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dc.contributor.advisorCascante Marín, Alfredo
dc.creatorNúñez Hidalgo, Stephanie María
dc.date.accessioned2021-10-26T21:09:05Z
dc.date.available2021-10-26T21:09:05Z
dc.date.issued2021
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10669/84828
dc.description.abstractLa auto-fertilización es un cambio evolutivo en los sistemas reproductivos sexuales de las plantas con flores que conlleva el surgimiento de auto-compatibilidad y la capacidad de auto-polinización autónoma. Este fenómeno ha ocurrido en varios grupos de angiospermas de forma independiente y se interpreta como una solución evolutiva a corto plazo al problema de limitación de polen. A pesar de los efectos negativos asociados a la endogamia que conlleva la auto-fertilización en plantas, su persistencia en diferentes grupos ha sido explicada a partir de varias hipótesis, sin embargo, la hipótesis de aseguramiento reproductivo propuesta por C. Darwin ha sido la idea mayormente aceptada y difundida en varios estudios. No obstante, la evidencia experimental que respalda dicha hipótesis es escasa. El estudio de la variación de los sistemas reproductivos sexuales en las angiospermas ha sido de interés en las últimas décadas, particularmente en la familia Bromeliaceae Juss. (monocotiledóneas exclusivas del Neotrópico), la cual muestra un alto potencial de rápida especiación y radiación adaptativa. Como preámbulo de la investigación experimental se realizó una revisión sistemática bibliográfica sobre los sistemas reproductivos sexuales en Bromeliaceae y que incluyó estudios basados en polinizaciones controladas durante el periodo (1994 – 2020), para la cual se encontró que en la familia existe una tendencia hacia la auto-compatibilidad (58 %, n= 161 registros (136 spp.)) y una moderada cantidad de especies muestran algún grado de autogamia (41 %, n=138). En estudios previos sobre los sistemas reproductivos en las bromelias, se ha sugerido que la auto-fertilización cumple una función de aislamiento reproductivo, ya que otras barreras que se expresan previo a la polinización son débiles. Sin embargo, esta propuesta no está acompañada de información que permita respaldar esta o alguna otra hipótesis sobre el mantenimiento de la auto-fertilización en Bromeliaceae. Este trabajo tiene el propósito de aumentar el conocimiento sobre los sistemas reproductivos de la familia Bromeliaceae y evaluar la predominancia y función evolutiva de la auto-fertilización en el género Werauhia J. R. Grant. Se investigó la biología reproductiva de cuatro especies (W. ampla, W. nephrolepis, W. pedicellata, W. subsecunda) que coexisten de forma simpátrica en un bosque montano en los Cerros de la Carpintera (Cartago, Costa Rica) y que se localizan en las estribaciones al norte de la Cordillera de Talamanca. Se evaluó experimentalmente su posible función como una estrategia de aseguramiento reproductivo o como mecanismo de aislamiento reproductivo. El trabajo se dividió en dos componentes, (1) el análisis del sistema reproductivo y de polinización y (2) la determinación de la magnitud y contribución de diferentes barreras reproductivas. Para la primera parte se realizaron manipulaciones de polinizaciones controladas para determinar el sistema reproductivo de las especies de estudio y se determinó su importancia como estrategia de aseguramiento reproductivo. Las especies mostraron un alto grado de auto-compatibilidad (SCI ≥ 0.86) y autogamia (AFI ≥ 0.53), sin evidencia de agamospermia o depresión endogámica significativa en la producción y germinación de semillas. La auto-polinización espontánea ocurre al final de la vida de la flor. Las especies presentaron rasgos florales típicos del síndrome de polinización por murciélagos, aunque la visitación registrada por medio de cámaras trampa de estos polinizadores fue baja. El bajo éxito reproductivo de flores emasculadas en condiciones de polinización natural indica limitación de polen. La contribución de la autogamia al éxito reproductivo medida en dos años consecutivos varió entre 0.18 – 0.80 según el Índice de Aseguramiento Reproductivo. En la segunda parte de este trabajo y con el fin de comprender los mecanismos que permiten la coexistencia e independencia evolutiva en el grupo de bromelias de estudio, se examinó la fuerza y contribución de diferentes