UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FFCLRP - DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENTOMOLOGIA. Ana Rita Tavares de Oliveira Baptistella

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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENTOMOLOGIA

Uso

Uso e Eficiência de abelhas

e Eficiência de abelhas

e Eficiência de abelhas sem ferrão (Apidae,

e Eficiência de abelhas

sem ferrão (Apidae,

Meliponini) na polinização do

Meliponini) na polinização do tomate

tomate

tomateiro

iro

iro ((((Lycopersicon

iro

Lycopersicon

esculentum

esculentum Mill, Solanaceae) sob cultivo protegido

Mill, Solanaceae) sob cultivo protegido

Ana Rita Tavares de Oliveira Baptistella

T

ese apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da USP, como parte das exigências para obtenção do título de Doutor (a) em Ciências - Área: Entomologia

RIBEIRÃO PRETO - SP 2013

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Uso e Eficiência de abelhas sem ferrão (Apidae,

Meliponini) na polinização do tomate

Meliponini) na polinização do tomateiro

iro

iro ((((Lycopersicon

iro

Lycopersicon

esculentum

esculentum Mill, Solanaceae) sob cultivo protegido

Mill, Solanaceae) sob cultivo protegido

T

ese apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da USP, como parte das exigências para obtenção do título de Doutor (a) em Ciências - Área: Entomologia

O

rientador: Prof. Dr. Ademilson Espencer Egea Soares

RIBEIRÃO PRETO -SP 2013

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DE ESTUDO OU PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.

FICHA CATALOGRÁFICA

Baptistella, Ana Rita Tavares de Oliveira

Uso e Eficiência de abelhas sem ferrão (Apidae, Meliponini) na polinização do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) sob cultivo protegido

Use and efficiency of stingless bees (Apidae, Meliponini) as pollinators of tomato (Lycopersicon esculentum Mill. Solanaceae) under protected cultivation

--Ribeirão Preto, 2013. 147 p.

Tese de Doutorado apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto/USP – Área de Concentração: Entomologia

Orientador: Prof. Dr. Ademilson Espencer Egea Soares

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Uso e Eficiência de abelhas sem ferrão (Apidae, Meliponini) na polinização do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) sob cultivo protegido

Tese apresentada à Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto da USP, como parte das exigências para obtenção do título de Doutor (a) em Ciências - Área: Entomologia

Aprovado em:___/___/_____

Banca examinadora

Prof.(a) Dr.(a)_________________________________Instituição:________________ Julgamento:____________________Assinatura:______________________________ Prof.(a) Dr.(a)_________________________________Instituição:________________ Julgamento:____________________Assinatura:______________________________ Prof.(a) Dr.(a)_________________________________Instituição:________________ Julgamento:____________________Assinatura:______________________________ Prof.(a) Dr.(a)_________________________________Instituição:________________ Julgamento:____________________Assinatura:______________________________ Prof.(a) Dr.(a)_________________________________Instituição:________________ Julgamento:____________________Assinatura:______________________________

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Trabalho realizado no Laboratório de Biologia e Genética de Abelhas, do Departamento de Genética da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto – Universidade de São Paulo, com auxílio financeiro CNPq (Processo: 143487/2009-4), e Programa Institucional de Bolsas de Doutorado Sanduíche no Exterior (PDSE- CAPES) – Processo BEX: 10418/12-1.

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Dedico este trabalho a Paulo e Ana, meus pais, que apoiaram e

incentivaram minha carreira

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conseguiram se manter simplesmente presente.

Ao CNPq pela bolsa de doutorado que permitiu a realização desta pesquisa

A CAPES pela bolsa de doutorado sanduíche que possibilitou a realização do estágio no exterior

Ao Departamento de Biologia da FFCLRP – USP e Departamento de Genética da FMRP – USP pelo apoio e permissão para execução deste trabalho.

Ao meu orientador, sempre amigo e exemplo de cientista, Dr. Ademilson Espencer Egea Soares, pelo apoio, entusiasmo e por me apresentar ao fantástico mundo das abelhas.

Ao Dr. André Kessler e Dr. Rayko Halitschke pela orientação nos experimentos durante o estágio de doutorado em Ithaca- NY. Pela hospitalidade e pelas excelentes contribuições na elaboração final da tese

Ao pesquisador Roberto Botelho Ferraz Branco pela gentileza em ceder a casa de vegetação e proporcionar as condições adequadas para a efetivação dos experimentos Ao Custódio por todo cuidado e zelo com as plantas do tomate, além do seu apoio e gentileza durante a pesquisa

Ao Jairo pela disponibilidade e pela ajuda e conselhos valiosos

Ao Dr. Hipólito P. Neto que, apesar de não ser co-orientador oficial dessa tese, realizou muito bem tal função ajudando no planejamento dos experimentos e nas análises dos dados

Aos colegas de laboratório: Ivan Castro, Raoni, Igor, Omar, Bruno pelo carinho e pelos momentos de descontração

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A Geusa S. Freitas obrigada pelo eterno carinho, apoio e ajuda inestimável

A Camila, Amanda, Aline e Gislaine amigas imprescindíveis na vida de qualquer ser humano. Obrigada por fazerem meu coração sorrir

Ao Mauro Prato pela grande amizade e alegria do convívio

A todos os abelhudos do Bloco A do Departamento de Genética da FMRP – USP Aos meus pais e irmão pelo respeito, admiração e apoio na consolidação desse sonho.

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“Não sei o que possa parecer aos olhos do mundo, mas aos meus pareço apenas ter sido

como um menino brincando à beira mar, divertindo-me com o fato de encontrar de vez

em quando um seixo mais liso ou uma concha mais bonita que o normal, enquanto o

grande oceano da verdade permanece completamente por descobrir à minha frente.”

(10)

As abelhas sem ferrão são apontadas como visitantes florais de muitas culturas de interesse econômico, entre elas o tomate (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae), entretanto, poucas espécies foram efetivamente testadas com relação a sua eficiência como polinizadoras. Considerando que o estudo do comportamento das abelhas durante a polinização possa revelar espécies com potencial uso na agricultura, verificamos o comportamento de Melipona quadrifasciata, Melipona marginata,

Frieseomelitta varia e Nannotrigona testaceicornis durante visitas às flores do

tomateiro em casa de vegetação e suas conseqüências para a polinização. A produção dos frutos foi influenciada positivamente por três, das quatro espécies estudadas (Melipona quadrifasciata, Melipona marginata e Nannotrigona testaceicornis). Flores (var. Debora) polinizadas pelas abelhas produziram frutos mais pesados (44g, 28.1g e 29.6g, respectivamente). Em flores da var. Mascot, os frutos foram em média 1,6 g mais pesados. O número de sementes por fruto produzido também foi beneficiado. A produção de frutos de alta qualidade depende do sucesso da polinização, entretanto, observamos diferenças no comportamento e na eficiência das espécies entre as variedades de tomateiro (χ2= 25.36; p= 0,0001). As abelhas demonstraram maior interesse em visitar flores var. Debora (Ntotal= 471) em relação às flores var. Mascot

(Ntotal= 260). Em geral, flores da variedade Debora, apresentaram menores

concentrações de compostos com características repelentes conhecidas (ex: β-felandreno) e, uma maior concentração de substâncias atrativas (ex: álcool benzílico). Acreditamos que a variação na quantidade de compostos entre as variedades, associado a características morfológicas e as condições da casa de vegetação, possa ter influenciado na atratividade das abelhas. Visando uma maior produção dos frutos sem a utilização de componentes químicos que possam interferir na saúde dos consumidores, a utilização das abelhas como polinizadoras seria uma alternativa viável e benéfica ao meio ambiente e ao homem. Além disso, esperamos que a relação entre os COVs do tomateiro e as abelhas, seja melhor compreendida, podendo contribuir para o sucesso da polinização de suas flores.

