A interação dos organismos e seu ambiente pode ocorrer através de três processos básicos: os físicos, que envolvem forças abióticas que operam na natureza; os informativos, nos quais algum tipo de sinal é transmitido, e os tróficos, que envolvem algum recurso capaz de produzir um efeito específico no metabolismo do receptor (Dusenbery 1992).
No processo de polinização a planta pode, de alguma forma, ser localizada pelos seus visitantes e estar associada a algum tipo de recurso explorável. Este representa o contexto no qual o termo atração tem sido aplicado (Dafni et al. 1997).
Neste ponto, o reconhecimento floral pelos agentes polinizadores desempenha um papel fundamental no sistema planta-polinizador (Farre et al. 2013). Sendo que, aproximadamente 85% das espécies de plantas com flores dependem dos polinizadores para garantir seu sucesso reprodutivo e evolutivo (Ollerton et al. 2011).
As plantas precisam de alguma forma, atrair e competir pela atenção dos polinizadores para receberem os benefícios de seus serviços. Para desempenharem este papel as plantas desenvolveram pistas visuais e olfativas (Chittka & Raine 2006). Esse
display visual e olfativo das plantas inclui diversas características florais que
desempenham um importante papel na atração dos polinizadores (Kunze & Gumbert 2001; Zhuang et al. 2008 ).
Os visitantes são guiados até a flor por meio da percepção de várias características como, os padrões de coloração, odor, disponibilidade de pólen, concentração e qualidade do néctar (Pinzauti & Intoppa 1996). Portanto, a forma como estas características são percebidas pelos insetos desempenham um papel crucial no processo de atratividade dos polinizadores (Celli & Maccagnani 1994, 1998; Dafni & Neal 1997; Celli et al. 2000).
Muitas destas características florais podem influenciar o comportamento de forrageamento dos insetos e, as abelhas em particular, são hábeis em aprender e reconhecer estas características, como o tamanho da flor (Blarer et al. 2002), display floral (Ishii 2006; Biernaskie & Gegear 2007), o padrão de coloração (Kunze & Gumbert 2001), o aroma floral (Kunze & Gumbert 2001; Laloi & Pham-Delegue 2004) ou uma combinação deles (Kunze & Gumbert 2001; Kulahci et al. 2008) para localizar e coletar os recursos florais disponíveis.
De acordo com estudos recentes, a relação entre planta e polinizador tem sido mediada, sobretudo pela visão (Farre 2013). Estudos sobre a comunicação entre plantas e seus polinizadores, portanto, é focada principalmente em características visuais e pouca atenção tem sido dada à contribuição das características químicas florais (Raguso 2008a).
Entretanto, alguns estudos mostraram que os estímulos visuais podem atuar em conjunto com os sinais olfativos (Burger et al. 2010; Leonard et al. 2011a, b). A presença de aromas florais pode por sua vez, auxiliar na discriminação das cores, intensificando a atenção dos insetos para as pistas visuais, e a combinação destes dois sinais pode então
melhorar a formação e recuperação da memória dos polinizadores (Kunze & Gumbert 2001).
Enquanto as flores podem ser idênticas em sua cor ou forma, não há dois aromas florais que sejam exatamente iguais, isso devido a uma grande diversidade de compostos voláteis e suas abundâncias relativas (Knudsen & Tollsten 1993; Knudsen et al. 1993). Portanto, o aroma floral é uma fonte de informação olfativa confiável que os polinizadores podem utilizar para discriminar uma flor, cujo néctar e / ou pólen é a recompensa (Raguso 2004).
A maioria das espécies vegetais emitem entre 20 e 60 compostos voláteis diferentes (Knudsen & Gershenzon 2006), entretanto, ainda não está claro se os polinizadores reconhecem apenas alguns compostos presentes em um perfil ou se eles reconhecem o conjunto de informações de todos os compostos florais.
Evidências mostraram que muitos polinizadores, como as abelhas, são capazes de detectar pólen e néctar através de estímulos olfativos (Wright & Schiestl 2009). As abelhas aprendem a identificar os odores mais rapidamente e com uma retenção maior do que as cores (Dobson 1994; Leonard et al. 2011a, b), além de reconhecerem aquelas flores que oferecem os recursos de melhor qualidade (Chittka et al. 1999).
