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Universidade Federal de Minas Gerais

Instituto de Ciências Biológicas

Pós-Graduação em Ecologia, Conservação e Manejo da Vida Silvestre

Biologia Floral de Gossypium barbadense e Abelhas Potencialmente

Carreadoras de Pólen de Gossypium hirsutum latifolium para Gossypium

barbadense (Malvaceae) no Distrito Federal: Subsídios para a Análise de

Risco de Fluxo Gênico de Algodoeiros Geneticamente Modificados no Brasil

Viviane Cardoso Pires

Belo Horizonte

Fevereiro de 2009

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Universidade Federal de Minas Gerais

Instituto de Ciências Biológicas

Pós-Graduação em Ecologia, Conservação e Manejo da Vida Silvestre

Biologia Floral de Gossypium barbadense e Abelhas Potencialmente Carreadoras de Pólen

de Gossypium hirsutum latifolium para Gossypium barbadense (Malvaceae) no Distrito

Federal: Subsídios para a Análise de Risco de Fluxo Gênico de Algodoeiros Geneticamente

Modificados no Brasil

Viviane Cardoso Pires

Dissertação apresentada ao curso de Pós-

graduação em “Ecologia, Conservação e

Manejo da Vida Silvestre” da Universidade

Federal de Minas Gerais, como requisito

parcial à obtenção do título de Mestre.

Orientador: Profº Dr. Fernando Amaral da Silveira

Co-orientação: Dra Carmen Sílvia Soares Pires

Belo Horizonte

Fevereiro de 2009

3

À minha família, em especial aos meus pais

Dedico

ii

AGRADECIMENTOS

Através deste trabalho tive a oportunidade de conhecer muitas pessoas e ser acolhida por muitas famílias. Sou muito grata a todos que contribuíram para que este trabalho fosse realizado.

Quero agradecer ao Profº Fernando pela orientação, amizade, confiança e pela forma acolhedora que me recebeu no Laboratório de Sistemática e Ecologia de Abelhas. Obrigada por toda a contribuição à minha formação acadêmica!

À Dr. Carmen, por ter aberto as portas pra mim no Cenargen, e disponibilizado as melhores condições para a realização deste trabalho. Obrigada pelos conselhos, pelos puxões de orelha e pelo seu dinamismo que me impulsionava naqueles momentos em que tudo dava errado.

Aos pesquisadores da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, em especial à Dr. Eliana, Dr. Edison e Dr. Débora pelas contribuições diretas a esse trabalho.

Ao CNPq pela bolsa concedida e à Finep pelo apoio financeiro. A todos aqueles que se disponibilizaram a ir comigo ao campo, em especial à Aline,

Glauce, Pablo e Carmen, que suportaram sol, chuva, poeira, frio, e as noites mal dormidas quando tínhamos que acordar de madrugada.

À Carmen e ao Tamin por terem disponibilizado a fazenda que nos serviu de apoio durante a realização dos experimentos.

À Cecília e ao Eduardo pela companhia e ajuda nos finais de semana e feriados no Cariru.

A todos os motoristas que me acompanharam nas coletas, em especial ao Sávio, Sr. José Dias e Camilo pelo cuidado e preocupação.

Aos moradores das propriedades dos núcleos rurais que sempre nos recebiam com tanto carinho, em especial ao Sr. Joaquim e a Dona Nilda que abriram as portas de sua casa e me adotaram como filha.

Ao Pablo, Michely e Gisele pela ajuda com a pesagem das sementes. À todos os companheiros de laboratório do Cenargen pela amizade e trocas de

experiências: Paulina, Aline, Glauce, Pedro, Vinícius, Tiara, Marina, Kelly e Pablo. À Luciane por ter aceitado dividir apartamento comigo, e por toda força e amizade

que construímos durante os meses que estivemos juntas. À Paulina, Aline e Glauce que foram mais do que companheiras de trabalho pra

mim. Vocês tornaram os meus dias em Brasília mais divertidos! À família mineira do Laboratório de Sistemática e Ecologia de Abelhas, Carol,

Alex, Carmecita, Andrezza, Dora, Roderic, Roselaine, Rafa, Rodolfo, Pepe, Mateus, Estefani, Eustáquio e Rose.

À Carol e ao Gabriel por terem me recebido em sua casa. À Carol por toda a amizade, companhia e pela discussões que contribuíram para construção desse trabalho.

