar en plantas bajo ciertos estímulos propiciados por condiciones ambientales, genéticas o químicas (Spielman et al., 2003; van Dijk, 2003). Algunos estudios como el de Richards (1997) reportan semillas de origen sexual y asexual en un mismo fruto, aunque en algunas especies con aposporia o embrión adventicio requieren de la polinización para desarrollarse. Algunas ventajas presentes en la agamospermia son : reproducción asegurada en ausencia de polinizadores (considerando que puede ser inducida por condiciones ambientales) o en condiciones ambientales desfavorables (Eguiarte et al., 1992).

10 Capítulo 1

1.2.2. Polinización

Es el proceso por el cual los granos de polen son transportados de un órgano sexual masculino a uno femenino (Kearns e lnouye 1993), conduciendo con ello la fecundación de los óvulos (Carranza-Quiceno y Estévez-Varón, 2008) para el posterior desarrollo del fruto. Sin embargo, sabemos que la polinización es simplemente una condición necesaria pero no suficiente para que se lleve a cavo la fertilización.

En las plantas con flores la polinización se realiza a través de dos agentes: bióticos y abióticos, participando en la mayoría de las especies más de un vector (Barrett, 2002; Vieira y Carvalho-Okano, 1996; Faegri y van der Pijl, 1971 ). La primera se caracteriza por la intervención de diferentes vectores (e.g. insectos, aves y murciélagos). Este tipo de polinización se fundamenta debido al mutuo beneficio, dado que mientras los vectores obtienen su recompensa (e.g. polen y néctar) las plantas dispersan el polen . En la segunda o polinización abiótica se consideran tres agentes: la gravedad, el viento (anemofilia) y las gotas o corrientes de agua (hidrofilia) (Gottsberger, 1993).

Autores como Regal (1982) y Raven (1977) argumentan que la polinización biótica pudo haber sido el responsable del éxito de las angiospermas. Otros autores indican que cerca del 90% de este grupo de plantas son polinizadas por animales (Kearns et al. , 1998), siendo la polinización biótica un factor clave en la evolución y diversificación de las ang iospermas, debido a la estrecha relación que estos presentan con estas plantas (Parra-Tabla y Bullock, 1998). Por otro lado, en la polinización biótica, las flores presentan ciertas características morfológicas y funcionales (e.g. época de floración , hora de antesis y longevidad floral, color, forma y diámetro de la corola, así como presencia de néctar, aceites, etc.) las cuales por parte de los polinizadores provocan cambios en la frecuencia de visitas recibidas, el tiempo y efectividad de las visitas, el patrón de forrajeo y la cantidad de remoción de polen (Faegri y van der Pijl, 1979). Autores como Fenster et al. (2004) y Johnson y Steiner (2000) sugieren que el espectro de los polinizadores puede ser una medida de la especialización si se consideran grupos funcionales, es decir, grupos de especies que se comportan de manera similar dentro de la flor (e.g. esfíngidos nocturnos, murciélagos, abejas pequeñas recolectoras de polen, etc.).

11 Capítulo 1

En los estudios sobre la polinización , comúnmente se ha interpretado la existencia de asociaciones significativas entre características florales y ciertos tipos de polinizadores, fenómeno conocido como síndrome de polinización (término definido como el conjunto de caracteres florales que atraen a un tipo específico de polinizadores; Wester y Claben­ Bockhoff, 2006), por lo que se asume que esta asociación es un sistema altamente especializado (Fenster et al. , 2004). En las plantas con flores en general, se han establecido diferentes síndromes de polinización con base a diferentes características florales (e.g. recompensas, colores, etc.) que este grupo de plantas ofrecen a sus polinizadores (Wester y Claben-Bockhoff, 2006) ..

Dentro de los representantes de Bromeliaceae, estos presentan un extenso rango de polinizadores a lo largo de su distribución geográfica, incluyendo murciélagos (qu iropterofilia), aves (ornitofilia), insectos (entomofilia) e incluso existen taxa que no dependen de algún polinizador (autógamas) (Schmid et al. , 2011 ; Wendt et al., 2008; Kromer et al., 2006). La mayoría de los trabajos sobre polinización de bromelias señalan a los colibríes como los principales polinizadores (Carranza-Quiceno y Estévez-Varón, 2008) , aunque otros autores indican que pequeños vertebrados como los colibríes y murciélagos son los principales polinizadores de estas (Lenzi et al. , 2006; Araujo et al. , 2004). Por ejemplo, este último autor y colaboradores señalan que en los bosques lluviosos de la Mata Atlántica de Brasil, probablemente alrededor del 85% de las especies de bromelias son polinizadas por colibríes; por otra parte, estudios de Ramírez-Morillo et al. (2008) sugieren polinización probablemente por colibríes en seis especies mexicanas de Tillandsia . En cuanto a los insectos en las bromelias, son considerados polinizadores menos comunes, y cuando esto ocurre, posiblemente sea realizada por abejas y/o mariposas (Benzing , 2000). Cabe señalar que las bromelias polinizadas por mariposas tienen características semejantes a las polinizadas por las abejas (Rios et al., 2010).

1.2.3. Recompensas florales

La dinámica de los diferentes vectores como los polinizadores se encuentra ampliamente asociado con los síndromes florales (Menzel y Shmida, 1993; Menzel y Backhaus, 1989). Esta dinámica se encuentra muy relacionada con atrayentes (e.g. formas, tamaños, aromas, colores, etc.) y/o recompensas (néctar, aceites, polen), cuya principal razón por la que estos polinizadores visitan las flores es por la búsqueda de alimento, de tal forma

12 Capítulo 1

que tanto la cantidad como la disponibilidad de alimento, influyen en el comportamiento del polinizador (Harder y Thomson, 1989; Faegri y van der Pijl, 1979).

Las atracciones de los visitantes florales pueden ser primarias y secundarias, entre las primarias destacan: la protección , apariencia, oportunidad de ovopositar y pseudocopular en la flor. Sin embargo, los más importantes son el polen y el néctar, los cuales satisfacen las demandas alimenticias de estos organismos; mientras que entre los atrayentes secundarios se incluyen: el color, forma, textura, temperatura, etc., actuando ya sea de manera directa o indirecta sobre los aparatos sensitivos de los visitantes (Faegri y van der Pijl, 1979). Por otra parte, algunos autores como Menzel y Shmida (1993) y Menzel y Backhaus (1989) señalan que los colores y las fragancias juegan un papel muy importante en la atracción de los animales (e.g. los himenópteros presentan sistemas similares de visión a color (UV, azul y verde).

Por otro lado, Faegri y van der Pijl (1979) señalan que el polen posiblemente es el atrayente más selectivo, debido a que bioquímicamente presenta una alta fuente de energía y un amplio espectro de compuestos orgánicos e inorgánicos, incluyendo ácidos orgánicos, lípidos, esteroles, enzimas, hormonas, etc., mientras que el néctar, solamente está compuesto de agua (Richard , 1997}, azúcares y una selección de aminoácidos libres (Faegri y van der Pijl, 1979), estos azúcares son la sacarosa, glucosa y fructosa (Richard, 1997). Sin embargo, Hornung-Leoni et al. (2007) reportan en el néctar de Puya raimondií Harms otros compuestos como manosa, xilosa y compuestos derivados de xilosa.

El néctar es el más importante recurso energético de los visitantes florales (Kromer et al., 2008) y además, una fuente importante en su alimentación, influyendo en cierta forma en el comportamiento durante el proceso de polinización (Perret, 2001 ). Este comportamiento está influenciado por la disponibilidad (Roubik, 1989) y características (e.g. cantidad y calidad) del néctar, predominantemente determinados por adaptaciones putativas de los azúcares a las preferencias alimenticias de los polinizadores (Kromer et al., 2008; Galliot et al. , 2006). Esta influencia se ha reportado en varios grupos de polinizadores, por ejemplo, para los colibríes, mariposas y abejas de lengua larga, prefieren néctares ricos en sacarosa, los murciélagos prefieren néctares ricos en hexosa y las abejas de lengua corta y moscas prefieren néctares ricos en hexosa. Otro ejemplo, pero en concentraciones de azúcar en el néctar, indica que plantas polinizadas por abejas y mariposas producen

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néctares más concentrados, en comparación con plantas visitadas por murciélagos y aves (e.g. colibríes) , las cuales producen néctares más diluidos y menos concentrados (Kromer et a/., 2008; Nicolson, 2007).

Para tener una idea de lo que se refiere a las bajas y altas concentraciones de azúcares en el néctar (en oBrix), se describen a continuación algunos reportes de concentraciones óptimas para ciertos visitantes florales: Por ejemplo, para Apis me/Jifera la concentración es de 60% (Roubik y Buchmann, 1984); para abejas solitarias de 16-50% (Baker, 1975), para Camponotus sp . 40% (Kim et al., 2011) y para colibríes entre el 13-30% (Baker, 1975). Otros reportes indican para mariposas 30 .7% , murciélagos 11 .5% y colibríes 23% (Kromer et al., 2008). Sin embargo, cabe señalar que estas concentraciones no limitan el hecho de que un visitante floral pueda consumir un néctar cuya concentración no se encuentre en el rango óptimo (Nicolson , 2007).

1.2.4. Sistemas de cruzamiento

Entre las plantas con flores hermafroditas, la polinización, en conjunto con el grado de autocompatibilidad, determinan el (los) tipos de sistemas de cruzamientos, los cuales con base a la función de estos sistemas, pueden agruparse en dos: autogamia y xenogamia, la primera son aquellas plantas que tienen la capacidad de autofertilizarse, mientras que la segunda, aquellas que se polinizan con flores de otras plantas pero de la misma especie (Lemus y Ramírez, 2005; Badano y Schlumpberger, 2001 ).

La autogamia es la fecundación de polen y óvulos provenientes de una misma flor, o cuando la fecundación se da entre polen y óvulos de diferentes flores pero provenientes del mismo individuo genético (geitonogamia). La autogamia en muchas plantas es favorecida por sus estructuras morfológicas y secuencias de abertura en la flor, ya que la autopolinización a nivel floral puede ocurrir sin la intervención de algún agente externo, siendo promovida por situaciones azarosas, aunque en muchas ocasiones sí requ iere de un agente externo (Granados y López, 2001 ). En algunos casos como en flores cleistógamas, la autogamia llega a ser un mecanismo obligado, debido a que estas flores nunca abren y solo se autopolinizan en la yema floral (Richards, 1986).

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Algunas ventajas de la autogamia incluyen: reproducción exitosa y un reducido gasto de inversión de energía en la función masculina, principalmente cuando hay bajas probabilidades de polinización cruzada, ya sea por la carencia de polinizadores o por las pocas densidades de las mismas plantas; ventajas selectivas al transmitir ambos juegos de genes a la progenie y genotipos bien adaptados. Sin embargo también presenta ciertas desventajas: aumento en la probabilidad de que los alelos reduzcan heterocigocidad e incrementen homocigocidad en los individuos; disminución de la variabilidad genética e incremento de la depresión por consanguinidad (Granados y López, 2001 ).

Muchas plantas con flores que se autofecundan, presentan mecanismos (como la autoincompatibilidad, monoecia, dioecia, etc.) que promueven la polinización cruzada, debido a la presencia de una mayor variabilidad genética y el origen de nuevas combinaciones alélicas por generación (Aegisdóttir et al., 2007; Ramírez, 2005). La dicogamia es la separación de las funciones femeninas y masculinas en el tiempo, o en el espacio (hercogamia). La primera puede tener especies protándricas y protogínicas, siendo las protándricas las que ofrecen primero el polen y las protogínicas las que ofrecen primero el estigma, sin embargo a pesar de que estas últimas dos categorías promueven la polinización cruzada, no evitan en muchos casos la autopolinización, debido al solapamiento que estos presentan, provocando una parcial dicogamia. Algunas plantas producen individuos que sólo contienen flores de un sexo (especies dioicas), mientras que otras producen individuos con flores de ambos sexos (especies monoicas) (Ramírez, 2005; Eguiarte et al., 1992).

Algunos modelos teóricos y empíricos sugieren que la polinización cruzada es evolutivamente ventajosa debido a las presiones selectivas que favorecen la variabilidad genética (Barrett, 2003), mientras que linajes endogámicos pierden diversidad genética y aumentan el riesgo de extinción (Porcher y Lande, 2005).

En las bromelias, la mayoría de sus representantes son hermafroditas, promoviendo de esta forma la autofecundación siendo este el más predominante, pero también hay una mezcla entre autopolinización y polinización cruzada, debido a que hay especies autocompatibles y autoincompatibles (Zanella et al., 2012; Matallana et al., 201 O). Sin embargo, otros autores como Benzing (2000) sugieren que las bromelias son consideradas predominantemente xenógamas.

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En muchas bromelias se presentan diversos sistemas reproductivos como la xenogamia obligada por ser dioicas (e .g. Hechtia schottii Baker. ; Ramírez-Morillo et al. , 2008), autogamia facultativa, xenogamia facultativa y agamospermia (e.g. Tillandsia prodigiosa (Lem.) Baker.; Escobedo-Sarti, 2007)) y especies xenógamas y autógamas (e.g. Tillandsia dasyliriifolia; Ramírez-Morillo et al., 2004b). Cabe mencionar que un gran número de estas plantas también tienen la capacidad de reproducirse asexual mente (Vi llegas, 2001 ).

1.2.5 Sistemas de compatibilidad

Plantas con flores hermafroditas facilitan la autopolinización, pero no garantiza la fecundación , esto debido a la dependencia de autocompatibilidad. Cuando esto ocurre con satisfacción , las plantas muestran una menor adecuación (llamada en la progenie consanguínea "depresión por endogamia"; Eguiarte et al., 1992), siendo este último un fenómeno generalizado en plantas (Eguiarte y Piñero, 1990). Sin embargo, un gran número de especies han desarrollado un mecanismo genético-bioquímico de reconocimiento de polen conocido como autoincompatibilidad (SI ; definida como la incapacidad de una planta hermafrodita fértil de producir cigotos después de la autopolinización; de Nettancourt, 2001) la cual en gran medida reduce o previene la autofecundación (lgic et al., 2008; Schoen y Busch , 2008; Charlesworth, 2006) y promueve la polinización cruzada (Canela y Sazima, 2003) manteniendo así la diversidad genética dentro de una especie (de Nettancourt, 2001) .

Existen diferentes mecanismos que promueven la SI , por ejemplo: a nivel alélico, en algunos sistemas el polen germina sobre el estigma aunque el crecimiento del tubo polínico es detenido antes de llegar al ovario, mientras que a nivel superficie del estigma, el crecimiento del tubo polínico no prospera (Vervaeke et al., 2001 ). La SI puede ser gametofítica, determinada directamente por el genotipo de los gametos, o esporofítica, determinada por el genotipo de los padres. La más común es la esporofítica, la cual se ha estimado que está presente en cerca de la mitad de los angiospermas (Richards, 1986). La SI también pueden ser homomórficos (cuando no hay diferencias morfológicas entre individuos incompatibles) o heteromóficos (como la heterostilia, sí hay diferencias morfológicas entre individuos de una misma población). Esta gran diversidad de mecanismos de SI, al parecer ha sido favorecida por la selección natural para evitar la endogamia y sus efectos adversos (Richards, 1997; Charlesworth y Charlesworth, 1987).

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La respuesta de la SI está determinada por mecanismos de auto y no auto reconocimiento entre el polen y el pistilo, seguido por la inhibición selectiva del desarrollo del tubo polínico. Estudios genéticos clásicos, proponen que estos mecanismos de auto y no auto reconocimiento en muchas especies, es controlado por un solo locus "S-Iocus" y que la inhibición del polen se produce cuando la misma especificidad "S-alelo" se expresa tanto en el polen y pistilo (Takayama e lsogai, 2005) ya sea en la misma flor o en flores diferentes pero del mismo individuo.

Por otro lado, las especies pueden producir una progenie por autofecundación o por fecundación cruzada cuando estas se encuentran ausentes de todo tipo de de sistema de autoincompatibilidad. Este sistema reproductivo mixto probablemente es el más común entre las plantas con flores (Goodwillie et a/., 2005), a pesar de que este en teoría mayormente ha sido considerado un sistema evolutivamente inestable (Lande y Schemske, 1985). Sin embargo, una población con fecundación mixta puede mantener ciertas ventajas de una mayor diversidad genética (producto de xenogamia) o asegurar la permanencia de su genotipo en la comunidad vía autogamia, todo ello a pesar de los retos que imponen los ambientes heterogéneos o condiciones ambientales desfavorables (Abarca-Garcfa y López-Villalobos, 2007; Aegisdóttir et a/. , 2007).

En Bromeliaceae, la autocompatibilidad ha sido encontrada en muchas especies y varios géneros (Paggi et a/., 2007; Lenzi et a/., 2006), en la cual, muchas de estas especies autocompatibles, necesitan de los servicios de los polinizadores para polinizarse, mientras que otras, presentan ciertos mecanismos florales (e.g. hercogamia y dicogamia) que evitar o prevenir la autopolinización (Canela y Sazima, 2003; Benzing, 2000). Por otro lado, la autoincompatibilidad también ha sido reportada en otra bromelias como un mecanismo común (Matallana et a/., 201 O; Lenzi et a/., 2006; Martinelli, 1997). Un ejemplo de estos mecanismos se encuentra en el trabajo de Matallana y colaboradores (201 0), quienes diferenciaron especies autocompatibles (SC) y autoincompatibles (SI) en 40 especies de 11 géneros y dos subfamilias, con base a información de literatura y pruebas experimentales, en sus resultados encontraron que la mayoría de las especies (75%) de ambos medios fueron SC, especies de Tillandsioideae fueron mayormente SC, mientras que en Bromelioideae mostró una gran variación en los sistemas reproductivos.

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1.2.6. Bromeliaceae y el género Aechmea Ruiz y Pav.

Bromeliaceae está conformada por plantas herbáceas con diferentes formas de vida: terrestres, rupícolas y epífitas. Se caracterizan por presentar una morfología generalmente arrosetada con un tallo corto e inconspicuo; brácteas e inflorescencias con colores muy llamativos, emergentes mayormente del centro de la roseta y rara vez de las axilas foliares, flores con el perianto diferenciado en tres pétalos y tres sépalos, seis estambres y un pistilo, ovario súpero ola ínfero (e .g. Brocchinioideae Givnish, Puyoideae Givnish y Pitcairnioideae), súpero (e .g. Hechtioideae Givnish, Tillandsioideae) e ínfero (e.g. Bromelioideae), tricarpelado, trilobulado, frutos una cápsula o una baya, solitarios y/o pocas veces en grupos, semillas pequeñas, aladas o plumosas (Espejo-Serna, et al., 201 O; Smith y Till , 1998 ).

