The influence of morphology and floral biology on the reproductive success of green manure Crotalaria juncea L. (Leguminosae, Papilionoideae)

The pollination is a fundamental ecosystem function for the plants development, including the reproductive success. In Crotalaria juncea L., it is verified that the flowers have distinct anthers morphs and fillets length, which in turn can influence in their reproduction. In this context, the aim of this manuscript was to study the pollination and reproductive system of C. juncea. The aim of the chapter I were to verify if floral morphology and biology influence the behavior of floral visitors. The aim of the chapter II were to compare the efficacy of floral visitors in the fruits and seeds set in different treatments; and to evaluate the fertility components. The study was carried out in a planting area in a green area, in Santa Bárbara d'Oeste (22°44'21.9"S; 47°21'22.6"W), São Paulo, with 120 individuals. Floral visitors were observed between February and March 2016. Determination of floral opening and floral anthesis were obtained through field observation, during flowering. The stigmatic receptivity was verified by the 3% hydrogen peroxide submersion test. The estimate of pollen production was given by counting the number of pollen grains produced by anther. The number of viable pollen grains was quantified through cytoplasmic staining, using the acetic carmine technique. To verify the effectiveness of flowering visitors in the formation of fruits and seeds of C. juncea, controlled tests of pollinator visits were carried out on floral buds previously bagged with tulle. In order to verify the effects of the fertility components, developed fruits were counted in 30 individuals, as well as the number of developed and aborted seeds in 684 fruits. The fruits were counted by position (basal, median and apical), in the inflorescences. The same method was used for the development and abortion of the seeds in the fruits. Variance analyzes were performed to detect differences between developed and aborted seeds masses in efficacy tests. In the analysis of the fecundity components, differences in fruit development and seed abortion were observed between the inflorescence and fruit positions, respectively. Through analysis of floral morphometry, there was a difference between male reproductive structures, characterizing floral heterantry. The observations indicated only the presence of large bees (X. frontalis) as floral visitors. When comparing the values obtained between the small anthers and the large anthers, for the total amount of pollen grains, no variation was obtained (p=0,5079). In the stigmatic receptivity test it was seen that the stigmas are receptive in all phases of floral anthesis. In the test of staining of the pollen grains, with acetic carmine, pollen viability was verified above 90%, in both morphs of anthers. There was a significant difference in the number and mass of the fruits developed, only between treatments of 1 and 3 visits of X. frontalis. There was a significant difference when comparing the distribution of the aborted and developed seeds between the fruit positions. It is concluded that the specific behavior of the bees is important in order to be able to contact the floral resources, and a greater number of visits of the pollinators can increase the productivity of the C. juncea crop, resulting in an increase in the number and mass of the fruits. In addition, maternal resources are necessary for the development of the fruit, but for the seed it is more advantageous to be near to the stigma.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)O processo de polinização é um serviço ecossistêmico fundamental para o desenvolvimento de diversas espécies vegetais, incluindo o seu sucesso reprodutivo. Em Crotalaria juncea L., verifica-se que as flores possuem distintos morfos de anteras e comprimento dos filetes, que por sua vez podem influenciar em sua reprodução. Nesse contexto, o objetivo geral desse trabalho foi estudar o sistema de polinização e reprodutivo da espécie C. juncea. O objetivo do capítulo I foi verificar se a morfologia e biologia floral influenciam no comportamento dos visitantes florais. No capítulo II os objetivos foram comparar a eficácia dos visitantes florais na formação de frutos e sementes em diferentes tratamentos; e avaliar os componentes de fecundidade na espécie estudada. O estudo foi realizado em um plantio instalado em uma área verde, em Santa Bárbara d´Oeste (22°44'21.9"S; 47°21'22.6"W), no Estado de São Paulo, contendo 120 indivíduos. Os visitantes florais foram observados entre fevereiro e março de 2016. A determinação do horário de abertura floral e tempo de antese floral foram obtidos por meio de observação em campo, ao longo da floração. A receptividade estigmática foi verificada pelo teste de submersão em peróxido de hidrogênio a 3%. A estimativa de produção de pólen se deu através da contagem do número de grãos de pólen produzidos por antera. O número de grãos de pólen viáveis foi quantificado através da coloração citoplasmática, com a técnica do carmim acético. Para averiguar a eficácia dos visitantes florais na formação de frutos e sementes de C. juncea foram realizados testes controlados de visitas do polinizador observado, em botões florais previamente ensacados com tule. Para verificar os efeitos dos componentes de fecundidade foram contabilizados frutos desenvolvidos, em 30 indivíduos, assim como o número de sementes formadas e abortadas, em 684 frutos. Os frutos foram contados por posição (basal, mediana e apical), nas inflorescências. O mesmo método foi empregado para a formação e aborto das sementes, nos frutos. Análises de variância foram efetuadas para detecção de diferenças entre as massas dos frutos e sementes abortadas entre os testes de eficácia. Na análise dos componentes de fecundidade, foram verificadas diferenças no desenvolvimento de frutos e formação e aborto de sementes entre as posições das inflorescências e frutos, respectivamente. Através da análise da morfometria floral, verificou-se diferença entre as estruturas reprodutivas masculinas, caracterizando heteranteria floral. As observações indicaram apenas a presença das abelhas de grande porte da espécie X. frontalis como visitantes florais. Ao compararmos os valores obtidos entre as anteras com tecas arredondadas e as anteras com tecas alongadas, para a quantidade total de grãos de pólen, não foi obtida variação (p=0,5079). No teste de receptividade estigmática foi visto que os estigmas estão receptivos em todas as fases da antese floral. No teste de coloração dos grãos de pólen, com carmim acético, foi constatada viabilidade polínica acima de 90%, em ambos os morfos de anteras. Houve diferença significativa no número e na massa dos frutos formados, apenas entre os tratamentos de 1 e 3 visitas de X. frontalis. Houve diferença significativa quando comparamos a distribuição das sementes abortadas e formadas entre as posições do fruto. Conclui-se a importância do comportamento específico das abelhas, para que consigam contatar os recursos florais, sendo que um maior número de visitas dos polinizadores pode aumentar a produtividade da cultura de C. juncea, resultando no aumento do número e massa dos frutos. Além disso, os recursos maternos são necessários para o desenvolvimento do fruto, porém para a semente é mais vantajoso estar próximo ao estigma