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Stingless bees are identified as floral visitors of many economic crops, including tomato (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae), however, few species have been effectively tested for their efficiency as pollinators. Whereas the study of the behavior of bees during pollination may reveal species with potential use in agriculture, we inspected the behavior of Melipona quadrifasciata, Melipona marginata,

Frieseomelitta varia and Nannotrigona testaceicornis during visits to tomato flowers

in greenhouse and its consequences for pollination. The production of the fruits was positively influenced by three of the four studied species (Melipona quadrifasciata,

Melipona marginata and Nannotrigona testaceicornis). Flowers (Debora var.)

pollinated by bees produced heavier fruits (44g, 28.1 and 29.6, respectively). In flowers of Mascot var., fruits were 1,6g heavier on average. The number of seeds produced was also improved. The production of high quality fruits depends on the success of pollination, however, we observed differences in the behavior and efficiency of species between tomato varieties (χ2 = 25.36, p = 0.0001). Bees showed more interest in visit flowers of Debora var. (Ntotal= 471) compared to flowers of

Mascot var. (Ntotal= 260). In general, flowers of cultivar Debora emitted lower

concentration of compounds with known repellent characteristics (e.g. β-felandreno) and, higher concentration of attractive substances (e.g. benzyl alcohol). We believe that the amount variation of compounds among tomato varieties associated with morphological characteristics and conditions of the greenhouse may have influenced the attractiveness of bees. In order to maximize fruit production without the use of chemicals that may interfere in the health of consumers, the use of bees as pollinators would be a viable alternative, natural and beneficial to the environment and to man. Furthermore, we expect that the relation between tomato VOCs and bees, can be better understood and contributes to the success of pollination of their flowers.

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RESUMO ---10 ABSTRACT ---11 LISTA DE FIGURAS ---12 LISTA DE TABELAS ---16

Capítulo 1:

Comportamento das abelhas sem ferrão nas flores do tomateiro

(Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) e as conseqüências para a

polinização em casa de vegetação

1. Introdução ---18

Objetivos ---32

2. Material e Métodos Experimentos ---36

Biologia floral de Lycopersicon esculentum (Mill., Solanaceae) as variedades Debora e Mascot ---56

Aclimatação e padrão de forrageamento das abelhas sem ferrão Melipona quadrifasciata, Melipona marginata, Frieseomelitta varia e Nannotrigona testaceicornis em ambiente protegido ---37

Requerimentos de polinização ---38

Efeito da polinização no desenvolvimento e qualidade dos frutos ---39

3. Resultados Características florais do tomateiro Lycopersicon esculentum (Mill., Solanaceae) das variedades Debora e Mascot ---41

(13)

A eficiência reprodutiva de Lycopersicon esculentum (Mill., Solanaceae) ---65

Nannotrigona testaceicornis, Frieseomelitta varia, Melipona marginata, Melipona quadrifasciata: visitantes florais ou polinizadores eficientes do tomateiro? --- 66 4. Discussão --- 77 5. Referências Bibliográficas --- 91

Capítulo 2:

Compostos orgânicos voláteis (COVs) nas flores do tomateiro e

suas implicações no comportamento dos polinizadores

1. Introdução ---105

Objetivos ---113

2. Material e Métodos Local e período de estudo --- 114

Produção dos cultivares ---114

Indução da herbivoria foliar ---114

Coleta dos compostos orgânicos voláteis (COVs) ---115

Análise e identificação dos COVs ---115

3. Resultados ---117 4. Discussão ---122 5. Referências Bibliográficas ---132

(14)

Figura 1: Distribuição geográfica do tomateiro na região ocidental da América do Sul. Fonte: American Journal of Botany 88 (10): 1888-1902 (2001), em Morais ---24 Figura 2: Casa de vegetação utilizada nos experimentos de polinização do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) no município de Ribeirão Preto- SP ---33 Figura 3: Vista interna da casa de vegetação com plantio de tomate (Lycopersicon

esculentum Mill., Solanaceae) utilizado nos experimentos de polinização e disposição

das colônias de abelhas sem ferrão. Frieseomelitta varia (Fv), Melipona

quadrifasciata anthidioides (Mq), Nannotrigona testaceicornis (Nt) e Melipona marginata (Mm) ---35

Figura 4: Sensor de temperatura instalado nas colônias de abelhas sem ferrão durante experimento de polinização da cultura do tomateiro Lycopersicon esculentum Mill. (Solanaceae). (A) vista externa do ninho de Melipona marginata, (B) vista interna do sensor, (C) detalhe externo do aparelho eletrônico de medição de temperatura--- 38 Figura 5: Flores do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) das variedades (A) Mascot e (B) Debora --- 41 Figura 6: Imagem comparativa do comprimento das anteras poricidas das flores do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) da variedade Debora (A) e Mascot (B) ---42

Figura 7: Imagem comparativa do estilete da flor do tomateiro da variedade Debora (A) e Mascot (B) ---43

Figura 8: Comprimento médio dos estiletes longos (N= 30) e curtos (N= 30) da flor do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) var. Debora e Mascot (Ntotal=

60). Caixa: indica distribuição de 50% dos valores, linha horizontal representa a mediana, whiskers: valores mínimos e máximos ---44 Figura 9: Horário da antese total das flores do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) var. Debora e Mascot ---45 Figura 10: Cronologia dos eventos florais de (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae). (A) botões florais em pré- antese; (B) segundo dia após abertura completa, flor com pétalas reflexivas; (C) flores no 6º dia após a antese em processo de perda das estruturas florais ---46 Figura 11: Detalhe da presença de bolhas no estigma da flor do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) indicando sua receptividade --- 47 Figura 12: Horário de receptividade do estigma da flor do tomateiro (Lycopersicon

(15)

tamanho). Linhas contínuas indicam temperatura (°C) e linhas tracejadas a umidade relativa (%) na casa de vegetação ---48 Figura 13: Correlação entre receptividade alta dos estigmas de Lycopersicon

esculentum (Solanaceae), temperatura (°C) e umidade relativa (%) em casa de

vegetação durante os experimentos realizados no verão e inverno. Índices negativos indicam correlação negativa entre os fatores ---49 Figura 14: Mortalidade das abelhas sem ferrão Melipona quadrifasciata, Melipona

marginata, Frieseomelitta varia e Nannotrigona testaceicornis em casa de vegetação

durante 17 dias após a introdução das colônias. Linhas contínuas representam a coleta de dados realizada no inverno e linhas tracejadas no verão ---50 Figura 15: Correlação entre a mortalidade (N) das abelhas sem ferrão ao longo dos dias de observação (17 dias) em ambiente protegido. Onde: Nannotrigona

testaceicornis (Nt), Frieseomelitta varia (Fv), Melipona marginata (Mm) e Melipona quadrifasciata (Mq). Gráficos com esferas de cor branca e preta representam os

experimentos realizados no inverno e verão respectivamente (correlação de Pearson, p < 0,05) ---52 Figura 16A: Número de forrageiras de Frieseomelitta varia saindo do ninho (A), entrando na colônia (B) e removendo lixo (C) por hora quando a colônia estava localizada no meliponário (linha tracejada) e no interior da casa de vegetação (linha contínua). Whiskers= desvio padrão. Pontos= médias ---54 Figura 16B: Número de forrageiras de Melipona quadrifasciata saindo do ninho (A), entrando na colônia (B), removendo lixo (C) e entrando com pólen (D) por hora quando a colônia estava localizada no meliponário (linha tracejada) e no interior da casa de vegetação (linha contínua). Whiskers= desvio padrão. Pontos= médias ---55 Figura 16C: Número de forrageiras de Melipona marginata saindo do ninho (A), entrando na colônia (B), removendo lixo (C) e entrando com pólen (D) por hora quando a colônia estava localizada no meliponário (linha tracejada) e no interior da casa de vegetação (linha contínua). Whiskers= desvio padrão. Pontos= médias ---56 Figura 16D: Número de forrageiras de Nannotrigona testaceicornis saindo do ninho (A), entrando na colônia (B), removendo lixo (C) e entrando com pólen (D) por hora quando a colônia estava localizada no meliponário (linha tracejada) e no interior da casa de vegetação (linha contínua). Whiskers= desvio padrão. Pontos= médias ---57 Figura 17: Temperatura no ambiente externo (Amb), na casa de vegetação (CV) e na região de cria das espécies de abelhas sem ferrão Melipona quadrifasciata (Mq),