Bromeliaceae está ubicada taxonómicamente en el ciado de las Monocotiledóneas Commelinioides dentro del orden Poales (APG 111 , 2009) y cuenta con más de 3,352 especies distribuidas en 58 géneros (Luther, 2012), constituyendo unos de los ciados morfológicamente más distintivos, ecológicamente más diversos y con una riqueza de plantas con flores nativas del Nuevo Mundo (Givnish et al., 2011 ). Presentan una distribución desde el sur de los Estados Unidos en el estado de Virginia, hasta el sudeste de Sudamérica al sur de Argentina (Smith y Till , 1 998), con excepción de Pitcairnia feliciana (A. Chev.) Harms y Mildbr., el cual se encuentra al oeste de África (Porembski y Barthlott, 1 999). Entre los géneros con mayor número de especies dentro de la familias destacan: Tillandsia (622 spp.), Vriesea Lindl. (281) y Puya Malina (218), así como Pitcairnia (342 spp.) y Aechmea (276 spp.) (Luther, 2012).

Ecológicamente, las bromelias desempeñan una importante función , ya que constituyen el alimento y hábitat de muchos gremios de animales. Por ejemplo, el néctar y frutos como fuentes de alimento, así como la presencia de una estructura tipo "tanque", constituida por el solapamiento de la base de las hojas, formando un microhábitat conocido como fitotelmata que actúa como almacenamiento de agua y refugio de varios organismos (e.g., anfibios, aves e insectos) (Fieming y Muchhala, 2008).

Económicamente, muchos taxones son valiosos debido a que proporcionan ingresos alternativos para muchas comunidades en diversos fines: como alimento (Ananas

18 Capítulo 1 comosus (L. ) Merr. , y Aechmea magdalenae (André) André ex Baker; Chwee y Ahmad, 2008); como fuentes de fibra (A. magdalenae y Neoglaziovia variegata (Arruda) Mez; Hill, 1965; Edoard, 2003)), como forraje (Bromelia karatas L.) y combustible (Tillandsia deppeana Steud .; Pulido et al., 2004), medicina (T. usneoides; Miranda et al. , 2007) ornamental (e.g. algunas especies de Neoregelia L.B . Sm., Aechmea, Tillandsia, Vriesea y Guzmania Ruiz y Pav.).

Bromelioideae (Bromeliaceae), se caracteriza por presentar comúnmente hojas dentadas cubiertas por escamas de tricomas multicelulares, raíces que funcionan como discos de fijación, frutos dehiscentes (Givnish et al. , 2007), semillas gelatinosas (Sajo et al., 2004) y maduras sin apéndices (Smith, 1988), ovario ínfero (Espejo-Serna et al., 2005), etc. Especies de Bromelioideae se distribuyen en todo el neotrópico y se encuentran en todos los tipos de biomas tropicales, desde dunas arenosas hasta bosques húmedos de montaña (Sass y Specht, 201 O). Dentro de esta subfamilia se encuentra Aechmea, este género se distribuye desde México (Nayarit, Tamaulipas) y las Antillas, hasta Argentina y Uruguay (Ramírez-Morillo et al., 2004a). Actualmente cuenta con ca. de 276 spp. (Luther, 2012), de los cuales ocho habitan en México (Espejo-Serna et al. , 2004) y tres en la Península de Yucatán (Ramírez-Morillo et al., 2004a), incluyendo A. bracteata.

Aechmea está conformada por plantas herbáceas arrosetadas; flores hermafroditas y son mayormente epífitas y/u ocasionalmente terrestres o rupícolas; tienen tallos cortos, inconspicuos y erectos; hojas polísticas, verdes o concoloras, vainas oblongas a elípticas u ovadas, formando un tanque, márgenes espinosos; pedúnculo bien desarrollado con inflorescencias vistosas, terminales o laterales, erectas, simples o compuestas, digitadas o pinnadas, racemosas, paniculadas, capituliformes o tirsoides; presenta flores polísticas o dísticas, perfectas (funcionalmente unisexuales en A. mariae-reginae H. Wendl.), actinomorfas, sésiles o pediceladas; sépalos libres o connados basales, mayormente asimétricos; pétalos libres, simétricos, con colores muy diversos; estambres más cortos que los pétalos y filamentos libres o adnados a la corola (verticilo externo), anteras dorsifijas; ovario ínfero, estilo generalmente más largo que los estambres; frutos tipo baya indehiscente, semillas sin apéndices (de Faria et al., 2004; Ramírez-Morillo et al., 2004a).

19 Capítulo 1

1.2.7. Aechmea bracteata

Esta especie es conocida con varios nombres comunes (e.g. "Gallito" (español)), "neh ku ' uk" (maya), Aqske "Totonaco", cardón , piña; pita; tecoloame "mexicano", etc. Se distribuye desde el Este de México hasta el Norte de Colombia y el noroeste de Venezuela; en México se le puede encontrar distribuida en (Campeche, Chiapas, Colima , Guerrero, Jalisco, Michoacán, Nayarit, Oaxaca, Puebla, Querétaro, Quintana Roo, San Luis Potosí, Sinaloa, Tabasco, Veracruz y Yucatán ; (Espejo-Serna et al., 2005).

Aechmea bracteata es una planta herbácea arrosetada y epífita, aunque pocas veces se le encuentra creciendo en el suelo o en la base de los árboles. Presentan tallos cortos, inconspicuos, formando rizomas cortos. Sus hojas son largas y numerosas, laminas con márgenes espinosos, verdes y rara vez con tonos rojizos cuando está expuesto a la luz del sol; la base de las hojas forman un tanque elipsoide o subcilíndrico; Inflorescencias terminales paniculadas, 2-3 pinnadas, pedúnculo cilíndrico, erectas o ligeramente curvadas o arqueadas por el peso de las flores y eventualmente de los frutos, compuestas o raramente simples con brácteas rojas en la base. Sus flores son pequeñas y tubulares, con sépalos verdes y pétalos en espiral amarillos. Frutos elipsoides, verdes cuando no maduros con ápice rojo , ya maduros tornan de morados muy oscuros a negros. Semillas lisas, rojizas a pardas, largamente ovoides, curvadas, ruguladas (Figura 1.1; Espejo­ Serna et al., 2005; Ramírez-Morillo et al., 2004a).

Cabe señalar que esta especie presenta ciertos problemas taxonómicos, debido a que en México se conocen dos variedades: bracteata y pacífica Beutelsp. La primera ha sido considerada para poblaciones creciendo de la vertiente del Gofo de México, mientras que la segunda se les considera a aquellas poblaciones creciendo en la vertiente del Océano Pacífica (Espejo-Serna et al., 2005; Ramírez-Morillo, et al., 2004a). Algunas diferencias entre estas dos variedades son: el tamaño menor de la planta y las brácteas primarias de la variedad pacífica. Sin embargo, varios estudios de ambas poblaciones en México, no aceptan tal reconocimiento para ambas variedades (Ramírez-Morillo, et al., 2004a).

Aechmea bracteata es la especies de más amplia distribución en México dentro del género y se le encuentra creciendo en diversos tipos de vegetación (Espejo-Serna et al. , 2005). En la península de Yucatán , México, esta especie se encuentra ampliamente

20 Capítulo 1

distribuida, se le encuentra creciendo en grandes poblaciones en una amplia variedad de ecosistemas, así mismo, están asociados a cuerpos de agua (cenotes y ríos) formando poblaciones de pocos individuos (Ramírez-Morillo, et al., 2004a). Aunque es más frecuente encontrarlos creciendo en selva baja inundable que en montículos o selvas semi-perennes (Dejean y Olmsted, 1997). La presencia de rizomas permite la formación de grupos de rametos que comprenden diferentes niveles de desarrollo de brotes jóvenes a flores y estas se diferencian de los rametos secos muertos.

En los sitios de estudio, ubicados al noroeste (NO) del estado de Yucatán, México, dominado principalmente por selva baja caducifolia con cactáceas columnares (SBCCC) y una vegetación asociada con selvas inundables (e .g. Tintales) (Oimsted et al., 1999; Rzedowski, 1978), se observaron grandes poblaciones de A. bracteata con individuos agrupados y con formación de rametos de diferentes etapas de crecimiento en la base de los individuos. Así mismo, se observaron pequeños parches de grupos de individuos pero en menor número. La mayoría de los individuos de A. bracteata se encontraban en floración y fructificación (con una sincronía respecto a su floración dentro y entre individuos), mientras que otros individuos presentaban diferentes etapas de desarrollo (e.g. pedúnculo y brotes). Cabe señalar, que las flores fueron visitadas por diversos vectores. Por otro lado, Según observaciones en campo, A. bracteata es una especie que presenta una alta tasa de formación de frutos con semillas, sin embargo, no se sabe por qué medio esta planta produce frutos, siendo éste el principal motivo que dio inició al desarrollo del presente estudio.

Con base a lo anterior, estas poblaciones de A. bracteata ofrecen una gran oportunidad para poder estudiar diferentes aspectos reproductivos de esta bromelia, desde su fenología, morfología, biología y sistemas de cruzamiento, así como de otros aspectos como la producción total de néctar (volumen y concentración total de azúcares) y otros aspectos relacionados.

21 Capítulo 1

Figura 1.1. Aechmea bracteata (Sw.) Griseb. A: Hábito ; 8: Flores en antesis y senescencia; C: Infrutescencia con frutos no maduros (verdes) y maduros (negros) ; D: Semillas. ©Manuel-Pool, 2015.

1.3. HIPOTESIS

1. Debido a que los individuos de Aechmea bracteata en Yucatán , México, presentan una alta tasa de producción de frutos, proponemos que la especie es autógama.

2. Debido a que los individuos de Aechmea bracteata en Yucatán, México, presentan características florales que sugieren ornitofilia, se espera que la concentración total de azúcares en el néctar sea ca . 25% (0 8rix), la cual corresponde a concentraciones de néctares propios de colibríes.

22 Capítulo 1

1.4. OBJETIVOS

1.4.1. Objetivo general

Evaluar aspectos reproductivos de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., desde la fenología, morfología y biología floral, hasta los diferentes sistemas de cruzamiento.

1.4.2. Objetivos específicos

Los siguientes objetivos se proponen en el estudio de distintos individuos de A. bracteata.

1. Evaluar la fenología floral en poblaciones diferentes de la Península de Yucatán.

2. Describir la morfología floral.

3. Registrar los diferentes aspectos de la biología floral.

4. Evaluar la producción total de néctar (volumen y concentración total de azúcares).

5. Determinar los diferentes sistemas reproductivos.

6. Estimar los niveles de compatibilidad y el sistema reproductivo, con base en la producción de frutos, semillas y su viabilidad.

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32 Capítulo 11

CAPÍTULO 11

ATRIBUTOS FLORALES DE AECHMEA BRACTEATA (SW.) GRISES. (BROMELIOIDEAE: BROMELIACEAE).

2.1. INTRODUCCIÓN

Las flores representan las unidades de reproducción de las angiospermas, cada parte floral está diseñada para llevar a cabo una función específica durante el ciclo sexual. Por ello, los caracteres morfológicos y fenotípicos florales, son factores determinantes que proveen las guías para identificar las diferentes estrategias reproductivas de las plantas (Barret, 2003; Dafni, 1992) y responden a fuerzas selectivas como la regulación de flujo de polen, comportamiento de forrajeo de los polinizadores, hábitat y recursos disponibles (Bawa, 1983). Por otra parte, los atributos florales son considerados a todos aquellos caracteres morfológicos de las flores, incluyendo a los caracteres de la misma planta (e.g. hojas, ramas florales, inflorescencia, etc.), los cuales se encuentran relacionados a la polinización, incluyendo otros fenómenos como la biología, fenología floral, entre otros.

Por otro lado, debido a la importancia de las flores en el proceso reproductivo, es común encontrar en la literatura, aspectos sobre la variación de los atributos florales como resultado de la adaptación de las plantas a sus polinizadores (Ramírez et al., 201 O; Sakai et al., 1999). Así, la variación morfológica de las flores puede ser interpretadas como resultado de las presiones selectivas que los polinizadores ejercen sobre los atributos florales (Herrera, 1988). Otros factores como las condiciones ambientales, patrones biogeográficas, limitaciones intrínsecas del desarrollo de las plantas, etc. , también influyen sobre los patrones recíprocos fenotípicos de las dimensiones florales (Eguiarte et al. , 2007; Eynard y Galetto, 1999). Cabe señalar que los estudios sobre la variación morfológica de los atributos florales han sido principalmente bajo un enfoque geográfico, comparando poblaciones sujetas a condiciones bióticas y abióticas heterogéneas y distribuidas a lo largo de gradientes ambientales (Galetto y Calviño, 2002; Herrera, 1990a). Por otro lado, un caso menos estudiado ha sido sobre la variación intraespecífica de los atributos florales morfométricos y su relación con el éxito reproductivo, por ejemplo, el comportamiento de forrajeo de los visitantes florales, la producción de semillas, entre

33 Capítulo 11 otros (Herrera, 1990b). Por lo tanto, estudiar la variación morfológica de los atributos florales, así como la fenología floral , es de suma importancia para poder entender aspectos como las interacciones planta-polinizador (Eynard y Galetto, 1999), así como la dinámica de los recursos poblacionales, comunidades o ecosistemas (Bullock y Solis­ Magallanes, 1990).

Las interacciones entre flores-polinizadores son consideradas primordiales para entender las interacciones planta-polinizador (Murcia, 2002). Así mismo, estas últimas también se ven reflejadas en los recursos alimenticios, donde las angiospermas polinizadas por animales, ofrecen principalmente néctar como recompensa, promoviendo así la visita de polinizadores y consecuente flujo de polen entre individuos de la misma especie (Mitchell, 1993). Por otro lado, debido a las variaciones morfológicas y de comportamiento de forrajeo , los polinizadores se diferencian en la eficiencia de remoción y deposición de polen en las flores de diferentes especies (Miyake y Yahara, 1999; Goodell y Thomson, 1997). De este modo, la estructura genética de las poblaciones vegetales puede ser influenciada por la eficiencia de los polinizadores (Linhart et al., 1987).

Por otro lado, el néctar es un recurso que las plantas ofrecen a los polinizadores que participan en el flujo de polen entre individuos (Mitchell, 1993). Sin embargo, este recurso está restringido espacial y temporalmente, por lo que puede intervenir sobre la abundancia de polinizadores y la frecuencia de visitas a las flores (Murcia, 2002). Cabe señalar que la composición química, volumen, concentración y accesibilidad del néctar, influyen tanto en número como en tipo de grupos funcionales de polinizadores atraídos, indicando que las plantas responden a las preferencias nutrimentales de sus polinizadores (Kromer et al., 2008; Galliot et al., 2006; Fenster et al., 2004) .

En este capítulo, el objetivo es evaluar diversos eventos florales de Aechmea bracteata tales como: la variación existente de atributos florales y eventos fenológicos a nivel poblacional, así como la variación existente de eventos biológicos y recompensas ( volumen y concentración de azúcares del néctar) a lo largo del día, cuya finalidad es registrar la variabilidad existente de los diversos eventos, los cuales representan una importancia potencial en la interacción con los diversos vectores que visitan las flores de esta planta.

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2.2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.2.1. Sitio de estudio

El presente estudio se llevó a cabo en dos sitios. El primero se ubica en los alrededores del Ejido Flamboyanes, sobre el Km 16.5 de la carretera Mérida-Progreso, Yucatán, aproximadamente 5 km al W por camino de terracería a un costado de una granja, entre las coordenadas 21°12'28.6" latitud N y 89°42 '51.6" latitud W (Figura 2.1), con una altitud aproximada de 2 msnm y una precipitación anual entre 500-600 mm. La vegetación del sitio se encuentra dominada por una variante de selva baja caducifolia, conocida como selva baja caducifolia con cactáceas columnares (SBCCC); un suelo somero y con roca caliza aflorada, creando diversos micronichos los cuales promueven el incremento de plantas vasculares (Oimsted et al. , 1999; Rzedowski, 1978). La SBCCC se encuentra constituida por árboles que alcanzan alturas máximas de 6-8 m de altura y dominada por plantas epífitas (e.g. orquídeas y bromelias). Cabe señalar que este tipo de vegetación se encuentra asociado con selvas inundables (e.g. Tintales) (Oimsted et al. , 1999).

El segundo sitio se encuentra en el Jardín Botánico Regional "Roger Orellana", ubicado dentro de las instalaciones del Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C. (CICY), el cual se localiza al Norte de la ciudad de Mérida, en la colonia Chuburná de Hidalgo, entre las coordenadas 21°01'42" latitud N y 89°38'17" latitud W (Figura 2.1), con una altitud aproximada de 8 msnm. Presenta un clima cálido subhúmedo con lluvias en verano y una sequía bien marcada entre diciembre y abril, precipitación media anual de 940 mm y una temperatura promedio de 26 oc. Esta zona de estudio se encuentra conformado por suelos de tipo rendzina y poco abundantes, pedregosos y con alto contenido de materia orgánica (Orellana y Escalante, 2004; Ruiz-Godoy y Orellana, 2000). Cabe señalar que este sitio forma parte del hábitat natural de la especie de estudio.

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Figura 2.1. Mapa de la ubicación de los sitios de estudio de Aechmea bracteata, ubicada en el

CICY ( ~ ) y en los alrededores del ejido Flamboyanes ( ~) . carretera Progreso-Yucatán, México. Parte del mapa tomado de imagen satelital de Google Earth Enterprise (201 0) .

Selección floral en cada individuo

Para este caso, se tomó en cuenta la disponibilidad de individuos ya sea con presencia de pedúnculo o yemas florales o en estado vegetativo próximo a su floración, esto dependiendo de la estrategia experimental a realizar. El número y la selección de individuos y flores se hicieron de manera aleatoria, es decir, se escogieron individuos al azar, uno por cada grupo de plantas, tomando en cuenta que cada individuo seleccionado, se encontrara separado de otro al menos a unos cinco metros de distancia.

2.2.2. Estrategia experimental

Colecta de individuos y trabajo de campo

La selección de las poblaciones de Aechmea bracteata se hicieron con base en la información disponible de los ejemplares de herbario depositados en el Herbario CICY,

36 Capítulo 11

así como de información disponible en literatura. La información de ambos medios fueron necesarias para poder seleccionar los lugares de distribución de la especie en estudio (e.g. Ramírez et al., 2000) y de esta forma poder llevar a cabo la colecta de individuos.

La colecta se hizo en los alrededores del Ejido Flamboyanes, debido a que en este sitio había grandes poblaciones de A. bracteata en cuanto a número de individuos se refiere. Los individuos colectados fueron al menos uno de cada grupo de plantas unidas superficialmente y aquellos grupos que estaban separados entre sí aproximadamente unos cinco metros de distancia.

Los individuos colectados se depositaron en un invernadero, el cual forma parte de las instalaciones del CICY. Este lugar se mantiene siempre cerrado, tiene laminas trasparentes en el techo que permiten la entrada de la luz solar y presenta una temperatura ambiente aproximadamente de 35-40 oc. Las plantas depositadas en el invernadero fueron colocadas en macetas de plástico y se tuvo el cuidado de mantenerles llenos sus tanques con riego de dos veces a la semana, con el propósito de mantenerlas hidratadas (Figura 2.2).

El trabajo de campo se hizo en dos temporadas: la primera fue entre los meses de enero a noviembre de 2013, en la cual se hizo un registro de la fenología durante todo el periodo de floración y fructificación. Para ello, se seleccionaron de manera aleatoria 60 individuos. Por otra parte, se registró la biología floral y se determinó los diferentes sistemas de cruzamientos. Para esto se seleccionaron de manera aleatoria 30 individuos para la biología floral y 30 individuos para los sistemas de cruzamiento.