Apesar da riqueza de estudos na literatura abrangendo a polinização de culturas pelas abelhas e do conhecimento de que os compostos florais desempenham um papel importante no sucesso reprodutivo da planta, podendo atrair os insetos (Dobson 1994), poucas pesquisas têm se concentrado nos efeitos destes compostos sobre os agentes polinizadores.
Além de atrair os agentes polinizadores, os compostos voláteis florais podem funcionar na dissuasão de visitantes indesejados (Omura et al. 2000). Por exemplo, em
Nicotiana attenuata, a nicotina também tem função de defesa contra os herbívoros (Euler
& Baldwin 1996, Kessler & Baldwin 2001).
Muitos estudos revelaram os traços diferenciais dos aromas florais, que são típicos em determinadas síndromes de polinização (Andersson et al. 2002; Raguso et al. 2003; Pettersson et al. 2004; Dobson 2006) e que são responsáveis por atrair ou repelir alguns insetos.
Quando folhas ou flores sofrem algum tipo de dano, seja pelo ataque de herbívoros ou patógenos, ou pelos próprios polinizadores, a química da planta pode mudar. Muitas plantas podem reagir induzindo a produção de toxinas no néctar e nos tecidos vegetais
(McCall 2006) ou através da emissão de compostos voláteis em folhas e flores (Rӧse & Tumlinson 2004; Kessler & Halitschke 2009; Gallen et al. 2011).
A visita de insetos generalistas pode em muitos casos, ser prejudicial às plantas, uma vez que consomem os recursos florais disponíveis, mas não realizam a polinização eficiente da flor (Burkle et al. 2007) ou simplesmente se alimentam dos tecidos florais (McCall & Irwin 2006), gerando efeitos negativos que podem exceder os benefícios dos mutualistas (Morris et al. 2007).
Junker e Blüthgen (2010) demonstraram que alguns compostos florais atuam como "filtros" selecionando os polinizadores efetivos, enquanto outros podem inibir a aproximação de insetos pilhadores e herbívoros (Kessler et al. 2011). Deste ponto de vista, os visitantes obrigatórios, específicos ou mutualistas, podem ter evoluído positivamente em relação à tolerância de alguns compostos tóxicos presente nas estruturas florais, podendo usar estas substâncias como sinais específicos para encontrar a planta (Schiestl 2010).
Os compostos voláteis produzidos e liberados pelas plantas podem, portanto, alterar o comportamento de forrageamento dos polinizadores (Kunze & Gumbert 2001; Laloi & Pham-Delegue 2004), por exemplo, nas abelhas do gênero Bombus, Dobson (2005) sugeriu que a concentração de compostos orgânicos voláteis na flor do tomateiro, pode de fato afetar a sua polinização.
Embora na maioria dos estudos a herbivoria de flores e folhas tenha diminuído a visitação pelos polinizadores (Adler et al. 2001; Cardel & Koptur 2010; Danderson & Molano-Flores 2010; Kessler & Halitschke 2009; Strauss et al. 1996; Theis et al. 2009), em outros casos, como em Sinapis arvensis, a visita às flores pelos polinizadores aumentou após os danos causados pela herbivoria (Poveda et al. 2003).
Enquanto alguns compostos voláteis são conhecidos por serem atrativos generalistas de uma grande diversidade de polinizadores (Johnson & Hobbhahn 2010), outros podem ser atrativos específicos de determinadas espécies de insetos (Eltz et al. 1999; Schiestl & Glaser 2012). Por exemplo, algumas orquídeas atraem apenas machos de polinizadores através da liberação de compostos análogos dos feromônios femininos (Schiestl 2005; Gaskett 2011; Gögler et al. 2011).