Melipona marginata (Mm), Nannotrigona testaceicornis (Nt) e Frieseomelitta varia(Fv) durante o inverno (A) e o verão (B). Os dados representam a temperatura

média para cada horário amostrado (6h às 18:00h) durante os 17 dias de observação. O ponto central dentro das caixas indica a mediana, enquanto que a linha representa a média. Os limites inferiores e superiores indicam o quartil inferior e superior

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Figura 18: Comparação entre temperatura na região de cria (Tcria) de Melipona

quadrifasciata, Melipona marginata, Nannotrigona testaceicornis e Frieseomelitta varia e temperatura da casa de vegetação (Testufa) durante o período de adaptação (17

dias). As hastes representam medidas mínimas e máximas e o ponto central corresponde à média da temperatura. Letras sobrescritas diferentes (a-b e A-B-C) indicam grupos de dados significativamente diferentes (U-Mann-Whitney, p< 0,001).* indicam o conjunto de dados coletados no inverno ---60 Figura 19: Relação entre a temperatura da casa de vegetação e da região de cria nos ninhos de Melipona quadrifasciata (Mq), Melipona marginata (Mm), Nannotrigona

testaceicornis (Nt) e Frieseomelitta varia (Fv). Gráficos com esferas de cor branca e

preta indicam os experimentos realizados durante o inverno e verão respectivamente (Regressão linear: p < 0,001) ---63 Figura 20: Número de forrageiras de Melipona quadrifasciata, Melipona marginata,

Nannotrigona testaceicornis e Frieseomelitta varia coletando água em relação à

temperatura na casa de vegetação (Regressão linear: p < 0,001) ---65 Figura 21: Duração da visita (s) das forrageiras de M. quadrifasciata (Mq), M.

marginata (Mm), N. testaceicornis (Nt) e F. varia (Fv) nas flores do tomateiro das

variedades Debora (caixas de cor branca) e Mascot (caixas pontilhadas) de estilete longo (EL) e curto (EC) durante experimento de visita única. Caixa indica distribuição de 50% dos valores, linha horizontal representa a mediana, whisker= erro padrão (acima 90% e abaixo 10%) e esferas= pontos extremos ---69 Figura 22. Diâmetro (mm), comprimento (mm), peso (g) e número de sementes dos frutos do tomate (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) das variedades Debora e Mascot submetidos aos tratamentos: geitonogamia (G), polinização cruzada (PC), sem polinização (controle, C) e pelas abelhas sem ferrão M. quadrifasciata (Mq), M.

marginata (Mm) e N. testaceicornis (Nt). Caixa indica distribuição de 50% dos

valores, linha horizontal indica a mediana, whisker indica o erro padrão (acima 90% e abaixo 10%) e esferas indicam os pontos extremos. Médias seguidas de letras diferentes (a – d; A - C) indicam diferença estatística a p< 0,05 pelo teste de Tukey ---76 Figura 23: Marca necrótica no cone da flor do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) ocasionada após visita de abelha sem ferrão durante a polinização por vibração ---79 Figura 24: Operárias mortas de Nannotrigona testaceicornis na frente da colônia após 53 dias de confinamento (N= 257 abelhas) ---81 Figura 25: Operária de Frieseomelitta varia durante coleta de água na casa de vegetação, no experimento realizado no verão ---85

(17)

Figura 27: Coleta dos compostos voláteis de flores de Lycopersicon esculentum. Seta indicando o tubo adsorvente com carvão aditivado (ORBOTM 32) ---116 Figura 28: Número de abelhas sem ferrão visitando flores do tomateiro (Lycopersicon

esculentum Mill., Solanaceae) da variedade Debora (N= 471) e Mascot (N= 260) em

cultivo protegido ---117 Figura 29: Compostos orgânicos voláteis encontrados em amostras de flores de

Lycopersicon esculentum Mill. (Solanaceae) das variedades Debora e Mascot ---118

Figura 30: Constituintes químicos florais de Lycopersicon esculentum Mill. (Solanaceae) ---119 Figura 31: Representação do cromatograma dos íons coletados por GC-MS de flores de Lycopersicon esculentum das variedades Debora e Mascot ---121 Figura 32: Abelhas sem ferrão visitando flores do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) em casa de vegetação. A – Nannotrigona testaceicornis; B–

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Tabela 1: O valor das abelhas melíferas para a economia norte-americana ---21 Tabela 2: Principais produtores mundiais e suas produtividades ---26 Tabela 3: Comparação do comprimento médio (mm) dos estiletes da flor do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) das variedades Debora e Mascot. Número amostral (N) e desvio padrão (DP) ---43 Tabela 4: Taxa de formação espontânea dos frutos (%) do tomate (Lycopersicon

esculentum Mill., Solanaceae) var. Debora e Mascot ---46

Tabela 5: Relação do número de abelhas mortas durante período de adaptação (17 dias) nas condições internas da casa de vegetação, durante os experimentos conduzidos no inverno e no verão e suas respectivas frequências (%) ---51 Tabela 6A: Temperatura média (°C) na região de cria do ninho das abelhas Melipona

quadrifasciata, Melipona marginata, Nannotrigona testaceicornis e Frieseomelitta varia, da casa de vegetação e do ambiente externo durante o inverno. Médias para os

17 dias do experimento seguidas do desvio padrão ---61 Tabela 6B: Temperatura média (°C) na região de cria do ninho das abelhas Melipona

quadrifasciata, Melipona marginata, Nannotrigona testaceicornis e Frieseomelitta varia, da casa de vegetação e do ambiente externo durante o verão. Médias para os 17

dias do experimento seguidas do desvio padrão ---61 Tabela 7: Número de forrageiras (N) coletando água em relação à temperatura na casa de vegetação durante o verão. A frequência relativa (%) é referente ao número de abelhas coletando água em uma determinada faixa de temperatura, em relação ao número total de abelhas (de todas as espécies) na mesma faixa ---64 Tabela 8: Sistema reprodutivo de Lycopersicon esculentum (Mill., Solanaceae) ---66 Tabela 9: Número de abelhas Melipona quadrifasciata, Melipona marginata,

Nannotrigona testaceicornis e Frieseomelitta varia visitando flores do tomateiro

(Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae var. Debora e Mascot.) de estilete longo e curto ---67 Tabela 10: Duração média da visita (segundos) de Melipona quadrifasciata, Melipona

marginata, Nannotrigona testaceicornis e Frieseomellita varia nas flores do tomateiro

(Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae, var. Debora e Mascot) de estilete longo e curto. N: número de flores visitadas, DP= desvio padrão ---68 Tabela 11A: Taxa de frutificação (%) de flores do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) var. Debora após visita única de Melipona quadrifasciata,

(19)

Tabela 12: Porcentagem de frutos do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) produzidos sem visita (controle) e com a visita única das abelhas M.

quadrifasciata, M. marginata e N. testaceicornis ---71

Tabela 13: Coeficientes de correlação de Spearman entre a duração total da visita (DV) pelas abelhas sem ferrão M. quadrifasciata (Mq), M. marginata (Mm) e N.

testaceicornis (Nt) nas flores de Lycopersicon esculentum (Mill., Solanaceae) e o peso