En la segunda temporada, la cual fue de enero a octubre de 2014, se evaluaron y registraron los atributos florales, por otra parte, se cuantificó el volumen total de néctar y concentración de azúcares, así como la determinación de los diferentes sistemas de cruzamiento. Para los diferentes eventos, se seleccionaron de manera aleatoria (n=número de individuos): para los atributos florales 1O individuos, para el néctar siete individuos y para los sistemas de cruzamientos 30 individuos (considerando aquellos que ya presentaban botones florales para poder realizar los cruces). Cabe señalar que toda la estrategia experimental se encuentra resumida con detalle en la Figura 2.3.

37 Capítulo 11

Por otro lado, se realizó una colecta de tres individuos junto con sus respectivos duplicados, los cuales fueron prensados, secados y montados, de acuerdo a la metodología citada por Flores y Tun (1997). Las siguientes colectas (Manuel-Pool y Gregario-Castillo 4, 5 y 6) , se depositaron en el Herbario CICY del Centro de Investigación Científica de Yucatán, A.C., y servirán como ejemplares botánicos de referencia.

Figura 2.2. A-C : Plantas colectadas de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb. A) Individuos depositadas en macetas e introducidos dentro de un invernadero del Centro de Investigación Científica de Yucatán. 8-C: Plantas con sus tanques llenos de agua para mantenerlas hidratadas. ©Manuel­ Pool, 2015.

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Biología de la reproducción de Aechmea bracteata 1 l

Sitio de estudio 1 1 1 1 CICY Flamboyanes l 1 l

Primera temporada (Ene-Nov-2013) Segunda temporada (Ene-Oct-2014) 1 l l 1 1 1 1 l MORFO LOGÍA FLO RAL SISTEMA S DE C RUZA MIENT O S FENOLOGÍA FLORAL BIOLOGÍA FLO RAL r l l l 1 l S ISTEMAS DE C RU ZAMIENTO S 1 Mínimo de 30 flores y 9 plantas. 1 30 flores. n=1 O plantas 1 1 1 1 Seis pruebas y un control* Fenologia reproductiva 1 1 1 30 flores. 35 flores, n=7 Mínimo de 30 flores y 1 1 JI Medir y describir atributos florales 1 n=10 plantas plantas 9 plantas. Cinco - l 2 1 l l pruebas y un control* X -frutos') Polinización Natural* 1 A ANPM Autopolinización Asistida n=60 plantas 1 1 n=60 plantas 1 Examinar los siguientes 1 Laboratorio Campo Autopolinización No Asistida l l Polinización Cruzada 1 1 parámetros florales: l l Hora de antesis y Polinización Natural* Geitonogamia Construcción Determinar picos senescencia. Auto polinización Asistida " Apertura de la corola Longitud y " de Apomixis del calendario Largo y ancho de: flor pedúnculo e Polinización Cruzada Obligada de floración y Longevidad Autopolinizac. No Asistida fenológico (incluyendo ovario). inflorescencia. fructificación. Presencia de aromas, Polinización Cruzada reproductivo Pétalo, sépalo, Color de frutos, semillas #de: polen y néctar. Geitonogamia brácteas florales, 1 Colecta y cuantificación 1 floreslinflorescenc. Maduración de órganos Apomixis y brácteas florales. flores/di a estructuras reproductores(~ y <;>). ramaslinflorescenc. reproductoras-flor(~ y 1 flores/inflorescenc. \?), número de óvulos. 1 #de frutos ~ #de semillas Colecta y cuantificación 1 1 1 1 1 Estimación de Sistemas de Cruzamiento l # Meses en floración l ~1 1 # de frutos # de semllas: viables Mes de inicio y fin de ll 1 Estimación del Éxito Reproductivo Evaluar en el néctar y abortadas Índices: del Éxito Reproductivo fl oración y fructificación 1 1 ~ Relativo, Autofertilidad, M 1 Autocompatibilidad y 1 l 1 1 Autogamia - 1 Morfologi a de semillas ANOVA ~ Germinación de Volumen 1 Concentración 1 semillas. n=1 00 de azúcar semillas/ 1 1 tratamiento 1 Potencialmente 1 Abortadas (deformes) viables (vigor) 1 1

Figura 2.3. Resumen general de la estrategia experimental de Aechmea bracteata. óvalos de color azul representan los análisis 2 estadísticos: ANOVA: Análisis de Varianza; AED: Análisis Estadísticos Descriptivos; ANPM: Análisis No Paramétrico de Kruskai-Wallis; X : Prueba de Chi-cuadrada. * Prueba control: Polinización Natural.

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Aislamiento floral

El aislamiento floral (Figura 2.4), se llevó a cabo en todos los sistemas de cruzamiento manipulados, con excepción de la polinización natural y la polinización cruzada obligada, los cuales se realizaron en el Jardín Botánico Regional (CICY) . El aislamiento floral se hizo con el propósito de evadir la presencia de algún vector dentro de las flores, inclusive dentro del invernadero. Los botones florales se aislaron con mallas rectangulares de 7 x 6 cm , los cuales fueron amarrados con otras mallas de 9 x 1 cm , esto debido a la alta frecuencia de hormigas en las inflorescencias de A. bracteata dentro del invernadero. Por otro lado, para la cuantificación del volumen del néctar, los botones florales utilizados fueron aislados con mallas como las mencionadas anteriormente.

Figura 2.4. A-B: Aislamiento floral de algunos botones de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., tanto para los sistemas de cruzamientos controlados, como para la producción de volumen de néctar. ©Manuel-Pool, 2015.

2.2.3. Fenología floral

Para determinar la fenología reproductiva de Aechmea bracteata, se analizó la información fenológica de los ejemplares del Herbario CICY, así como de información disponible en literatura, lo cual permitió determinar la temporada reproductiva de las poblaciones, así como otros aspectos fenológicos.

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Como se observó en la Figura 2.3, se evaluó la fenología reproductiva de Aechmea bracteata en las dos temporadas (2013 y 2014}, abarcando todo el periodo de floración y fructificación de la primera temporada (enero-noviembre) y solamente los primeros meses de la segunda temporada. Para ello, se utilizaron 60 individuos en los cuales se hicieron las observaciones y registros. Estos últimos se hicieron cada 15 días durante el periodo de floración y una vez al mes durante el periodo de fructificación. Así mismo, se hicieron observaciones para determinar algunas de las variables como: número total de meses en estado de floración por individuo y mes del inicio y término del periodo de floración y fructificación (aplicados por Sanmartfn-Gajardo y Morellato, 2003}, esto con la finalidad de construir un calendario fenológico reproductivo de la especie en estudio.

Por otro lado, se evaluaron otras variables fenológicas reproductivos como: número de flores que abren por rama, por inflorescencia y por día, así como el mes con mayor intensidad de floración y fructificación, este último se basó en frutos maduros (pico de floración y fructificación) (aplicados por Sanmartín-Gajardo y Morellato, 2003). Para ello, se seleccionaron al azar 15 individuos con el pedúnculo floral bien desarrollado, así mismo, se llevó un registro todos los días durante todo el periodo de floración y una vez al mes durante el periodo de fructificación.

2.2.4. Morfología floral

Para este estudio, se colectaron un mínimo de 30 flores completamente abiertas (n=1 O plantas) provenientes de la base, parte media y ápice de la inflorescencia (tres flores por planta}, esto para evitar la posible variación a diferentes niveles de la inflorescencia. Las flores colectadas fueron depositadas en una solución FAA (Formol-Ácido acético-Alcohol; Ruzin , 1999) para su conservación y análisis en el laboratorio. Posteriormente, con la ayuda de una regla, un calibrador vernier digital (General® UltraTech®) y un microscopio estereoscópico de luz marca ZEISS modelo Stemi 2000-C, se midieron diferentes atributos florales disecados, los cuales se mencionan a continuación: diámetro de la apertura de la corola (cuando la flor está completamente abierta), largo y ancho de la flor (incluyendo el ovario), largo y ancho del pétalo, sépalo y bráctea floral, largo y diámetro de las estructuras reproductivas de la flor: masculino (filamento y antera) y femenino (estigma, estilo y ovario), largo y diámetro de frutos y semillas y número de estambres.

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Luego de que las flores habían sido disecadas, se hizo un corte longitudinal en la parte media del ovario de cada flor con la ayuda de un bisturí, registrando los sigu ientes atributos florales: número de lóculos presentes en el ovario según Radford et al. (1974), así como el número de óvulos por lóculo y por ovario.

Por otro lado, se hicieron algunas mediciones y observaciones en campo (n=30 plantas), considerando los siguientes atributos florales: largo y ancho del pedúnculo, longitud de la inflorescencia y número de ramas por inflorescencia. Así como el color de la corola desde la apertura floral hasta la senescencia, color de los frutos desde su formación hasta ya maduros, color de las semillas y color de las brácteas florales. Cabe señalar que la determinación de los colores, se basó solamente en observaciones directas.

2.2.5. Biología floral

Para evaluar la biología floral de Aechmea bracteata se utilizó un mínimo de 30 flores (n=1 O plantas) con individuos de la primera temporada (2013) . Para ello se hicieron observaciones cada hora durante un periodo de 22 hrs, empezando desde las 20 :00 hrs y finalizando a las 18:00 hrs del día siguiente, en la cual se determinaron los siguientes parámetros: hora de la apertura floral y de la antesis ((referida esta, como el periodo de floración cuando las flores se abren completamente y son funcionales (Arcila, 2004)) , longevidad floral , disponibilidad de polen , presencia de fragancias, presencia de néctar, cambios en la coloración de las flores y hora de maduración de las estructuras reproductivas de la flor (liberación de polen y receptividad del estigma) desde que in icia hasta que termina. Así mismo, se consideraron 15 flores en pre-antesis (n=5 plantas) para determinar si hay maduración de las partes reproductivas de la flor en estas condiciones. Cabe señalar que la pre-antesis, se refiere al periodo de floración cuando las flores están en yema o cuando éstas no están completamente abiertas (Arcila, 2004). Estos tratamientos se realizaron en laboratorio con la ayuda de un microscopio estereoscópico, empleando el método de Osborn et al. (1988), el cual consiste en depositar una gota de peróxido de hidrogeno comercial sobre los estigmas, si el estigma reacciona con una secreción de burbujas, significa que el estigma ya se encuentra receptivo .

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2.2.6. Producción total de néctar (volumen y concentración total de azúcares)

Volumen del néctar

Para conocer el volumen total de néctar (expresado en micro-litros, (!JI), se seleccionaron aleatoriamente 35 yemas florales próximas a abrir al día siguiente, distribuidas en siete individuos. Seguidamente se cubrieron las flores con una malla y una vez que estas abrieron completamente al día siguiente, se retiró la malla y se cuantificó el néctar por flor en intervalos de cuatro hrs (Dafni, 1992). Para ello, se introdujo una micropipeta de vidrio calibrada (aforado a los 5 !JI, de la marca Kimble ®; Figura 2.5-A y B) hasta alcanzar la cámara del néctar ubicada en la base del estilo, extrayendo todo el néctar por microcapilaridad. Después de cada extracción de néctar, cada flor se volvía a cubrir con la malla y se repetía el procedimiento de extracción cada cuatro horas a la misma flor hasta completar el tiempo planeado. Todo lo anterior se planeó con la finalidad de saber si las flores de Aechmea bracteata producen néctar a lo largo de toda la apertura de la corola y si el volumen de este recurso se mantiene igual, aumenta o disminuye a lo largo de la apertura floral.

Por otro lado, se midió el volumen del néctar de las muestras colectadas con la ayuda de una regla (Figura 2.5-E), esto a través de la longitud (en milímetros) del néctar ocupado en el microcapilar, y posteriormente con una regla de tres, se obtuvo el volumen del néctar por cada extracción y por último, se promediaron los volúmenes de las muestras para obtener el volumen total de néctar producido por flor y por día.

Concentración total de azúcar en el néctar

Para evaluar la concentración total de azúcar en el néctar, se utilizaron las muestras colectadas en el tratamiento anterior. Cada muestra obtenida fue expulsada con la ayuda de un aspirador (Figura 2.5-D) desde la micropipeta (Figura 2.5-B) hacia el prisma del refractómetro manual (marca ATAGO. Modelo HSR-500. Escala Brix: 00 a 90% de sacarosa; Figura 2.5-C) en el cual se observó y se tomó la lectura de la concentración total de azúcares en (% oBrix expresado como gramos de sacarosa/glucosa b fructosa en 100 g de líquido; Kearns e lnouye, 1993; Hornung-Leoni et al., 2007).

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Figura 2.5. Instrumentos utilizados para evaluar la producción total de néctar (volumen y concentración total de azúcares). A-B: Microcapilares aforados; C: Refractómetro manual con escala Brix: 00 a 90% de sacarosa; D: Aspirador; E: Regla de plástico. ©Manuel-Pool, 2015.

Para conocer la concentración de azúcar en el néctar en volúmenes muy pequeños (menores a 0.5 !JI) , se tuvo que diluir el néctar colectado en agua destilada para su fácil lectura. Para ello, con la ayuda de una regla de plástico se midió en mm la longitud del microcapilar ocupado por el néctar, obteniendo un Volúmen inicial (Vi) , posteriormente esta cantidad se complementó con agua destilada aforado a 5 !JI , obteniendo un volumen final (Vf), por último se extrajo la solución de néctar con un aspirador sobre el prisma del refractómetro, con la finalidad de conocer la lectura de la concentración de azúcar.

Una vez medida la concentración de azúcar en grados Brix CBx) de la muestra diluida y conociendo el volumen inicial (Vi) y final (Vf) , se aplicó la fórmula de disoluciones químicas, la cual indica la relación en por ciento del volumen de soluto disuelto (azúcar), respecto al volumen de la solución (néctar), ambos expresados en mililitros (Seese y Daub, 1989). La fórmula de disoluciones químicas es la siguiente:

Vf * C = % en grados Brix (0 8x) por volumen de néctar colectado

Vi

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Donde:

Vf= volumen final del capilar calibrado ocupado por el néctar más el agua destilada.

C= Concentración del néctar, obtenido tras completar el volumen del capilar con agua destilada y medido directamente en el refractómetro en grados brix (0 8x).

Vi= Volumen inicial del néctar ocupado en el microcapilar, tomado directamente de la flor.

La calibración del refractómetro se hizo con agua destilada corroborando la lectura en O% y repitiéndolo cada día antes de las lecturas del néctar. Así mismo, para probar la confiablidad de las lecturas proporcionadas, se hicieron 30 lecturas de miel pura corroborando la lectura en 80%, así como un total de 30 lecturas en diferentes concentraciones (1 0%, 20% y 30%) de soluciones de sacarosa preparadas.

2.2.7. Análisis estadísticos

Para conocer la producción total de néctar (volumen y concentración total de azúcares) por flor y por día, se hicieron cuantificaciones cada cuatro horas con los métodos señalados anteriormente, posteriormente, se promediaron los volúmenes de néctar obtenidos en cada cuantificación. Por otra parte, para conocer la variación en el volumen y concentración total de azúcares en el néctar a lo largo del día, se hicieron análisis estadísticos descriptivos: el promedio, desviación estándar, valor máximo y mínimo. Adicional a estos análisis y aprovechando los datos obtenidos en el muestreo, se hicieron análisis estadísticos para detectar si existían diferencias significativas en el volumen y concentración total de azúcares en el néctar a lo largo del día, para ello se hicieron pruebas no-paramétricas de Kruskai-Wallis (H) (Kruskal y Wallis, 1952). Esta prueba tiene el poder estadístico de 95% de un ANOVA de una via (Andrews, 1954). Posterior a ello, se hizo una prueba de separación de medianas con una probabilidad de (P<0.05) entre los tratamientos. Cabe señalar que las pruebas de Kruskai-Wallis se hicieron debido a que no todos los datos proceden de una distribución normal y además presentaron desigual varianza, estas pruebas de los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianzas sustentan la decisión de usar métodos no paramétricos de análisis para comparar los efectos de los tratamientos. Todos los análisis se realizaron con la ayuda del programa lnfoStat (versión 2013; Di Rienzo et al. , 2013).

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2.3. RESULTADOS

2.3.1. Fenología floral

Se obtuvo una base de datos de todo el periodo de floración y fructificación de Aechmea bracteata de enero a noviembre de 2013 y de enero a marzo de 2014, con base a ello se construyó el calendario fenológico reproductivo (Figura 2.6) en el cual se observa: formación del pedúnculo, yemas florales, flores abiertas y frutos . Por otra parte, la fenología reproductiva tuvo un periodo de 1O meses y medio, en el cual , el tiempo de floración tuvo una etapa continua de ca . de cinco meses (febrero hasta junio). El tiempo de fructificación tuvo un período de nueve meses y medio (finales de febrero hasta finales de noviembre).

60

Fedúnculo 50 •D Yerres D Rores abiertas Frutos e:~ 40 • ro a. ~ 30 e Q) E ·z:l 20

10

11 rn l n o ~ 1 ~ L.. L.. L.. L.. Q) Q) >. () ,... ,... .o .o ro ro .o .o ro >. e e :; o c. tí > N e e ro :l :l ..,. Cl Q) o o 'O !;2 !;2 !;2 Q) Q) .21 .21 ro ro ..,. ..,. 1/) 1 1 1 1 E E 1 1 E ro e I.C) 1 1 I.C) CX) 1 1 E I.C) o 1 1 1 o o I.C) I.C) o 1 o (V) o o o .;, o I.C) (V) o o (V) o (V) N (V) o (V) (V) "": ~ ~ (V) (V) (V) (V) 2013 2014 Figura 2.6. Calendario fenológico en el que se muestra: la presencia del pedúnculo, yemas florales, flores abiertas y frutos de Aechmea bracteata durante todo el periodo reproductivo 2013 y principios de 2014.

La formación de frutos se registró de tres a cinco días después de la antesis de la flor, mientras que el inicio de la maduración de los frutos se reg istró a los cuatro meses después de la antesis de la flor, aproximadamente a finales de abril y con un mayor número de frutos maduros durante el mes de junio.

46 Capítulo 11

El patrón de maduración de los frutos de Aechmea bracteata (Figura 2.7) , muestra un periodo aproximado de siete a ocho meses (mediados de abril a finales de noviembre). Cada infrutescencia tiene un periodo de maduración de frutos con una duración promedio en días de 182 ± 24.6, un promedio de 931.4 ± 934.9 frutos maduros por día y un promedio de 558.9 ± 287.3 frutos maduros por infrutescencia. Por otro lado, se observa un solo pico de maduración de frutos entre mayo-julio, con un total de 2664 frutos (promedio 177.6; n=15 plantas).

2700

e

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El patrón de floración de A. bracteata (Figura 2.8) , muestra un periodo de floración de aproximadamente cuatro a cuatro meses y medio (febrero-junio), en el cual, cada inflorescencia tuvo un periodo de floración con una duración promedio en días de 109.3 ± 20.6. Cada inflorescencia tuvo de 1-47 flores abiertas por día (promedio de 65.8 ± 52.2 flores abiertas; n= 15 plantas) y con 156-1284 (promedio de 583.5 ± 306.7 ; n= 15 plantas) flores abiertas por inflorescencia durante todo el periodo de floración. Cada inflorescencia tiene de 1-6 ramas secundarias y de 1-10 flores abiertas por rama y por día. Por otro lado, en la misma figura se observa un solo pico de floración entre el 31 de marzo y el 30 de abril, con un total de 2,181 flores abiertas (promedio 136.3; n=15 plantas).

