Análises polínicas em quatro níveis de ploidia do gênero Herbertia (IRIDACEAE)

Abstract

A poliploidia é considerada um dos principais mecanismos evolutivos de diversificação e especiação das plantas com flores, responsável por afetar atributos ecológicos, morfológicos, fisiológicos e reprodutivos das espécies. Herbertia (Tigridieae, Iridaceae) é um gênero de plantas bulbosas e herbáceas que compreende oito espécies com notável variação morfológica e citogenética, sendo que séries poliploides já foram reportadas para Herbertia lahue (2n = 2x = 14, 2n = 6x = 42, 2n = 8x = 56) e Herbertia pulchella (2n = 2x = 14, 2n = 4x = 28, 2n = 6x = 42), apesar desta última ter citações na literatura de citótipos que ainda não foram identificados no Rio Grande do Sul (2n = 2x = 14, 2n = 6x = 42). Visando caracterizar aspectos relacionados aos grãos de pólen de H. lahue (2x, 6x e 8x) e H. pulchella (4x) e correlacionar estes dados com os níveis de ploidia encontrados em ambas espécies, botões florais de dezessete populações foram coletados antes da antese, fixados em etanol:ácido acético e macerados em corante Alexander 2%. As lâminas preparadas foram utilizadas para análises de: (1) potencial de fertilização, onde 500 grãos de pólen por indivíduo foram contabilizados e diferenciados em viáveis e inviáveis através do método de Alexander (1980); (2) quantificação através da Câmara de Neubauer, para estimativa de número de grãos por antera e por flor e (3) morfologia polínica, a partir das medidas dos eixos polares (P) e equatoriais (E) por meio do fotomicroscópio Zeiss Axioplan. Análises mitóticas com raízes pré-tratadas em 8HQ e seguindo um protocolo de secagem ao ar adaptado de Carvalho e Saraiva (1993) foram executadas para H. pulchella, a fim de investigar a presença da série poliploide no Rio Grande do Sul. Através de análises no software R, verificou-se que não houve diferenças significativas no potencial de fertilização dos quatro níveis de ploidia de Herbertia (Kruskall-Wallis, p = 0,6138), o que nos leva a hipotetizar que os citótipos poliploides estão bem estabelecidos nas populações naturais. Em relação à quantificação polínica, a ANOVA e o teste de Dunn mostraram que existem diferenças significativas [F(3, 58) = 15,75; p < 0,001] na quantidade de pólen produzido pelo citótipo diploide, sendo muito superior aos demais citótipos. Tais diferenças podem ocorrer pela tendência dos poliploides a seguirem caminhos distintos da reprodução sexuada, como a propagação clonal, buscando o estabelecimento a longo prazo na natureza. A razão entre os eixos polares e equatoriais indicou que todos os níveis de ploidia apresentam grãos de pólen do tipo subesfeirodal (suboblado ou oblado esfeirodal), sendo que o teste de Kruskall-Wallis indicou diferenças significativas entre os grupos, com os indivíduos hexaploides e octaploides apresentando os maiores grãos de pólen, enquanto os diploides apresentaram os menores, possivelmente retratando o efeito giga, comum em poliploides. No entanto, tais diferenças não foram suficientes para permitir a determinação do nível de ploidia dos citótipos unicamente através das medidas dos eixos. Ainda, uma diferença significativa foi encontrada entre indivíduos do mesmo citótipo pertencentes a populações de localidades diferentes, o que pode revelar a presença de fatores ambientais atuando sobre os grãos de pólen. Por fim, as análises mitóticas encontraram apenas indivíduos tetraploides para H. pulchella no Rio Grande do Sul.

Polyploidy is considered one of the major evolutionary mechanisms of diversification and speciation in flowering plants, responsible for affecting ecological, morphological, physiological and reproductive species attributes. Herbertia (Tigridieae, Iridaceae) is a genus of bulbous and herbaceous plants comprising eight species with a remarkable morphological and cytogenetic variation. Polyploid series have already been reported for Herbertia lahue (2n = 2x = 14, 2n = 6x = 42, 2n = 8x = 56) and Herbertia pulchella (2n = 2x = 14, 2n = 4x = 28, 2n = 6x = 42), although the last one has citations in the literature for cytotipes (2n = 2x = 14, 2n = 6x = 42) that haven’t been identified in Rio Grande do Sul. In order to characterize aspects related to the pollen grains of H. lahue (2x, 6x and 8x) and H. pulchella (4x) and to correlate these data with the ploidy levels found in both species, flower buds from seventeen populations were collected before anthesis, fixed in ethanol:acetic acid and macerated in Alexander 2%. The slides were used for three different analyses: (1) pollen stainability, where 500 grains per individual were counted and classified into viable and nonviable through Alexander’s (1980) method; (2) quantification using the Neubauer Chamber, to estimate the number of grains per anther and per flower and (3) pollen morphology, with the measurements of the polar axis (P) and equatorial diameter (E) examined with a Zeiss Axioplan photomicroscope. In addition, mitotic analyses with roots pre-treated in 8HQ were performed for H. pulchella using an air-drying protocol adapted from Carvalho and Saraiva (1993) intending to investigate the presence of the polyploidy series in Rio Grande do Sul. Analysis performed with the R software indicates that the pollen stainability between the four levels of ploidy is very similar (Kruskall-Wallis, p = 0,6138), which leads us to hypothesize that polyploid cytotypes are well established in natural populations. Concerning quantification, ANOVA and Dunn's test showed statistical differences [F(3, 58) = 15,75; p < 0,001] between the amount of pollen produced by the diploid cytotype, much higher than the others. Such differences may occur due to the tendency of polyploids to follow different pathways of sexual reproduction, like clonal propagation, for long-therm establishment in nature. The ratio between the polar axes and the equatorial diameter indicates that all ploidy levels have subspheirodal pollen grains (suboblate or spheirodal oblate). Significant differences in the pollen size dimensions between the groups were found by the Kruskal-Wallis test. Octaploid and hexaploid individuals presented the largest pollen grains, while diploids had the smallest, possibly due to the “giga'' size effect in polyploids. However, these differences were not enough to determine the ploidy level of the cytotypes only with the pollen measurements. Also, a statistically significant difference was discovered between individuals of the same cytotype belonging to populations from different locations, which may indicate the presence of environmental factors acting on pollen grains. Finally, mitotic analyses found only tetraploids individuals for H. pulchella in Rio Grande do Sul.