Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro

Escola Nacional de Botânica Tropical

Biologia reprodutiva e polinização de Senna multijuga no Parque Nacional

de Itatiaia e na Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari

Marina Wolowski Torres

2009

ii

Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro

Escola Nacional de Botânica Tropical

Biologia reprodutiva e polinização de Senna multijuga no Parque Nacional

de Itatiaia e na Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari

Marina Wolowski Torres

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Botânica, Escola Nacional de Botânica Tropical, do Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Mestre em Botânica. Orientador: Dr. Leandro Freitas

Rio de Janeiro

2009

iii

Biologia reprodutiva e polinização de Senna multijuga no Parque Nacional

de Itatiaia e na Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari.

Marina Wolowski Torres

Dissertação submetida ao corpo docente da Escola Nacional de Botânica Tropical, Instituto de Pesquisas Jardim Botânico do Rio de Janeiro - JBRJ, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre.

Aprovada por: Prof. Dr. Leandro Freitas (Orientador) ______________________ Prof. Dra. Alexandra Pires Fernandez ______________________ Prof. Dr. Paulo Eugênio A. M. Oliveira ______________________ em 19/02/2009

Rio de Janeiro

2009

iv

Torres, Marina Wolowski

T693b

Biologia reprodutiva e polinização de Senna multijuga no Parque Nacional de Itatiaia e na Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari. / Marina Wolowski Torres. – Rio de Janeiro, 2009.

49p.: il.; 30 cm. Dissertação (Mestrado) – Instituto de Pesquisas

Jardim Botânico do Rio de Janeiro/ Escola Nacional de Botânica Tropical, 2009.

Orientador: Leandro Freitas.

Bibliografia. 1.Conservação. 2. Biologia reprodutiva. 3.

Polinização. 4. Fenologia. 5.Leguminosae. 5. Parque Nacional do Itatiaia (RJ e MG). 6. Área de proteção ambiental Serrinha do Alambari (RJ). 7. Rio de Janeiro (Estado). I. Título. II. Escola Nacional de Botânica Tropical.

CDD 583.749

v

AGRADECIMENTOS

A minha família, especialmente a minha mãe por sempre acreditar e apoiar as minhas

escolhas.

A Leandro Freitas pela orientação atual e futura.

A Victor Silvestre pela imprescindível ajuda no trabalho de campo com a montagem

dos andaimes.

A Leandro Silva pela ajuda no trabalho de campo na Serrinha.

A Sebastião Neto pela ajuda na coleta dos frutos.

A Elaine Zózimo, Karen de Toni e Rogério Figueiredo pela ajuda no laboratório.

A Leila Nunes Morgado e Maria Cristina Gaglianone pela identificação das abelhas.

A Izar Aximoff pelo incentivo para ingressar no mestrado e trabalhar em Itatiaia.

A Mariana pela companhia no abrigo.

A Jakeline Pires pela ajuda com os dados.

A Marina Brazão por todos esses anos de amizade.

A Beatriz Castelar e Raquel Monteiro que se tornaram grandes amigas ao longo desses

dois anos.

Aos professores e amigos do jardim pelas ótimas confraternizações.

Aos funcionários da ENBT.

Ao Instituto Chico Mendes e à Agência de Meio Ambiente de Resende.

Aos proprietários particulares da Serrinha do Alambari Gisele e Wilson, Guilherme

Caran, Eliel de Assis Queiroz e Luis Felipe Cesar pelo incentivo e apoio à pesquisa em

suas propriedades.

A Petrobras/Programa Mata Atlântica pelo suporte financeiro e logístico e aos

funcionários Luciano de Souza, Priscila França e Rosembergue Silva.

A CAPES pelo recurso PROAP.

vi

RESUMO

Os estudos em biologia reprodutiva tiveram suas abordagens ampliadas à medida que se

reconheceu que a conservação biológica depende da manutenção das interações entre

espécies. No contexto da redução de áreas naturais, estudos têm mostrado que as

espécies respondem diferentemente aos efeitos da fragmentação, mas, na maioria dos

casos, têm se observado a redução do sucesso reprodutivo e efeitos negativos nas das

interações mutualísticas e antagonísticas. Uma das principais estratégias para a

conservação da diversidade biológica é o estabelecimento de áreas protegidas. No

Brasil, o estabelecimento e a gestão de Unidades de Conservação (UCs) têm buscado

pela complementaridade entre categorias distintas de manejo: proteção integral e uso

sustentável. Todavia, estudos com a finalidade de avaliar o desempenho das áreas

protegidas para a conservação são escassos. Os objetivos deste trabalho foram descrever

a biologia reprodutiva e a polinização de Senna multijuga e quantificar parâmetros de

sucesso reprodutivo e de interações ecológicas (fecundidade, fenologia, polinização e

predação de sementes pré-dispersão) desta espécie em duas UCs contíguas de categorias

distintas: o Parque Nacional de Itatiaia (PNI) e a Área de Proteção Ambiental da

Serrinha do Alambari (APASA). Senna multijuga é uma árvore de médio porte comum

em clareiras, bordas de floresta e áreas em regeneração. As flores são hermafroditas e

zigomórficas e apresentam corola amarela, enantiostilia, heteranteria e deiscência

poricida, sendo o pólen o único recurso. A polinização por vibração foi realizada por

abelhas dos gêneros Bombus, Centris, Epicharis e Xylocopa. A espécie é

autoincompatível, com sistema de incompatibilidade de ação tardia. A floração foi anual

com duração intermediária e teve curta sobreposição entre as áreas. A fenologia

vegetativa apresentou diferenças entre as UCs. Apesar das UCs estarem sob condições

climáticas semelhantes, diferenças microclimáticas podem regular o comportamento

fenológico vegetativo das populações A diferença temporal entre a época de floração

parece estar relacionada à diferença do comportamento da fenofase brotamento. A

fecundidade foi igual entre as UCs e a freqüência de polinizadores e a predação de

sementes por bruquídeos foram, em torno de duas vezes, mais intensas no PNI. Apesar

da menor freqüência de polinizadores não ter resultado em redução do sucesso

reprodutivo, a manutenção dos níveis de polinização é fundamental para a reprodução

da espécie. Embora a intensidade das interações na APASA tenha sido inferior em

relação ao PNI, a complementaridade de categorias distintas de manejo é importante

vii

para o estabelecimento de áreas protegidas contíguas e de áreas protegidas pequenas em

remanescentes florestais localizados em propriedades privadas.

Palavras-chave: autoincompatibilidade, conservação biológica, polinização, predação.

viii

ABSTRACT

Reproductive biology studies have spread out after the idea that biodiversity

conservation depends on interactions among species. Motivated by the widespread

reduction of natural areas, several studies have showed that responses to fragmentation

effects differ among species. However, there were reduction on reproductive success

and negative effects on mutualistic and antagonistic interactions in most cases. The

establishment of protected areas is an important biodiversity conservation strategy. In

Brazil, the establishment and management of conservation units (UCs) have adopted the

complementary use of the two categories of management: restricted and sustainable use.

However, studies that evaluate the performance of protected areas of different

categories are scarce. The aims of this study are describe the reproductive biology of

Senna multijuga and quantify some parameters of reproductive success and ecological

interactions (fecundity, phenology, pollination and pre-dispersal seed predation) of this

species on two UCs of distinct categories: Itatiaia National Park (PNI) and

Environmental Protected Area of Serrinha do Alambari (APASA). Senna multijuga is a

middle size tree, common in forest gaps, edges and regeneration areas. Flowers are

hermaphrodites and zigomorphous and have yellow corolla, heteranthery, poricide

dehiscence and pollen is the only resource. Pollinators were large bees belonging to

Bombus, Centris, Epicharis and Xylocopa, which collect pollen by buzzing. Senna

multijuga is self-incompatible with a late-acting self-incompatibility system. Flowering

was annual with intermediary duration; there was a brief overlapping between the two

areas. Vegetative phenology differed between the UCs. Although the two UCs are under

similar climatic conditions, microclimatic differences may regulate population

phenological behaviour. Time flowering differences seem to be associated to leaf

flushing patterns. Fecundity was equal between the two UCs and pollinators frequency

and seed predation by bruquids were about twice higher at PNI. Although the lower

pollinators frequency did not decrease reproductive success, the maintenance of

pollination levels is essential for S. multijuga reproduction. Although ecological

interactions were inferior at APASA, this is important for the complementary use of

distinct categories of protected areas, by means of the establishment of both contiguous

protected areas and small-protected areas with remaining forests that are located in

private properties.

Key-words: self-incompatibility, biological conservation, pollination, predation.

ix

SUMÁRIO

Resumo __________________________________________________ vi

Abstract _________________________________________________ viii

Introdução _________________________________________________ 1

Biologia reprodutiva, fenologia e interações planta-animal ......................................... 1

Fragmentação de habitats e Unidades de Conservação ................................................ 5

Objetivos ......................................................................................................................... 8

Material e Métodos __________________________________________ 9

Áreas de estudo ............................................................................................................... 9

Espécie em estudo ......................................................................................................... 14

Biologia reprodutiva e visitantes florais ....................................................................... 14

Fenologia, fecundidade, predação de sementes

e polinização entre PNI e APASA ................................................................................. 17

Resultados ________________________________________________ 19

Biologia reprodutiva e visitantes florais ....................................................................... 19

Fenologia, fecundidade, predação de sementes

e polinização entre PNI e APASA ................................................................................ 25

Discussão _________________________________________________ 29

Conclusão _________________________________________________ 36

Referências Bibliográficas ____________________________________ 37

1

INTRODUÇÃO

Biologia reprodutiva, fenologia e interações planta-animal

Estudos em biologia reprodutiva e interações planta-animal em florestas

tropicais têm avançado à medida que se reconhece sua importância na história evolutiva

das espécies e para a determinação da composição e estrutura de comunidades (Heithaus

1974, Bawa et al. 1985a, b, Bawa 1990, Oliveira & Gibbs 2000, Freitas & Sazima

2006). As primeiras questões surgiram em função da alta riqueza de espécies das

florestas tropicais e baixas densidades populacionais, da capacidade dos polinizadores

se movimentarem entre as árvores e dos níveis de autopolinização e polinização cruzada

nas espécies (Corner 1954, Baker 1959, Fedorov 1966, Ashton 1969, Janzen 1971). As

descrições dos sistemas sexuais e reprodutivos de conjuntos de espécies arbóreas

tropicais começaram com os trabalhos de Bawa (1974) e Zapata e Arroyo (1978) e a

autoincompatibilidade foi registrada para a maioria (76% e 80%) das espécies

hermafroditas estudadas (Bawa 1974, Bawa et al. 1985a). A prevalência da

autoincompatibilidade, que implica na polinização cruzada, provavelmente está

relacionada a pressões seletivas para a manutenção da variabilidade genética (Bawa

1974, Zapata & Arroyo 1978, Seavey & Bawa 1986).