47 Capítulo 11

2300

1840

"'~ o ü: 1380 Q) 'O e Q) E 920 ·z:J

460

o Q) .o .o .... >- >- e e e :; o a. > e ro ro .o .5 :J :J :J O> Q) tí o <¡l <¡l ..,. ..,. . ..., o UJ ~ ~ E "'E .,. <( (/) o z ~ ~ o ,},"' ¿, N o ~ N ~ C'l ~ N C'l ~ ;;; "' "' C'l 2013 2014 Figura 2.8. Patrón de floración en Aechmea bracteata, en el cual se aprecia el número total de flores formadas por inflorescencia y por individuo cada 15 días y la formación de un pico de floración (n= 15 plantas).

2.3.2. Morfología floral

Las flores de Aechmea bracteata son epíginas, sésiles, corola tubular, amarilla durante toda la antesis y tornando a café al final de la antesis (senescencia); el estigma está ligeramente por arriba de los estambres (parcial hercogamia); brácteas florales verdosas­ amarillentas y brácteas de la rama principal de la inflorescencia color rojo; frutos no maduros color verde a verde amarillento y al madurar tornan de morado-oscuro a negro con puntos blancos (escamas); semillas ovoides y curvadas en el ápice, rojizas a pardas.

En la Figura 2.9 se aprecian algunos de los 36 atributos florales medidos a nivel poblacional (datos globales), los cuales fueron calculados con base a valores estadísticos descriptivos como el promedio, desviación estándar, coeficiente de variación , el máximo y mínimo (Cuadro 2.1). De todos los atributos analizados, se obtuvo que el 36.1% (marcados en los cuadros verdes) presentan valores que tienen alta variabilidad dentro de cada carácter. Por ejemplo, el valor más alto le corresponde al número de flores por inflorescencia y número de frutos por infrutescencia con una variación de 58 .6 (502.8 ± 294.4), seguido por la longitud de las ramas (base de la inflorescencia) con una variación de 56 .3 (14 ± 7.9) , posteriormente el número de ramas por inflorescencia con una variación de 32.4 (52.9 ± 17.2) , entre otros atributos florales mostrados a continuación .

48 Capítulo 11

1.5mm

1 mm

L 1 mm

2mm 2mm 4mm

Figura 2.9. Atributos florales registrados de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb.: Ll : Longitud de la inflorescencia; LP: Longitud del pedúnculo; Rl : Ramas de la inflorescencia; LBI y ABI : Longitud y ancho brácteas de la inflorescencia; DC: Diámetro de la corola; LF y DF: Longitud y diámetro de la flor; LO y DO: Longitud y diámetro del ovario; LA y DA: Longitud y diámetro de la antera; LE y DE: Longitud y diámetro del estigma; LBF y ABF: Longitud y ancho bráctea de la flor; LPt y APt: Longitud y ancho del pétalo; LSp y ASp: Longitud y ancho del sépalo; LFr y DFr: Longitud y diámetro del fruto; LS y DS: Longitud y diámetro de la semilla, respectivamente.

49 Capítulo 11

Cuadro 2.1. Análisis de los atributos florales de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., en los alrededores del Ejido Flamboyanes, Yucatán, México. Abreviaciones: D.e.: Desviación estándar; CV: Coeficiente de variación.

Longitud de la inflorescencia, 45.5 13.4 29.5 75.5 13.5 Longitud de las ramas (base de la inflorescencia)2 * 14.0 7.9 56.3 32.8 5.0 Número de ramas por inflorescencia1 * 52.9 17.2 32.4 99.0 22.0 Longitud del pedúnculo1 * 87.1 16.1 18.5 126.8 60.1 Diámetro del pedúnculo1 * 1.0 0.3 27.1 1.4 0.1 Longitud de la bráctea (base de la inflorescencia)2 * 14.8 3.0 20.6 20.4 9.2 Ancho de la bráctea (base de la inflorescencia) 2 * 2.5 0.6 24.2 3.7 1.5 Diámetro de la corola2 * 0.3 0.04 11 .9 0.4 0.3 Longitud de la flo~ * 1.2 0.1 5.5 1.3 1.1 Diámetro de la flo~ * 0.3 0.02 4.7 0.4 0.3 Longitud del pétalo* 3 0.8 0.1 7.6 0.9 0.7 Ancho del pétalo3 * 0.4 0.03 0.5 0.4 Longitud del sépalo3 * 0.4 0.1 c:J 0.5 0.004 Ancho del sépalo3 * 0.3 0.02 6.2 0.3 0.3 Longitud de la bráctea de la flo~ * 0.7 0.1 10.5 0.9 0.6 Ancho de la bráctea de la flo~ * 0.7 0.1 9.8 0.8 0.5 Longitud del filamento3 * 0.5 0.04 8.3 0.6 0.4 Ancho de la base del filamento3 * 0.04 0.01 19.7 0.1 0.03 Longitud de la antera3 * 0.1 0.01 0.2 0.1 Diámetro de la antera3 * 0.04 0.01 0.1 0.03 Número de anteras3 * 6.0 o o 6.0 6.0 Longitud del estilo3 * 0.7 0.1 9.1 0.8 0.6

Diámetro del estilo3 * 0.04 0.004 10.6 0.04 0.03 Longitud del estigma3 * 0.03 0.002 5.8 0.03 0.03 Diámetro del estigma3 * 0.04 0.004 9.9 0.1 0.03 Longitud del ovario3 * 0.4 0.05 10.4 0.5 0.3 Diámetro del ovario3 * 0.3 0.02 0.4 0.3 Número de óvulos por lóculo3 * 4.3 0.8 ~ 6.0 3.0 Número de óvulos por ovario3 * 12.8 1.7 13.0 16.0 10.0

1 n=30 plantas; 2 n=15 plantas; 3 n= 1O plantas; 4 n=9 plantas; *n=30 flores , pedúnculos, ramas, brácteas (base de la inflorescencia) y número de semillas por fruto; **n= 50 frutos y semillas. Los cuadros verdes indican valores que tienen alta variabilidad dentro de cada carácter.

50 Capítulo 11

Cuadro 2.1. (Continuación). Análisis de los atributos florales de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb. , en los alrededores del Ejido Flamboyanes, Yucatán, México. D.e.: Desviación estándar; CV: Coeficiente de variación.

. . ··-:-:r:~

' . ·~

Número de flores por inflorescencia2 502.8 294.4 58.6 1152.0 69.0 Número de frutos por infrutescencia2 502.8 294.4 58.6 1152.0 69.0 Número de semillas por fruto4 * 12.2 1.5 12.1 15.0 10.0 Longitud de frutos4 ** 0.8 0.04 5.2 0.9 0.7 Diámetro de frutos4 ** 0.7 0.04 6.4 0.8 0.6 Longitud de semillas4 ** 0.4 0.02 5.8 0.4 0.3 Diámetro de semillas4 ** 0.1 0.02 11 .7 0.2 0.1

1 n=30 plantas; 2 n=15 plantas; 3 n= 10 plantas; 4n=9 plantas; *n=30 flores, pedúnculos, ramas, brácteas (base de la inflorescencia) y número de semillas por fruto; **n= 50 frutos y semillas. Los cuadros verdes indican valores que tienen alta variabilidad dentro de cada carácter.

2.3.3. Biología floral

De acuerdo a los datos obtenidos, se determinó que Aechmea bracteata es una planta policárpica (término que se refiere a las plantas que persisten, florecen y fructifican muchas veces a lo largo de su vida; Moreno, 1984) y produce rametos en la base de la misma planta. Tiene una inflorescencia constituida por numerosas flores hermafroditas, con desarrollo acropétalo (término referido a un desarrollo sucesivo a lo largo de un eje en dirección hacia el ápice; Moreno, 1984) y secuencial durante cinco a seis meses. Por otra parte, se registró que A. bracteata es parcialmente dicógama, en particular protándrica y además cleistógama (debido a que existe un traslape en horarios de maduración de los órganos reproductores masculino y femenino) .

Por otro lado, las flores presentaron una preantesis entre las primeras horas de la mañana (01 :00 y 02:00 hrs), sin embargo, la antesis se observó aproximadamente a las 03:00 hrs del mismo día. Las flores tuvieron una longevidad de aproximadamente 18 hrs. , entre las 01 :00 y 18:00 hrs del mismo día (Figura 2.9) . En ésta última hora es cuando la flor ya se encuentra en la etapa de senescencia.

51 Capítulo 11

En cuanto a la maduración de las estructuras reproductoras de la flor (anteras liberando polen y estigma receptivo}, se registraron los siguientes datos: el inicio de la liberación del polen se observó entre las 21 :00 y 22:00 hrs y la receptividad del estigma entre las 22:00 y 23:00 ambas en el mismo día (con presencia de polen y estigma receptivo durante el transcurso de toda la apertura floral). Cabe señalar que la maduración de ambas estructuras reproductoras de la flor se encontró disponible y funcional antes de la apertura floral (Figura 2.10) . Por otro lado, estos últimos eventos sugieren una parcial dicogamia y particularmente en este caso, protandría, esto debido al traslape en la maduración de las estructuras reproductoras de la flor, pero iniciando con las anteras liberando polen, por lo que no representa una barrera que evite en cierta forma la autopolinización.

Por último, las flores de A. bracteata no presentaron fragancia, pero sí se registró la presencia de néctar en la base del tubo de la corola (por encima del ovario) unas horas después de la antesis hasta la senescencia floral.

52 Capítulo 11

-+-Estigma receptivo ...... _._Antera liberando polen ----t.- Longevidad floral !e: Q) VI ::;¡ ro o

o~~~,._~--~~~----.--.--.--.--.-~--~~--~~--~-r--r--r--~~--.- 1 20:00 21 :00 22:00 23:00 00:00 01 :00 02:00 03:00 04:00 05:00 06:00 07:00 08:00 09:00 10:00 11 :00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 Tiempo del día

Figura 2.10. Diferentes eventos biológicos presentes en las flores de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., como: maduración de órganos reproductores (anteras liberando polen y estigma receptivo) y la longevidad de la flor (desde que abre hasta que senesce).

2.3.4. Producción total de néctar (volumen y concentración total de azúcares)

Producción del volumen de néctar

El volumen total de producción de néctar por flor y por día en Aechmea bracteata tuvo una variación de 3.30 a 5.90 !JI , con un valor promedio de 4.64 !JI (d.e. = 0.77; n=35 flores). Resultados de la prueba no paramétrico de Kruskai-Wallis sobre el volumen de néctar (H= 161.37, P<0.0001) varió significativamente a lo largo del día (P<0.05).

Cabe señalar que desde la apertura floral hasta el inicio de la antesis, no se registró algún volumen de néctar, sin embargo, tres horas después de la antesis, se registró el mayor volumen promedio de néctar de 2.53 1-11 (d.e.= 0.54; n=35 flores) disminuyendo gradualmente a lo largo del día hasta alcanzar un volumen promedio de 0.17 IJI/4h (d.e.= 0.11 ; n=35 flores), el cual se registró aproximadamente doce horas y media después de la antesis. En la Figura 2.11 se observa un patrón claro en los cambios del volumen del néctar durante el transcurso del día , mostrando un mayor volumen 3 hrs después de la antesis y disminuyendo durante el transcurso del día hasta la senescencia.

53 Capítulo 11

Concentración total de azúcar en el néctar

Para la concentración total de azúcares en el néctar, ésta varió de 19.13 a 29.85 oBrix, con un promedio de 24.40% oBrix (d.e.= 2.36; n=35 flores). Resultados de la prueba no paramétrica de Kruskai-Wallis en la concentración de azúcares del néctar (H= 58.49, p<0.0001 ), variaron significativamente a lo largo del día. Pero solo a las 18:30 hrs fue significativamente mayor (p<0.05) a comparación con las otras horas.

La menor concentración de azúcar en el néctar se observó aproximadamente 7 horas después de la antesis, con un valor promedio de 21 .33 oBrix (d .e.= 4.24; n=35 flores), mientras que la mayor concentración se observó de 14 a 15 hrs después de la antesis, con un valor promedio de 31 .68 oBrix (d.e.= 4.89; n=28). De acuerdo a lo que se muestra en la Figura 2.11 , no se observa un patrón claro en los cambios de la concentración de azúcar del néctar a lo largo del transcurso del día, sin embargo, sí se aprecia una tendencia de una mayor concentración en horas cercanas a la senescencia en comparación con las primeras horas después de la antesis. 38.5 3.5

---Concentración(%) 30.8 2_6 ---Volumen ( ~1 )

23.1 .§ ~ "ti ~ e: ~e: <1> ~ 1.8 u :l e: o 15.4 8 >

0.9 7.7

0.0+------...------...------...,------,------+0.0 3:00 6:30 10:30 14:30 18:30 Tiempo del día Figura 2.11. Volumen y concentración de azúcar del néctar durante toda la antesis en flores de Aechmea bracteata (n= 35 flores ; 7 plantas). Los cuadros rojos representan el valor promedio en IJI/4h ± desviación estándar. Las líneas verticales superiores e inferiores de los cuadros rojo y azul representan el 95% de intervalo de confianza.

54 Capítulo 11

2.4. DISCUSIÓN

2.4.1. Fenología floral

En las poblaciones estudiadas de Aechmea bracteata en Yucatán , México, la disponibilidad de recursos florales (néctar y polen), estuvieron presentes en el transcurso de un largo y delimitado periodo, lo cual ocurre de una manera similar en otras especies como Aechmea caudata Lindm. (Kamke et al., 2011 ), A. distichantha Lem . (Scrok y Varassin, 2011), A. pectinata Baker (Canela y Sazima, 2003) y otras especies como Nidularium campo-alegrensis Leme, Vriesea guttata Linden y André y V. heterostachys (Baker) L. B. Sm. (Kaehler et al. , 2005). Este patrón de floración es conocido como de tipo "estado estable" (del inglés "steady state"; Gentry, 1974), debido a que las plantas producen pocas flores al día en el transcurso de un largo periodo de tiempo, que dura de uno a varios meses, siendo este, probablemente el más común dentro de las bromelias (Canela y Sazima, 2003). Este patrón fenológico en A. bracteata contrasta con el tipo "cuerno de la abundancia" (del inglés "cornucopia"; Gentry, 1974), cuyas plantas producen una numerosa disponibilidad de recursos florales en un tiempo de solo varias semanas.

Por otro lado, el patrón fenológico de A. bracteata también puede clasificarse como de tipo "anual" (Newstrom et al., 1994) el cual es considerado común en especies ornitofílicas de bromelias (e.g. Kamke et al., 2011 ; Buzato et al. , 2000; Martinelli, 1997). Este patrón presenta un solo episodio de floración al año, es el más regular y presenta duraciones más estables, tanto del episodio de floración como en ausencia de flores. Otros patrones fenológicos registrados en ciertas especies de bromelias son: de tipo "big-bang" y "cuerno de la abundancia" (Canela y Sazima, 2005; Siqueira-Filho y Machado, 2001).

El patrón fenológico en Aechmea bracteata sugiere que esta especie representa una gran importancia ecológica, debido a la disponibilidad de recursos alimenticios (e.g. polen y/o néctar) que ofrece a los diversos vectores que son atraídos principalmente en la temporada de secas. Así mismo, en cuanto a la fructificación y dispersión de semillas, tanto la planta como los vectores (e.g. aves), se benefician mutuamente (la planta ofrece sus frutos como alimento, mientras que las aves dispersan las semillas), ambos eventos de fructificación y dispersión de semillas inician en la temporada de lluvias y son seguidas por la germinación y establecimiento de las plántulas antes del inicio de la siguiente

55 Capítulo 11

temporada de secas (Opler et al. , 1980). Sin embargo, es probable que los patrones fenológicos varíen entre años debido a las variaciones ambientales como la temperatura y la precipitación , que también pueden influir en la baja adecuación (fitness en inglés) afectando el número y abundancia de especies polinizadores (Herrera, 1995).

Por otro lado, autores como Wright y Calderon (1995), señalan que diferentes especies de plantas dentro de una comunidad pueden compartir patrones fenológicos en diferentes grados debido a varias razones, por ejemplo: especies de plantas sujetas al mismo régimen climático, pueden compartir patrones independientemente de sus adaptaciones morfológicas y fisiológicas. Asimismo, diferentes especies pueden mostrar patrones similares en fenología debido a la cercanía de su filogenia. Por otra parte, diferentes formas de vida pueden responder a diferentes factores climáticos debido a las adaptaciones morfológicas y fisiológicas que reflejan diferentes formas en las que el agua y los nutrientes son retenidas y utilizadas (Smith-Ramírez y Armesto, 1994; Sarmiento y Monasterio, 1983). En Bromeliaceae las variaciones ambientales también pueden influir dentro y entre poblaciones en el éxito reproductivo (Paggi et al. , 2007) incluyendo la morfología y fenología floral.

Por otro lado, Martínez del Río y Eguiarte (1987) y Eguiarte y Búrquez (1988) , sugieren que mientras mayor sea el número de flores disponibles en las plantas, mayor será la producción de recursos alimenticios (e.g . polen y/o néctar) y con ello, mayor la atracción de vectores. Aechmea bracteata produce pocas flores por inflorescencia y por día, sin embargo, el polen y néctar se encuentran disponibles durante todo el periodo de antesis, y están probablemente relacionados con los vectores "ruta de forrajeo" (del inglés "trap­ lining"; Gentry, 1974) como el caso de los colibríes (Feinsinger y Colwell, 1978) y las abejas bumbles (abejorros) (Williams y Thomson, 1998).

La apertura floral dentro y entre los individuos de A. bracteata, presentan una alta sincronía, lo cual proporciona un mayor número de flores a nivel poblacional y con ello, mayor cantidad y disponibilidad de polen y néctar durante un largo periodo de tiempo, favoreciendo de esta forma, la atracción y mantenimiento de los vectores. Este hecho también ha sido sugerido por Seres y Ramírez (1995) en otras plantas. Por otra parte, cabe señalar que la disponibilidad de un gran número de flores no es totalmente ventajosa, debido a que si las plantas producen demasiadas flores , los vectores

56 Capítulo 11 permanecen en una sola planta saciando sus necesidades alimenticias y favoreciendo la autopolinización . Por el contrario, plantas con pocas flores disponibles como en el caso de A. bracteata, se cree que han evolucionado diversas estrategias que favorecen a la reproducción. Por ejemplo: disponibilidad de recursos alimenticios para atraer a los polinizadores; la presencia de pocas flores dentro de individuos en conjunto con la sincronía de la apertura floral entre individuos, favorecen en cierta forma la polinización cruzada. Por último, para el caso de plantas con pocas flores y aisladas, se cree que probablemente la planta no invierta en recursos florales como: polen, néctar, aceites, etc., y esta se autopolinice, aunque no se descarta que existen plantas como A. bracteata, que a pesar de autopolinizarse, producen recursos florales como los antes señalados.