(P) dos frutos produzidos. Números 1 e 2 correspondem aos períodos do estudo, analisando flores da variedade Debora (inverno) e Mascot (verão), respectivamente ---72 Tabela 14: Coeficientes de correlação de Spearman entre o peso dos frutos (P) polinizados pelas abelhas sem ferrão M. quadrifasciata (Mq), M. marginata (Mm) e N.

testaceicornis (Nt) e o número de sementes (NS) nos frutos polinizados por estas

abelhas. Números 1 e 2 correspondem aos períodos do estudo analisando frutos das variedades Debora (inverno) e Mascot (verão), respectivamente ---72 Tabela 15: Peso médio (g), mínimo (Min) e máximo (Max) dos frutos do tomate (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) var. Debora e Mascot produzidos nos diferentes tratamentos de polinização e pelas abelhas M. quadrifasciata e M.

marginata e N. testaceicornis --- 73

Tabela 16: Tabela comparativa entre medidas de qualidade dos frutos produzidos entre os grupos de tratamento controle, polinização manual cruzada, geitonogamia (vibração mecânica) e a polinização pelas abelhas M. quadrifasciata, M. marginata e N.

testaceicornis nos experimentos com tomateiros das variedades Debora e Mascot.

Valor médio de cada medida seguido de seu respectivo desvio padrão ---74 Tabela 17: Compostos orgânicos voláteis liberados de flores de Lycopersicon

esculentum Mill. (Solanaceae) das variedades Debora e Mascot, analisados por

GC-MS. Média das concentrações dos compostos em ppm (partes por milhão). Compostos listados em ordem de tempo de retenção ---120

(20)

C

APÍTULO

1 COMPORTAMENTO DAS ABELHAS SEM FERRÃO NAS FLORES

DO

TOMATEIRO

(LYCOPERSICON

ESCULENTUM

MILL.,

SOLANACEAE) E AS CONSEQÜÊNCIAS PARA A POLINIZAÇÃO

EM CASA DE VEGETAÇÃO

(21)

Afinal, o que é polinização?

Depois da produção dos órgãos sexuais e das estruturas associadas, a polinização é o primeiro passo no processo reprodutivo das plantas superiores. A polinização nada mais é do que o processo de transferência do pólen (gameta masculino) das estruturas reprodutivas masculinas de uma flor (anteras) para a estrutura feminina (estigma) de uma flor da mesma espécie, resultando na reprodução sexuada (Free 1993; Kevan 1999; Westerkamp 2004).

Se bem sucedido, os grãos de pólen germinam formando os tubos polínicos que penetram no estilete em direção ao ovário resultando na fertilização e consequentemente formando sementes e frutos (Proctor et al. 1996; Usman et al. 1999). O sucesso na polinização pode por sua vez, garantir um aumento no número de sementes e de frutos produzidos, além de contribuir para uma melhor qualidade dos frutos (Richards 1996, 2001; Ashman et al. 2004).

Portanto, a polinização mediada pelos agentes polinizadores é fundamental no ciclo de vida de muitas espécies de plantas e é essencial para a produção de alimentos e sementes, além de prestar serviços ao ecossistema que incluem, por exemplo, a ciclagem de nutrientes e o controle de pragas (Kevan & Viana 2003; Kremen et al. 2004; Kremen 2005; Kremen & Ostfeld 2005; Losey & Vaughan 2006; Kremen et al. 2007).

A importância da polinização e o papel das abelhas como agentes

polinizadores de culturas agrícolas

A polinização é um dos principais mecanismos de manutenção e promoção da biodiversidade na Terra (Kevan & Viana 2003; Memmott et al. 2004, Klein et al. 2007). Mais de ¾ das plantas agrícolas cultivadas no mundo (McGregor 1976; Crane & Walker 1984; Free 1993; Nabhan & Buchmann 1997; Westerkamp & Gottsberger 2000), a maioria das plantas silvestres (Burd 1994; Kearns et al. 1998; Larson & Barrett 2000; Ashman et

al. 2004), e muitas plantas utilizadas pela indústria farmacêutica, dependem da polinização

animal para produzir frutos e sementes (FAO 2009).

Acredita-se que a polinização animal contribui para cerca de 90% da reprodução sexuada de em média 250.000 espécies de angiospermas (Kearns et al. 1998). Os agentes responsáveis por este processo, os polinizadores, são essenciais para a reprodução de

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grande parte das espécies de plantas com flores, e para o próprio ecossistema, pois mantém as populações de plantas que podem ser utilizadas como fonte de recurso alimentar e abrigo (Sheperd et al. 2003; Klein et al. 2007).

Portanto, o processo de polinização é uma relação de benefício mútuo entre planta-inseto, pois ao visitar uma flor em busca de alimento o inseto pode promover a troca de gametas entre as flores, conferindo uma vantagem genética no sistema de reprodução para as angiospermas (Morato & Campos 2000).

Entre as espécies de plantas silvestres, 60 a 90% de todas as plantas com flores dependem de um agente polinizador para auxiliar na reprodução (Axelrod 1960; Bawa 1990). Para as culturas tropicais, Roubik (1995) elaborou uma lista com 1330 espécies e concluiu que em 70% delas a reprodução é beneficiada com a polinização cruzada.

O valor econômico dos polinizadores na agricultura e horticultura é bem conhecido, sendo que 75% das espécies cultivadas no mundo se beneficiam da polinização realizada pelos animais (Klein et al. 2007; Kremen, Williams & Thorp 2002).

Aproximadamente 90% do abastecimento mundial de alimento provém de 82 espécies vegetais e as abelhas são responsáveis pela polinização de 63 (77%) destas plantas, sendo o agente polinizador mais relevante de pelo menos 39 espécies (48%) (Prescott-Allen & Prescott- Allen 1990; Buchmann & Nabhan 1996). Estes insetos têm uma forte relação de dependência com as flores, pois dependem dela para obter alimento (néctar, pólen) ou outros recursos como óleo, resina e fragrâncias, além de servirem como local de repouso, refúgio e cópula para algumas espécies de abelhas (Faegri & van Der Pijl 1979).

Sendo assim, pode- se considerar as abelhas como o grupo de polinizadores mais eficientes para as culturas agrícolas ao redor do mundo (Sheperd et al. 2003), sendo as mais predominantes e economicamente importantes na maioria das regiões geográficas (Kremen et al. 2007).

A biodiversidade de abelhas é enorme. São conhecidas 20.000 espécies (ITIS 2010), destas a grande maioria tem hábitos solitários e aproximadamente 1.000 espécies são sociais. Elas são as principais polinizadoras das plantas com flores, assegurando sua reprodução nos diferentes ecossistemas e garantindo a alimentação de inúmeras outras espécies animais (Sheperd et al. 2003).

Além disso, acredita-se que aproximadamente 73% das espécies vegetais cultivadas no mundo sejam polinizadas por alguma espécie de abelha (FAO, 2008) e que

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flores (Shipp et al. 1994), portanto as abelhas prestam um serviço ambiental de valor inestimável.

Entretanto, para que uma espécie animal qualquer, incluindo as abelhas, possa ser classificada como polinizadora eficiente de uma cultura, é preciso considerar vários fatores, por exemplo: primeiramente, o polinizador em potencial deve ser atraído pelas flores, e deve possuir características morfológicas e comportamentais adequados para remover o pólen dos estames e depositá-los nos estigmas, além disso a quantidade de pólen viável depositado deve ser suficiente para a fertilização, e o momento da visitação também é importante pois os estigmas devem estar receptivos (Freitas & Paxton 1996; Freitas 1997). Portanto, nem todas as espécies vegetais são igualmente atrativas para todos os polinizadores, e nem todo visitante floral pode ser considerado um polinizador eficiente.