Roubik (1989) propôs que o estímulo primário que guia as abelhas até a flor é a detecção de aromas semelhantes aos seus próprios. Alguns desses voláteis foram isolados em secreções glandulares das abelhas (Vinson et al. 1978; Duffield et al. 1984, Williams et
Em geral, o comportamento dos polinizadores pode ser afetado pelas defesas químicas produzidas pelas plantas de duas formas principais: a) através da alocação de recursos para a defesa da planta, que pode diminuir a atratividade das flores, por meio da redução do seu tamanho e/ou da quantidade ou mesmo qualidade da recompensa floral (néctar ou pólen) (Mothershead & Marquis 2000); b) através de uma maior produção de compostos na planta, que também pode se expressar em tecidos reprodutivos e recompensas florais, reduzindo assim a atração do polinizador ou o número de espécies de polinizadores eficientes (Adler, Karban & Strauss 2001; Adler et al. 2006, Kessler & Baldwin 2007; Kessler et al. 2008).
Analisando a herbivoria e a polinização em relação à atração do agente consumidor em busca de recursos, a interferência dos compostos voláteis liberados pelas plantas representa um ponto comum entre estas duas vertentes. Embora a repercussão ecológica e evolutiva sobre a polinização não seja menos importante que a herbivoria, estudos sobre a química e bioquímica da polinização tiveram um menor avanço (Spencer 1988; Harborne 1993).
Pesquisas sobre a mediação química dessas interações tornam-se ainda mais interessantes quando consideradas as variações no padrão de produção e emissão dos compostos voláteis florais (Williams & Whitten 1983; Knudsen et al. 1993), que desempenham um papel fundamental no sucesso da polinização das plantas pelos insetos: podendo atrair os polinizadores às flores e, assim, contribuir para a fertilização da planta (Dobson 1994).
Apesar do crescente interesse em estudos sobre a biologia da polinização do tomate através do serviço prestado pelas abelhas, poucos trabalhos têm se concentrado nos efeitos dos compostos voláteis produzidos pelas flores sobre o comportamento destes insetos.
Dobson (2005) sugeriu que o aroma floral pode de fato afetar as abelhas na polinização de L. sculentum e, alguns trabalhos confirmaram que o comportamento de forrageamento das abelhas, foi afetado pela presença de compostos voláteis florais ou pela maior concentração destes (Kunze & Gumbert 2001; Laloi & Pham-Delegue 2004, Morse
et al. 2012 ).
Cultivares de tomate diferem na sua morfologia e nas características de crescimento das plantas, por isso escolhemos esta cultura como modelo, pois acreditamos que possa haver variação na qualidade e/ou quantidade dos compostos florais produzidos por elas. Apesar de ainda não terem sido identificadas características florais que indiquem a
disponibilidade de recursos presentes na flor do tomateiro, a presença de alguns compostos voláteis liberados por elas foram sugeridos por Dobson (2005).
Sabe-se que os aromas florais são importantes na polinização de muitas plantas pelos insetos (Dobson 1994; Raguso 2008) e acreditamos que isto também seja verdadeiro na relação entre as abelhas sem ferrão e o tomate.
Objetivos Gerais
A produção de tomate de alta qualidade em casas de vegetação depende do sucesso da polinização, mas para que ocorra a troca de material genético entre as flores, primeiramente os agentes polinizadores precisam ser “atraídos” até o recurso. A planta do tomate é conhecida por produzir compostos altamente voláteis que podem atuar como um sinalizador, atraindo ou repelindo os insetos.
Além disso, funções ecológicas dos metabólitos secundários voláteis na interação da planta com seus polinizadores são muitas vezes específicos e têm grande potencial para a sua utilização na agricultura.
Portanto, este estudo objetivou responder a duas questões centrais:
(1) existe diferença qualitativa e/ou quantitativa no perfil dos compostos voláteis produzidos pelos tomateiros entre as variedades Debora e Mascot?
(2) será que o aroma floral de plantas de variedades diferentes afetam na tomada de decisão de forrageamento das abelhas sem ferrão Melipona marginata, Melipona
Material e Métodos
Local e período do estudo
Os experimentos de identificação química dos compostos orgânicos voláteis das duas variedades de tomate (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae, Var. Debora e Mascot) foram desenvolvidos em colaboração com o Prof. Dr. Andre Kessler (Department
of Ecology and Evolutionary Biology) na Universidade de Cornell em Ithaca/NY, no
período de outubro/2012 a janeiro/2013.