2.4.2. Morfología y biología floral

De acuerdo a los resultados obtenidos, estos señalan que existe variabilidad entre individuos en algunos atributos florales de Aechmea bracteata de las poblaciones estudiadas. Tan solo el 36 .11% de los 36 atributos fueron considerados altamente variables; entre estos destacan: el número de flores por inflorescencia, frutos por infrutescencia, los cuales se consideran estar relacionados a la longitud de las ramas de la inflorescencia, número de ramas por inflorescencia y longitud de la inflorescencia (remarcados en verde en el Cuadro 2.1) . En A. bracteata, a mayor longitud de la inflorescencia aumenta la longitud de las ramas y con ello hay un mayor número de flores y frutos con numerosas semillas. Cabe señalar que la longitud de la inflorescencia probablemente esté influenciado por algún factor ambiental (e.g. luz, temperatura, precipitación). Estos resultados coinciden con los obtenidos en otros estudios como el de Aechmea distichantha (Scrok y Varassin , 2011 ), quienes indican que inflorescencias largas en plantas de tamaños similares producen un mayor número de flores y semillas por fruto. Así mismo, concuerdan con los obtenidos en Aechmea lindenii (E . Morren) Baker var. lindenii (Lenzi et al., 2006) quienes indican que plantas en la sombra presentan inflorescencias de mayor tamaño y con mayor número de frutos, en contraste con las plantas expuestas al sol.

Uno de los aspectos de la morfología floral se da en especies con polinizadores especialistas, a pesar de que estas hacen a las especies más dependientes y vulnerables a la pérdida del compañero mutualista (e.g. las dimensiones florales son muy constantes,

57 Capítulo 11

por lo que un ligero cambio de tamaño, evitaría la entrada del polinizador y ya no sería polinizada), estos casos ocurren en muchas especies de orquídeas con sistemas de polinización especializados (Lehnebach y Riveras, 2003). Otro aspecto es su influencia sobre la reproducción en las plantas, motivo por el cual es de gran importancia.

La variación encontrada en A. bracteata, principalmente en la longitud de la inflorescencia influye con otros caracteres, ya que mientras más grande es la inflorescencia mayor es el número de flores disponibles y con ello, mayores los recursos alimenticios disponibles, lo cual asegura una mayor atracción de vectores y una alta influencia en el éxito reproductivo. Este suceso coincide con lo señalado por otros autores como Grindeland et al. (2005) y Makino et al. (2007), quienes indican que pequeñas escalas de variación como el número y densidad de flores, pueden influir en las visitas de los polinizadores y por consiguiente, en el éxito reproductivo. Por otra parte, tanto el tamaño como el número de flores por inflorescencia son características relacionadas con la eficiencia de forrajeo, visitantes florales y la tasa de visitas, afectando igualmente de manera directa el éxito reproductivo de la plantas (Kearns e lnouye, 1993; Thomson, 1988) y el entrecruzamiento, al menos en geitonogamia.

La inflorescencia de A. bracteata es paniculada, 1-3 dividida y contrasta con otras bromelias como A. pectinata cuyas inflorescencias son estrobiliformes (Dorneles et al., 2011 ), simples y muy condensadas como en A. bromelifolia (Rudge) Baker con inflorescencias simples (Ramírez-Morillo et al., 2004), en formas de espiga como en A. distichantha (Scrok y Varassin, 2011 ), A. cylindrata Lindm. las presenta simples y congestionadas, así como de otros tipos en géneros diferentes (Vriesea altodaserrae L. B. Smith con iflorescencias compuesta y 2-dividida y Wittrockia cyathiformis (Vellozo) Leme con inflorescencias compuestas corimbosas (Kaehler et al., 2005).

Aechmea bracteata tiene flores epíginas, sésiles y presenta una parcial hercogamia, así mismo, tiene algunas características florales típicas de ornitofilia como lo sugerido por Proctor et al. (1996) y Faegri y van der Pijl (1980) , entre estas se encuentran: flores de forma tubular, corolas amarillas y brácteas rojas en el eje principal de la inflorescencia y en el escapo, secreción de néctar durante toda la antesis diurna y ausencia de aroma y néctar escondido. Estos resultados concuerdan con las similares características ornitofílicas encontradas en otras bromelias como Aechmea caudata (Kamke et al. , 2011 ),

58 Capítulo 11

A. lindenii (Dorneles et al., 2011 ), A. constantínii (Mez) L. B. Sm. (Rios et al., 201 O) y A. nudicaulis (L.) Griseb. (Schmid et al., 2011).

Por otro parte, a pesar que A. bracteata tiene flores con características típicas de ornitofilia, estas son bastante inconspicuas, con colores inusuales para especies polinizadas por colibríes (Faegri y van der Pijl , 1980), sin embargo, se cree que las brácteas rojas de la inflorescencia y no las flores, son los atrayentes responsables de la atracción de los colibríes. Este evento es común en especies de otras familias con características ornitofílicas como en Gesneriaceae y Heliconiaceae (ver Benzing, 2000; Sazima et al., 2000; Martinelli, 1997).

La morfología floral de A. bracteata con un tubo moderadamente largo y adicional a ello el arreglo y la disposición de las anteras, se cree que favorece la polinización, debido a que permite el acceso al néctar a vectores con largas y rígidas estructuras bucales (e.g. colibríes) (ver Faegri y van der Pijl, 1980; Proctor y Yeo, 1972) y a su vez, mantienen contacto con las estructuras reproductoras de las flores, promoviendo la disposición del polen en las estructuras bucales de los vectores. Cabe señalar que la deposición del polen en el pico de los pájaros, es un acontecimiento muy frecuente en los vectores de Bromeliaceae (Buzato et al. , 2000; Sazima et al. , 1995).

En cuanto a la biología floral de Achemea bracteata, se registró un periodo relativamente corto de antesis, similar al encontrado en especies como A. pectinata (Canela y Sazima, 2003), A. distichantha (Scrok y Varassin, 2011 ), A. lindenii (E . Marren) Baker (Lenzi et al. , 2006), A. cylindrata (Kaheler et al., 2005) y A. caudata (Kamke et al., 2011). Este hecho es considerado un factor común en diversas especies de bromelias (e.g . Wendt et al., 2002; Sluys et al., 2001 ; Siqueira, 1998; Martinelli, 1997). Así mismo puede estar relacionado ya sea con la homogamia (se refiere a la madurez simultanea de anteras y estigmas; Moreno, 1984) o con la eficiencia de los polinizadores que afectan la polinización después de unas pocas visitas (Ramírez et al., 1990). De manera estandar se ha reportado, que dentro de los representantes de Bromelioideae, sus flores tienen una duración de apenas un día (Siqueira Filho y Machado, 2004). Por otra parte, Seres y Ramírez (1995) señalan que una sincronía en el periodo de antesis, favorece el aumento del número de flores disponibles y aumenta las oportunidades de la polinización cruzada en plantas.

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A pesar de que el polen se encuentra disponible poco antes de la receptividad del estigma en A. bracteata, promoviendo una parcial dicogamia (protandría}, no implica una barrera que evite la autopolinización, debido a que este hecho ocurre antes de la apertura floral, por lo que resulta ser en este caso, favorable para la autopolinización. Sin embargo, durante el trancurso del día cuando las flores ya se encuentran abiertas y los órganos reproductores receptivos y viables, parece favorecer a la polinización cruzada, debido principalmente a la intervención de polinizadores quienes participan en el flujo de polen durante el transcurso de forrageo en búsca de néctar. Aunque también puede autofecundarse. Cabe señalar que tanto la receptividad del estigma como la viabilidad del polen en el transcurso de toda la antesis, son funciones que al parecer son comunes en especies de bromelias (e.g. Schmid et al., 2011 ; Kamke et al. , 2011 ; Dorneles et al., 2011 ; Lenzi et al. , 2006).

2.4.3. Calidad y cantidad del néctar

Las altas concentraciones y volúmenes de néctar en las primeras horas del día son comunes en plantas polinizadas por colibríes (Johnson y Nicolson, 2008; Lotz y Schondube, 2006; Feinsinger, 1976; Baker, 1975), coincidiendo con las horas de forrajeo de mucha especies de hábitos matutinos. Así mismo, este patrón es considerado característico dentro de bromelias (Dorneles et al., 2011 ; Schmid et al., 2011; Lenzi et al., 2006), un ciado principalmente con síndrome de ornitofilia. Sin embargo, en Aechmea bracteata no se dice lo mismo de este patrón , con excepción del volumen de néctar, el cual alcanza su pico máximo en las primeras horas después de la antesis, con una disminución paulatina en el transcurso del día. Esta tendencia contrasta con la concentración total de azúcares en el néctar, cuya concentración es menor en horas de la mañana, aumentando hasta un pico de alta concentración de azúcares en horas de la tarde. Este evento encontrado en A. bracteata también ha sido reportado en otros grupos como Opuntia stricta (Haw.) Haw. (Gaumer-Araujo, 2012) y Gymnopodium floribundum Rolfe (González-Ramírez, 2014). Se cree que este evento probablemente ocurre por dos razones: 1) ya sea por la evaporación del agua o 2) por la reabsorción del néctar. Nuestros resultados indican que es muy probable que este evento sea por evaporación del agua del néctar.

60 Capítulo 11

De manera general, especies de plantas con características típicas de ornitofilia presentan un patrón consistente de secreción de néctar de grandes volúmenes (Faria y Araujo, 201 O; McDade y Weeks, 2004; Stiles, 1976). Sin embargo, A. bracteata tuvo un volumen promedio muy bajo de 4.64 IJI en comparación con el néctar acumulado o la suma de los volúmenes parciales de otras especies de bromelias con características típicas de ornitofilia, como A. distichantha (11 .6 1JI ; Scrok y Varassin, 2011), A. caudata (15 .5 1-11 ; Kamke et al., 2011 ), A. nudicaulis (31.8 1JI ; Schmid et al. , 2011), A. lindenii (37.0 1-11 ; Dorneles et al., 2011), A. pectinata (79.5 1JI; Canela y Sazima, 2005), así como en otras especies como Bromelia antiacantha Bertol. (74.5 IJI; Canela y Sazima, 2005) y Vriesea altodaserrae L. B. Sm. (490.5 1JI; Machado y Semir, 2006). Cabe señalar que el bajo volumen de néctar en A. bracteata probablemente se encuentre relacionado al tamaño de la corola. Por ejemplo, en cuanto a la longitud aproximada de la corola se tiene lo siguiente: en A. lindenii 5.8 cm, A. pectinata 3 cm, A. nudicaulis 1.8 cm y A. caudata 1.46 cm, siendo todas las anteriores más grandes y por ende con un volumen de néctar mayor en comparación con A. bracteata 1.34 cm, la cual es pequeña y con un volumen de néctar menor.

En cuanto a la concentración total de azúcares en el néctar de las flores de A. bracteata, se registró un valor promedio de 24.40 °8rix, lo cual resultó similar a las concentraciones en otras especies como Aechmea nudicaulis (23.2%; Schmid et al., 2011 ), A. pectinata (26.7 %; Canela y Sazima, 2003), A. lindenii (23.0% en plantas en sol y 27.25% en plantas en sombra; Lenzi et al., 2006), y otras especies con concentraciones más altas como A. caudata (29.27%; Kamke et al., 2011) y Nidularium procerum Lindm. (38.9%; Buzato et al., 2000).

Estos patrones de secreción, así como las características del néctar (e.g. composición y concentración total de azúcares) determinan el tipo de adaptación a las preferencias alimenticias de los polinizadores (Kromer et al., 2008). Por ello, los volúmenes de néctar registrados en las primeras horas del día en A. bracteata son los más altos y el néctar es más diluido, siendo un néctar palatable para los colibríes (Proctor y Yeo, 1972). Estos mayores volúmenes en la producción de néctar en las primeras horas del día es considerado una tendencia consistente en flores ornitofílicas (Feinsinger, 1976), el cual coincide con el periodo de actividad de los colibríes (Machado y Semir, 2006; Canela y

61 Capítulo 11

Sazima, 2003; Sick, 1984). Es por ello, que la relación existente entre la producción de néctar y la visita de los colibríes en A. bracteata, sugiere que las características del néctar (e .g. cantidad y calidad) son importantes en la atracción y mantenimiento de la visita de estas aves (ver Baker, 1975), así como de otros visitantes florales. Este acontecimiento también fueron registradas en especies como Aechmea beeriana L. B. Sm . y M.A. Spencer (Nara y Webber, 2002) , A. caudata (Kamke et al., 2011), A. distichantha (Scrok y Varassin, 2011) y A. gamosepala Wittm. (Araujo et al., 2004).

Por otro lado, en las tardes se obtuvieron volúmenes bajos de néctar y altas concentraciones de azúcares en el mismo, favoreciendo las visitas de abejas y avispas (según observaciones), este último grupo también ha sido registrado en Aechmea caudata (Kamke et al. , 2011 y otras especies de Bromelioideae (Araujo et al., 2004; Siqueira-Filho, 1998) y probablemente algunas especies de Pitcairnioideae Harms (Varadarajan y Brown , 1988). Por último, a todas horas después de la antesis se observaron de dos a tres especies de hormigas (no identificadas) en la base de las flores y recorriendo las ramas y eje principal de la inflorescencia. Este hecho ha sido registrado en otras especies como Aechmea constantinii en la cual se observó la colecta por hormigas de néctar extrafloral (Ríos et al. , 2010) y Nidularium campo-alegrensis (Kaehler et al., 2005).

Esta relación existente en la producción de néctar y las visitas de los vectores a las flores en Aechmea bracteata, sugiere que tanto la cantidad y calidad del néctar son aspectos importantes en la atracción y mantenimiento de los vectores, así como lo sugieren otros autores para concentraciones de azúcares, por ejemplo, para abejas solitarias del 16 al 50% y para colibríes entre el 13-30% (Baker, 1975). Sin embargo, esto no limita que un visitante floral consuma un néctar cuya concentración no se esté en el rango óptimo (Nicolson , 2007).

Por otro lado, néctares ricos en sacarosa (contenido de sacarosa con ca . de 40-60% del total de azúcares; Johnson y Nicolson, 2008) es una característica común en flores polinizadas por colibríes (Kromer et al. , 2008 y Stiles y Freeman, 1993) con concentraciones de azúcares de 15-25% (Johnson y Nicolson, 2008; Roberts, 1996) similares a lo reg istrado en A. bracteata con una concentración promedio de 24.40%. Estas características parecen estar correlacionadas a las visitas de los colibríes, debido a

62 Capítulo 11 que la concentración óptima de consumo y la eficiencia digestiva de azúcares están adaptados a las preferencias alimenticias de estos organismos (Lotz y Schondube, 2006). Estos reportes son similares a los registrados por Percival (1961) quien señala que A. bracteata tiene un néctar rico en sacarosa, mientras que otras especies como A. distichantha tienen néctares ricos en hexosa (Bernardello, et al., 1991) y son polinizadas por colibríes (Benzing , 2000). Por otra parte, la disponibilidad diurna del néctar en A. bracteata en relación al patrón del volumen y concentración del mismo, indican un mayor atractivo en las flores en la mañana. Este patrón fue encontrado de una manera similar en varias especies como A. nudicaulis (Schmid et al., 2011 ), A. organensis Wawra, A. ornata Baker (Machado y Semir, 2006), A. pectinata (Canela y Sazima, 2005) y A. beeriana (Nara y Webber, 2002).

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71

Capítulo 111

CAPÍTULO 111

SISTEMAS DE CRUZAMIENTOS EN AECHMEA BRACTEATA (SW.) GRISES.

3.1 . INTRODUCCIÓN

La reproducción es considerada un proceso biológico fundamental para la dinámica poblacional, supervivencia y permanencia de las especies a través de una sucesión de generaciones en el tiempo (Ciark 2004; Begon et al. , 1999; Harda et al. , 1997). En las especies vegetales, todo carácter o proceso, sea intrínseco o extrínseco implicado en la reproducción, puede considerarse como una estrategia reproductiva, incluyendo un sistema complejo de componentes morfológicos, fisiológicos, genéticos, ambientales, etc. (Bawa y Beach , 1981).

Como se ha mencionado anteriormente, las plantas han evolucionado una gran complejidad de sistemas y combinaciones reproductivas (e.g. reproducción asexual: apoximis y automixis; reproducción sexual: autopolinización, geitonogamia, polinización cruzada, polinización cruzada obligada, etc.) que ni remotamente presentan los animales (Eguiarte et al., 1992) y con ello, su permanencia en el tiempo, debido al paso del material genético de una generación a otra (Jiménez-Sierra, 201 O) .

A pesar de que la polinización es un factor clave en la reproducción de las plantas para perpetuar a las mismas (Barrett y Harder, 1996), en la mayoría de las angiospermas la formación de frutos y semillas dependen no solo de la polinización, sino también de la eficiencia con la que los vectores transporten el polen de una flor a otra en un mismo individuo o en individuos diferentes pero de la misma especie (Barrett y Harder, 1996). Así, el éxito reproductivo no depende solamente de que se lleve a cabo la polinización, sino que sea exitosa la fecundación, la cual está condicionada en parte por el origen de los granos de polen , debido a que existen en muchas plantas mecanismos como la autoincompatibilidad que impiden la fusión de los gametos (Saborío y Da Costa, 1992).

La polinización en conjunto con el grado de autoincompatibilidad , determinan el tipo de sistema de cruzamiento que presentan las plantas, las cuales en función a su sistema de cruzamiento, se agrupan en dos: autogamia y xenogamia (Lemus y Ramírez, 2005; Badana y Schlumpberger, 2001 ; Martinelli, 1994).

73 Capítulo 111

Existen ciertos mecanismos previos y posteriores a la polinización , los cuales presentan consecuencias directas en la forma de apareamiento. En las angiospermas, las flores hermafroditas son las más dominantes, aumentando con ello la probabilidad de autopolinizarse debido a la presencia de ambos gametos en una misma flor (Barrett, 2010). Este acontecimiento puede traer problemas en poblaciones con tasas de autofecundación elevadas, esto si los costos como resultado de la depresión endogámica son grandes (Richards, 1997).

De manera tradicional, los botánicos han interpretado la amplia diversidad de los sistemas reproductivos de las plantas en términos de la "Ley de Darwin-Knight" (Darwin, 1876): La naturaleza aborrece la autofertilización. De acuerdo a este punto de vista, las plantas han sufrido una evolución de sus sistemas reproductivos con la finalidad de evadir la autofecundación, debido a que esta última, hace que las plantas muestren una menor adecuación en la progenie, conocida como depresión por endogamia (Eguiarte y Piñero, 1990). Por otro lado, existen mecanismos como la hercogamia y dicogamia que previenen la autofertilización en flores hermafroditas de plantas autocompatibles. Así mismo, existen otros mecanismos que implican procesos de reconocimiento fisiológico en la superficie del estigma e inhiben la germinación del polen en una misma flor (Abarca-García y López• Villalobos, 2007).