As abelhas melíferas são os insetos sociais mais utilizados atualmente para auxiliar na polinização cruzada de muitos cultivos comerciais no Brasil e no mundo como, por exemplo, o melão (Sousa 2003), café (Manrique & Thimann 2002, Roubik 2002, Klein et

al. 2003), soja (Chiari et al. 2005), laranja (Malerbo-Souza et al. 2003), girassol (Basualdo et al. 2000), canola (Souza-Rosa et al. 2011), cebola (Witter et al. 2005), abóbora (Lattaro

& Malerbo-Souza 2006) entre outros.

Estas abelhas são consideradas fundamentais para a agricultura, sendo seus serviços de polinização estimados em 9,5% do valor da agricultura em 2005, ou seja, 153 bilhões de dólares (Gallai et al. 2009). Elas apresentam um comportamento de pastejo rápido entre as flores e geralmente em forma de zig-zag, o que as tornam eficientes na dispersão do pólen (Couto & Couto 2007).

Nos Estado Unidos, aproximadamente 130 culturas agrícolas são polinizadas por abelhas (McGregor 1976) e o valor dos benefícios da polinização, realizado somente pelas abelhas melíferas, é estimado em 5 a 14 bilhões de dólares por ano (Southwick & Southwick 1992; Morse & Calderone 2000). Levando em consideração apenas os polinizadores nativos (excluindo Apis mellifera), o valor dos serviços de polinização é estimado em US$ 4,1 bilhões por ano (Prescott-Allen & Prescott-Allen 1990). A Tabela 1 evidencia a importância das abelhas melíferas para um conjunto de culturas.

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Tabela 1: O valor das abelhas melíferas para a economia norte-americana.

Cultura Valor da colheita (US$) polinização pelas abelhas (%) Amêndoa Mirtilo Maçã Pêssego Laranja Algodão Soja Morango Amendoim Uva 2,2 bilhões 0,5 bilhão 2,1 bilhões 0,5 bilhão 1,8 bilhão 5,2 bilhões 19,7 bilhões 1,5 bilhão 0,6 bilhão 3,2 bilhões 100 90 90 48 27 16 5 2 2 1

Fonte: The New York Times, Departamento de Agricultura dos Estados Unidos, Universidade de Cornell (2007).

No Canadá o valor do serviço de polinização é estimado em $443 milhões por ano. Mais de 17% das plantas cultivadas dependem das abelhas como agente polinizador (Richards 1993).

No Reino Unido o valor anual da polinização para a agricultura foi de 440 milhões em 2005, o que corresponde a 13% do valor da agricultura local (Imperatriz-Fonseca et al. 2006). Nos países da Comunidade Européia, o valor global do serviço prestado pelas abelhas na polinização foi de US$ 212 bilhões (Gallai et al. 2009). Em países como a Dinamarca, o valor das oleaginosas, frutos e bagas beneficiados pelo serviço de polinização das abelhas é estimado ao equivalente a 200 milhões de euros (FAO 2009).

No Brasil, muitas culturas como melão (Cucumis melo), café (Coffea arabica), maracujá (Passiflora edulis), laranja (Citrus spp.), soja (Glycine max), caju (Anacardium

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economia, tanto por seu valor comercial como produtos de exportação, como para atender a demanda do mercado interno, e estas devem ser as razões porque a maioria dos estudos e as informações disponíveis sobre polinização têm se concentrado nelas (Freitas 2005 a, b).

Essas oito culturas em conjunto representam US$ 9.342,6 milhões de dólares em exportações (Freitas 2005). No entanto, muitas das espécies de plantas cultivadas e de interesse econômico, estão em áreas em que as abelhas melíferas não ocorrem naturalmente assim, muitas dessas espécies vegetais podem ser polinizadas por espécies de abelhas sem ferrão.

As abelhas sem ferrão estão presentes nas áreas tropicais do mundo, e estima-se que existam cerca de 400 a 500 espécies diferentes catalogadas, embora novas espécies sejam identificadas todo ano. Mais da metade das espécies conhecidas, aproximadamente 300 espécies se concentram nas Américas, 60 na Ásia, 50 na África, 10 na Austrália e 4 espécies em Madagascar (Velthuis 1997; FAO 2009).

Alguns estudos provaram a eficiência dessas espécies como polinizadoras. Abelhas nativas de vários gêneros como Melipona, Trigona, Nannotrigona, Partamona,

Scaptotrigona, Plebeia e Geotrigona foram observadas polinizando várias culturas (Heard

1999; Slaa et al. 2006), como o coco (Cocus nucifera), a cebola (Allium cepa), a manga (Mangifera indica), a carambola (Averrhoa carambola), o cupuaçu (Theobroma

grandiflorum), pimentão (Capsicum annuum), a melancia (Citrullus lanatus), o café

(Coffea spp.), o morango (Fragaria spp.), a berinjela (Solanum melongena), o pepino (Cucumis sativus), entre muitas outras (Heard 1999).

As abelhas solitárias também são muito importantes na polinização, como por exemplo, as abelhas Xylocopa, conhecidas como mamangavas, na polinização do maracujá (Passiflora sp.) (Camilo 2003), e as abelhas do gênero Bombus na polinização do caju (Freitas & Paxton 1996), tomate (Velthuis & van Doorn 2006; Vergara et al. 2012), pimentão (Shipp et al. 1994; Ercan & Onus 2003), café (Klein et al. 2003), kiwi, maçã, amêndoas e blueberries (Thorp 2003; Stubbs & Drummond 2001).

O uso dos polinizadores contribuem para o aumento da produção agrícola, mesmo em culturas que são autopolinizadas como a canola (Brassica napus) (Durán et al. 2010), ou o café (Coffea arabica), mostrando a importância das abelhas para a agricultura. Para as áreas naturais, e para a biodiversidade, o valor do serviço de polinização prestado por estes insetos é imensurável, uma vez que os serviços da polinização estão na base da cadeia alimentar.

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Deste modo, o declínio dos polinizadores pode afetar o processo de entrega de pólen entre as plantas que resultará na alteração da flora e dos serviços de apoio que prestam (Ashman et al. 2004;. Knight et al. 2006), além de levar a uma diminuição das espécies vegetais (Biesmeijer et al. 2006) que contribuem para a manutenção da nossa diversidade de alimentos e qualidade de vida.

Esta ausência ou diminuição podem comprometer a segurança alimentar repercutindo negativamente na economia, através da diminuição da produtividade das culturas. Portanto, é extremamente importante elaborar práticas de manejo sustentáveis que diminuam os impactos sobre os polinizadores; promovendo sua conservação e diversidade, além de conservar as áreas naturais a fim de otimizar seus serviços nos sistemas agrícolas.

Atualmente, o serviço desempenhado pelas abelhas está ganhando espaço na mídia e na consciência da população, obtendo o reconhecimento mundial e sendo considerado um tema de grande relevância pela Convenção da Diversidade Biológica (CDB), sendo motivo de aprovação da Iniciativa Internacional de Polinização (IPI), que visa seu uso sustentável e conservação (Imperatriz-Fonseca et al. 2007).

Desta forma, é necessário aprofundar os conhecimentos a respeito dos benefícios e serviços promovidos pela diversidade de polinizadores e dos fatores que afetam suas populações.

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A cultura do tomate e sua importância econômica

O tomate tem origem na parte ocidental da América do Sul (Figura 1), nas regiões andinas do Peru, Bolívia e Equador (EMBRAPA 1993; Fontes & Silva 2002).

Figura 1: Distribuição geográfica do tomate na região ocidental da América do Sul. Fonte: American Journal of Botany 88(10): 1888-1902 (2001) em Morais (2007)

Esta hortaliça foi amplamente cultivada e consumida pelos povos pré-colombianos e foi, muito provavelmente, levada da região ocupada pelos povos Incas até a região do sul do México, onde habitavam os Astecas (Pazinato & Galhardo 1997). Portanto, o México,

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em especial as regiões de Puebla e Vera Cruz, é considerado o mais provável centro de domesticação do tomate (Rick & Butler 1956; Monaco 1964).