A autoincompatibilidade é definida como a incapacidade de plantas

hermafroditas produzirem zigotos após autopolinizações (De Nettancourt 1977). A

partir de experimentos genéticos (ver em Gibbs 1990) foram definidos três sistemas de

autoincompatibilidade distintos: homomórifico gametofítico, homomórfico esporofítico

e heteromórfico. A autoincompatibilidade heteromórfica ocorre em espécies

heterostílicas e o controle gênico é determinado por um lócus com dois alelos. Nos

casos de autoincompatibilidade homomórfica o controle gênico é por um lócus com

múltiplos alelos. Na autoincompatibilidade esporofítica, a rejeição ocorre entre tecido

esporofítico masculino transportado pelo grão de pólen e o tecido esporofítico materno

geralmente na superfície estigmática e o grão de pólen não é capaz de germinar ou

penetrar no estigma. Na autoincompatibilidade gametofítica, o grão de pólen germina e

é inibido ao longo do seu crescimento no estigma, estilete (na maioria dos casos), ovário

ou óvulos. Neste caso, a incompatibilidade se dá entre o tecido haplóide do grão de

pólen e o tecido esporofítico materno (Gibbs 1990).

Posteriormente, com o uso da microscopia de fluorescência, aumentou o número

de observações do crescimento de tubos polínicos no ovário e penetração nos óvulos de

espécies autoincompatíveis (Gibbs 1990). Estes casos em que a autoincompatibilidade

2

ocorre no ovário e seja anterior à fertilização ou como resultado de aborto ou inibição

de óvulos foram classificados como autoincompatibilidade de ação tardia (Seavey &

Bawa 1986). Para as espécies de Leguminosae, Arroyo (1991) descreveu a tendência

para maior freqüência de sistemas de autoincompatibilidade em grupos de arbóreas que

em grupos de herbáceas e representantes da família foram caracterizados por apresentar

principalmente autoincompatibilidade gametofítica (Arroyo 1981). Mais recentemente

se tem o registro em muitas leguminosas tropicais de autoincompatibilidade de ação

tardia (Seavey & Bawa 1986, Gibbs 1990, Gibbs et al. 1999, Lewis & Gibbs 1999,

Freitas & Oliveira 2002, Carvalho & Oliveira 2003, Rodriguez-Riãno et al. 2004,

Oliveira & Sigrist 2008, Pires & Freitas 2008). Estudos de sistema reprodutivo no

gênero Senna apontaram para a autocompatibilidade em S. australis (Silva et al. 2002) e

S. corymbosa (Laporta 2005) e autoincompatibilidade de ação tardia em S. silvestres

(Carvalho & Oliveira 2003). Ribeiro e Lovato (2004) observaram taxas de cruzamentos

variáveis entre indivíduos e populações de S. multijuga, utilizando marcadores

moleculares, em áreas com distintos graus de preservação: pastagem e vegetação

secundária na borda do Parque Estadual do Rio Doce (Minas Gerais). Mas até o

momento, não foi realizado estudo do sistema reprodutivo dessa espécie.

A disponibilidade de parceiros sexuais para as plantas, que determinam as

oportunidades para a polinização cruzada, e de recursos aos polinizadores, dependem da

ocorrência de eventos biológicos repetitivos e das causas bióticas e abióticas de sua

ocorrência (i.e., fenologia sensu Lieth 1974). Os eventos fenológicos são associados a

fatores bióticos como a competição por polinizadores na época de floração (Gentry

1974) e disponibilidade de recursos para os animais (Frankie et al. 1974). Janzen

(1974a) sugere que a ocorrência sincronizada dos eventos fenológicos reprodutivos e

vegetativos pode representar vantagens adaptativas para muitas espécies tropicais, uma

vez que favorece a atração dos polinizadores e mantêm os níveis de predação baixos.

Contudo, considerando o longo tempo de geração das árvores em relação ao curto

tempo de geração dos seus polinizadores, insetos, qualquer correlação temporal entre

floração e atividade dos insetos provavelmente resultou da adaptação do ciclo de vida

dos insetos ao desenvolvimento sazonal das árvores do que de coevolução entre árvores

e insetos (Borchert 1983). Desta maneira, parece improvável que a floração de árvores

tenha evoluído em resposta às interações com animais e predadores de sementes

(Borchert et al. 2004).

3

Em relação aos fatores abióticos, estudos com espécies arbóreas neotropicais

têm demonstrado que os eventos fenológicos (brotamento e queda foliar, floração e

frutificação) apresentam diferentes graus de sazonalidade em resposta a fatores

climáticos (Reich & Borchert 1984, Morellato et al. 1989, Morellato et al. 2000, Rivera

et al. 2002, Borchert et al. 2005), tanto em florestas semidecíduas como em florestas

ombrófilas (Frankie et al. 1974, Jackson 1978, Newstrom et al. 1994, Morellato et al.

1989, 2000). O brotamento foliar tem sido associado ao aumento do fotoperíodo

(Morellato et al. 2000, Rivera et al. 2002) e da temperatura (Morellato et al. 2000). A

floração foi associada a fatores como fotoperíodo e temperatura para espécies arbóreas

de Mata Atlântica (Morellato et al. 2000). Todavia, a maioria das espécies floresce

durante fases características da época do desenvolvimento vegetativo e, assim, as

fenofases reprodutivas e vegetativas não devem ser interpretadas separadamente

(Borchert 1983, Borchert 1992, Borchert et al. 2004). A queda foliar para muitas

espécies tem início ao final da estação chuvosa provavelmente em função da

combinação do envelhecimento das folhas e diminuição do fotoperíodo antes do

aumento da seca (Borchet & Rivera 2001, Borchert et al. 2002). Embora fatores

climáticos sejam associados a padrões fenológicos sazonais, estudos do comportamento

fenológico de populações de uma espécie em habitats com características distintas têm

mostrado que diferenças micro-ambientais (Borchert 1980, Borchert 1994, Pedroni et

al. 2002) e diferença genética entre indivíduos (Murfet 1977) são fatores adicionais para

explicar variações individuais.

O conhecimento acerca da biologia floral é fundamental para entendimento dos

sistemas de polinização das espécies (Faegri & van der Pijl 1979, Endress 1994), uma

vez que atributos como tamanho, coloração, recursos e presença de odores nas flores,

estão envolvidos na atratividade e recompensa aos polinizadores e influenciam o

transporte de pólen e, conseqüentemente, o fluxo gênico (Vogel & Westerkamp 1991).

Flores assimétricas, enantiostilia, heteranteria e deiscência poricida são características

comuns às espécies da subtribo Cassiinae (Leguminosae) (Gottsberger & Silberbauer-

Gottsberger 1988). A enantiostilia é uma forma de polimorfismo floral no qual o estilete

apresenta-se deflexionado para a direita ou esquerda em relação ao eixo central. Essa

característica evoluiu independentemente em pelo menos dez famílias de angiospermas

e normalmente está associada a outras características incluindo a heteranteria

(polimorfismo dos estames), a coleta de pólen por vibração realizada por abelhas,

ausência de nectários e a assimetria floral (Barrett et al. 2000, Jesson et al. 2003). A

4

presença desses caracteres em grupos não-relacionados sugere a convergência evolutiva

para a qual a posição do polinizador durante a visita é importante para a dispersão do

pólen e sucesso reprodutivo masculino (Barrett et al. 2000). A deiscência poricida é

comum em espécies em que o pólen é o único recurso floral e a coleta de pólen é ativa,

realizada por fêmeas de abelhas capazes de promover vibrações nas peças florais

(Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger 1988). Contudo, nem todas as espécies que

visitam flores de pólen atuam como polinizadores. Para o gênero Senna, apenas abelhas

de tamanho médio a grande, dos gêneros Xylocopa, Centris, Bombus e Epicharis,

desempenham esta função (Gottsberger & Silberbauer-Gottsberger 1988). Pinheiro e

Sazima (2007) observaram maior freqüência de visita das espécies Bombus morio,

Xylocopa brasilianorum e X. frontalis em Senna multijuga em Ubatuba, estado de São

Paulo, e descreveram a relação entre o tamanho do visitante e o tamanho do gineceu e

dos estames longos como a principal condição para garantir a polinização. Além disso,

o padrão de forrageamento dessas abelhas, em linhas de captura (trap-line sensu Janzen

1971), é um comportamento de coleta que favorece a polinização cruzada. Muitas

espécies polinizadas por abelhas grandes são autoincompatíveis (Endress 1994), o que

torna o fluxo polínico, promovido durante as rotas de coleta, fundamental para garantir

a reprodução sexual de muitas plantas em florestas tropicais (Pinheiro & Sazima 2007).

As interações antagonísticas como a predação de sementes tem efeitos

consideráveis sobre o crescimento populacional e abundância das plantas (Crawley

2000, Maron & Crone 2006). Os predadores de sementes na fase de pré-dispersão são

insetos pequenos (Diptera, Lepidoptera, Coleoptera e Hymenoptera), sedentários e

especialistas, que contribuem expressivamente para a redução da quantidade de

sementes produzidas (Crawley 2000). Os principais predadores de sementes de Senna

multijuga em área cultivada no Jardim Botânico Municipal de Curitiba foram as

espécies de bruquídeos Sennius crudelis, S. puncticollis e S. nappi, e a taxa de predação

de sementes foi de 12,5% (Sari & Ribeiro-Costa 2005). Essas autoras ressaltaram que

diferenças observadas na predação de sementes entre indivíduos, mesmo próximos,

podem estar relacionadas ao início da fenofase frutificação. A taxa de predação de

sementes variou de 7,8 a 18,0% para Senna occidentalis em duas áreas com diferenças

em relação à umidade e disponibilidade de nutrientes (Shaukat & Siddiqui 2007).

Populações de insetos predadores de sementes são sensíveis a mudanças ambientais,

como luz e umidade, e à disponibilidade e flutuação dos recursos alimentares (Cascante

et al. 2002, Lewis & Basset 2007).

5

Fragmentação de habitats e Unidades de Conservação

Novas abordagens nos estudos em biologia reprodutiva têm surgido à medida

que se reconheceu que a conservação biológica depende da manutenção das interações

entre espécies (Janzen 1974b). No contexto de redução de áreas naturais, diversos

estudos sobre os efeitos da fragmentação na reprodução das plantas foram realizados.

Em um dos estudos pioneiros, diferentes graus de redução foram registrados para a

produção de sementes e nível de polinização em espécies com diferentes características

(sistema de compatibilidade, guilda de polinizadores, forma de vida, linhagens

filogenéticas) com o aumento da fragmentação (Aizen & Feinseinger 1994). Outros

estudos apontaram que os efeitos da fragmentação sobre a biologia reprodutiva das

plantas podem ser maiores ou menores de acordo com o grau de dependência da

polinização cruzada (Bond 1994, Murcia 1996). De acordo com Steffan-Dewenter e

colaboradores (2002), as espécies autoincompatíveis são mais vulneráveis aos efeitos da

fragmentação considerando que esta pode modificar a riqueza, composição, abundância

e comportamento dos polinizadores. Essas alterações afetam a polinização e limitam a

quantidade de pólen compatível depositada no estigma ou modifica os padrões de

transferência, afetando negativamente a reprodução sexuada (Aguilar & Galetto 2004).

Estudos de revisão buscaram responder quais espécies seriam mais sensíveis a

fragmentação de acordo com características como sistema de compatibilidade e o grau

de especialização da polinização (Aizen et al. 2002, Ghazoul 2005), contudo não

conseguiram estabelecer generalizações. Em um estudo de meta-análise, o sistema de

compatibilidade foi a única variável reprodutiva que diferenciou as espécies em relação

aos efeitos da fragmentação (Aguillar et al. 2006). Quanto a outras características como

grau de especialização da polinização, forma de vida, tipo de habitat não foi possível

identificar tendência clara de susceptibilidade à fragmentação na reprodução sexual.