Estudios de los aspectos reproductivos en bromelias son pocos (e.g. Cascante-Marín, 2006; González, 2004; Kessler y Kromer, 2000), aún en ecosistemas de montaña donde estas alcanzan su mayor riqueza de especies y abundancia (Cardelús et al. , 2006). De los pocos estudios en bromelias, estos presentan una gran importancia para el entendimiento de las interacciones ecológicas y flujo genético dentro de poblaciones (Nassar et al., 2007), así como para el conocimiento básico de los procesos evolutivos de las poblaciones en relación al intercambio genético y del uso de los recursos por parte de los polinizadores, entre otros aspectos (Ramírez-Morillo et al., 2000; Barrett y Eckert, 1990).

Aechmea bracteata (Sw.) Griseb. (Bromelioideae Burnett) presenta flores hermafroditas, por lo que se supone tiene la capacidad de autofecundarse. Es por ello que el presente capítulo tuvo como principal objetivo, determinar los diferentes sistemas de cruzamiento de A. bracteata, mediante el cálculo de los niveles de compatibilidad y sistemas reproductivos, con base en la producción del número de frutos, semillas y germinación de

74 Capítulo 111 semillas. Todo lo anterior con la finalidad de determinar los sistemas de cruzamientos de A. bracteata, que conducen a la producción de frutos y semillas, así como al entendimiento de diversos eventos evolutivos que la han conllevado a su distribución, estructura poblacional y su éxito reproductivo.

75 ...~· Capítulo 111

3.2. MATERIALES Y MÉTODOS

3.2.1. Sistemas de cruzamientos

Los sistemas de cruzamiento de Aechmea bracteata fueron evaluados mediante cruces de polinización controlados (González, 2004; Dafni, 1992) en las dos etapas de floración: enero-noviembre de 2013 y enero-octubre de 2014. Para ello se seleccionaron de manera aleatoria 30 individuos incluyendo los presentes en el Jardín Botánico Regional CICY, tanto para la primera como para la segunda etapa. Para todos los individuos estudiados se tuvo el cuidado de seleccionar aquellos con presencia de pedúnculo bien desarrollado o con presencia de yemas florales.

Por otro lado, se realizó cada uno de los tratamientos de polinización con un mínimo de 30 flores distribuidas entre 9 y 11 plantas. En cada tratamiento se rotularon las hojas de todos los individuos con la ayuda de un plumón de tinta indeleble, se marcaron las flores utilizadas con cintas de diferentes colores y se llevó un registro en una libreta de campo anotando el número de la planta y el color de la cinta para cada tratamiento (Figura 3.1) .

En la primera etapa de floración enero-noviembre de 2013, se hicieron cinco tratamientos de polinización manual: la auto-polinización asistida (APA), auto-polinización no asistida (APNA), geitonogamia (GA), polinización cruzada (PC) y apomixis (APM). Adicional a estos, se incluyó un tratamiento control (la polinización natural (PN)) el cual se llevó a cabo en el Jardín Botánico Regional "Roger Orellana" (CICY) y no en campo. Esto debido a varios motivos: por ahorro de tiempo, recursos económicos y la disponibilidad de realizar este tratamiento, así como por la seguridad de las plantas, sus florales y frutos, los cuales podrían ser robados o comidos (flores y frutos) estando en campo. Los otros tratamientos de polinización manual se realizaron dentro de un invernadero.

Por otro lado, para la segunda etapa de floración enero-octubre de 2014, se hicieron seis tratamientos de polinización manual: la auto-polinización asistida (APA) , auto-polinización no asistida (APNA), geitonogamia (GA), polinización cruzada (PCO), polinización cruzada obligada y apomixis (APM), así como el tratamiento control o polinización natural (PN), el cual se hizo en las mismas condiciones y por los mismos motivos que el de la primera temporada. Cabe señalar que los tratamientos de polinización de esta segunda

77 Capítulo 111

temporada, se hicieron con la finalidad de determinar si los resultados obtenidos diferían entre temporadas (excluyendo a la PCO debido a que no se consideró en la primera temporada).

Figura 3.1. A: Registro de flores y plantas de Aechmea bracteata para su posterior identificación; B: Flores marcados con cintas de diferentes colores (uno por tratamiento) para su fácil identificación ; C: hojas rotuladas con plumón de tinta indeleble para la identificación de cada individuo (señalado dentro del círculo amarillo). ©Manuel-Pool, 2015.

78 Capítulo 111

A continuación se describen cada uno de los tratamientos antes mencionados.

Polinización natural (PN). Este tratamiento o prueba control, se llevó a cabo con los individuos de Aechmea bracteata presentes en el Jardín Botánico Regional "Roger Orellana" (CICY). Para ello se marcaron 150 yemas florales próximas a abrir y distribuidas en 1O individuos, las cuales se dejaron sin cubrir para poder llevar a cabo la polinización natural. Con este tratamiento se evaluó la producción de frutos y semillas en su hábitat.

Polinización cruzada obligada (PCO). Este tratamiento se llevó a cabo en el Jardín Botánico Regional "Roger Orellana" (CICY). En este tratamiento se marcaron 30 yemas florales próximas a abrir y distribuidas en 11 individuos, cada yema floral fue emasculada (eliminación de anteras) y dejada sin cubrir. Con ello se evaluó a las dos semanas la capacidad de la planta de producir frutos y semillas viables. Si en éste tratamiento se produjo frutos y semillas viables indicó que esta planta es xenógama y altamente dependiente de los agentes externos.

Geitonogamia (GA). Se marcaron 64 yemas florales próximas a abrir y distribuidas en 11 individuos. Cada yema floral marcada se emasculó (eliminación de anteras) y se cubrió con una malla para evitar la intervención de algún agente externo. Al día siguiente, cuando el estigma estuvo receptivo, se retiró la malla y se les frotaron sobre el estigma anteras con polen provenientes de flores de la misma inflorescencia, cubriéndolas nuevamente. Este tratamiento avaluó a las dos semanas la capacidad de producir frutos y semillas viables, indicando si existe geitonogamia, es decir si las flores se polinizaron con el polen de otras flores pero de la misma planta.

Autopolinización asistida (APA). Este tratamiento se hizo en 33 yemas florales próximas a abrir y distribuidas en 11 individuos. Para ello, se marcaron y cubrieron las yemas florales con una malla, esto para evitar la intervención de algún vector. Al día siguiente cuando el estigma estuvo receptivo, se retiraron las mallas y, con la ayuda de una pinza se frotaron las anteras con polen sobre el estigma de la misma flor, posteriormente se embolsaron nuevamente las flores con las mismas mallas. Este tratamiento evaluó la capacidad de producir frutos y semillas con su mismo polen. Por lo cual, si hubo formación de frutos y semillas viables, se demostró que la planta es autocompatible y autógama.

79 Capítulo 111

Autopolinización no asistida (APNA). Se realizó en 36 yemas florales próximas a abrir y distribuidas en 11 individuos. Para este tratamiento se marcaron y cubrieron con mallas las yemas florales sin manipulación adicional, evitando de esta forma la intervención de algún vector o agente externo. Con este tratamiento se evaluó a las dos semanas la capacidad de autopolinización sin la intervención de algún agente externo. Por lo tanto, si hubo formación de frutos y semillas viables, indicó que la planta es autocompatible y las flores no son dicógamas ni hercógamas.

Polinización cruzada o Xenogamia (PC). Se llevó a cabo en 32 yemas florales próximas a abrir y provenientes de 11 individuos. Para ello, cada yema floral marcada se emasculó y se embolsó con una malla para evitar de esta forma la intervención de vectores. Al día siguiente cuando el estigma se encontraba ya receptivo, se retiraron las mallas y se polinizaron manualmente con polen de flores pero de diferentes individuos, seguidamente se cubrieron con las mismas mallas las flores marcadas. Con este tratamiento se evaluó la formación de frutos y semillas viables con polen xenogamo. Si en este tratamiento se observa la formación de frutos y semillas viables, indica que la planta es xenógama.

Apomixis (APM1 ). Se realizó en 48 yemas florales próximas a abrir y distribuidas en 11 individuos. Para ello, cada yema floral se emasculó y se cubrieron con una malla para evitar la intervención de algún agente externo. Con este tratamiento se evaluó a las dos semanas la capacidad de formación de frutos y semillas viables. Por lo tanto, si se observó la formación de frutos y semillas viables, indicó que la planta es apomíctica, lo cual quiere decir que hay formación de frutos y semillas sin intervención de gametos.

Evaluación de los cruces controlados:

Posterior a todos los tratamientos, se revisaron las plantas continuamente (una vez por semana) hasta la maduración de los frutos. Cuando estos ya maduros, se cosecharon para su posterior cuantificación y medición, así como para la extracción, cuantificación y medición de las semillas.

80 Capítulo 111

3.2.2. Estimaciones del éxito reproductivo:

El éxito reproductivo de Aechmea bracteata fue estimado a nivel de semillas en cada uno de los tratamientos de polinización. Esta estimación se hizo a través de dos métodos: morfologia de semillas (para separar en semillas viables y abortadas o no viables) y germinación de semillas (como prueba de viabilidad, exceptuando casos de latencia), estos métodos serán descritos a continuación con mayor detalle.

3.2.3. Morfología de semillas

Se determinó el éxito reproductivo del número de semillas viables y abortadas. Esta diferenciación se hizo examinándolas de manera visual y considerando viables las semillas que mantenian su color natural, turgencia y vigor (cabe señalar que debido a que la viabilidad no está determinada sólo por la morfologia externa, se consideró a esta como potencialmente viable) , mientras que las abortadas o no viables, se consideraron aquellas contrarias a las anteriores, las que presentaban una malformación o las que no lograron finalizar su desarrollo. Para ello, se extrajeron las semillas de los frutos por cada tratamiento, se removió manualmente el epicarpio y el mesocarpio con la ayuda de un colador de plástico. Posteriormente, se lavaron las semillas con tubos de ensayo llenos de agua con jabón liquido y se agitaron con la ayuda de un vórtex de laboratorio, todo lo anterior para remover la materia orgánica contenida en las semillas. Este proceso se repitió el número de veces necesario hasta obtener las semillas limpias. Seguidamente se colocaron en papel absorbente de cocina y se marcaron por tratamiento, luego se secaron con la ayuda de una campana de flujo laminar en un tiempo aproximado de 30 a 40 minutos. Una vez secas, se depositaron en frascos etiquetados por tratamiento para su identificación y almacenamiento (Figura 3.2), finalmente se almacenaron a una temperatura menor a 20°C.

3.2.4. Germinación de semillas

Por último, se hicieron pruebas de germinación para determinar el éxito reproductivo a través de la germinación de las semillas por cada tratamiento. Para ello, se tomaron por tratamiento 100 semillas de las almacenadas en cada temporada (2013 y 2014) , excepto la apomixis que presentó solamente 62 semillas viables en la primera temporada y 81 en

81 Capítulo 111 la segunda temporada. Posteriormente, con la ayuda de una campana de flujo laminar, se prepararon cápsulas plásticas de Petri de 14 cm de diámetro con papel filtro del mismo diámetro dentro de las cajas de Petri, ambas esterilizadas. Más adelante, se humedeció el papel con agua destilada y sobre este se depositaron las semillas, luego se colocó la tapa a la caja Petri y fueron almacenadas en bolsas de plástico tipo Z-ploc selladas.

Figura 3.2. A-8: Materiales utilizados en el proceso del lavado de las semillas de Aechmea bracteata. A: Semillas secándose en la cámara de flujo laminar; 8 : Tubos de ensayo y vórtex para lavar y agitar las semillas; C: Colador de plástico para extraer las semillas y D: Frascos etiquetados para el almacenamiento de las semillas. ©Manuel-Pool, 2015.

82 Capítulo 111

Todas las bolsas fueron depositadas en el invernadero bajo con luz ambiental y una temperatura aproximada de 35 a 40 oc. Estas se mantuvieron el tiempo necesario bajo observaciones periódicas hasta la germinación de las semillas. Se consideró la semilla germinada cuando la radícula había emergido.

3.2.5. Estimaciones de sistema de cruzamiento

3.2.6. Cálculos de índices:

Un índice, es una expresión numérica de las relaciones entre dos cantidades o de diferentes tipos de indicadores. Por lo tanto, para determinar el sistema reproductivo de Aechmea bracteata se calcularon los siguientes índices a nivel de frutos y semillas descritos a continuación: fndice del éxito reproductivo relativo

Con base a los resultados de los cruces obtenidos por tratamiento, se contaron las semillas viables y abortadas para estimar el índice del éxito reproductivo relativo (IERR) de cada tratamiento de acuerdo a lo sugerido por Dafni (1992).

# de frutos producidos X [ # promedio de semillas por fruto IERR= [ J J #de flores tratadas # promedio de óvulos por flor

Por otro lado, se calcularon los siguientes índices a nivel de frutos y semillas por tratamiento para determinar el sistema reproductivo de A. bracteata. Para ello, se calcularon con base a las siguientes fórmulas:

1) índice de autofertilidad (IAF)

Para calcular el índice de auto-fertilidad, se hizo mediante la siguiente fórmula:

IAF= %Frutos Autopolinización no asistida (APNA) #o prom. Semillas %Frutos Polinización cruzada (PC) # o prom. Semillas

83 Capítulo 111

Valores ;:::: 1, sugiere que hay auto-fertilidad, autogamia y la no dependencia de los polinizadores para la polinización, mientras que resultados con valores < 1 sugieren una autoinfertilidad y una dependencia de polinizadores para la polinización (Lioyd y Schoen, 1992).

2) lndice de autocompatibilidad (lAG)

Para calcular el índice de autocompatibilidad se utilizó la siguiente fórmula:

IAC= %Frutos Autopolinización asistida (APA) # o prom. Semillas %Frutos Polinización cruzada (PC) # o prom. Semillas

Individuos que producen significativamente un menor número de frutos y/o semillas por autopolinización asistida comparadas con aquellos por polinización cruzada, son considerados autoincompatibles.

Valores;:::: 1, indican que la planta presenta autocompatibilidad completa, valores< 1 pero ;:::: a 0.2 indican autocompatibilidad incompleta y valores < 0.2, indican autoincompatibilidad (Ruíz-Zapata y Arroyo, 1978).

3) lndice de autogamia (lAS)

Este índice se determinó con base en la siguiente fórmula:

lAS= %Frutos Autopolinización no asistida (APNA) # ó prom. Semillas %Frutos Autopolinización asistida (APA) # ó prom. Semillas

Individuos que producen significativamente un menor número de frutos y/o semillas por APNA comparadas con aquellas en APA son consideradas no autógamas.

Valores ;:::: 1, indican que la especie es autógama, debido a que produce una mayor cantidad de frutos por APNA (en ausencia de polinizadores), si los resultados presentan valores > a cero pero <1 , indican autogamia parcial y cuando el índice es igual a cero indica que la planta no es autógama (alógama o xenógama) debido a que sugiere la existencia de mecanismos que evitan la autofecundación (Ruíz-Zapata y Arroyo, 1978).

84 Capítulo 111

3.2.7. Análisis estadísticos

Se evaluó la producción de frutos y semillas mediante conteos y mediciones en todos los tratamientos. Asf mismo, se hicieron análisis estadísticos descriptivos obteniendo con ello el promedio, la desviación estándar, el mínimo y el máximo.

Para determinar si existían diferencias significativas entre el número de frutos, número total de semillas (viables + abortadas), semillas viables y semillas abortadas producidas por fruto y por prueba de polinización, se hicieron pruebas no-paramétricas de Kruskai­ Wallis (H) (Kruskal y Wallis, 1952). Esta prueba tiene el poder estadístico de 95% de un ANOVA de una vía (Andrews, 1954). Posterior a ello, se hizo una prueba de separación de medianas con una probabilidad de (P<0.05) entre los tratamientos. Cabe señalar que las pruebas de Kruskai-Wallis se hicieron debido a que no todos los datos proceden de una distribución normal y además presentaron desigual varianza, estas pruebas de los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianzas sustentan la decisión de usar métodos no paramétricos de análisis para comparar los efectos de los tratamientos.

2 Por otro lado, se hizo una prueba de Chi-cuadrada (X ) para determinar si la proporción de frutos producidos en la primera temporada (2013), difirieron con respecto a la proporción de frutos de la segunda temporada (2014).

Para la germinación de semillas, se cuantificó y se obtuvo el porcentaje de las semillas germinadas en cada tratamiento. Así mismo, para determinar si existían diferencias significativas en la germinación de semillas por tratamiento, se hizo un ANOVA de una sola via, seguida por una prueba de Tukey de separación de medias.

Todos los análisis mencionados en los párrafos anteriores, se realizaron con la ayuda del programa lnfoStat (versión 2013; Di Rienzo et al., 2013).

85 Capítulo 111

3.3. RESULTADOS

3.3.1. Sistemas de cruzamientos

En la primera temporada de floración, de las 348 flores empleadas en todos los sistemas de cruzamientos realizados, se obtuvo un total de amarre de frutos de 338 (97.13%), mientras que tan solo 1O flores (2.87%) no lograron desarrollar frutos (Cuadro 3.1 ). La colecta de los frutos maduros fue aproximadamente durante los meses de junio-julio, cuatro a cinco meses después de la realización de los tratamientos.

En la segunda temporada de floración , de las 378 flores distribuidas en todos los sistemas de cruzamiento realizados, 373 (98.68%) produjeron frutos y tan solo 5 (1.32%) no produjeron frutos (Cuadro 3.1). La colecta de datos del amarre de los frutos se hizo aproximadamente durante los meses de junio-agosto, cuatro a seis meses después de la aplicación de los tratamientos.

En cuanto a la producción de frutos por tratamiento de polinización, para la primera temporada, cuatro de las pruebas presentaron una alta eficiencia del 100% de producción de frutos, entre ellas se encuentran: la polinización natural, autopolinización asistida, autopolinización no asistida y polinización cruzada, seguidas por la apomixis con un 91.7% y la geitonogamia con un 90 .6 (Cuadro 3.1).

Para la segunda temporada, la polinización natural, autopolinización asistida, autopolinización no asistida, polinización cruzada y polinización cruzada obligada (cruce hecho solamente en esta temporada) presentaron una alta producción de frutos (1 00%) en comparación de los otros tratamientos, 96% para la apomixis y 95% para la geitonogamia (Cuadro 3.1) .

86 Capítulo 111

Cuadro 3.1. Producción de frutos por cruce experimental durante dos temporadas de floración (2013-2014) de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb.

Polinización natural1 135 135 100 135 135 100 Apomixis2 48 44 91 .7 48 46 96 Autopolinización asistida2 36 36 100 36 36 100 Autopolinización no asistida2 33 33 100 33 33 100 Geitonogamia2 64 58 90.6 64 61 95 Polinización cruzada2 32 32 100 32 32 100 Polinización cruzada obligada*2 30 30 100 Totales 348 338 97.13 378 373 98.68 *Prueba no realizada en la primera temporada; A-s en ambas temporadas se utilizaron, (n=9) y 2 (n=11) plantas, y por cada individuo se utilizó un n ?: 30 flores por tratamiento.