Levada para a Europa pelos colonizadores espanhóis em 1544, em poucos anos a tomaticultura se espalhou pelo continente. Durante um longo tempo, o tomateiro foi considerado uma planta medicinal ou ornamental, sendo o seu uso difundido na alimentação e na culinária apenas dois séculos depois de ser levado para a Europa (Gardê & Gardê 1993).

Posteriormente, o cultivo do tomate foi introduzido em quase todos os países, e hoje tem uma utilização global (Fontes & Silva 2002), se tornando um dos frutos mais importantes do mundo (Naika et al. 2006). É uma cultura que utiliza grande quantidade de agroquímicos na tentativa de combater pragas que comumente acomentem as plantas, o que é preocupante, pois seu consumo se dá principalmente in natura podendo trazer prejuízo à saúde humana (Borguini 2002).

Portanto, são necessários esforços constantes para manter as pragas abaixo do nível de dano econômico (Lange & Bronson 1981). Isso é ainda mais importante no sistema de produção orgânica, devido às limitações de estratégias de proteção. Durante os últimos 25 anos, pesquisas têm sido direcionadas para a identificação e desenvolvimento de técnicas para combater pragas em tomate. Esse conjunto de pesquisas revela um grande nível de detalhe e complexidade nas interações planta-insetos (Kennedy 2003).

Embora tenha sido introduzida no Brasil na época da colonização, seu cultivo foi difundido após as imigrações nas Regiões Sudeste e Sul, expandindo fronteiras para os demais Estados a partir de 1970 (CEAGESP 2006). Atualmente, o tomate é uma das culturas cultivadas mais importantes e em 2007, o Brasil ocupou o terceiro lugar entre os principais produtores mundiais (Tabela 2).

Em países como Itália, Espanha e Estados Unidos ocorre uma intensa industrialização e agregação de valor a produtos derivados de tomate. Por exemplo, apenas 21% por cento da produção norte-americana tem sido destinada para consumo in natura, a maior parte da produção processada pelas indústrias de alimentos (Carvalho & Pagliuca 2007).

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Tabela 2. Principais produtores mundiais do tomate e suas produtividades

Ranking País Produtividade

1o 2o 3o 4o 5o 6o 7o 8o 9o 10o Estados Unidos Espanha Brasil Itália Egito Turquia Irã México China India 67 t/ha 63 t/ha 58 t/ha 52 t/ha 38 t/ha 37 t/ha 32 t/ha 26 t/ha 25 t/ha 14 t/ha

Fonte: Carvalho & Pagliuca, 2007.

Dados da Organização das Nações Unidas para a Agricultura e Alimentação (FAO 2009) e as pesquisas de mercado do Centro de Estudos Avançados em Economia Aplicada – CEPEA (ESALQ/USP) mostram que existe um aumento considerável na produção nacional de tomate nas últimas duas décadas.

O comércio de tomates nos últimos dez anos apresentou um aumento significativo na produção, consumo, produtividade e nos preços pagos pelos consumidores. Possivelmente este incremento está atrelado ao aumento da produtividade e mudanças no hábito alimentar das pessoas.

Para os analistas do CEPEA, esse crescimento da produção e do consumo está relacionado, entre outros fatores, ao aumento da demanda por alimentos industrializados ou produtos semi-prontos como molhos, ketchup e congelados. O crescimento das redes de

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fast-food e do tipo self-service provavelmente também colaboraram para o aumento da

demanda mundial de frutos de tomate in natura (Carvalho & Pagliuca 2007).

O Brasil apresenta uma diversidade de áreas de plantio. O último levantamento sobre a área cultivada no País, realizado pela ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DO COMÉRCIO DE SEMENTES E MUDAS em 2008, apontou um total de 55 mil hectares, sendo que 17 mil hectares são destinados para o segmento de processamento e 38 mil hectares para o segmento de tomate de mesa (ABCSEM 2008).

Os principais Estados produtores são Goiás, São Paulo, Minas Gerais, Rio de Janeiro e Bahia, que juntos representam 77% do volume comercializado, sendo 65% destinado ao consumo in natura e 35% para processamento industrial (IBGE 2004). A região Sudeste é responsável por 55% da produção nacional do tomate para consumo in

natura. Em 2006, a produção de tomate para processamento foi de 1,16 milhões de

toneladas, em área de 14,9 mil hectares.

Além de sua importância econômica e social, o tomate está diariamente presente na mesa de milhares de brasileiros, sendo uma importante fonte de nutrientes na dieta de diferentes classes sociais. Sob o ponto de vista social, a cadeia de produção nacional abriga mais de 10.000 produtores, com 60.000 famílias de trabalhadores compostas por um efetivo de mais de 200.000 pessoas (Tavares 2003).

Características de Lycopersicon esculentum (Mill.,Solanaceae) e a polinização

por vibração

Flores do tomateiro não produzem néctar, sendo o pólen o único atrativo para seus visitantes (McGregor 1976). Embora a planta do tomate seja em grande parte auto fertilizada, a polinização cruzada pode ocorrer (Free 1975) entretanto, as plantas requerem agitação do cone da antera para liberação do pólen, pois as flores da família das solanáceas possuem anteras com deiscência poricida, onde o pólen sai através de poros apicais (Buchmann 1983).

Durante a coleta em flores com estas características, as abelhas usam a musculatura torácica para vibrar as anteras e liberar o pólen, neste processo elas produzem um som audível, e esse tipo de polinização foi chamada de buzz pollination ou polinização por vibração (Buchmann & Hurley 1978).

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Neste processo, as abelhas pousam sobre as anteras das flores, curvam-se ao redor ou no ápice do cone e se agarram fortemente aos estames. Ao contrair os músculos do tórax, as vibrações são transmitidas para as anteras gerando uma ressonância dentro do cone que auxilia na liberação do pólen (Buchmann & Hurley 1978).

Harder & Barclay (1994) sugerem que esse tipo de antera possui mecanismo de liberação de pólen que restringe a retirada dos grãos de pólen em uma única visita liberando somente uma pequena porcentagem por vez. Desta forma, esse mecanismo garante a visita de vários polinizadores promovendo maior sucesso na dispersão do pólen (Nunes-Silva 2010).

Apesar do número de polinizadores conhecidos capazes de realizar o buzz

pollination ser reduzido, esse tipo de deiscência tem uma relação estreita com estes insetos,

pois diminui a perda de pólen já que há um direcionamento do pólen para as partes do corpo do inseto (Buchmann 1983; Bezerra & Machado 2003)

Em cultivos produzidos em ambientes protegidos e abertos, este requerimento tem sido alcançado através da polinização manual com a utilização de mão de obra contratada, que realizam vibrações na planta por meio de um bastão ou de vibrações eléctricas, tentando reproduzir o efeito da vibração realizada pelos polinizadores (Picken 1984).

Apesar de eficiente, esses procedimentos manuais demandam tempo, podem danificar a flor ou o fruto e elevam os custos de produção (Westerkamp & Gottsberger 2000). Sendo assim, levando em consideração os aspectos negativos da polinização manual, alguns pesquisadores encontraram como alternativa o uso de abelhas como agentes polinizadores da cultura do tomate, como as abelhas melíferas (Niswander 1956) e abelhas do gênero Bombus (Pinchinat et al. 1982).

No final da década de 80, estudos comparativos sobre a eficiência da polinização realizada pelas abelhas melíferas, Bombus, vibração manual e vibração elétrica (Banda & Paxton 1991; Kevan et al. 1991; van Ravestijn & van der Sande 1991; Straver & Plowright 1991; Dogterom et al. 1998; Pressman et al. 1999) confirmaram a eficácia da polinização realizada pelas abelhas Bombus em relação a quantidade e qualidade dos frutos produzidos, assim, deu-se início à utilização das abelhas como agentes polinizadores da cultura do tomate em ambiente protegido na Europa e Canadá (Morandin et al. 2001c).