Apesar dos efeitos da fragmentação serem negativos para a maioria das espécies

(Aguillar et al. 2006), estudos empíricos com espécies arbóreas tropicais têm mostrado

diferentes respostas em relação aos efeitos da fragmentação sobre o sucesso reprodutivo

(Aizen & Feinsinger 1994a, Dick 2001, Cascante et al. 2002, Fuchs et al. 2003, Lobo et

al. 2005, Quesada et al. 2004, Herrerías-Diego et al. 2006, Herrerías-Diego et al. 2008).

Em relação a interações antagonísticas, a intensidade da predação de sementes

pode aumentar em um gradiente crescente de cobertura vegetal, sem efeitos sobre o

crescimento populacional (Kolb et al. 2007). A predação de sementes das espécies

arbóreas Samanea saman e Ceiba aesculifolia foi menor em fragmentos em relação à

6

floresta contínua (Cascante et al. 2002, Herrerías-Diego et al. 2008). Do ponto de vista

da conservação das plantas, mudanças nos níveis de predação de sementes podem

alterar a densidade de sementes, o estabelecimento de plântulas e a regeneração das

populações e, por fim, ter efeitos em longo prazo na comunidade (Herrerías-Diego et al.

2008). A redução ou eliminação de predadores de sementes em fragmentos florestais

pode afetar negativamente interações competitivas das plantas, alterando a composição

original de espécies nas comunidades fragmentadas (Herrerías-Diego et al. 2008).

Apesar das interações ligadas à polinização e à predação atuarem

concomitantemente, poucos estudos têm analisado seus efeitos combinados sobre a

produção de frutos e sementes, sobretudo em áreas com diferentes graus de

fragmentação ou conservação (Cunningham 2000, Steffan-Dewenter et al. 2001,

Cascante et al. 2002, Garcia & Chacoff 2007, Agren et al. 2008). Steffan-Dewenter e

colaboradores (2001) observaram o aumento do número de visitas por abelhas e da

proporção de capítulos predados em Centaurea jacea com o aumento da

complexibilidade da paisagem (medida pela proporção de habitat seminatural) em área

agrícola com fragmentos de floresta e habitats seminaturais na Alemanha. Na Costa

Rica, árvores isoladas de Samanea saman apresentaram produção de sementes por fruto

e probabilidade de polinização similares a árvores em populações contínuas, enquanto a

predação de sementes foi maior em área de floresta. Nesse estudo, se reconheceu a

importância de árvores isoladas para o fluxo gênico entre populações e como fonte de

recursos para polinizadores naturais (Cascante et al. 2002).

A ocorrência, intensidade e sincronia entre os eventos fenológicos é outro

aspecto relevante para comparação de populações em áreas com características distintas.

A sincronia de floração entre indivíduos de populações isoladas é essencial para garantir

o sucesso reprodutivo e a oferta de recursos aos polinizadores (Lopes & Buzato 2005).

Para Ceiba aesculifolia a floração teve pouca sobreposição entre populações em áreas

com diferentes graus de perturbação em três anos de estudo, contudo, a maior produção

de flores na área perturbada não acarretou em diferenças no sucesso reprodutivo entre as

áreas e a presença dos polinizadores estaria mantendo a conectividade entre as

populações (Herrerías-Diego et al. 2006). A ocorrência de indivíduos em áreas isoladas

é fundamental para promover o fluxo polínico entre fragmentos florestais e garantir a

diversidade genética das populações (Dick 2001). No entanto, no caso de Paquira

quinata, apesar da produção de frutos por indivíduo ter sido equivalente entre árvores

7

isoladas e em populações contínuas, árvores isoladas produziram mais flores e os níveis

de cruzamento foram menores (Fuchs et al. 2003).

Frente ao processo de ocupação, redução e degradação de áreas naturais pelas

atividades humanas, o estabelecimento de áreas protegidas é uma estratégia chave, em

nível local, regional e global, para a proteção da biodiversidade (Rocha et al. 2006,

Gaston 2008). O estabelecimento e a gestão das Unidades de Conservação (UCs) no

Brasil têm buscado pela complementaridade entre os dois grupos de categorias de

manejo: proteção integral (uso indireto dos recursos naturais) e uso sustentável (uso

direto) de acordo com as recomendações da IUCN (International Union for

Conservation of Nature). Os critérios da IUCN foram estabelecidos utilizando como

referência as premissas da Teoria da Biogeografia de Ilhas de MacArthur & Wilson

(1967) e priorizam tamanho, forma e conectância entre as áreas protegidas (Scarano

2006, Dourojeanni & Pádua 2007). A conectância entre UCs, por exemplo, com uso de

corredores ecológicos, permitiria a dispersão de espécies facilitando o fluxo gênico e a

colonização (Primack & Rodrigues 2004, Rocha et al. 2006).

Como uma das categorias de UCs de uso indireto, os Parques Nacionais

caracterizam-se por áreas de tamanho grande com objetivo de preservar amostras

representativas e ecologicamente viáveis de um ou mais ecossistemas (Dourojeanni &

Pádua 2007). No caso das UCs de uso direto, as Áreas de Proteção Ambiental foram

planejadas para conformar zonas de amortecimento e corredores ecológicos para as UCs

de uso mais restrito. Ainda devem contribuir para minimizar danos ambientais em áreas

com pressão antrópica ou em propriedades privadas (Dourojeanni & Pádua 2007).

Como contraponto, Gaston e colaboradores (2008) consideram que áreas protegidas de

uso sustentável têm menor valor para a conservação da biodiversidade e não conformam

áreas protegidas no sensu strictu empregado na biologia da conservação.

Considerando a confiança que as estratégias conservacionistas depositam nas

áreas protegidas e os altos níveis de investimento associado, inclusive a exclusão do uso

da terra para outras finalidades, é importante compreender o desempenho dessas áreas

(Gaston et al. 2008). Estudos com esta finalidade têm focado na avaliação e comparação

de áreas protegidas com base em inventários que avaliam a riqueza e abundância de

espécies (ver revisão em Gaston et al. 2008). Assim sendo, estudos que busquem

comparar UCs em relação a processos ecológicos, como os relacionados ao sucesso

reprodutivo, fenologia e interações mutualísticas e antagonísticas, são promissores.

8

Objetivos

Os objetivos deste estudo foram descrever a biologia reprodutiva e da

polinização de Senna multijuga no Parque Nacional de Itatiaia e quantificar alguns

parâmetros de sucesso reprodutivo e manutenção de interações ecológicas (fecundidade,

fenologia, polinização e predação de sementes pré-dispersão) desta espécie em duas

UCs de categorias distintas (Parque Nacional de Itatiaia e Área de Proteção Ambiental

da Serrinha do Alambari). Em função das características e dos objetivos de cada UC, é

esperado que a ocorrência e intensidade desses parâmetros sejam diferentes entre essas

UCs de categorias de manejo distintas. Efeitos negativos sobre parâmetros reprodutivos

e de interações planta-polinizador e planta-predador, semelhantes aos da fragmentação,

são esperados em áreas preservadas sob maior pressão antrópica. Dadas as diferenças

históricas de uso e ocupação do solo entre as UCs aqui estudadas e a maior

heterogeneidade de ambientes na Área de Proteção Ambiental espera-se que os

parâmetros avaliados sejam inferiores em relação ao Parque Nacional.

9

MATERIAL E MÉTODOS

Áreas de estudo

Esse estudo foi desenvolvido em 2007 e 2008 no Parque Nacional de Itatiaia e

na Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari. Ambas UCs localizam-se em

área de Floresta Atlântica (sensu Oliveira-Filho & Fontes 2000) na Serra da

Mantiqueira, região sudeste do Brasil (Fig. 1). O Parque Nacional de Itatiaia (PNI)

localiza-se a oeste do estado Rio de Janeiro (municípios de Itatiaia e Resende) e ao sul

de Minas Gerais (municípios de Itamonte, Alagoa e Bocaína de Minas). O PNI foi

criado em 1937 (Decreto nº 1.713) com área de 11943 ha ampliada para 30000 ha em

1982 (Decreto nº 87.586). No PNI, o estudo foi desenvolvido na vertente sul (município

de Itatiaia) no vale do rio Campo Belo, afluente do rio Paraíba do Sul. Nessa área (22º

27' S; 44º 36' W), entre 500 e 1000 m de altitude, a vegetação é classificada como

Floresta Ombrófila Densa Montana (sensu Veloso et al. 1991).

Figura 1. Localização do Parque Nacional de Itatiaia (PNI) e da Área de Proteção

Ambiental da Serrinha do Alambari (APASA).

O clima nessa faixa altitudinal é do tipo Cwa e Cfb (classificação de Köeppen) e

apresenta duas estações bem marcadas: um período quente coincidindo com abundantes

chuvas e um período frio associado à baixa pluviosidade (Segadas-Vianna & Dau

1965). A temperatura média é de 18,20 C (15,10 C nos meses mais frios: junho, julho e

10

agosto e 20,80 C nos meses mais quentes dezembro, janeiro, fevereiro, março). A

precipitação média anual é 1699 mm e corresponde a 116 dias de chuva (31,5%),

janeiro é o mês mais chuvoso com 289,2 mm e junho o menos com 31,5 mm (Segadas-

Vianna & Dau 1965). O período de chuvas se estende de dezembro a fevereiro

totalizando 818,3mm (50%). A estação seca corresponde ao inverno e inclui os meses

de junho, julho, agosto, com média total de 102 mm (6%) e 12 dias de precipitação

(Segadas-Vianna & Dau 1965). De acordo com a normal climatológica (1961-1990) da

estação meteorológica do município de Resende, a estação seca estende-se de maio a

setembro, com média de 30 mm de precipitação e temperaturas médias de 13,80C

(mínima) e 25,70C (máxima). A estação chuvosa estende-se de outubro a abril com

média de 179,9 mm de precipitação e temperaturas médias de 18,90C (mínima) e 29,10C

(máxima) (Fig. 2A).

A Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari (APASA) é contígua ao

PNI, localiza-se na zona de amortecimento do Parque, na encosta leste, a oeste da RJ-

163, que segue para Visconde de Mauá (Fig. 1). A APASA foi criada em 1991 (Lei

Municipal no 1726), com área de 4500 ha, no município de Resende. O relevo é de

encosta de serra, constituído por extenso vale e parte das vertentes do PNI nas quais se

formam a parte alta das bacias dos rios Alambari e Pirapitinga, afluentes do rio Paraíba

do Sul.

