Pollen-placement and pollen-portioning in diverse Salvia species [Elektronische Ressource] / Sascha Gregor Thimm

Sascha G. Thimm

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• Publié par: johannes_gutenberg-universitat_mainz
• Publié le: 01 janvier 2008
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Extrait

Pollen-placement and pollen-portioning in diverse Salvia-species


Dissertation zur Erlangung des Grades
„Doktor der Naturwissenschaften”

am Fachbereich Biologie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz



Sascha Gregor Thimm

geb. in Köln am Rhein



Mainz, 2008









































Dekan:
1. Berichterstatter:
2. Berichterstatter:
Tag der mündlichen Prüfung: 12.11.2008


2

Zusammenfassung ................................................................................................................1
Summary of the thesis ..........2
General Introduction ............................................................................................................3
1. Quantitative force measurements in diverse Salvia-species ............5
1.1 Abstract ...........................................................................................................................5
1.2 Introduction ....................5
1.3 Material and Methods ....................................................................................................7
1.3.1 Material .................................................................................................................... 7
1.3.2 Methods ...................11
1.3.2.1 Floral force measurements .................11
1.3.2.2 Floral diversity and floral structures ..................................................................14
1.3.2.3 Weight of pollinators .........................................................16
1.4 Results ........................................................... 16
1.4.1 Floral force measurements .......................................................16
1.4.2 Floral diversity and floral structures .........................................24
1.4.3 Weight of pollinators ...............................................................26
1.5 Discussion ...................................................................................... 27
2. Pollen-placement and pollen-portioning in diverse Salvia-species ............................... 31
2.1. Abstract ........................................................................................................................ 31
2.2. Introduction ................. 31
2.3. Material and Methods ................................................................................................. 33
2.3.1 Species .....................................................33
2.3.2 Morphometry / Pollen placement .............................................................................33
2.3.3 Pollen portioning......................................33
2.3.4 Comparison with literature .......................................................................................36
2.3.5 Arena of pollen deposition 36
2.4. Results .......................................................... 37
2.4.1 Pollen placement ......................................................................................................37
2.4.2 Pollen deposition......37
2.4.3. Pollen portioning.....38
2.5. Discussion ..................................................................................................................... 41
2.5.1. Floral diversity and pollen transfer mechanism........................41


2.5.1.1. Length of levers constant – area of pollen placement well defined ....................41
2.5.1.2. Sympatric species with similar abaxial lever arms ............................................43
2.5.2 P/O-ratios.................................................................................44
2.5.3. Constant amount of pollen in pollen sacs / Pollen portioning ...46
3. Anatomy and functionality of the staminal lever in the genus Salvia ........................... 48
3.1 Abstract ......................................................................................................................... 48
3.2 Introduction .................. 48
3.3 Material & Methods ..................................................................................................... 50
3.3.1 The weights of the lever arms...................50
3.3.2 Experiments on lever mobility and stability ..............................50
3.3.3 Histological investigations .......................................................................................51
3.4 Results ........................................................... 52
3.4.1 The weights of the lever arms...................52
3.4.2 Experiments on lever mobility and stability ..............................................................53
3.4.3 Histological investigations .......................................................54
3.4.4 Morphological observations .....................58
3.5 Discussion ...................................................................................... 62
3.5.1 The weight of the lever arm................................62
3.5.2 Experiments on lever mobility and stability ..............................62
3.5.3 Histological investigations .......................................................63
General Conclusion ............................................................................ 65
Annex .................................................................. 67
References ........................................................................................... 85
Acknowledgements ............................................................................................................. 96
Curriculum vitae ................ 97
2 Pollen-placement and pollen-portioning in diverse Salvia-species - Zusammenfassung

Zusammenfassung

Die vorliegende Dissertation befaßt sich mit dem Staubblatthebelmechanismus der Gattung
Salvia. Verschiedene Hypothesen zu seiner genauen Funktion und seiner Funktionsweise
werden geprüft und erläutert. Die Hypothese, daß der Hebelmechanismus eine mechanische
Barriere darstellt, die der Bestäuberselektion dient, indem sie schwache Bestäuber aus der
Blüte ausschließt, wird widerlegt. Hierzu werden die Ergebnisse von Kraftmessungen und
morphologischen Untersuchungen, die an den Staubblatthebeln und Blüten 8 bienenbestäubter
(melittophiler) und 6 vogelbestäubter (ornithophiler) Salbeiarten durchgeführt wurden,
dargelegt, statistisch ausgewertet und diskutiert. An einer weiteren melittophilen Art, ohne
funktionierenden Staubblatthebel, wurden zum Vergleich Kraftmessungen an anderen
Blütenstrukturen vorgenommen, welche ein Hindernis für einen Blütenbesucher darstellen
könnten. Die Hypothesen nach denen der Staubblatthebel der Pollenportionierung dient und
eine wiederholte, exakte und artspezifische Pollenplazierung auf diversen Bestäubern,
vollführen kann und somit das Risiko von Pollenverlust und Hybridisierung mindert, werden
hingegen bestätigt. Untersuchungen zur Pollenportionierung wurden an 13 Salbeiarten
durchgeführt. Der Hebelmechanismus kann mehrfach hintereinander ausgelöst werden. Dabei
geben die Pollensäcke genau plazierte Pollenportionen an den Bestäuber ab. Pollenplazierung
wurde an 12 Salbeiarten untersucht. In sympatrisch vorkommenden Salbeiarten sind
Hebellänge und Pollenablageplatz von besonderem Interesse. Auf einem gemeinsamen
Bestäuber finden sich so artspezifische Areale der Pollenablage für die einzelnen Salbeiarten.
Die genaue Pollenplazierung sorgt hierbei für eine effiziente Bestäubung. Die Frage nach der
genauen Funktionsweise des Hebelmechanismus hingegen kann in dieser Arbeit nicht
zweifelsfrei geklärt werden. Das Zurückschwingen des Hebels wird nicht durch den adaxialen
Hebelarm verursacht. Um als Gegengewicht zum abaxialen Hebelarm zu dienen und diesen in
seine ursprüngliche Position zu bewegen, ist der adaxiale Arm zu leicht und zu kurz. Es
konnten dagegen Hinweise auf eine Art Federmechanismus, der im Filament auf zellulärer
Ebene arbeitet, gefunden werden. Dies scheint nach momentanem Erkenntnisstand, die
plausibelste Erklärung für die Hebelbewegung zu sein. Um dies jedoch eindeutig zu klären,
müssen weitere histologische Untersuchungen zum Gelenkkomplex des Hebelmechanismus
durchgeführt werden
1 Pollen-placement and pollen-portioning in diverse Salvia-species - Summary of the thesis

Summary of the thesis

This dissertation addresses the staminal lever mechanism of the genus Salvia. Various
hypotheses referring to its purpose and function are tested and elucidated. The first hypothesis
maintains that the lever is a mechanical selection mechanism which excludes weak pollinators
from the flower. This hypothesis is refuted and the respective results of force measurements
and morphological investigations are presented, statistically evaluated and discussed. The
force measurements and morphological investigations were conducted on the staminal levers
and flowers of 8 bee pollinated (melit