mecanismos de aislamiento reproductivo (pre- y pos-polinización). El aislamiento temporal por fenología floral mostró en general valores altos del Índice de Aislamiento (RI = 0.50 – 1.00) y que junto con diferencias en el tamaño de la flor y posición de las estructuras reproductivas permiten el aislamiento mecánico debido a que el polen es depositado en diferentes partes del cuerpo del polinizador, lo anterior sugiere una importante contribución de las barreras pre-polinización al aislamiento reproductivo. Los cruces manuales inter-específicos mostraron incompatibilidad completa entre especies, excepto para la combinación W. subsecunda (receptor de polen) × W. ampla (donador de polen) con un éxito reproductivo moderado y con una baja producción de semillas y menor capacidad de germinación. El mecanismo de auto-fertilización tardía en las especies de estudio asegura la producción de semillas cuando las oportunidades de polinización cruzada fallaron. El bajo éxito reproductivo en condiciones naturales, asociado a una baja visitación de los polinizadores, reforzaría la persistencia de la auto-fertilización, cuya contribución al éxito reproductivo fue significativa. Aunque se ha propuesto que la auto-fertilización se mantiene como mecanismo de aislamiento reproductivo en Bromeliaceae, los resultados de este estudio apuntan a lo contrario y que es un mecanismo de aseguramiento reproductivo. Otros mecanismos reproductivos que se expresan durante la fase de pre-polinización (fenología y diseño floral) son probablemente más importantes para el aislamiento reproductivo entre las especies estudiadas de Werauhia. La descripción adecuada de los mecanismos de auto-polinización y la evaluación experimental apropiada de las hipótesis son necesarias para comprender la evolución y mantenimiento de la auto-fertilización en este grupo tan diverso de monocotiledóneas. Además, la estimación adecuada de los mecanismos de aislamiento reproductivo en otros grupos de bromelias permitirá comprender cómo coexisten las especies y se mantiene la alta diversidad de este grupo de plantas en los ecosistemas neotropicales.es_ES
dc.description.abstractSelf-fertilization is an evolutionary change in the sexual reproductive systems of flowering plants that entails the emergence of self-compatibility and the capacity for autonomous self-pollination. This phenomenon has occurred in several groups of angiosperms independently and is interpreted as a short-term evolutionary solution to the problem of pollen limitation. Despite the negative effects associated with inbreeding due to self-fertilization in plants, the persistence of selfing in different groups has been explained from various hypotheses, however, the reproductive assurance hypothesis proposed by C. Darwin has been the idea mostly accepted and disseminated in various studies. Even though, the experimental evidence supporting this hypothesis is scarce. The study of the variation of sexual reproductive systems in angiosperms has been of particular interest in recent decades, mainly in the Bromeliaceae Juss. family (monocots exclusive to the Neotropics), a group that shows a high potential for rapid speciation and adaptive radiation. As a preamble to the experimental research, a systematic bibliographic review on the sexual reproductive systems from Bromeliaceae was carried out. This review included studies based on controlled pollinations during the period (1994 - 2020), for which it was found that there is a trend in the family towards self-compatibility (58%, n = 161 records (136 spp.)) and a moderate number of species showed some degree of autogamy (41%, n = 138). In previous studies on the reproductive systems in bromeliads, it has been suggested that self-fertilization functions as a reproductive isolation mechanism, since other barriers that are expressed prior to pollination are weak. However, this proposal is not accompanied by information to support this or any other hypothesis on the maintenance of self-fertilization in Bromeliaceae. This work has the purpose of increasing the knowledge about the reproductive systems of the Bromeliaceae family and evaluating the predominance and evolutionary function of self-fertilization in the genus Werauhia J. R. Grant. The reproductive biology of four species (W. ampla, W. nephrolepis, W. pedicellata, W. subsecunda) that