Até o final do século XIX, a região da Serrinha do Alambari era coberta por

Floresta Atlântica e constituía a parte menos explorada de algumas fazendas. Parte das

terras foi aproveitada no auge do ciclo do café em Resende até a década de 1870, época

da decadência da cafeicultura na região (Projeto Serrinha 2008). Ao longo da primeira

metade do século XX, as fazendas foram divididas em propriedades menores, dedicadas

à lavoura. Entretanto, a baixa fertilidade natural dos solos não permitia um maior

desenvolvimento da agricultura no local e a partir da década de 40, teve início uma

ocupação desordenada, com extração de madeira, produção de carvão e

desmembramento das terras. A criação do PNI em 1937 contribuiu para intensificar o

desmatamento na Serrinha, pois se tratava de uma área adjacente ao Parque sem

fiscalização. A pecuária extensiva já havia substituído os cafezais e se expandiu também

pelos vales e encostas da Serrinha. Entretanto, a exemplo do que ocorreu com a lavoura,

não encontrou o ambiente produtivo ideal tanto pela declividade acentuada como pela

baixa fertilidade dos solos (Projeto Serrinha 2008).

11

Nos anos de 1950, começaram, em escala reduzida, as primeiras construções e

loteamentos para veranistas. A instalação do Camping Clube do Brasil, na década de 70,

confirmou a vocação turística da Serrinha, gerando uma grande transformação no local.

Com o crescimento do turismo a população local aumentou e surgiram outros

problemas ambientais, tais como a contaminação dos mananciais hídricos (Projeto

Serrinha 2008). Em 1989, foi criado o Grupo de Trabalho para o Desenvolvimento

Integrado da Serrinha, composto por moradores, representantes do poder público e

organizações da sociedade com interesse na preservação e defesa ambiental da região

(Projeto Serrinha 2008). Essa iniciativa culminou na criação da APASA em 1991 e,

posteriormente a implementação do seu Plano Diretor (Lei nº 1.845 de 1994). O Plano

Diretor regula e disciplina o uso e a ocupação do solo e subdivide a APASA em

zoneamento delimitado preferencialmente por cotas de altitude, cursos d’água e vias.

Para este estudo, foram considerados pontos amostrais da zona de vida silvestre, zona

de conservação da vida silvestre, zona residencial e zona agropecuária (Fig. 3 e Tab. 1).

A variação altitudinal na área de estudo na APASA é semelhante a do PNI, entre

500 e 1000 m e o clima é o mesmo, tipo Cwa e Cfb (Segadas-Vianna & Dau 1965). Para

fins de comparação do clima entre as áreas, dois climatogramas foram obtidos através

do programa DIVA-GIS 5.4 (Hijmans et al. 2006) a partir de dados climatológicos de

precipitação e temperatura mínima e máxima do Worldclim 1.4 (Hijmans et al. 2005),

para pontos georreferenciados das duas UCs (PNI: 220 27´ 6´´ S; 440 36´ 27´´ W;

APASA: 220 23´ 13´´ S; 440 32´ 53´´ W - Fig. 2B e C). As curvas de precipitação,

temperatura mínima e máxima não apresentaram diferença entre PNI e APASA através

do teste Kolmogorov-Sminorv (p > 0,10).

Apesar da vegetação ser classificada como Floresta Ombrófila Densa Montana

(senso Veloso et al. 1991) ao longo da variação altitudinal, diferentes estágios de

sucessão ecológica podem ser verificados na APASA. Nas áreas mais próximas ao PNI

e nas cotas altimétricas mais elevadas, a vegetação encontra-se em um estágio

sucessional mais avançado em relação às áreas em cotas altimétricas mais baixas, área

residencial e área agropastoril. Nesta encontra-se extensas áreas devastadas ainda

utilizadas para pastagem e outras em estágio inicial de regeneração.

12

Figura 2. A. Precipitação (mm) média mensal (barras) e temperatura (0C) média mensal

mínima (▲) e máxima (■) da normal climatológica (1961-1990) do município de

Resende. Fonte: Instituto de Meteorologia, sexto distrito do Rio de Janeiro. B-C.

Precipitação (mm) média mensal (barras) e temperatura (0C) média mensal e mínima

(▲) e máxima (■) no Parque Nacional de Itatiaia (PNI) e na Área de Proteção

Ambiental da Serrinha do Alambari (APASA). Fonte: Worldclim 1.4 (Hijmans et al.

2005).

13

Figura 3. Localização das zonas da Área de Proteção Ambiental da Serrinha do

Alambari. Fonte: Projeto Serrinha.

Tabela 1. Descrição das zonas da Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari.

Zona de Vida Silvestre (ZVS) Reservas ecológicas e outras áreas com proteção legal equivalente destinadas a garantir a perenidade dos recursos hídricos, da biodiversidade e das belezas cênicas.

Zona de Conservação da Vida Silvestre (ZCVS)

Zona onde poderá ser admitido o uso moderado e autosustentado da biota, de modo a garantir a integridade dos ecossistemas locais.

Zona Residencial (ZR) Zona onde poderão ser permitidas atividades

turísticas, de modo a permitir o uso sustentado da biota e assegurar a manutenção dos ecossistemas naturais.

Zona Agropecuária (ZAP) Zona onde são permitidas atividades agrícolas

ou pecuárias, sendo, entretanto, proibidas práticas predatórias dos recursos naturais.

14

Espécie em estudo

Senna multijuga (Rich.) Irwin & Barneby é uma espécie de hábito arbóreo com

10 a 15 m de altura, comum entre 50 e 950 m de altitude em clareiras, borda de floresta,

matas ciliares e em áreas perturbadas e em regeneração, assim como pode ser

preservada em pastagens e plantações para sombrio (Irwin & Barneby 1982). A espécie

é indicada para restauração de áreas degradadas, como espécie secundária inicial

(Moraes et al. 2006) e é amplamente cultivada e utilizada para arborização urbana em

Brasília, Rio de Janeiro, São Paulo (Irwin & Barneby 1982) e Rio Grande do Sul

(Rodrigues et al. 2005). A floração ocorre nos meses de janeiro a maio e a frutificação

de março a novembro (Oberlaender 2006, Morim & Barroso 2007). A dispersão das

sementes é do tipo anemocórica.

No PNI, S. multijuga é freqüente na faixa entre 600 a 900 m de altitude, em

locais próximos ao rio Campo Belo, no interior da mata e em áreas de vegetação

alterada, caracterizando-a como espécie generalista (Morim 2006, Morim & Barroso

2007). Na APASA, a espécie pode ser observada em todas as zonas, seja nas bordas de

vegetação, áreas em regeneração e de pastagem, como também nas residências e nos

seus arredores (M. Torres, obs. pess.).

Senna multijuga apresenta distribuição ampla na América Central e do Sul, mas

as variedades apresentam distribuição geográfica mais restrita (Irwin & Barneby 1982).

Na área de estudo, ocorre Senna multijuga var. lindleyana que se distribui do sul da

Bahia ao nordeste de Santa Catarina, nas cristas e declives da formação Atlântica (Irwin

& Barneby 1982).

Biologia reprodutiva e visitantes florais

A biologia floral foi estudada a partir de material fresco e estocado em FAA

70%. A presença de osmósforos foi verificada por meio de teste com vermelho neutro

(Dafni 1992). A receptividade do estigma foi determinada utilizando peróxido de

hidrogênio (Zeisler 1938) com auxílio de lupa de campo. A viabilidade polínica foi

estimada em 200 grãos de pólen por antera em três anteras de cada tamanho utilizando

carmim acético, com auxílio de microscópio óptico (Dafni 1992). O teste Qui-quadrado

(X2) foi utilizado para analisar possíveis diferenças na viabilidade entre os grãos de

pólen provenientes dos três diferentes tamanhos de antera. O número de grãos de pólen

foi estimado em três anteras por tamanho utilizando a câmara de Neubauer com auxílio

de microscópio óptico. A razão pólen/óvulo foi determinada de acordo com Cruden

15

(1977). Outros aspectos da biologia floral como coloração, odor, horário da antese e

duração da flor foram registrados em observações diretas no campo.

O sistema reprodutivo foi determinado através de testes de polinização

controlados em flores de inflorescências isoladas em sacos de “voile” ainda em botões

florais. Foram utilizados três indivíduos em pico de floração em fevereiro e março no

PNI e dois indivíduos na APASA em abril de 2008. O acesso às flores foi feito a partir

de escada e montagem de andaimes de construção civil (cf. Pires & Freitas 2008). As

flores foram submetidas aos tratamentos: apomixia: flores em pré-antese foram

emasculadas, marcadas e mantidas na inflorescência sem deposição de pólen no

estigma; autopolinização espontânea: flores em antese foram marcadas e mantidas na

inflorescência sem deposição de pólen no estigma; autopolinização manual: flores em

antese foram marcadas e o conteúdo de pólen de uma antera da própria flor ou de outra

flor do mesmo indivíduo foi depositado no estigma; polinização cruzada manual: flores

em antese foram marcadas e o conteúdo de pólen de uma antera de outro indivíduo foi

depositado no estigma. Os tratamentos foram distribuídos entre os indivíduos. A

autopolinização manual foi aplicada em cinco indivíduos e a polinização cruzada, em

quatro. Nos tratamentos autopolinização manual e polinização cruzada, a antera foi

dissecada sobre lâmina limpa e o conteúdo depositado no estigma. Nesses tratamentos

foram realizados cruzamentos para os três diferentes tamanhos de anteras.

O crescimento dos tubos polínicos foi verificado utilizando a técnica de

fluorescência de Martin (1959) em pistilos provenientes de tratamentos de

autopolinização manual e de polinização cruzada manual fixados em FAA 70% a

intervalos de 12, 24, 48 e 72 horas após o tratamento. Ainda, pistilos autopolinizados

fixados (24 horas após tratamento) foram desidratados em série etílica ascendente até

etanol absoluto e incluídos em hidroxietilmetacrilato (Leica) (Gerrits & Smid 1983).

Após inclusão e montagem dos blocos, estes foram seccionados longitudinalmente com

auxílio de micrótomo de rotação com 3 µm de espessura. As secções foram aderidas a

lâminas de vidro e coradas com azul de toluidina 0,05% (O’Brien et al. 1965) e

observadas em microscópio óptico de campo claro.

A fim de estimar a produção de frutos em condições naturais (controle), flores

em antese foram marcadas e mantidas expostas. O teste Qui-quadrado (X2) foi utilizado

para avaliar possíveis diferenças na produção de frutos formados nos tratamentos (entre

cruzamentos com anteras de diferentes tamanhos) e entre o tratamento polinização

cruzada e controle. Os dados do controle são provenientes de um indivíduo do PNI. O

16

outro indivíduo que seria utilizado como controle sofreu forte florivoria por formigas do

gênero Atta e não pôde ser utilizado para este fim. As flores desse indivíduo que

estavam ensacadas não foram danificadas e os dados dos tratamentos foram utilizados

nas comparações. Para o terceiro indivíduo do PNI e nos dois indivíduos da APASA,

não foi possível estimar a produção de frutos em condições naturais.

Foi feita a contagem de óvulos, sementes desenvolvidas e sementes abortadas de

frutos provenientes do tratamento polinização cruzada (18 frutos) e controle (75 frutos)

do PNI. A fecundidade foi medida pela razão do número sementes desenvolvidas/

número de óvulos. A taxa de aborto foi medida pela razão sementes abortadas/óvulos.