Ao Alex e a Maíra por terem me acolhido e me dado todo o apoio quando cheguei em Belo Horizonte. Aos meus avós mineiros Dra. Lúcia e Dr. Eugenio por terem me adotado assim que me conheceram.

Às minhas companheiras de estada aqui em Belo Horizonte, Carmen, Marcela, Taciane e Estefane, pela amizade, paciência e carinho que construímos durante esses dias de convivência.

Aos meus tios Edson e Gissele e às minhas primas Silvinha e Claudinha pelo acolhimento e apoio espiritual que me deram em Brasília.

iii

À Bruna, por todo o apoio e pela amizade de todos esses anos que me dão força a cada dia.

Ao meu namorado, Wallyson, por todo o amor, companheirismo e paciência durante esses dois anos entre Belo Horizonte e Montes Claros. Obrigada pelas suas palavras de incentivo que me deram forças para ir sempre adiante. Agradeço também por ter aceitado abrir mão daquele feriado e me acompanhar nas coletas.

Aos meus pais, Jailson e Marilsa, por terem acreditado neste sonho, e me dado toda a força emocional, espiritual e financeira para suportar as dificuldades e a distância. Aos meus irmãos Lílian e Raphael por todo amor e carinho que também me dão força pra continuar.

A Deus, toda honra e toda glória, porque a sua graça e misericórdia me sustentaram dia a dia.

iv

ÍNDICE

LISTA DE FIGURAS.................................................................................................. vi

LISTA DE TABELAS................................................................................................. viii

RESUMO...................................................................................................................... ix

ABSTRACT.................................................................................................................. x

INTRODUÇÃO............................................................................................................ 01

OBJETIVOS................................................................................................................. 04

MATERIAL E MÉTODOS........................................................................................ 04

Área de estudo.............................................................................................................. 04

Biologia Floral.............................................................................................................. 08

A) Antese................................................................................................................. 08

B) Dinâmica de Produção de Néctar........................................................................ 08

Sistema Reprodutivo.................................................................................................... 08

Visitantes Florais.......................................................................................................... 09

A) Frequência relativa............................................................................................. 10

B) Comportamento de Forrageamento e Papel na Polinização................................ 10

C)Transporte de Pólen.............................................................................................. 11

RESULTADOS............................................................................................................ 14

BIOLOGIA FLORAL.................................................................................................... 14

Antese............................................................................................................................ 14

Néctar............................................................................................................................ 16

SISTEMA REPRODUTIVO......................................................................................... 19

VISITANTES FLORAIS............................................................................................... 22

Comportamento........................................................................................................... 26

Polinizadores Potenciais.............................................................................................. 30

Transporte de pólen de G. hirsutum latifolium Delta Opal para G. barbadense...... 30

DISCUSSÃO................................................................................................................. 33

BIOLOGIA FLORAL.................................................................................................... 33

SISTEMA REPRODUTIVO......................................................................................... 34

VISITANTES FLORAIS.............................................................................................. 35

v

POLINIZAÇÃO............................................................................................................. 36

ESPÉCIES COM POTENCIAL PARA FLUXO GÊNICO.......................................... 37

CONCLUSÕES............................................................................................................ 40

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS......................................................................... 41

vi

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Distribuição dos 13 sítios de coleta utilizados neste trabalho. Alguns pontos, por serem muito próximos, estão sobrepostos no mapa. Fonte: Google Earth 2008..................07 Figura 2: Sítios de estudo de abelhas (A e B); Flor de Gossypium barbadense em diferentes estágios de abertura (C1 – C4); em D flor velha de G. barbadense; em E, maça (fruto verde) sendo predada por Anthonomus grandis (bicudo); capulhos (fruto maduro) de G.

barbadense var. brasiliense em F; e em G capulho de G. barbadense var. barbadense.

Etapas do experimento do sistema reprodutivo de H – K..........................................................13 Figura 3: Estágios de abertura das flores de G. barbadense, em diferentes intervalos de horário no período da manhã, em 9 de abril de 2008, no núcleo rural Cariru, Distrito Federal, Brasil.......................................................................................................................14 Figura 4: Estágios de abertura de flores de G. barbadense, em diferentes intervalos de horário no período da manhã, em 15 de fevereiro de 2008, no campo experimental da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnogia, em Brasília, DF, Brasil................................. 15

Figura 5: Flor envelhecida à esquerda (rosada) e botão floral ainda fechado e já apresentando pigmentação rosada na extremidade apical, à direita.................................. 15