coexist sympatrically in a montane forest in the Cerros de La Carpintera (Cartago, Costa Rica) located on the foothills north of the Cordillera de Talamanca. The possible function of selfing as a reproductive assurance strategy or as a reproductive isolation mechanism was experimentally evaluated. The research work was divided into two components, (1) the analysis of the reproductive system and pollination, and (2) the determination of the magnitude and contribution of different reproductive barriers. Firstly, controlled pollination treatments were carried out to determine the reproductive system of the study species and its importance as a reproductive assurance strategy was determined. The species showed a high degree of self-compatibility (SCI ≥ 0.86) and autogamy (AFI ≥ 0.53), without evidence of agamospermy or significant inbreeding depression in seed production and germination. Spontaneous self-pollination occurs at the end of the flower's life. The species showed typical floral traits of the bat pollination syndrome, although the visitation recorded by means of camera traps of these pollinators was low. The low reproductive success of emasculated flowers under natural pollination conditions indicates pollen limitation. The contribution of autogamy to reproductive success measured in two consecutive years ranged from 0.18–0.80, according to the Reproductive Assurance Index. In the second part of this work and to understand the mechanisms that allow coexistence and evolutionary independence in the group of bromeliads under study, the strength and contribution of different reproductive isolation mechanisms (pre- and post-pollination) were examined. The temporal isolation by floral phenology showed high values of the Isolation Index (RI = 0.50 – 1.00), that along with differences in flower size and position of reproductive structures (stamens and stigma) allow an efficient mechanical isolation since the pollen is deposited in different parts of the pollinator´s body, these results suggest a great contribution of pre-pollination barriers to reproductive isolation. Manual cross-pollinations resulted in complete incompatibility between species, except for the combination W. subsecunda (pollen receptor) × W. ampla (pollen donor) that showed moderate reproductive success with low seed production and germination capacity. The late self-pollination mechanism associated to flower senescence in the study species ensures seed production when cross-pollination opportunities have failed. Low reproductive success under natural conditions, associated with low pollinator visitation, would reinforce the persistence of self-fertilization, which contribution to reproductive success was significant. Although it has been proposed that self-fertilization is maintained as a reproductive isolation mechanism in Bromeliaceae, the results of this study point out to an alternative explanation, as a reproductive assurance mechanism. Other reproductive mechanisms that are expressed during the pre-pollination phase (phenology and flower design) are likely more important for reproductive isolation among the studied Werauhia species. The detailed description of self-pollination mechanisms and proper experimental evaluation of hypotheses are necessary to understand the evolution and maintenance of self-fertilization in this very diverse group of monocots. Moreover, the adequate estimation of the reproductive isolation mechanisms in other groups of bromeliads will allow the understanding of coexistence and high species diversity of Bromeliaceae in Neotropical ecosystems.es_ES
dc.language.isospaes_ES
dc.sourceUniversidad de Costa Rica. San José, Costa Ricaes_ES
dc.subjectauto-compatibilidades_ES
dc.subjectauto-fertilizaciónes_ES
dc.subjectlimitación de polenes_ES
dc.subjectpolinizaciónes_ES
dc.subjectaislamiento reproductivoes_ES
dc.subjectBROMELIACEAS - INVESTIGACIONESes_ES
dc.titleSistemas reproductivos en bromelias epífitas del género Werauhia J.R. Grant (Bromeliaceae: Tillandsioideae): aseguramiento reproductivo y mecanismos de coexistencia reproductivaes_ES
dc.typetesis de maestríaes_ES
dc.description.procedenceUCR::Vicerrectoría de Investigación::Sistema de Estudios de Posgrado::Ciencias Básicas::Maestría Académica en Biologíaes_ES


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