Os frutos foram abertos com pinça e estilete e os óvulos e sementes contados com

auxílio da lupa. O número de câmeras seminíferas e cicatrizes de óvulos foram

utilizados para estimar o número de óvulos. Sementes íntegras, com testa bem formada,

foram consideradas desenvolvidas. Sementes com desenvolvimento interrompido e/ou

deformadas foram consideradas abortadas. O teste Kruskal-Wallis (H) foi utilizado para

analisar possíveis diferenças entre o número de óvulos, de sementes desenvolvidas, de

sementes abortadas, a fecundidade e a taxa de aborto dos cruzamentos com anteras de

diferentes tamanhos do tratamento polinização cruzada manual. O teste Mann-Whitnney

(U) foi utilizado para analisar possíveis diferenças no número de óvulos, de sementes

desenvolvidas, de sementes abortadas, na fecundidade e na taxa de aborto entre o

tratamento polinização cruzada e controle (indivíduos do PNI). Foi calculado o índice

de limitação polínica para produção de frutos (Ifrutos = 1 – (Fc / Fpc) onde Fc é a produção

de frutos do controle e Fpc é a produção de frutos da polinização cruzada) e para

produção de sementes (Isementes = 1 – (Rc / Rpc) onde Rc é a razão semente/óvulo no

controle e Rpc é a razão semente/óvulo da polinização cruzada) (Larson & Barrett 2000).

Os visitantes florais foram coletados com puçá e o comportamento de forrageio,

foi registrado. As observações foram realizadas em dias com céu limpo ou parcialmente

encoberto totalizando 12 horas distribuídas entre 8:00 e 17:00h em três indivíduos em

fevereiro de 2008 no PNI. As espécies coletadas foram classificadas em polinizadores e

pilhadores de acordo com o tamanho (Frankie et al. 1983) e o comportamento de

forrageio (Pinheiro & Sazima 2007). Foram consideradas pilhadoras abelhas pequenas

(< 12 mm) que durante a visita não contatavam o estigma e polinizadoras as abelhas de

tamanho médio e grande (≥ 12 mm) que contatavam o estigma.

17

Fenologia, fecundidade, predação de sementes e polinização entre PNI e APASA

O registro da fenologia vegetativa e reprodutiva foi mensal no período de

dezembro de 2007 a dezembro de 2008 em 19 indivíduos da espécie no PNI e 63

indivíduos na APASA. Foi registrada a presença e intensidade das fenofases brotamento

foliar: formação de novas folhas; queda foliar: folhas amareladas e ausência de folíolos;

floração: dividida em botão floral e antese; frutificação: separada em frutos imaturos

(verdes) e frutos maduros (marrons). A intensidade foi estimada individualmente

através da escala semiquantitativa de cinco categorias (0 a 4), com intervalo de 25%

entre elas (Fournier 1974). Foram calculados o percentual de intensidade de Fournier

(1974) e o índice de atividade (Bencke & Morellato 2002) para representação gráfica

dos valores.

A fecundidade, taxa de aborto, número de óvulos, de sementes desenvolvidas e

de sementes abortadas de frutos provenientes de indivíduos em condições naturais do

PNI (cinco indivíduos, 15 frutos por indivíduo, total de 75 frutos) e APASA (14

indivíduos, 15 frutos por indivíduo, total de 210 frutos) foram estimados seguindo a

mesma metodologia descrita anteriormente.

A predação de sementes foi registrada pela presença de predador dentro da

semente (espécies de bruquídeos) e/ou com vestígio de predação (orifícios na semente)

dos frutos provenientes de indivíduos do PNI e APASA. Para isso foram usados os

mesmos frutos utilizados para estimar a fecundidade, taxa de aborto, número de óvulos,

de sementes desenvolvidas e de sementes abortadas. Do total de sementes

desenvolvidas foi subtraído o número de sementes desenvolvidas predadas e obtido o

número de sementes desenvolvidas intactas. A taxa de predação foi medida pela razão

sementes desenvolvidas predadas/sementes desenvolvidas total. Por fim, a capacidade

reprodutiva foi medida pela razão de sementes desenvolvidas intactas/óvulos.

O número de visitas dos polinizadores e o número de flores visitadas foram

registrados no PNI e na APASA no período de março a maio de 2008. As medidas

foram feitas em duas ou três inflorescências por indivíduo em cada UC com auxílio de

luneta e binóculos, totalizando duas horas de observação por inflorescência a intervalos

de 15 minutos, distribuídos entre 8:00 e 13:00h em diferentes dias com céu limpo ou

parcialmente encoberto (total de 104 horas de observação). As inflorescências foram

amostradas de indivíduos em pico de floração com intensidade de floração igual ou

superior à categoria 3 da escala de Fournier. As inflorescências foram acompanhadas a

18

cada 15 dias por um período de dois meses a fim de estimar a frutificação (número de

frutos/infloresência).

Os dados foram testados quanto à normalidade e homecedasticidade de

variâncias e os testes estatísticos foram realizados no software STATISTICA 6.0

(Statsoft, 2001). O teste Kolmogorov-Smirnov foi utilizado para analisar possíveis

diferenças entre as curvas do índice de atividade e do percentual de intensidades das

fenofases vegetativas e reprodutivas entre as UCs. O teste Kruskal-Wallis foi utilizado

para verificar possíveis diferenças entre os horários de observação em cada UC e

possíveis diferenças entre a freqüência de visitas e número de flores visitadas/hora entre

as zonas da APASA (ZAP, ZR, ZCVS, ZVS). A freqüência de visitas dos polinizadores,

número de flores visitadas/hora das inflorescências e frutificação das inflorescências (16

inflorescências no PNI e 26 na APASA) de indivíduos do PNI (quatro indivíduos) e da

APASA (12 indivíduos: três indivíduos por zona) foram comparadas, entre as UCs,

através do teste Mann-Whitnney (U) assim como o número de óvulos, de sementes

desenvolvidas total, de sementes desenvolvidas intactas, de sementes desenvolvidas

predadas, de sementes abortadas, a fecundidade, a capacidade reprodutiva, a taxa de

predação de sementes e a taxa de aborto (médias dos frutos dos cinco indivíduos do PNI

e média dos frutos dos 14 indivíduos da APASA).

19

RESULTADOS

Biologia reprodutiva e visitantes florais

As flores de Senna multijuga, dispostas em panículas terminais, são assimétricas

e abertas, com 36,81 ± 2,56 mm (média ± desvio-padrão, em todo o texto) (n = 10) de

diâmetro. As sépalas amarelas, em número de cinco, são livres. As pétalas, também em

cinco, apresentam coloração amarela e são desiguais (Fig. 4A). O androceu é

constituído por dois estames grandes, um estame médio, quatro estames pequenos e três

estaminóides (Fig. 4A). Os estames grandes apresentam anteras curvas (7,50 ± 0,74

mm, n = 10) e filete alongado (6,28 ± 0,94 mm, n = 10). O estame médio apresenta

antera curva (6,40 ± 1,51 mm, n = 10) e filete curto (2,08 ± 0,45 mm, n = 10). Os

estames pequenos apresentam anteras retas (4,56 ± 0,65 mm, n = 10) e filetes curtos

(1,98 ± 0,20 mm, n = 10). As anteras apresentam deiscência poricida e o pólen é o único

recurso floral. As anteras reagiram ao teste com vermelho neutro e a presença dos

osmóforos foi verificada da base ao ápice da antera em estruturas definidas como frisos

longitudinais (sensu Guimarães et al. 1984). Os frisos longitudinais são constituídos por

um maciço de células de origem epidérmica e natureza secretora (Guimarães et al.

1984). O pistilo, com 13,93 ± 0,44 mm (n =10) de altura (da base ao estigma), apresenta

ovário súpero e unilocular, com 45,07 ± 6,14 (n= 75) óvulos de placentação sutural. O

estigma é circular, em forma de câmara e a abertura está voltada para a parte interna da

flor.

A viabilidade dos grãos de pólen foi de 96,33% ± 0,02 (n = 3) nas anteras

pequenas, 98,17% ± 0,003 (n = 3) para as anteras médias e 97,33% ± 0,02 (n = 3) para

as anteras grandes. Não houve diferença para viabilidade polínica do pólen proveniente

dos três diferentes tamanhos de antera (X2 = 3,82, p = 0,15). Anteras pequenas possuem

11789 ± 3206 grãos de pólen, anteras médias 12300 ± 2909 e anteras grandes 20178 ±

3384. Desta forma, o número total médio de grãos de pólen em uma flor é estimado em

99811 e a razão pólen/óvulo em 2218.

Durante o desenvolvimento do botão floral, o pistilo desloca-se da posição

central para posição lateral, à esquerda ou à direita, caracterizando a enantiostilia. Flores

de morfos opostos foram encontradas na mesma inflorescência (Fig. 4B). Os estames de

anteras grandes acompanham o deslocamento no sentido oposto aproximando-se da

pétala maior e a abertura do poro é direcionada no sentido da curvatura da pétala maior.

O estame médio acompanha o movimento do pistilo e fica em posição oposta à pétala

maior e o poro da antera é extrorso (Fig. 4A). Os estames pequenos dispõem-se no

20

centro da flor e a abertura dos poros direciona-se para o centro da flor. Durante o

deslocamento do pistilo e estames, a corola vai se abrindo. No botão em pré-antese, a

corola já estava totalmente aberta. O início da antese ocorreu no início da manhã (por

volta das 7:00h), quando o estigma estava receptivo e as anteras apresentavam

coloração amarelo-esverdeada e os frisos longitudinais alaranjados. Ao longo da manhã,

os frisos longitudinais das anteras liberaram odor, os poros se abriam e o pólen se

tornava disponível, sendo liberado apenas por vibração. O estigma permanecia receptivo

por todo o dia. Ao final da tarde, o odor não era mais perceptível e os frisos adquiriam

coloração amarronzada. A antese teve duração de ca. 12 horas. Na manhã do segundo

dia, a maioria das flores já perdeu os estames ou eles estão amarronzados e senescentes

e em seguida, as pétalas começavam a cair. Na manhã do terceiro dia, o pistilo e o cálice

persistiam, podendo persistir também a pétala de maior tamanho.

Figura 4. Flor de Senna multijuga. A. Disposição das peças florais: Pétala maior (Pm) e

anteras grandes (G) opostas ao pistilo (Pi) e ao estame médio (M). Estames pequenos no

centro da flor (P). Barra = 1 cm. B. Flores dos dois morfos na mesma inflorescência.

Quanto ao sistema reprodutivo a espécie é autoincompatível e não-apomítica

(Tab. 2). Não houve formação de frutos a partir do tratamento autopolinização

espontânea e manual com pólen proveniente dos três tamanhos de antera (ntotal = 137;

nantera P = 39, nantera M = 46, nantera G = 52). A queda de pistilos autopolinizados ocorreu em

até 10 dias após a polinização manual. No tratamento de polinização cruzada, não houve

diferença entre a produção de frutos (F) dos cruzamentos com pólen dos três tamanhos

de antera (X2 = 0,94; p = 0,62 Fpc = Ftotal = 0,53 (55/104); Fantera P = 0,59 (23/39), Fantera M

= 0,50 (14/28), Fantera G = 0,49 (18/37)). Desta forma, esses dados foram agrupados (Tab.

2). Tubos polínicos provenientes de tratamentos de autopolinização manual e de

21

polinização cruzada manual foram observados penetrando no ovário ou nos óvulos 12

horas após as polinizações (Fig. 5A-C). Não foram observadas diferenças aparentes no

crescimento de tubos polínicos provenientes de autopolinização e polinização cruzada

manual, nem de tratamentos com pólen proveniente dos três diferentes tamanhos de

anteras.