La proporción de frutos por cada prueba de polinización para ambas temporadas (2013- 2 2014), resultaron similares con base al análisis estadístico Chi cuadrado (X ) , con un valor de (X2 =0.2, 5 gl; p <0.05). Debido a que no presentaron diferencias significativas entre la proporción de frutos entre temporadas, se integraron los datos en un único análisis. Cabe señalar que entre los tratamientos de polinización, se excluyó en el análisis a la polinización cruzada obligada, debido a su ausencia en la primera temporada, motivo por el que no se pudo comparar (Cuadro 3.2).

Cuadro 3.2. Integración de ambas temporadas de la producción de frutos por cada tratamiento de polinización en Aechmea bracteata. Abreviaciones: D.e.: Desviación estándar.

Polinización cruzada obligada 30 30 100 10.7 ± 4 Polinización cruzada 64 64 100 10.4 ± 2.8 Autopolinización no asistida 66 66 100 6.9 ± 4 Autopolinización asistida 72 72 100 9.7 ± 2.9 Apomixis 96 90 94 1.9 ± 2.9 Geitonogamia 128 119 93 8.9 ± 2.7 Polinización natural 270 270 100 12.3 ± 1.9 Total 726 711 98

87 Capítulo 111

Como se puede apreciar en el Cuadro 3.2, incluyendo a la polinización cruzada obligada, se obtuvo una alta producción de frutos. Cinco de los tratamientos fueron altamente eficientes con un porcentaje del 100% y los otros dos con un porcentaje superior al 90 % pero menores al 95%. En total, de las 726 flores utilizadas y distribuidas en todos los tratamientos, se obtuvo una producción total de frutos de 711 (98%), lo cual quiere decir que solamente 15 flores (2%) no lograron desarrollar frutos.

Por otro lado, debido a que no todos los datos tuvieron una distribución normal, se hizo un análisis no paramétrico de Kruskai-Wallis tanto del total de frutos como de semillas producidas, determinando diferencias significativas en cuanto al número de frutos (H= 273.95, p<0.0001) y número de semillas (H= 350.81, p<0.0001) por fruto y por tratamiento (P<0.05; Figura 3.3) .

d 1 Semillas 1 Frutos d cd 11.7 e b 1/) l1l 9.3 s E ~ Q) Q) 1/) "ro 7. 7.7~ 'B e ~ Q) o E 4.7 .1 (¡¡ •::J E z ·z::J

PN APM APA APNA GA PC PCO Tratamiento Figura 3.3. Producción total de frutos y semillas obtenidas por prueba de polinización en Aechmea bracteata. (Media y D.e.). Letras diferentes señalan diferencias estadísticamente significativas (p<0.05). Barras azules-letras mayúsculas indican producción de frutos y barras verdes-letras minúsculas indican producción de semillas.

88 Capítulo 111

3.3.2. Estimaciones del éxito reproductivo:

3.3.3. Moñología de semillas

De acuerdo a los resultados obtenidos en la producción de semillas por prueba de polinización, en todos los tratamientos se obtuvieron semillas potencialmente viables, aunque con diferentes valores dependiendo del tratamiento de polinización realizado. Por ejemplo, los frutos obtenidos tanto en la polinización natural (12±2), polinización cruzada (9 .8±2.8) y la polinización cruzada obligada (9.8±4.2) tuvieron los valores promedio más altos de semillas potencialmente viables en comparación de la apomixis (1.6±2.7) (Cuadro 3.3), lo cual sugiere que Aechmea bracteata es exitosa en cuanto a la producción de semillas potencialmente viables de manera autógama y xenógama, pero no apomíctica, a pesar de que esta última produce este tipo de semillas pero con un valor promedio muy bajo. De acuerdo a los valores obtenidos en la apomixis, se le considera para A. bracteata una alternativa reproductiva facultativa.

Con base al análisis de varianza no paramétrico de Kruskai-Wallis, se determinó diferencias significativas entre los tratamientos en cuanto al número de semillas potencialmente viables producidos por fruto (356.63; p<0.0001; Figura 3.4).

Cuadro 3.3. Producción de semillas consideradas potencialmente viables y abortadas por prueba de polinización en Aechmea bracteata. Número de semillas, promedio y desviación estándar (D.e.).

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Polinización natural 270 270 12 ± 2 0.3 ± 0.7 Apomixis 96 90 1.6 ± 2.7 0.4 ± 0.8 Autopolinización asistida 72 72 9 ± 2.9 0.7 ± 1.2 Autopolinización no asistida 66 66 6.3 ± 3.7 0.6 ± 0.9 Geitonogamia 128 119 8.6 ± 2.9 0.3 ± 0.6 Polinización cruzada 64 64 9.8 ± 2.8 0.6 ± 0.9 Polinización cruzada obligada 30 30 9.8 ± 4.2 0.9 ± 1.6

Por otro lado, para la producción de semillas por prueba de polinización, en todos los tratamientos se obtuvieron semillas abortadas, aunque en unos tratamientos más que en

89 Capítulo 111 otros. Como se observa en el Cuadro 3.3, los valores de las semillas abortadas fueron muy bajos en comparación de las semillas potencialmente viables. Por ejemplo, los frutos obtenidos tanto en la polinización cruzada obligada (0.9±1 .6) , autopolinización asistida (0.7±1 .2) , autopolinización no asistida (0.6±0.9) y polinización cruzada (0.6±0.9) tuvieron los valores promedio más altos de semillas abortadas, en comparación de la geitonogamia (0.3±0.6) y polinización natural (0 .3±0.7) (Cuadro 3.3).

En cuanto a las semillas abortadas por fruto y por tratamiento de polinización, según el análisis de varianza no paramétrico de Kruskai-Wallis, se determinaron diferencias significativas (H= 12.35; p<0.0025; Figura 3.4) entre tratamientos. Por ejemplo, la polinización natural difiere solo de la autopolinización no asistida y de la polinización cruzada, mientras que la polinización cruzada solamente difiere de la polinización natural.

15 D • Semillas abortadas • Semillas potencialmente liables e

13

PN APM APA APNA GA PC PCO Tratamientos

Figura 3.4. Producción de sem illas consideradas potencialmente viables y abortadas obtenidas por prueba de polinización en Aechmea bracteata. (Media y D.e.) Letras diferentes señalan diferencias estadísticamente significativas (p<0.05). Barras azules-letras mayúsculas indican producción de semillas potencialmente viables y barras rojas-letras minúsculas indican producción de semillas abortadas.

90 Capítulo 111

3.3.4. Germinación de semillas

Como se aprecia en la Figura 3.5 en las pruebas de germinación de semillas en Aechmea bracteata, en todos los tratamientos se obtuvo un alto porcentaje de germinación. Se obtuvo en total, que de las 1,243 semillas sembradas, germinaron 1,194 (96.1%) y solamente 49 semillas (3.94%) no germinaron. Por cada tratamiento de germinación, registró que tanto la geitonogamia (99%) como la polinización cruzada (98.5%) tuvieron los porcentajes más altos de germinación, seguido por la polinización cruzada obligada (97%) y la autopolinización no asistida (95.5%) , la autopolinización asistida con un 95%, la apomixis con un 93.7% y la polinización natural con un 93.5% (Cuadro 3.4). Esto sugiere que A. bracteata en altamente exitosa en altamente exitosa en la germinación de semillas debido a que en todos los tratamientos se obtuvo un porcentaje de germinación superior al90%.

Figura 3.5. Pruebas de germinación de semillas de Aechmea bracteata, en la cual se aprecia el surgimiento de la radícula y las primeas hojas. ©Manuel-Pool, 2015.

91 Capítulo 111

Cuadro 3.4. Número de semillas y su porcentaje de germinación por tratamiento de polinización en Aechmea bracteata en dos temporadas 2013-2014. * Prueba no aplicada en la primera temporada.

Polinización natural 200 187 93.5 Apomixis 143 134 93.7 Autopolinización asistida 200 190 95 Autopolinización no asistida 200 191 95 .5 Geitonogamia 200 198 99 Polinización cruzada 200 197 98.5 Polinización cruzada obligada* 100 97 97 Totales 1243 1194 96.1

En cuanto a las pruebas de germinación de semillas, el análisis de varianza no arrojó diferencias significativas (F6, 28.08= 1.91; P < 0.2248) entre los tratamientos (Figura 3.6) .

a a 100

97 e: <> 'ü ro 93 .Ee: l... Q) Ol Q) 90 'O Q) '....(O e: Q) 87 o~ a.. 83

80 PN APM APA APNA GA PC PCO Tratamientos Figura 3.6. Porcentaje de germinación obtenido por prueba de polinización en Aechmea bracteata. (Media y D.e.) Letras diferentes señalan diferencias estadísticamente significativas (p

92 Capítulo 111

3.3.5. Estimaciones de sistema de cruzamiento

3.3.6. Cálculos de índices:

Índice del éxito reproductivo relativo

Según los resultados obtenidos de los índices del éxito reproductivo relativo en Aechmea bracteata (Cuadro 3.5), muestran que la polinización natural (prueba control) tuvo un éxito reproductivo superior a todos los otros tratamientos, seguida por la polinización cruzada y la polinización cruzada obligada. Posterior a ellos se encuentra la autopolinización asistida, seguida por la geitonogamia y la autopolinización no asistida. Por último, se encontró la apomixis con el menor éxito reproductivo debido al menor número de frutos y semillas potencialmente viables obtenidas. Cabe señalar que estas diferencias de los índices del éxito reproductivo de A. bracteata, se sustentan con base en los resultados obtenidos de las diferencias en el promedio del número total de semillas (Cuadro 3.2) y número de semillas potencialmente viables (Cuadro 3.3) por tratamiento de polinización.

Cuadro 3.5. Índice del éxito reproductivo relativo (IERR}, calculado con base en la producción de frutos, semillas y óvulos en los diferentes tratamientos de polinización en Aechmea bracteata.

~ " ' ~· ,~~-~~:'l ~ ~ ~ ' ~ ·~'~

Polinización natural 0.94 Apomixis 0.12 Autopolinización asistida 0.7 Autopolinización no asistida 0.49 Geitonogamia 0.62 Polinización cruzada 0.77 Polinización cruzada obligada 0.77

Por otro lado, los valores de los índices que se muestran en el Cuadro 3.6, sugieren que Aechmea bracteata es una especie completamente autocompatible y autógama.

93 Capítulo 111

Cuadro 3.6. lndices de autofertilidad, autocompatibilidad y autogamia, calculados con base en la producción de frutos y semillas en los sistemas de cruzamientos de autopolinización asistida, autopolinización no asistida y polinización cruzada en Aechmea bracteata.

Frutos Semillas

Autofertilidad (APNA/PC) 0.7 Autocompatibilidad (APA/PC) 1 1 Autogamia (APNA/APA) 1 0.7

3.4. DISCUSIÓN

3.4.1. Sistemas de cruzamientos y estimación del éxito reproductivo

Dentro de Bromeliaceae se ha reportado una amplia variedad de sistemas reproductivos (Paggi et al. , 2007; Lenzi et al., 2006; Siqueira-Filho y Machado, 2001). En el caso de Aechmea bracteata, esta es una especie hermafrodita que tiene un sistema reproductivo tanto asexual (producción de rametos) y sexual (producción de gametos), así como ocurre en especies como Aechmea nudicau/ís (L.) Griseb. (Schmid et al. , 2011), Aechmea beeriana L.B. Sm. y M.A. Spencer (Nara y Webber, 2002) y otras especies del mismo género (Sampaio y Perissé, 2002). Este hecho también ha sido registrado en otras especies como Tillandsia brachycaulos Schltdl. (González, 2004), T. pentasticha Rauh y Wulfinghoff, T. bartramii Elliott, T. chaetophylla Mez, entre otras (Flores-Cruz y Diego­ Escobar, 2008). El sistema reproductivo sexual de A. bracteata incluye una mezcla de diversos sistemas de cruzamientos como la apomixis, autopolinización no asistida, autopolinización asistida, geitonogamia, polinización cruzada y polinización cruzada obligada. En todos los cruces controlados para probar diferentes sistemas de cruzamientos, se registró una alta producción de frutos con semillas potencialmente viables, con excepción de la apomixis.

En el sistema reproductivo de apomixis en Aechmea bracteata, se registró una alta producción de frutos, lo cual indica que la reproducción asexual puede ocurrir sin ningún problema. Este acontecimiento también ha sido reportado en otras especies como Aechmea distichantha Lem . (Scrok y Varassin, 2011), Tillandsia prodigiosa (Lem.) Baker

94 Capítulo 111

(Escobedo-Sarti, 2007), así como en especies de Pitcairnia L'Hér. (Wendt et al., 2001, 2002) y Dyckia Schult. f. (Rogalski et al., 2009). Con base a los resultados obtenidos en la producción de frutos con semillas apomícticas en A. bracteata, se sugiere que esta es una alternativa reproductiva facultativa (o una mera consecuencia como lo sugerido por Wendt etal., 2001).

Por otro lado, de acuerdo a los sistemas de cruzamientos manuales realizados, sugieren que A. bracteata es autógama facultativa (Lima y Vieira, 2006) , debido a que además de autofecundarse también lo hace por geitonogamia, xenogamia e incluyendo por apomixis, beneficiando este último un "aseguramiento reproductivo" , ya que se puede reproducir exitosamente sin la intervención de polinizadores (Zhang y Li , 2008). Una de las ventajas de las plantas autógamas facultativas, es que aseguran la producción de semillas, principalmente cuando las probabilidades de polinización cruzada son muy bajas, ya sea por la carencia de polinizadores o la baja densidad de estas mismas plantas (Granados y López, 2001 ). La autopolinización no asistida, también se puede explicar de manera tradicional sobre la base de la hipótesis de "aseguramiento reproductivo", la cual señala que este sistema es ventajoso principalmente en especies asociados a la carencia de parejas potenciales en la población , una baja densidad en la población o a la deficiencia de servicios por parte de los polinizadores (Charlesworth, 2006; Holsinger, 2000).

La polinización en condiciones naturales en Aechmea bracteata tiene un porcentaje alto (1 00%) en producción de frutos con numerosas semillas, similar a lo registrado en otras especies como Aechmea beeriana (98%; Nara y Webber, 2002), A. distichantha (80%; Scrok y Varassin , 2011); A. caudata (79.5%; Kamke et al. , 2011), Canistrum aurantiacum E. Marren (89%; Siqueira-Filho y Machado; 2001) y Vriesea longiscapa Ule (86%; Martinelli, 1997). Sin embargo, contrastan con otras especies como Aechmea pectinata Baker (56%; Canela y Sazima, 2003), Tillandsia elongata var subimbricata (Baker) L.B. Sm. (56.3%) y T. brachycaulos (49%) (González, 2004). Cabe señalar que la alta producción de frutos registrado en A. bracteata tal vez se deba al largo periodo de floración, disponibilidad de recursos alimenticios (e.g. néctar) y con ello el mantenimiento de los vectores que participan en el flujo de polen , aunque no cabe duda que también pueda haber formación de frutos en ausencia de vectores. Estos acontecimientos, promueven por una parte la territorialidad de los colibríes que visitan las flores (Buzato et

95 Capítulo 111 al. , 2000; Snow y Snow, 1986), y por otra, promueven la dispersión de semillas probablemente por aves (ornitocoria) y con ello la distribución de la especie (Benzing , 1980). Este último autor, también menciona otros factores como la luz y el hábito como los principales determinantes de la distribución de Bromeliaceae.

Cabe señalar que en algunos de los tratamientos, principalmente en la polinización natural y la autopolinización asistida, se registraron un mayor número de semillas por fruto que de óvulos por flor. Este hecho sugiere que probablemente haya agamospermia por poliembrionía (fenómeno que refiere a la producción de más de un embrión a partir de un solo cigoto fecundado; gemelos; Pimienta-Barrios y del Castillo, 2002; Tiffney y Niklas, 1985), por lo que se sospecha que el número de semillas producidas por cualquier prueba de polinización , principalmente en los tratamientos antes mencionados, podrían incluir semillas formadas por este fenómeno. Este acontecimiento ha sido reportado en otro grupo de plantas por Reyes-Agüero y colaboradores (2006), quienes mencionan que la agamospermia por poliembrionía es frecuente en poblaciones de especies de Opuntia stricta (Haw.) Haw. (Cactaceae Juss.).

En cuanto al éxito reproductivo a nivel de germinación de semillas en A. bracteata, se registró un porcentaje superior al 93% en todos los tratamientos, incluyendo las semillas obtenidas en apomixis. Este alto porcentaje fue similar a lo reportado en esta misma especie por Goode y Allen (2009) quienes señalan que la germinación de semillas controladas tuvieron un 100%, así mismo, señalaron que la edad de las semillas afecta la pérdida de viabilidad y por ende, el porcentaje de germinación (e.g. 75% en semillas de dos años de edad y 100% en semillas frescas). Estos altos porcentajes de germinación antes señalados fueron también similares a los registrados en otras especies como A. lindenii (con 80% en polinización cruzada y autopolinización; Lenzi et al., 2006), A. beeriana (1 00% en polinización libre o polinización natural y xenogamia; Nara y Webber, 2002). Sin embargo, contrasta con lo registrado por Ramírez-Morillo et al. (2011) quien reporta una poca capacidad de germinación en A. bracteata (menor al 70%), sin embargo sugiere que este porcentaje es mayor cuando las semillas son almacenadas a temperaturas muy bajas de -20°C.

96 Capítulo 111

Por otro lado, Goode y Allen (2009) señalaron que en condiciones naturales, la germinación de semillas de A. bracteata fue menor al 1% y esto es consistente con la mayoría de los estudios en otras especies de bromelias epifitas, los cuales han reportado semillas germinadas con un rango entre 0% y 10% (Toledo-Aceves y Wolf, 2008; Mondragon y Calvo-lrabién , 2006; Winkler et al., 2005). Este evento no se llevó a cabo en la especie de estudio del presente trabajo.

Los altos porcentajes de germinación de semillas registrados en Aechmea bracteata bajo condiciones controladas, demuestran que las semillas tienen una alta capacidad de éxito, aunque también sugieren que este último es debido probablemente a la ausencia de depredadores de semillas, de algún factor ambiental desfavorable, etc. Por otra parte, la poca germinación de semillas en condiciones naturales (según observaciones en campo), probablemente sea por la maduración asincrónica de los frutos, produciendo pocos frutos maduros en diferentes tiempos, motivo por el que son fácilmente depredados debido a que no sacian las necesidades alimenticias de los depredadores, por lo que son muy pocas las semillas que escapan de la depredación y logran establecerse en un sitio adecuado para germinar. Otro motivo tal vez sea por alguna condición ambiental desfavorable o el sitio no adecuado donde se establece la semilla para germinar.

Cabe señalar que en las pruebas de germinación, las semillas germinadas fueron observadas y registradas aproximadamente en el transcurso de un mes y medio a dos meses (entre julio y agosto). Sin embargo, las pocas semillas que no germinaron, se siguieron observando en aproximadamente dos meses más (septiembre-octubre), esto con la finalidad de suponer ausencia de "latencia de semillas". Cabe señalar que a pesar de estos dos meses adicionales de observación, no se registró la germinación de alguna otra semilla adicional a las antes germinadas, por lo que se sugiere que probablemente no haya latencia en las semillas de A. bracteata, y se sustenta por el alto porcentaje de germinación en todos los tratamientos. Aunque no cabe duda que para garantizar la ausencia de latencia se requiera hacer una prueba con un mayor tiempo de observación. Este fenómeno ha sido reportado en otras especies de Bromeliaceae, como en ciertas especies de Puya Molina (Mora et al., 2007) cuyos periodos máximos de germinación están acoplados con el inicio de las lluvias.