Em geral, as abelhas Bombus são consideradas os melhores agentes polinizadores do tomate, entretanto, outras espécies de abelhas têm se mostrado eficientes, como

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Além de Bombus terrestris, Dogterom e colaboradores (1998) apontam como eficientes polinizadores do tomateiro outras espécies do gênero Bombus, como B.

vosnesenkii. Freitas e colaboradores (2006) também citam abelhas do gênero Exomalopsis, Epicharis e Centris como boas polinizadoras do tomateiro.

Estudo com B. impatiens e N. perilampoides mostrou que, apesar de N.

perilampoides ser eficiente polinizadora das flores do tomateiro, a eficiência de B. impatiens foi superior em relação à produtividade, tamanho e número de semente dos

frutos produzidos (Palma et al. 2008).

Del Sarto e colaboradores (2005) apontam que Melipona quadrifasciata também são eficientes na polinização do tomateiro em ambiente protegido, reduzindo em 5% a perda de frutos produzidos. Em outras espécies vegetais da família Solanaceae, outros autores relataram que espécies de abelhas sem ferrão do gênero Melipona foram polinizadoras eficientes (Cardoso 2007; Vianna et al. 2007, Nunes-Silva et al., 2008).

No Brasil, apesar da disponibilidade de um grande número de abelhas nativas, o uso de abelhas sem ferrão na polinização de culturas agrícolas é ainda pouco difundido e aplicado. Estudos têm sido feitos para avaliar a eficiência de diferentes espécies na polinização de culturas agrícolas de interesse, em campo aberto e em casas de vegetação, porém o conhecimento sobre esse assunto no país ainda é pequeno (Imperatriz-Fonseca et

al. 2006; Slaa et al. 2006).

Polinização com abelhas em ambiente protegido

A crescente demanda por produtos de alta qualidade e os preços elevados dos produtos finais têm encorajado os produtores a investir em cultivos em ambiente protegido (Jovicich et al. 2004). O cultivo de culturas em casas de vegetação tem crescido em todo o mundo, como por exemplo, México, Canadá e Espanha que são responsáveis por exportar para os Estados Unidos hortaliças de alta qualidade.

No Brasil, o cultivo em ambiente protegido faz parte da história recente da agricultura. Até o final dos anos 80, esta prática era utilizada basicamente para a produção de flores (Darezzo et al. 2004). Segundo esses autores, no Estado de São Paulo, 60% das plantas cultivadas em casas de vegetação são destinados à produção de hortaliças e, aproximadamente, 40% à produção de flores.

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Lycopersicon esculentum produz poucos frutos na ausência da polinização cruzada e resulta em frutos de baixa qualidade (Fletcher & Gregg 1907). A utilização de abelhas como agentes polinizadores é conhecida por afetar positivamente muitas características relacionadas a qualidade dos frutos, incluindo tamanho, peso e número de sementes (Kevan et al. 1991; Morandin et al. 2001a, b).

Entretanto, a antera poricida da flor do tomateiro representa um desafio para produtores em ambiente protegido, pois as condições deste ambiente excluem as fontes naturais de vibração das flores, como o vento e a visita de insetos polinizadores. Assim, como alternativa em casa de vegetação, produtores frequentemente contratam mão de obra para exercer este papel, agitando as plantas e promovendo a polinização.

Até o início da década de 1990 o uso de vibradores elétricos portáteis era comum em algumas estufas no Canadá, onde o tomate é produzido em grande escala (Banda & Paxton 1991, Kevan et al. 1991), mas não era eficiente em termos econômicos, portanto outras opções começaram a ser examinadas, entre elas a utilização de abelhas foi uma alternativa atraente e, eventualmente, de maior custo-benefício que a polinização manual (Velthuis & van Doorn 2006).

Um dos principais problemas da implantação de culturas em casas de vegetação é a polinização insuficiente ou inadequada de algumas espécies devido às condições de confinamento, resultando na baixa produtividade (Kwon & Saeed 2003). Nestes ambientes, há diminuição da velocidade e da circulação do ar e aumento da temperatura, além de que a cobertura da casa de vegetação pode impedir a passagem da luz UV para o interiror prejudicando a produção e qualidade dos frutos além de afetar o comportamento das abelhas.

Uma possível solução que vêm sendo sugerida é a utilização de revestimentos com maior capacidade de transmissão de luz ultravioleta (Morandin et al. 2001c), pois as abelhas utilizam esta luz para se orientar, e localizar as fontes de alimento (Dyer & Chittka 2004). Desta forma, permitindo a transmissão necessária da luz UV poderia colaborar para evitar que as abelhas procurem uma forma de sair do ambiente, além de auxiliar na localização das flores e de seus ninhos (Morandin et al. 2001c).

Não há dúvidas de que as abelhas são polinizadoras eficientes de muitas culturas em ambiente protegido, além disso, aumentam o rendimento econômico dos produtores, pois os frutos obtidos são de qualidade superior (Velthuis & van Doorn 2006).

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ser adaptadas buscando um desenvolvimento que vise o aumento do plantio sem a utilização de componentes químicos que possam interferir na saúde dos consumidores, desta forma, a utilização das abelhas sem ferrão é uma alternativa viável e benéfica ao meio ambiente e ao homem.

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Objetivos Gerais

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Considerando que o estudo do comportamento das abelhas durante a polinização possa revelar espécies com potencial uso na agricultura, o objetivo principal desta pesquisa foi verificar o comportamento das abelhas sem ferrão Melipona quadrifasciata, Melipona

marginata, Frieseomelitta varia e Nannotrigona testaceicornis durante as visitas às flores

do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) em casa de vegetação e suas conseqüências para a polinização desta cultura.

Para isso foi necessário:

(1) Estudar alguns aspectos da biologia floral do tomateiro das variedades Debora e Mascot;

(2) Determinar se as abelhas sem ferrão são capazes de se adaptar em condições de cultivo protegido;

(3) Avaliar o comportamento e a eficiência das espécies de abelhas sem ferrão estudadas como polinizadoras da cultura do tomate em ambas variedades,

(4) Verificar a quantidade e a qualidade dos frutos produzidos oriundos da polinização pelas abelhas sem ferrão

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Material e Métodos

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Local e período do estudo

O estudo foi realizado em casa de vegetação localizada na Estação Experimental de Ribeirão Preto, pertencente ao Instituto Agronômico, situada a 21° 11' S e 47° 93' WG, no município de Ribeirão Preto - SP. Os experimentos foram realizados em duas épocas, em junho de 2011 e fevereiro de 2012, ambos durante 70 dias consecutivos.

A casa de vegetação utilizada nos experimentos tem dimensão de 10m de comprimento por 6m de largura e pé direito de 3,5m (Figura 2). A estrutura é revestida lateralmente com tela anti-afídeo e possui cobertura em arco revestida com dupla película de polietileno de espessura de 150 micras com tratamento contra raios ultravioleta.

Figura 2: Casa de vegetação utilizada nos experimentos de polinização do tomateiro (Lycopersicon

esculentum Mill., Solanaceae) no município de Ribeirão Preto- SP.

Em cada experimento utilizamos 100 vasos plásticos no interior da estufa contendo mudas do tomateiro, que permaneceram floridas durante todo o período de estudo. Não houve controle de temperatura e umidade dentro da casa de vegetação em que os estudos foram conduzidos.

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Implantação das culturas

As variedades de tomate (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) utilizadas nos experimentos em 2011 e 2012 foram respectivamente, “Debora” (tomate Debora

Victory, Sakata) e “Mascot” (tomate grupo Sweet grape, Topseed Premium). As mudas

foram produzidas em bandejas plásticas próprias para o cultivo, utilizando substrato estéril e foram transplantadas quando apresentavam de 4-6 folhas definitivas, após 35 dias aproximadamente.