A produção de frutos após polinização cruzada foi significativamente maior que

em condições naturais (Tab. 3). O índice de limitação polínica para produção de frutos

foi 0,73 e para a produção de sementes foi 0,25. No tratamento polinização cruzada, não

houve diferença entre o número de óvulos (H = 0,43, p = 0,81), de sementes

desenvolvidas (H = 0,10, p = 0,95), de sementes abortadas (H = 1,69, p = 0,43),

fecundidade (H = 0,18, p =0,92) e taxa de aborto (H = 1,45, p = 0,49) dos cruzamentos

com pólen dos três tamanhos de antera. Esses dados foram agrupados e comparados ao

controle (Tab. 3). A fecundidade no tratamento polinização cruzada foi

significativamente maior em relação ao controle e a taxa de aborto não apresentou

diferença (Tab. 3).

Os visitantes florais observados foram abelhas fêmeas (Hymenoptera: Apoidea)

que coletaram pólen. A coleta teve início por volta das 8:00h, permaneceu intensa até o

início da tarde e diminuiu a partir das 14:00h. Das espécies coletadas, 69% foram

classificadas como polinizadores, pois foi possível observar o contato do corpo na

região estigmática durante a visita (Tab. 4). Essas abelhas se aproximavam da flor e se

prendiam pela mandíbula e pernas dianteiras (Fig. 6A e B). A vibração dos músculos do

vôo era transmitida às anteras promovendo a liberação do pólen (cf. Buchman 1983). As

partes ventrais do tórax e do abdômen ficavam sobre as anteras de tamanho pequeno e a

lateral do tórax e do abdômen ficavam próximas às outras anteras (Fig. 6C). As espécies

de polinizadores mais freqüentes diferiram em relação ao comportamento de limpeza

entre as visitas. Bombus morio permanecia pairado e transferia o pólen do tórax e do

abdômen para a corbícula, com auxílio das pernas dianteiras e medianas, enquanto as

espécies de Centridini se prendiam com as mandíbulas nas estruturas florais e

transferiam o pólen do tórax e do abdômen para as escopas das pernas traseiras com

auxílio das pernas dianteiras e medianas. De maneira geral, as visitas duravam até três

segundos. As abelhas visitaram diversas flores numa mesma inflorescência e diversas

inflorescências de um mesmo indivíduo antes de deixarem a árvore. Abelhas pequenas,

como Euglossa iopoecila (Fig. 6D-F), não contataram o estigma durante as visitas e

foram classificadas como pilhadoras.

22

Tabela 2. Produção de frutos (porcentagem do número de frutos/número de flores) após

tratamentos de polinização controlados de Senna multijuga no Parque Nacional de

Itatiaia e na Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari. n = número de flores

e frutos.

n flores n frutos (%)

Apomixia 15 0 (0)

Autopolinização espontânea 15 0 (0)

Autopolinização manual 137 0 (0)

Polinização cruzada 104 55 (53)

Figura 5. Crescimento de tubos polínicos de Senna multijuga. A. Crescimento de tubos

no ovário 12 horas após autopolinização manual com pólen proveniente de antera

pequena. B. Tubo polínico penetrando em óvulo 12 horas após autopolinização manual

com pólen proveniente de antera grande. C. Corte longitudinal de óvulo 24 horas após

autopolinização manual mostrando tubo polínico penetrando no nucelo (setas).

23

Tabela 3. Produção de frutos (porcentagem do número de frutos/número de flores),

número de sementes desenvolvidas, de sementes abortadas e de óvulos, fecundidade

(sementes desenvolvidas/óvulos) e taxa de aborto (sementes abortadas/óvulos) de Senna

multijuga, após polinização cruzada e em condições naturais. Dados são média ± desvio

padrão.

Polinização

cruzada Controle Estatística p

Produção de frutos (%) 53 (55/104) 14 (13/90) X2 = 31,32 < 0,0001

Sementes desenvolvidas 31,44 ± 6,57 27,29 ± 7,20 U = 27,0 0,18

Sementes abortadas 3,61 ± 3,52 6,47 ± 2,68 U = 22,0 0,09

Óvulos 39,28 ± 2,59 45,07 ± 5,09 U = 11,0 0.01

Fecundidade 0,80 ± 0,16 0,60 ± 0,09 U = 8,0 0,01

Taxa de aborto 0,09 ± 0,09 0,15 ± 0,07 U = 25,0 0,14

24

Tabela 4. Espécies de abelhas (Hymenoptera: Apoidea) visitantes das flores de Senna

multijuga. Legenda: Po = polinizador e Pi = pilhador.

Família

Tribo Espécie Função

Apidae

Euglossini Euglossa iopoecila Dressler, 1982 Pi

Bombini Bombus (Fervidobombus) brasiliensis Lepeletier, 1836 Po

Bombus morio (Swederus, 1787) Po

Centridini Epicharis flava Friese, 1900 Po

Epicharis dejeanii Lepeletier, 1841 Po

Centris similis (Fabricius, 1804) Po

Centris (Melacentris) cf. discolor Smith,1874 Po

Centris (Melacentris) cf. conspersa Mocsáry, 1899 Po

Centris varia (Erichson, 1848) Po

Meliponini Melipona rufiventris Lepeletier, 1836 Pi

Melipona sp. Pi

Xylocopini Xylocopa frontalis Olivier, 1789 Po

Xylocopa subcyanea Pérez, 1901 Pi

Halictidae

Augochlorini Pseudaugochlora callaina Almeida, 2008 Pi

25

Figura 6. Visitantes florais de Senna multijuga. A. Aproximação de Epicharis sp. à flor.

B. Contato do estigma na região dorsal do tórax (seta). C. Epicharis sp. presa aos

estames pequenos enquanto realiza vibrações para coleta de pólen. D. Aproximação de

Euglossa iopoecila à flor. E. E. iopoecila presa aos estames pequenos enquanto realiza

vibração para coleta de pólen. F. Durante a coleta de pólen por E. iopoecila não foi

observado contato do estigma (seta) com o corpo das abelhas.

Fenologia, fecundidade, predação de sementes e polinização entre o PNI e a APASA

O brotamento foliar no PNI não foi observado de abril a agosto e, na APASA, a

intensidade foi baixa (< 30%) neste mesmo intervalo (Fig. 7A). A atividade e

intensidade de queda foliar foram similares entre as UCs e constante ao longo dos

meses (Fig. 7B), exceto nos meses de outubro a dezembro, quando menos de 60% dos

indivíduos expressaram queda foliar e a intensidade foi baixa (< 15%) no PNI. Nesse

período a maioria dos indivíduos (90%) já havia perdido completamente a cobertura de

copa ou restavam poucas folhas enquanto na APASA a intensidade de queda manteve-

se constante e a maioria dos indivíduos (93%) não perdeu completamente a cobertura de

copa. As curvas do índice de atividade e percentual de intensidade das fenofases

vegetativas apresentaram diferença significativa (p < 0,05: atividade e intensidade de

brotamento foliar e atividade de queda foliar e p < 0,005: intensidade de queda foliar)

entre as UCs.

26

Senna multijuga apresentou padrão de floração anual com duração intermediária

(sensu Newstrom et al. 1994). A época de floração (botão floral e antese) foi diferente

entre as UCs (Fig. 7C e D) com curta sobreposição entre o final da floração no PNI e

início na APASA. O pico de floração (antese) ocorreu com dois meses de diferença

entre as UCs: em fevereiro no PNI e em abril na APASA. O desenvolvimento dos frutos

iniciou em março e se estendeu a junho no PNI enquanto na APASA iniciou em abril e

se estendeu a agosto (Fig. 7E). A época de maturação dos frutos e dispersão das

sementes foi diferente entre as UCs. A maturação e dispersão ocorreram a partir de

maio no PNI e a partir de junho na APASA (Fig. 7F). A intensidade foi maior em junho

e julho no PNI e em agosto e setembro na APASA (Fig. 7F). As curvas do índice de

atividade e percentual de intensidade das fenofases reprodutivas não apresentaram

diferença entre as UCs (p > 0,10).

O número de óvulos foi maior na APASA, enquanto o número de sementes

desenvolvidas predadas e a taxa de predação de sementes foram maiores no PNI (Tab.

5). O número de sementes desenvolvidas totais, de sementes desenvolvidas intactas, de

sementes abortadas, a fecundidade, a capacidade reprodutiva e a taxa de aborto não

foram diferentes entre as UCs (Tab. 5).

Não houve diferença no número de visitas (PNI: H = 0,69 p = 0,98; APASA: H

= 6,08, p = 0,41) e número de flores visitadas (PNI: H = 0,63, p = 0,99, APASA: H =

5,16, p = 0,52) entre os intervalos de horários para cada UC. Dessa forma, os dados

foram agrupados e as freqüências acumuladas das inflorescências foram comparadas

entre as UCs. Na APASA, não houve diferença significativa em relação à freqüência de

visitas (H = 1,95, p = 0,38) e número de flores visitas/hora (H = 2,18, p = 0,34) entre as

zonas ZAP, ZR e ZCVS. Houve diferença significativa em relação à freqüência de

visitas e número de flores visitadas com a inclusão da ZVS e a comparação posterior

entre as zonas indica que a diferença foi entre ZAP e ZVS (p < 0,01) e entre ZR e ZVS

(p < 0,01). A freqüência de visitas (U = -2,49, p = 0,013) e número de flores

visitadas/hora (U = -2,43, p = 0,015) foram maiores no PNI. No PNI, as inflorescências

receberam 3,45 ± 2,01 (n = 16) visitas/hora com 7,7 ± 5,71 (n = 16) flores

visitadas/hora, enquanto na APASA estes valores foram 1,89 ± 1,82 (n = 26) e 3,56 ±

3,97 (n = 26), respectivamente. Assim, tanto a freqüência de visitas como o número de

flores visitadas por hora foram em torno de duas vezes maiores no PNI que na APASA.

Não houve diferença em relação à frutificação nas inflorescências do PNI e APASA (U

= - 0,32, p = 0,75). No PNI, as inflorescências formaram 3,19 ± 3,85 (n = 16) frutos e na

27

APASA 3,0 ± 4,29 (n = 26). Para esta análise foram utilizados os dados da ZAP, ZR e

ZCVS da APASA indistintamente.

Figura 7. Representação gráfica do percentual de intensidade de Fournier (��) e do

índice de atividade (----) das fenofases vegetativas (A e B) e reprodutivas (C a F) de

Senna multijuga no Parque Nacional de Itatiaia (■) e na Área de Proteção Ambiental da

Serrinha do Alambari (▲) no período de dezembro de 2007 a dezembro de 2008.

28

Tabela 5. Número de óvulos, total de sementes desenvolvidas, sementes desenvolvidas

intactas, sementes desenvolvidas predadas, sementes abortadas, fecundidade (sementes

desenvolvidas totais/óvulos), capacidade reprodutiva (sementes intactas/óvulos), taxa de

predação de sementes (sementes predadas/total de sementes) e taxa de aborto (sementes

abortadas/óvulos) por fruto de Senna multijuga no Parque Nacional de Itatiaia (PNI) e

na Área de Proteção Ambiental da Serrinha do Alambari (APASA). Dados são média ±

desvio padrão; n = número de indivíduos.

