Reproduction and interspecific and intergeneric hybridization in bromeliads with ornamental potential

As bromeliáceas são plantas ornamentais tropicais com uma grande diversidade de cores e formas que as tornam extremamente apreciadas. Os estudos da biologia floral, associado aos sistemas reprodutivos das espécies vegetais, são de fundamental importância para subsidiar a condução de programas de melhoramento genético e conservação de espécies, além de auxiliar na determinação do grau de compatibilidade entre genótipos e eventuais barreiras reprodutivas. O objetivo da presente tese é estudar aspectos da biologia floral e reprodutiva, conservação dos grãos de pólen, estudos de compostos voláteis em flores e hibridação interespecífica e intergenérica em Bromeliaceae com potencial ornamental. Foi observada grande variabilidade genética entre as espécies estudadas, no que diz respeito à morfologia dos grãos de pólen e estigma. Altas taxas de germinação e viabilidade polínica foram obtidas para as diferentes espécies, e a receptividade do estigma está relacionada com a antese. Essas características associadas têm grande importância para a fertilização e, consequentemente, para a produção de sementes, desta forma são essenciais para a produção de híbridos e conservação de espécies. Para a conservação dos grãos de pólen, o melhor resultado foi obtido com a desidratação prévia por 3 h em sílica e conservação em nitrogênio líquido (-196°C). A partir de flores de treze espécies, foram identificados 71 compostos voláteis, alguns deles com importância na indústria de alimentos, cosméticos, perfumes, indústria química e farmacêutica. Dentre as dezessete espécies estudadas, mais de 50% apresentaram autoincompatibilidade, e algumas apresentaram autogamia, demonstrando que essas espécies apresentam autopolinização espontânea. Agamospermia foi observada em apenas duas espécies. Noventa e cinco combinações entre 17 espécies de Aechmea e Ananas (Bromelioideae) e Alcantarea e Vriesea (Tillandsioideae) foram realizadas. O sucesso nas hibridações corresponde a 33,74%, sendo que 24,96% envolveram as variedades botânicas do gênero Ananas. Entre as hibridações intergenéricas, apenas duas combinações foram obtidas com sucesso: V. michaelii x Al. nahoumii e V. simplex x Al. nahoumii. As possíveis causas da autoincompatibilidade e incongruência nesses cruzamentos estão relacionadas a diferentes eventos no tubo polínico, como: deposição irregular de calose no tubo polínico; enovelamento dos tubos polínicos no estilete; paralisação do crescimento do tubo polínico no estilete, entre outros. Sugere-se que a autoincompatibilidade seja gametofítica, evitando a autofertilização. Estudos mais aprofundados contribuirão para caracterizar as causas e as potenciais medidas para superar a autoincompatibilidade. Os resultados aqui apresentados trazem contribuições importantes para estudos de hibridação em Bromeliaceae, visando à obtenção de novidades para o mercado de plantas ornamentais, bem como contribuições para a caracterização e conservação de espécies dessa importante famíliaBromeliads are tropical ornamental plants with a wide variety of colors and shapes that make them widely and extremely appreciated. The study of aspects of the floral biology, associated with the reproductive systems of these species are of fundamental importance for breeding and species conservation programs, assisting in the determination of the degree of compatibility between combination of genotypes, as well as potential reproductive barriers. The aim of this research is to study aspects of floral and reproductive biology, conservation of pollen grains, studies of volatile compounds in flowers and intergeneric and interspecific hybridization in Bromeliaceae with ornamental potential. High genetic variability was observed among the species studied, regarding the morphology of the pollen grains and stigma. High rates of germination and pollen viability were observed for the different species, and stigma receptivity showed the highest at anthesis. These characteristics are of great importance for fertilization and further seed production, thus are essential for the production of hybrids and species conservation. Preservation of pollen grains, showed the best results with a 3 h dehydration pre-treatment in silica and conservation in liquid nitrogen (-196°C). A large number of volatile compounds, totally 71, were identified from flowers of thirteen species. Some of these compounds have already been shown to be important in the food industry, cosmetics, perfumes, chemical and pharmaceutical industry. Among the seventeen species, more than 50% presented selfincompatibility and some species presented autogamy, demonstrating that these species present spontaneous self-pollination. Agamospermy was observed in only two species. Ninety-five combinations among 17 species of Aechmea and Ananas (Bromelioideae) and Alcantarea and Vriesea (Tillandsioideae) were performed, with a 33.74% rate of success, with 24.96% involving the botanical varieties of Ananas. Only two, among the intergeneric combinations, were successful, V. michaelii x Al nahoumii and V. simplex x Al nahoumii. Possible causes of self-incompatibility and incongruity in these combinations were related to different events during pollen tube growth, such as the irregular deposition of callose in pollen tubes; entangled pollen tubes in the style; arrest of pollen tube growth in the style, among others. We suggest that the self-incompatibility is gametophytic, preventing selffertilization. Further studies will help to characterize the causes and potential measures to overcome self-incompatibility. The results provide important contributions to studies of hybridization in bromeliads, aiming to produce new hybrids for the ornamental plants market, as well as contributions to the characterization and conservation of this important family of plant