97 Capítulo 111

3.4.2. Estimaciones de los sistemas de cruzamientos

Para el índice del éxito reproductivo relativo y de acuerdo a los resultados obtenidos, la polinización natural resultó superior a los otros tratamientos, esto indica que Aechmea bracteata puede formar frutos con semillas por diferentes sistemas de cruzamiento (e.g. polinización cruzada, autopolinización, geitonogamia, etc.). Esto sugiere que A. bracteata puede también no depender de la disponibilidad de los polinizadores, por tal motivo la especie se puede catalogar como autocompatible y autógama. Por otra parte, la apomixis presentó el valor más bajo del índice de éxito reproductivo relativo y se refleja por presentar pocos frutos y un reducido número de semillas potencialmente viables. Esto sugiere que esta especie también puede producir frutos con semillas a través de apomixis facultativa.

Para los índices del éxito reproductivo a nivel fruto y semilla, se registró que Aechmea bracteata es una especie completamente autocompatible y autógama, similar a lo registrado en Aechmea distichantha (Scrok y Varassin, 2011) y Aechmea lindenii (E. Marren) Baker (Lenzi et al., 2006) y especies de otros géneros como Alcantarea (E. Morren ex Mez) Harms, Billbergia Thunb ., Canistrum E. Marren, Pitcairnia y Vriesea Lindl (Paggi et al. , 2007; Lenzi et al., 2006; Wendt et al. , 2001 , 2002; Siqueira-Filho y Machado, 2001 ). Sin embargo, contrastan con otras especies autoincompatibles como A. caudata Lindm. (Kamke et al., 2011 ), A. nudicaulis (Schmid et al. , 2011 ), A. beeriana (Nara y Webber, 2002), A. pectinata (Canela y Sazima, 2003) y especies de otros géneros como Billbergia Thunb y Quesne!ia Gaudich. (Canela y Sazima, 2003; Martinelli, 1997). Varios trabajos indican que la autoincompatibilidad es un mecanismo no común en Bromeliaceae (Wendt et al. , 2001, 2002; Siqueira-Filho, 1998; Martinelli, 1997; Arauja et al. , 1994) y esto es sustentado con los resultados del trabajo de Matallana et al. (201 0) , quienes indicaron que el 75% de las especies de bromelias evaluadas experimentalmente y estudiadas en literatura fueron autocompatibles.

De acuerdo a los resultados de autocompatibilidad y autogamia en Aechmea bracteata obtenidos con base a los índices y los cruzamientos de autopolinización, sugieren que esta especie es exitosa, esto debido a que aseguran su reproducción con base en la producción de frutos con semillas. Así mismo, esto último también lo puede hacer en otros

98 Capítulo 11/ tratamientos como la geitonogamia, autopolinización asistida, polinización cruzada y polinización cruzada obligada, lo cual podría ser ventajoso, debido a que genera una mayor diversidad genética que a su vez se traduce en una plasticidad más extensa para adaptarse a ciertos cambios en su medio (Aegisdóttir et al., 2007; Raffl et al. , 2007; Ramírez, 2005; Granados y López, 2001; Richards, 1986). Por último, los resultados de los índices también sugieren que a pesar de la presencia de endogamia en A. bracteata, esta no repercute en la producción de frutos y semillas potencialmente viables.

Cabe señalar que la dependencia de la actividad de los polinizadores es habitual en Bromeliaceae a pesar de que las especies sean genéticamente autocompatibles, sin embargo, muchas de estas especies presentan ciertos mecanismos florales (e.g . dicogamia, hercogamia, dioecia) para evitar o prevenir la autopolinización (Canela y Sazima, 2003; Siqueira-Filho y Machado, 2001 ; Wendt et al. , 2001, 2002; Martinelli, 1997; entre otros). Sin embargo, estos mecanismos no han sido completamente efectivos, debido al comportamiento de los vectores como los polinizadores (Siqueira- Filho y Machado, 2001). Según Martinelli (1997), la dicogamia es un mecanismo muy común en la mayoría de las bromelias. Este hecho se registró en A. bracteata, sin embargo, debido al corto tiempo de traslape en la maduración del polen y el estigma, se le consideró una parcial dicogamia. Aunque eta última, no repercutió en la autopolinización, debido a que solamente estuvo presente de dos a tres horas antes del inicio de la apertura floral. Este hecho fue similar a lo reportado en Aechmea constantinii (Mez) L. B. Sm. (Rios et al. , 201 0).

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105 ,,.-· Capítulo IV

CAPÍTULO IV

DISCUSIÓN GENERAL, CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS

4.1 . DISCUSIÓN GENERAL

Con base a los capítulos previos, se puede sintetizar de manera general que Aechmea bracteata es una bromelia epífita, presenta un patrón de floración de tipo "estado estable" (Gentry, 197 4 ), también conocido como tipo "anual" (Newstrom et al., 1994 ), el cual es considerado un patrón común en especies con síndrome de ornitofilia en bromelias (e.g. Buzato et al. , 2000; Martinelli, 1997; Sazima et al., 1996).

Las poblaciones de estudio de A. bracteata tuvieron un largo y delimitado periodo de disponibilidad floral, favoreciendo la atracción de diversos vectores en busca de alimento como el polen y néctar. Esto fue similar a lo registrado en especies como Aechmea pectinata Baker (Canela y Sazima, 2003) y Aechmea distichantha Lem. (Scrok y Varassin, 2011 ), entre otras. Por otra parte, el tipo de floración de A. bracteata probablemente influya en el comportamiento de los vectores y a su vez , en el flujo del polen al estigma tanto a nivel individual como poblacional. Se sugiere que esta influencia da como resultado, ya sea una presión endogámica por el solapamiento en la maduración de las estructuras reproductoras antes de la apertura floral ; o una mayor variabilidad genética por la sincronía floral de sus conespecíficos, favoreciendo la polinización cruzada que por ende tendría una influencia directa en la estructura genética a nivel poblacional, afectando el grado de adaptación (Kitamoto et al. , 2006; Mclntosh, 2002).

Diversos factores tales como las diferencias genéticas entre los individuos que integran una población , sus limitaciones intrínsecas en el desarrollo y los factores ambientales donde crecen una población , sus limitaciones intrínsecas en el desarrollo y los factores ambientales donde crecen, influyen en la variación morfológica que presenta una determinada especie (Armbruster y Schwaegeler, 1996). En Aechmea bracteata, no se determinó el origen de dicha variación, sin embargo, debido a que los datos se obtuvieron de poblaciones sujetas relativamente a las mismas condiciones ambientales y que se encontró un componente importante de variación (36.1%) de los atributos florales a nivel inter-individual, se sug iere que la variabilidad encontrada probablemente se encuentra

107 Capítulo IV

influenciada por algún componente genético o por limitaciones intrínsecas de esta misma especie, proporcionadas por ciertos factores microclimáticos (e .g. disponibilidad de luz, agua, nutrientes, etc.) (Montenegro y Ginocchio, 1999).

Aechmea bracteata presenta características tanto fenológicas como morfológicas que sugieren ornitofilia, como lo sugerido por Proctor et al. (1996) y Faegri y van der Pijl (1980), entre las cuales se encuentran: flores de forma tubular, corolas amarillas, secreción de néctar durante toda la antesis diurna y ausencia de aroma. Sin embargo, cabe señalar que las brácteas rojas del eje principal de la inflorescencia y del pedúnculo en esta misma especie, participan de manera importante en el síndrome de ornitofilia. Por otro lado, A. bracteata presentó un mayor volumen promedio de néctar (2 .53 !JI) en las primeras horas de la mañana, coincidiendo con el periodo de actividad de los colibríes (Machado y Semir, 2006; Canela y Sazima, 2003) y una concentración de azúcar promedio de 24.40% oBrix, siendo óptima al consumo y eficiencia digestiva adaptada a las preferencias alimenticias de los colibríes (Lotz y Schondube, 2006). Estos datos se sustentan por observaciones en campo de colibríes en contacto con las flores de estas plantas, así como la visita de otros vectores como de abejas y avispas.

Altas concentraciones y volúmenes de néctar en las primeras horas del día se considera característico dentro de bromelias (Dorneles et al., 2011 ; Schmid et al., 2011 ; Lenzi et al. , 2006). Sin embargo, este patrón contrasta con lo registrado para A. bracteata, aunque solo para la concentración de azúcar del néctar. Estos patrones de secreción, así como otras características del néctar como la cantidad y calidad , son factores trascendentales en la selección de las flores por parte de los polinizadores, así mismo, determinan el tipo de adaptación a las preferencias alimenticias de los mismos (Kromer et al., 2008). Por lo tanto, las características del néctar como el volumen, la concentración, entre otras, son factores importantes en la alimentación de diversos vectores (Hornung-Leoni et al. , 2013; Krómer et al., 2008).

Por otro lado, el conocimiento de las estrategias reproductivas es de gran importancia, ya que nos permite deducir acerca del flujo de polen a nivel individual o poblacional , y con ello conocer las estrategias reproductivas de las plantas, combinando sus características fenológicas, morfológicas, fisiológicas, genéticas, etc., dando origen a sus sistemas de cruzamientos (Lemus y Ramírez, 2005; Badana y Schlumpberger, 2001 ; Martinelli, 1994 ).

108 Capítulo IV

En Aechmea bracteata, esta se reproduce de manera asexual (rametos y apomixis) y sexual (e.g. autopolinización asistida, geitonogamia, polinización cruzada, etc.). Por lo tanto, se sugiere que el sistema reproductivo de esta especie presenta una mezcla potencial de diversos sistemas de cruzamientos, ya que, aparte de ser exitosa asexualmente (por rametos), ha evolucionado diferentes estrategias reproductivas que le aseguran se realice con éxito la reproducción por cualquiera de los sistemas de cruzamientos antes señalados, ya sea por una o varias vías a la vez. Cabe señalar que esta amplia variedad de sistemas reproductivos ha sido reportada en otros representantes de Bromeliaceae (e.g. Paggi et al., 2007; Lenzi et al., 2006; Siqueira-Filho y Machado, 2001 ). El hecho de que A. bracteata tenga una amplia variedad de estrategias reproductivas, le confiere ciertas ventajas en la reproducción. Por ejemplo, Eguiarte et al. (1992) menciona que la principal ventaja evolutiva de la reproducción asexual es el costo relativamente bajo por hijo, debido a que la planta no necesita invertir en estructuras y procesos accesorios como el néctar, polen , flores, etc. Por otro lado, en cuanto a las ventajas de la reproducción sexual, toda la asignación de recursos se enfoca a la producción de frutos con semillas con el fin de mantener el número de individuos en las poblaciones (Aegisdóttir et al., 2007; Raffl et al., 2007; Richards, 1986; Benzing , 1980).

En cuanto a la producción de frutos con semillas en A. bracteata, en todos los tratamientos controlados hubo un alto porcentaje con excepción de la apomixis en cuanto a las semillas se refiere. Esta alta producción de frutos con semillas sugiere que tal vez se deba, por una parte, a las estructuras tanto morfológicas como funcionales de las flores relacionadas a la reproducción y por otra, a la intervención y permanencia de los vectores que participan en el flujo de polen (e.g. la territorialidad de los colibríes; Buzato et al. , 2000; Snow y Snow, 1986; Feinsinger, 1978) y con ello, al intercambio genético. Por otra parte, la alta producción de frutos con semillas en condiciones naturales sugiere que en A. bracteata pueden estar involucrados uno o varios sistemas de cruzamientos, incluyendo la apomixis. Por otra parte, también hace sospechar que el conjunto de semillas producidas en estas condiciones, probablemente sean producto de poliembrionía, esto debido a la producción de un mayor número de semillas que de óvulos registrados en la polinización natural y la autopolinización asistida, tal y como lo sugiere Reyes-Agüero et al. (2006) para Opuntia stricta (Haw.) Haw.

109 Capítulo IV

Para la autopolinización no asistida se sugiere que probablemente sea favorecida por ciertos aspectos biológicos y morfológicos florales (e .g. presencia de una parcial

cleistogamia y órganos reproductores r3 y ~ funcionales antes de la apertura floral). A pesar de la presencia de una parcial dicogamia-protándrica, estas no afectaron este sistema de cruzamiento. Según Bianchi y colaboradores (2000) los niveles de autopolinización pueden variar entre poblaciones. Por otra parte, la autopolinización asistida, geitonogamia y polinización cruzada, posiblemente se vean favorecidas por la presencia de polen exógeno al estigma y la intervención de vectores como los polinizadores. Un ejemplo serían los colibríes, quienes presentan una conducta de "trap­ lining" (Gentry, 1974 ) caracterizada por rutas de forrajeo bien definidas que favorecen el flujo de polen y con ello, la polinización cruzada.

En cuanto a la germinación controlada de semillas, en todos los tratamientos de A. bracteata hubo un alto porcentaje de germinación (<90%), indicando que esta especie también es altamente exitosa en estos aspectos. Estos altos porcentajes también fueron similares a lo reportado en otros trabajos de germinación controlada de semillas para la misma especie (Goode y Allen , 2009) , así como en otras especies de Aechmea Ruiz y Pav (Lenzi et al., 2006; Nara y Webber, 2002).

Para los índices del éxito reproductivo, se sugiere que A. bracteata es completamente autocompatible y autógama facultativa. Este último también ha sido reportada en otras especies y varios géneros incluyendo Aechmea, Alcantarea (E. Morren ex Mez) Harms, Billbergia Thunb ., Canistrum E. Morren, Pitcairnia L'Hér. y Vriesea Lindl (Paggi et al., 2007; Lenzi et al., 2006; Wendt et al., 2001 , 2002). Por otra parte, cabe mencionar que la autocompatibilidad ha sido reportada como un mecanismo común en muchos representantes de bromelias (Matallana et al. , 201 O; Lenzi et al., 2006).

4.2. CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos en el presente estudio, proveen evidencias necesarias y concretas que apoyan fuertemente a las dos hipótesis, incluyendo con datos fenológicos, biológicos, morfológicos y reproductivos, a saber:

110 Capítulo IV

Los individuos de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., en el estado de Yucatán, México, presentaron un patrón de floración de tipo estado estable, también clasificado como de tipo anual, cuyos periodos de disponibilidad floral por varios meses y con ello, de recursos alimenticios, atraen y mantienen a diversos vectores quienes participan en el flujo de polen, promoviendo la polinización cruzada.

De todos los atributos florales que se consideraron involucrados en la atracción de polinizadores e importantes para la reproducción en A. bracteata, solamente el 36.1% presentaron variación importante entre individuos. Por ejemplo: la longitud de la inflorescencia, número de flores por inflorescencia y número de frutos por infrutescencia, entre otros.

Las flores de Aechmea bracteata mostraron un periodo relativamente corto de antesis, con presencia de polen y néctar durante toda la antesis diurna. Así mismo, estas flores presentaron una parcial dicogamia-protándrica y una parcial clistogamia, favoreciendo este último a la autopolinización.

Las características del néctar como el volumen y la concentración total (promedio de 2.53 !JI y 24.40% oBrix) en los individuos de A. bracteata, variaron significativamente a lo largo del día. Los mayores volúmenes y menores concentraciones se registraron en las primeras horas del día, mientras que los volúmenes más bajos y las concentraciones más altas se registraron en las tardes.

Con base a los datos fenológicos, morfológicos y biológicos registrados y con la ayuda de las conclusiones anteriores, se sugiere que A. bracteata presenta características florales típicas de ornitofilia, tales como: flores de forma tubular, corolas amarillas y brácteas rojas en el eje principal de la inflorescencia y pedúnculo, secreción de néctar durante toda la antesis diurna y ausencia de aroma, así como néctar escondido y distanciado entre los órganos reproductivos. Este hecho se apoya con las observaciones en campo de los vectores que visitaron las flores, como el caso de los colibríes.

Los individuos de Aechmea bracteata (Sw.) Griseb., son hermafroditas y de acuerdo a los valores de los índices registrados, indican que estas plantas son consideradas completamente autocompatibles y autógamas.

111 Capítulo IV

Los individuos de Aechmea bracteata se reproducen de manera asexual y sexual. La primera tiene dos modalidades, la producción de rametos (clones) y apomixis facultativa. Mientras que la segunda, presenta una amplia variedad de sistemas de cruzamientos, como la polinización no asistida, geitonogamia, polinización cruzada , entre otros. Esto indica que A. bracteata tiene la potencialidad de reproducirse por varios sistemas de cruzamientos y es altamente exitosa a nivel de frutos y semillas, incluyendo en la germinación de las mismas.

La presencia de apomixis facultativa en A. bracteata corresponde al sexto reporte registrado dentro de Bromeliaceae y el segundo para Aechmea.

4.3. PERSPECTIVAS

Las dos hipótesis fueron respondidas con base a diversos sucesos reproductivos de A. bracteata como se indicó anteriormente, sin embargo, aún faltan varios aspectos por resolver tanto en trabajo de campo como en laboratorio, los cuales por una parte podrían robustecer los resultados encontrados y por otra, poder sugerir y explorar nuevas hipótesis. A continuación se mencionan algunos de los aspectos que faltan por resolver:

Se sugiere realizar un estudio fenológico entre poblaciones a lo largo de su distribución, el cual podría proporcionar información sobre la respuesta fenológica en relación a las condiciones ambientales y a las presiones selectivas por parte de los polinizadores a las cuales están sujetas las distintas poblaciones.

A pesar de que en A. bracteata se encontró un promedio de concentración de azúcares del néctar propia de colibríes y que además, las características encontradas en esta especie son típicas de ornitofilia, no garantizan que estos vectores sean los polinizadores. Por lo tanto, faltan estudios en los cuales se incluya el registro e identificación de los visitantes florales y cuáles serían sus polinizadores efectivos.

Aechmea bracteata es una bromelia completamente autocompatible y autógama facultativa y sin embargo, es capaz de producir frutos y semillas potencialmente viables por xenogamia y apomixis. Para determinar cuál o cuáles sistemas de cruzamiento operan, sería necesario realizar análisis como pruebas de paternidad u otros análisis moleculares que detecten el origen de la progenie.

112 Capítulo IV

Por último, a pesar de que A. bracteata es una bromelia exitosa en cuanto a la producción de frutos con semillas potencialmente viables y a la alta germinación de estas últimas, se sabe que aún es insuficiente la base de datos y los resultados obtenidos para sugerir con certeza los procesos del éxito reproductivo en A. bracteata. Por lo tanto, sería necesario e importante complementar este estudio en todos los tratamientos con pruebas posteriores a la germinación de semillas como: la supervivencia de plántulas y la permanencia de individuos hasta la edad adulta, así como la evaluación de frutos con semillas y la germinación de estas últimas, con la finalidad de determinar si los posibles resultados repercuten en el éxito reproductivo, y si los resultados de la autopolinización muestran una menor adecuación en la progenie consanguínea por endogamia en las futuras generaciones.

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