PNI

(n = 5) APASA (n = 14)

Estatística (U)

P

Óvulos 45,07 ± 5,09 52,95 ± 2,63 6,0 0,01

Sementes desenvolvidas totais

27,29 ± 7,20 26,66 ± 6,72 34,0 0,93

Sementes desenvolvidas intactas

17,23 ± 3,04 22,41 ± 7,98 19,0 0,14

Sementes desenvolvidas predadas

10,07 ± 6,54 4,25 ± 3,17 11,0 0,03

Sementes abortadas 6,47 ± 2,68 10,26 ± 5,65 20,0 0,16

Fecundidade 0,60 ± 0,09 0,51 ± 0,14 20,0 0,16

Capacidade reprodutiva 0,38 ± 0,07 0,43 ± 0,16 26,0 0,40

Taxa de predação de sementes

0,35 ± 0,13 0,19 ± 0,18 10,0 0,02

Taxa de aborto 0,15 ± 0,07 0,19 ± 0,11 26,0 0,40

29

DISCUSSÃO

Senna multijuga apresenta morfologia floral semelhante à de outras espécies do

gênero, por exemplo, pela assimetria da corola e androceu (Marazzi et al. 2006, 2007,

2008). As peculiaridades das estruturas florais no gênero, como diferentes tamanhos de

estames e diferenças de orientação dos poros das anteras, provavelmente evoluíram em

relação à polinização por vibração (Marazzi et al. 2007). A diversidade e maior

especialização das anteras abaxiais em relação aos estames medianos podem estar

relacionadas à divisão funcional das anteras, em alimentação e polinização, e ao

comportamento de coleta de pólen pelas abelhas (Gottsberger & Silberbauer-

Gottsberger 1988, Silva et al. 2002, Marazzi et al. 2007). Contudo, não está claro se

esta divisão implica em restrições reprodutivas ao pólen proveniente de cada morfo

(Marazzi et al. 2007). Evidências quanto à fertilidade do pólen proveniente de cada

morfo de antera mostram que algumas espécies, tais como S. corymbosa e S. sylvestris,

apresentam restrições para a reprodução, enquanto outras não, como por exemplo, S.

multijuga e S. australis (Silva et al. 2002, Carvalho & Oliveira 2003, Laporta 2003).

A orientação dos poros afeta diretamente a direção de liberação do pólen e a

assimetria da corola tem um papel importante durante a polinização (Marazzi et al.

2007, 2008). Na flor de S. multijuga, a pétala maior é assimétrica, falcado-ovada e

côncava (Guimarães et al. 1984). A posição e a concavidade da pétala maior de S.

multijuga parece ser uma característica importante para direcionar o pólen liberado das

anteras grandes para a parte lateral e dorsal do corpo das abelhas e reduzir a perda de

pólen, enquanto o pólen das anteras pequenas é liberado diretamente na região ventral

do corpo das abelhas. A enantiostilia é outro aspecto da assimetria floral de S. multijuga

que associado a heteranteria contribui na polinização. Jesson e Barrett (2005) sugerem

que a deflexão das anteras grandes opostas ao pistilo pode aumentar a precisão de

transferência de pólen cruzado e reduzir a interferência do estigma e das anteras dentro

ou entre flores da mesma planta. Desta forma, a distinção dos visitantes florais em

pilhadores e polinizadores é determinada pela combinação das características florais de

S. multijuga e a relação de tamanho com o corpo das abelhas. As abelhas polinizadoras

de S. multijuga na área de estudo pertencem aos mesmos gêneros (Xylocopa, Centris,

Bombus e Epicharis) dos polinizadores de outras espécies de Senna (Gottsberger &

Silberbauer-Gottsberger 1988, Silva et al. 2002, Carvalho & Oliveira 2003, Laporta

2003, Pinheiro e Sazima 2007). A composição de polinizadores de uma planta pode

variar ao longo de sua área de ocorrência (Carvalho & Oliveira 2003, Devoto et al.

30

2006), seja por divergências entre a distribuição geográfica da planta e dos

polinizadores, seja por diferenças nas escolhas de forrageamento dos polinizadores em

resposta à composição e à fenologia das espécies de cada área. Das nove espécies de

polinizadores de S. multijuga no Itatiaia, três espécies (Bombus morio, Epicharis flava e

Xylocopa frontalis) atuaram também como polinizadores da espécie em área costeira em

Ubatuba, São Paulo, (Pinheiro & Sazima 2007), que dista ca. 110 km do PNI.

Senna multijuga não formou frutos por autopolinização, o que indica a presença

de um sistema autoincompatibilidade. A evidência de crescimento de tubos polínicos no

ovário e a penetração nos óvulos de pistilos autopolinizados sugere que não se trata de

sistema de autoincompatibilidade gametofítico clássico. Assim, o desenvolvimento de

frutos após autopolinização pode estar sendo impedido por mecanismo de

autoincompatibilidade de ação tardia. Apesar do registro desse tipo de

autoincompatibilidade para algumas espécies de Leguminosae (Gibbs & Sassaki 1998,

Rodriguez-Riãno et al. 1999, Freitas & Oliveira 2002), o aborto de frutos

autopolinizados também tem sido associado à depressão por endogamia, isto é, a

expressão de diversos alelos recessivos deletérios que impedem o desenvolvimento

embrionário (Seavey & Bawa 1986). A autoincompatibilidade de ação tardia pode ser

distinguida da depressão por endogamia por três critérios (Seavey & Bawa 1986), a

saber: 1) a rejeição por ação tardia ocorreria em um momento único, causando o aborto

dos embriões em um estágio de desenvolvimento uniforme enquanto na depressão por

endogamia, o acúmulo de alelos deletérios causaria o aborto progressivo de embriões

em diferentes estágios de desenvolvimento; 2) na ação tardia, a maioria dos indivíduos

da população deve ser autoestéril; 3) a ocorrência de autoincompatibilidade em espécies

relacionadas indicaria a segregação de alelos de incompatibilidade dentro da família. O

aborto de pistilos autopolinizados após um curto período de tempo e a ausência de

frutos formados nos cinco indivíduos que foram autopolinizados em S. multijuga

indicam a presença de um sistema de autoincompatibilidade de ação tardia.

Tal termo tem sido utilizado para classificar mecanismos de rejeição diferentes e

com origem independente, que partilham a característica de não se enquadrarem nos

mecanismos de autoincompatibilidade tradicionais (Seavey & Bawa 1986). Os

mecanismos de ação tardia são identificados basicamente pela inibição de tubos na

camada do nucelo do óvulo ou a inibição da fusão dos gametas masculinos com a

oosfera e núcleos polares nos casos de rejeição pré-zigótica; e pelo aborto dos óvulos

em estágio inicial de desenvolvimento ou a degeneração do endosperma nos casos de

31

rejeição pós-zigótica (Seavey & Bawa 1986, Richards 1997). Apesar disso, nem todos

os registros de autoincompatibilidade de ação tardia em Leguminosae tem diferenciado

os mecanismos de rejeição em pré ou pós zigótica. Evidências para a rejeição pós-

zigótica podem ser observadas em várias espécies da família tais como Hymenaea

stigonocarpa, pela evidência de zigoto sem divisões com núcleos do endosperma

(Gibbs et al. 1999), Caesalpinia calycina, pela evidência de penetração do tubo polínica

no saco embrionário (Lewis & Gibbs 1999), Dalbergia retusa, Dipteryx panamensis e

Myrospermum frutescens (Seavey & Bawa 1986) e Cytisus multiflorus (Rodriguez-

Riãno et al. 2004) como também em espécies de Bignoniaceae (Bittencourt et al. 2003,

Bittencourt & Semir 2005, 2006). Por outro lado, existe uma evidência para rejeição

pré-zigótica em Acacia retinodes (Kenrick et al. 1986). Nesse sentido, o próximo passo

no estudo da autoincompatibilidade em S. multijuga é verificar se a ação tardia está

associada a um mecanismo de rejeição pós-zigótico.

As duas populações de Senna multijuga estudadas por Ribeiro e Lovato (2004),

em Minas Gerais, apresentaram diferentes taxas de cruzamento (tm = 0,84 para a

população da área de pastagem fora do Parque e tm = 0,54 para a população na área de

borda). A média das populações (tm = 0,69) e a menor taxa de cruzamento são inferiores

às taxas registradas para a maioria das espécies arbóreas neotropicais

predominantemente de cruzamento cruzado (Dick 2001, Quesada et al. 2004, Mathiasen

et al. 2007, Borges et al. 2008). Ribeiro e Lovato (2004) sugerem a autofecundação para

a espécie como estratégia para assegurar a reprodução durante a colonização de novos

habitats. Porém, o resultado do sistema reprodutivo é conflitante especialmente se a

autoincompatibilidade é generalizada para a espécie. O que pode estar contribuindo para

a aparente autofecundação é o cruzamento entre parentes próximos ou poucos

indivíduos participando dos cruzamentos (Ribeiro & Lovato 2004). Uma explicação

alternativa é que a expressão da autoincompatibilidade pode variar nas populações de

uma espécie tal como observado em espécies heterostílicas (Barrett et al. 1989, Pailler

& Thompson 1997) e em diferentes tamanhos populacionais ou no limite geográfico de

distribuição da espécie (Fausto et al. 2001, Stone et al. 2006).

Limitação polínica é o termo que tem sido utilizado para tratar da redução do

sucesso reprodutivo das plantas decorrente da inadequada deposição de pólen (Larson &

Barrett 2000, Ashman et al. 2004, Knight et al. 2005). Se o resultado da frutificação em

condições naturais encontrado para um indivíduo do PNI reflete o da população, o

índice de limitação polínica para produção de frutos em S. multijuga (0,73) foi alto em

32

relação à média (0,38) observada para 100 espécies de Mata Atlântica (L. Freitas, M.W.

Torres e M.I. Sigiliano, dados não publ.). Para a produção de sementes, são escassos os

trabalhos que utilizam esta variável na comparação da polinização cruzada manual e em

condições naturais nas espécies levantadas na Mata Atlântica, apesar desta variável ser

considerada a mais apropriada para responder questões relacionadas à limitação

polínica, pois mede os efeitos diretos sobre a aptidão materna de um indivíduo (Ashman

et al. 2004, Knight et al. 2005). Considerando apenas espécies arbóreas em florestas

tropicais no Brasil (L. Freitas, M.W. Torres e M.I. Sigiliano, dados não publ.) e na

Costa Rica (dados compilados de Bawa 1974), o índice de limitação polínica para

produção de frutos foi 0,60 (44 espécies). Dentre essas, as espécies autoincompatíveis

(75%) apresentaram índice de limitação polínica mais alto (0,68) que as espécies

autocompatíveis (25%, 0,36). O índice de limitação polínica para essas espécies

arbóreas apresentou correlação negativa com o índice de compatibilidade (coeficiente

de Spearman = 0,53, p < 0,001). Esses resultados são semelhantes aos observados por

Larson e Barrett (2000) e mostram que a limitação polínica pode ser maior em espécies

arbóreas, possivelmente pela enorme quantidade de flores produzidas, mas o sistema de

compatibilidade parece ser a característica que melhor distingue as espécies em relação

à limitação polínica.