Como local definitivo do cultivo foram utilizados vasos plásticos, com medidas de 30 cm de diâmetro x 30 cm de altura. Em cada experimento foram transplantadas 100 mudas para os vasos, onde permaneceram até o final do ciclo.

Durante a permanência das plantas na casa de vegetação utilizamos irrigação por gotejamento, a fim de evitar qualquer efeito negativo no comportamento de pastejo das abelhas, uma vez que estas não forrageiam sob chuva, portanto, outras formas de irrigação poderiam interferir na atividade de visitação às flores. A irrigação das plantas foi realizada diariamente no período da manhã durante 15 minutos.

Obtenção e manejo das colônias de abelhas sem ferrão utilizadas nos

experimentos

Utilizamos uma colônia de Melipona quadrifasciata, Melipona marginata,

Frieseomelitta varia e Nannotrigona testaceicornis, que foram instaladas sobre suportes de

metal a aproximadamente 1 metro de distância do chão no interior da casa de vegetação e próximo à lateral da casa de vegetação (Figura 3). Os ninhos foram transferidos para a estufa aproximadamente 90 dias após o transplante das plantas, garantindo assim que houvesse flores disponíveis durante o período do experimento.

As colônias de Melipona quadrifasciata e Melipona marginata foram adquiridas de um meliponário situado na região de Franca - SP e foram mantidas no meliponário do Departamento de Genética da USP Ribeirão Preto durante 60 dias antes do início dos experimentos para serem monitoradas e receberem alimento. Os ninhos de Frieseomelitta

varia e Nannotrigona testaceicornis são de propriedade da Universidade de São Paulo,

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Em ambos os experimentos os ninhos permaneceram confinados na casa de vegetação por 70 dias. Semanalmente, os ninhos foram supridos com alimentação artificial (xarope composto de mel de Apis mellifera e água, na proporção de 1:1), visto que plantas da família Solanaceae não são produtoras de néctar e, a falta deste recurso poderia alterar o comportamento dos indivíduos, afetando o desenvolvimento da colônia.

Figura 3: Vista interna da casa de vegetação com plantio de tomate (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae) utilizado nos experimentos de polinização e disposição das colônias de abelhas sem ferrão.

Frieseomelitta varia (Fv), Melipona quadrifasciata anthidioides (Mq), Nannotrigona testaceicornis (Nt) e

Melipona marginata (Mm).

Para permitir que as abelhas coletassem água e realizassem o comportamento de regulação da temperatura do ninho foram espalhados pela casa de vegetação recipientes de acrílico contendo água. Além disso, próximo à entrada das colônias foram feitas marcações com formas geométricas e cores distintas para auxiliar na orientação das abelhas.

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Experimentos

1. Biologia floral de Lycopersicon esculentum Mill. (Solanaceae) das

variedades “Debora” e “Mascot”

Na fase de florescimento, botões florais foram escolhidos ao acaso, ensacados com tela tule de pequeno diâmetro para evitar que flores recém abertas fossem visitadas. Os botões foram identificados com etiquetas enumeradas e posteriormente foram acompanhados para identificação das características e eventos florais. Para cada variedade do tomateiro (Lycopersicon esculentum Mill., Solanaceae, var. Debora e Mascot) estudada foram registrados :

- Medidas morfológicas das flores

O comprimento do cone de anteras poricidas, das pétalas das flores e do estilete foram medidos e comparados entre as variedades Debora e Mascot.

- Longevidade da flor do tomate

Botões florais (N= 80 por variedade) receberam marcações, e foram observados diariamente a partir da antese, a fim de avaliar o tempo de desenvolvimento até a queda das flores.

- Horário da antese (abertura da flor)

Para averiguar o horário de abertura dos botões florais do tomate (var. Debora e Mascot), marcamos durante 3 dias, 30 botões florais de cada variedade (N= 90) que foram observados em intervalos de 1 hora entre 5:30 e 17:30h.

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- Receptividade estigmática

A receptividade do estigma das flores (var. Debora e Mascot) foi verificada durante três dias, utilizando uma gota da solução de peróxido de hidrogênio (H2O2) a 3% na

superfície do estigma da flor. A receptividade estigmática é proporcional à presença de bolhas de ar que surgem na superfície do estigma quando ocorre a produção da enzima peroxidase, indicando que o estigma está receptivo (Dafni 1992; Kearns & Inouye 1993, Gross 1993).

Para análise da receptividade estigmática, classificamos a frequência de bolhas que surgiam na superfície do estigma quando em contato com a solução de peróxido de hidrogênio (3%) como: baixa (quando surgiam poucas bolhas de pequeno tamanho), média (aparecimento de um número maior de bolhas, porém de pequeno tamanho) e alta (aparecimento de bolhas grandes e numerosas na superfície do estigma).

Analisamos cinco flores recentemente abertas em intervalos de uma hora, das 6:00 às 17:00h, totalizando 180 flores por variedade.

2. Aclimatação e Padrão de forrageamento das abelhas sem ferrão

Melipona quadrifasciata

, Melipona marginata, Frieseomelitta varia e

Nannotrigona testaceicornis

em ambiente protegido

Para avaliar a capacidade de adaptação das quatro espécies de abelha sem ferrão sob condições de cultivo protegido, observamos o comportamento das abelhas durante 17 dias consecutivos a partir do dia seguinte à instalação dos ninhos.

Verificamos a taxa de mortalidade das abelhas na casa de vegetação ao longo dos dias de observação. Os dados foram coletados caminhando pelos transectos por 10 minutos em intervalos de uma hora, das 6:00 às 18:00h.

Monitoramos a temperatura interna das colônias por meio de sensores externos de temperatura conectados ao aparelho eletrônico de monitoração remota. Os sensores foram instalados na lateral dos ninhos, através de um orifício externo (Figura 4), permanecendo posicionados na região de cria. Adicionalmente, um sensor permaneceu fixado a um pilar da casa de vegetação e outro foi fixado na área externa, para averiguar a temperatura média diária.

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Figura 4: Sensor de temperatura instalado nas colônias de abelhas sem ferrão durante experimento de polinização da cultura do tomateiro Lycopersicon esculentum Mill. (Solanaceae). (A) vista externa do ninho de Melipona

marginata, (B) vista interna do sensor, (C) detalhe externo do aparelho eletrônico de medição de temperatura.

O padrão de forrageamento (coleta de néctar, pólen, resina, retirada de lixo do ninho e número de abelhas entrando e saindo da colônia) de M. marginata, M.

quadrifasciata, F. varia e N. testaceicornis foi observado durante seis dias na semana

anterior à sua transferência para a casa de vegetação, enquanto estavam alojadas no meliponário do campus da Universidade de São Paulo e, durante seis dias após o início da visitação das flores na casa de vegetação. Os dados foram coletados entre 06:00 e 18:00 horas (em intervalos de 10 min a cada hora para cada espécie de abelha).

A frequência de visitação das abelhas às flores do tomateiro em ambiente protegido foi determinada caminhando entre as fileiras do plantio por 10 min a cada hora, contando o número de abelhas visitando as flores.

3. Requerimentos de polinização

Os testes de polinização foram realizados em duas épocas do ano (inverno 2011, tomate var. Debora e verão 2012, tomate var. Mascot). Foram aplicados três tratamentos e os procedimentos adotados em cada um dos tratamentos foram:

1) Autopolinização geitonogâmica (geitonogamia, G) - 50 flores foram marcadas e ensacadas com tule de pequeno diâmetro para impedir a visitação das abelhas. Diariamente as plantas foram “vibradas” manualmente por 3 segundos pela manhã e no início da tarde com o auxílio de uma ferramenta longa de madeira, para