O aumento significativo da produção de frutos e da fecundidade após

polinização cruzada manual em relação ao controle pode indicar limitação nos níveis de

polinização natural (Stephenson 1981, Burd 1995) seja pela escassez de polinizadores

e/ou pelo transporte inadequado de pólen compatível. Contudo, a produção de frutos

(52%) e a fecundidade (0,80) em S. multijuga não atingiram seus potenciais após a

polinização cruzada manual, indicando que outros fatores podem atuar

concomitantemente, tais como a limitação por recursos, que é tida como um dos fatores

mais importantes na regulação da produção de frutos e sementes nas plantas

(Stephenson 1981). No contexto da seleção sexual, o sucesso reprodutivo masculino

provavelmente é limitado pela capacidade dos gametas masculinos garantirem o acesso

aos gametas femininos, enquanto o sucesso feminino é provavelmente limitado pela

capacidade de prover recursos para os óvulos e embriões (Bateman 1948). Bawa e

Webb (1984) sugerem que variações nas razões fruto/flor e semente/óvulo entre

espécies ocorrem de acordo com diferenças na intensidade da seleção sexual mais do

que na disponibilidade de polinizadores e recursos. Nesse sentido, a seleção para

aumentar a dispersão de pólen seria o principal fator na produção de flores excedentes e

33

a limitação por recursos regularia o sucesso feminino em S. multijuga uma vez que a

produção de frutos da polinização cruzada manual não atingiu o máximo e a quantidade

de sementes produzida por fruto e a taxa de aborto foram iguais entre a polinização

cruzada e o controle.

A maior intensidade de brotamento foliar de S. multijuga ocorreu na transição da

estação seca para a chuvosa e coincidiu com os resultados observados para a espécie em

floresta estacional (Reserva Biológica de Caratinga, Minas Gerais, Lemos-Filho &

Mendonça-Filho 2000) e em floresta ombrófila (Parque Nacional da Serra dos Órgãos,

Rio de Janeiro, Oberlaender 2006). O comportamento de queda foliar contínua ao longo

do ano nas UCs estudadas coincidiu com as observações de Oberlaender (2006) que

considerou a espécie como semidecídua. Lemos-Filho & Mendonça-Filho (2000)

observaram que S. multijuga reteve mais de 75% da cobertura de copa mesmo durante

os meses mais secos, no entanto, em áreas mais secas a queda de folhas foi mais

acentuada. Apesar de diferentes fatores climáticos poderem atuar sobre a indução das

fenofases vegetativas (Morellato et al. 2000, Rivera et al. 2000, Borchet & Rivera 2001,

Borchet et al. 2002), as duas UCs aqui estudadas estão sob condições climáticas

semelhantes. Sabe-se que uma das consequências da fragmentação é a alteração do

microclima entre remanescentes florestais e floresta contínua, tais como o aumento da

radiação solar e temperatura nas áreas com menor cobertura vegetal (Saunders et al.

1991, Murcia 1995). Esses fatores regulam diversos processos biológicos como a

fotossíntese e o desenvolvimento vegetativo (Chen 1993, Saunders et al. 1993) e podem

explicar a diferença observada no comportamento vegetativo da espécie entre as UCs.

A floração anual com duração intermediária de S. multijuga na área de estudo

coincidiu com as observações de Oberlaender (2006) e Lemos-Filho & Mendonça-Filho

2000). Apesar de estudos sugerirem que fatores climáticos regulam a floração

(Morellato et al. 2000, Rivera et al. 2002, Borchert et al. 2005), estes parecem não

explicar a diferença observada na época de floração entre as UCs, em torno de dois

meses. Tal diferença pode estar mais fortemente relacionada às fenofases vegetativas

como o brotamento (Borchet 1992). Borchert (1992) reconheceu três padrões de

floração de espécies arbóreas em relação ao brotamento: floração simultânea; floração

quando as folhas já estão maduras e floração durante ou após a queda foliar. Em S.

multijuga, a floração ocorreu após o brotamento quando as folhas já estavam

desenvolvidas. Nesse sentido, a diferença do comportamento vegetativo entre as UCs,

34

brotamento contínuo ao longo do ano na APASA e nos meses de outubro a maio no

PNI, pode ter contribuído para a diferença na época de floração.

A época de frutificação (frutos verdes) de S. multijuga nas áreas de estudo

coincidiu com a época observada por Oberlaender (2006), entre março e agosto. As

diferenças nas épocas de frutificação entre as UCs acompanharam a diferença entre a

época de floração. Contudo, a dispersão das sementes ocorreu na estação seca nas duas

áreas com a mesma freqüência e intensidade. Muitas espécies anemocóricas dispersam

as sementes na estação seca quando as condições ambientais são supostamente mais

favoráveis, isto é, baixa precipitação, baixa umidade relativa e ventos fortes (Frankie et

al. 1974, Morellato & Leitão-Filho 1992).

A freqüência de polinizadores e a predação de sementes em S. multijuga foram

menores na APASA em relação ao PNI. A menor polinização na APASA pode estar

relacionada à menor riqueza e abundância de espécies de plantas como fonte de recursos

para polinizadores e à menor disponibilidade de sítios para nidificação, que são fatores

importantes na regulação de populações de abelhas em ambientes fragmentados (Aizen

& Feinsinger 1994b, Tscharntke et al. 1998, Cane 2001, Goulson et al. 2008, Steffan-

Dewenter & Schiele 2008). Apesar disso, a menor freqüência de polinizadores medida

na APASA não implicou em redução do sucesso reprodutivo da espécie, uma vez que a

fecundidade e a frutificação das inflorescências nas quais a freqüência de polinizadores

foi medida não diferiram entre as UCs. Para outras espécies autoincompatíveis, o

sucesso reprodutivo não apresentou diferenças em relação à fragmentação (Aizen &

Feinsinger 1994a, Dick 2001, Lopes & Buzato 2007, Ramos & Santos 2006, Dunley et

al. 2009), mas nestes casos, foi observado o aumento da freqüência de polinizadores, a

substituição dos polinizadores principais por polinizadores mais comuns em ambientes

alterados ou a polinização por espécie exótica (Apis mellifera). Em contrapartida, a

diminuição dos níveis de polinização pode reduzir o sucesso reprodutivo em ambientes

fragmentados, sobretudo em espécies autoincompatíveis (Aizen & Feinsinger 1994a,

Ghazoul et al. 1998, Gigord et al. 1999, Steffan-Dewenter et al. 2002, Aguilar &

Galetto 2004, Aguillar et al. 2006). Desta forma, embora a freqüência de polinizadores

na APASA não tenha implicado em redução de sucesso reprodutivo em S. multijuga no

período estudado, a manutenção dos níveis de polinização é fundamental para a

reprodução da espécie devido a presença de autoincompatibilidade e a dependência do

transporte de pólen entre indivíduos.

35

A maior taxa de predação de sementes de S. multijuga no PNI em relação à

APASA corrobora outros estudos empíricos que encontraram maior intensidade desta

interação em áreas com maior cobertura florestal (Cascante et al. 2002, Chacoff et al.

2004, Kolb et al. 2007, Herrerías-Diego et al. 2008). As populações de espécies de

bruquídeos podem ser afetadas por fatores dependentes de densidade e de distância,

relacionados à disponibilidade e flutuação dos recursos alimentares dentro de

fragmentos (Cascante et al. 2002). Além disso, insetos são sensíveis a variações nas

condições abióticas do ambiente, tais como alteração dos níveis de luminosidade e

umidade (Lewis & Basset 2007). Ainda, a especialização, o curto ciclo de vida e a

sincronia fenológica com a fenologia da planta hospedeira (Harper 1977) podem afetar a

dinâmica populacional desses insetos. Desta forma, a menor cobertura vegetal e

consequentemente a maior incidência de luz e menor disponibilidade de recursos são

fatores que podem explicar a menor intensidade de predação na APASA

Embora a capacidade reprodutiva de S. multijuga tenha sido igual entre as UCs,

isso possivelmente foi resultado do balanço entre interações ecológicas opostas

(polinização e predação de sementes). Embora seja difícil propor generalizações a partir

de um único caso, esse resultado indica que a aptidão da APASA para conservar os

processos ecológicos é inferior em relação ao PNI. Contudo, apesar da intensidade das

interações ecológicas ter sido maior no PNI, os resultados não indicam ruptura ou

degradação crítica dos processos na APASA, o que pode estar relacionado à

heterogeneidade de ambientes da APASA, com áreas com cobertura vegetal em estágios

intermediários e avançados de regeneração, pastagens, pastagens abandonadas com

vegetação em estágio inicial de regeneração e áreas construídas. Estudos têm ressaltado

a importância da composição da matriz nos efeitos da fragmentação (Bissonette &

Storch 2002) e matrizes em estágio inicial de regeneração potencialmente aumentam a

conectividade funcional nas paisagens de florestas tropicais em relação a matrizes de

monoculturas de eucalipto, agrícolas, pastagens e de área rural construída (Umetsu &

Pardini 2007). O aumento da proporção de habitat seminatural na paisagem pode

contribuir para o aumento dos níveis de polinização e predação (Steffan-Dewenter et al.

2001, 2002). Nesse sentido, as áreas em regeneração da APASA, em relação às áreas de

pastagem e construídas, potencialmente favorecem o restabelecimento dos processos

ecológicos.

36

CONCLUSÃO

Esse estudo ressalta a importância da APASA na complementaridade entre áreas

protegidas de categorias distintas de manejo. A APASA localiza-se na zona de

amortecimento do PNI que são áreas destinadas a suavizar a transição de áreas

protegidas para não-protegidas, contudo, têm se mostrado vulneráveis geralmente pela

falta de proteção legal e manejo (Gaston et al. 2008). Nesse sentido, o estabelecimento

de áreas protegidas contíguas como tais é interessante, pois parte da zona de

amortecimento do PNI passar a conformar uma UC que apesar de ser de uso direto,

prevê-se a fiscalização e assim os objetivos da zona de amortecimento poderiam ser

alcançados. Além disso, iniciativas de estabelecimento de áreas protegidas formando

mosaicos na paisagem devem ser incentivadas, sobretudo quando tais áreas estão sob

diferentes jurisdições: federal no PNI e municipal na APASA. Ainda, ressalta-se a

importância do estabelecimento de áreas protegidas pequenas para a proteção da

biodiversidade quando áreas maiores não podem ser estabelecidas sobretudo quando

abrigam remanescentes florestais representativos de um bioma ameaçado como a Mata

Atlântica em áreas de propriedade privada.

Por fim, S. multijuga é uma espécie generalista, comum em áreas de florestas

secundárias inicial e tardia e em áreas em estágio inicial de regeneração, este aspecto

pode acarretar um viés no significado dos resultados de sucesso reprodutivo equivalente

entre as UCs. Além disso, os resultados sobre as interações ecológicas de S. multijuga

sugerem que as diferenças entre as UCs são expressivas e, neste sentido, a função

principal da APASA como UC de uso sustentável seria para a proteção e regeneração de

áreas de floresta secundária e o restabelecimento das interações ecológicas, já para a

conservação dos processos ecológicos em escala espacial maior, o PNI, como UC de

proteção integral, seria essencial.

37

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