Figura 6: Volume médio de néctar secretado por flores de G. barbadense em três intervalos: A) 9h – 11h; B) 12h – 14h; C) 15h – 17h. Os dados foram obtidos em diferentes dias: 08/05/08 (dia 1); 28/05/08 (dia2); 06/06/08 (dia3), respectivamente...................................17

Figura 7: Concentração média observada no néctar de flores de G. barbadense em três intervalos: A) 9h – 11h; B) 12h – 14h; C) 15h – 17h. Os dados foram obtidos em diferentes dias: 08/05/08 (dia 1); 28/05/08 (dia2); 06/06/08 (dia3)...................................................................................................................................18 Figura 8: Proporção de frutos produzidos (cinza) e abortados (negro) por algodoeiros (Gossypium barbadense) sob cinco tratamentos de sistema reprodutivo (N – natural; PCM – polinização cruzada manual; AE – autopolinização espontânea; AM – autopolinização manual; e AG – agamospermia), nos núcleos rurais Cariru e Capão Seco, Distrito Federal, Brasil....................................................................................................................................19 Figura 9: Peso médio dos frutos produzidos em quatro tratamentos do sistema reprodutivo (AE – autopolinização espontânea; AM – autopolinização manual; N – natural e PCM – polinização cruzada manual) nos núcleos rurais Cariru e Capão Seco, Distrito Federal, Brasil.....................................................................................................................................20

vii

Figura 10: Número médio de sementes produzidas em quatro tratamentos do sistema reprodutivo (AE – autopolinização espontânea; AM – autopolinização manual; N – natural e PCM – polinização cruzada manual) nos núcleos rurais Cariru e Capão Seco, Distrito Federal, Brasil.......................................................................................................................20 Figura 11: A – Lagarta de Pectinophora gossypiella (lagarta rosada) em fruto de Gossypium barbadense; B – pupa do Anthomonus grandis (bicudo)..................................21 Figura 12: Número de espécies e freqüência relativa de abelhas coletadas por mês, entre setembro de 2007 e setembro de 2008, em 13 localidades do Distrito Federal – Brasil.....23 Figura 13: Número de espécies e exemplares de abelhas coletados em diferentes horários do dia durante o período de setembro de 2007 e setembro de 2008, no Distrito Federal, Brasil.....................................................................................................................................23 Figura 14: Fêmeas de Melissodes nigroaenea (A), Ptilothrix plumata (B), Apis mellifera

(C) e Halictidae (D e E); Macho de Melitoma segmentaria (F); entrada do ninho de Ceratina (G); pupas do ninho de Ceratina em diferentes estádios de desenvolvimento.....29 Figura 15: Freqüência de abelhas em G. barbadense (F. Gb) e em G. hirsutum latifolium Delta Opal (FGh). As freqüências em G. hirsutum latifolium Delta Opal foram calculadas a partir dos dados de Cardoso (2008) coletados no Distrito Federal em 2005 e 2006............32

viii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Sítios de estudo com informações sobre as propriedades. Ind.– número de indivíduos de G. barbadense; nc – dado não coletado; des – desconhecida........................06

Tabela 2: Espécies de abelhas visitantes das flores de G. barbadense, com informações do número de indivíduos fêmeas (F) e machos (M); freqüência relativa (abelhas/hora) nas flores; recurso coletado – néctar (Ne) e pólen (P); índice de comportamento (IC) e tempo de visita com média, desvio padrão (SD) e número de observações (N); e índice de polinização (IP): VP (visitante pilhador) e PP (polinizador potencial).Dados não observados (n.o.); não se aplica (n.a.)..................................................................................24

Tabela 3: Riqueza, abundância e diversidade de abelhas nas localidades estudadas no Distrito Federal. O local 2 foi retirado das análises.............................................................26

Tabela 4: Espécies de abelhas que ocorreram em Gossypium barbadense e em Gossypium

hirsutum latifolium Delta Opal (Cardoso, 2008) no Distrito Federal e parâmetros utilizados para o cálculo do Índice de Eficiência Relativa de Transporte de Pólen (ERTP): pGh = freqüência com que a espécie carrega pólen de G. hirsutum no corpo; e Gb – freqüência com que a espécie toca o estigma de G. barbadense; área de forrageamento em hectares; e freqüência relativa da espécie de abelha na espécie de algodão em que ela for menos freqüente.................................................................................................................31

ix

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo principal estudar a biologia floral e o sistema reprodutivo de Gossypium barbadense, e identificar entre os visitantes florais, as espécies com potencial para carrear pólen de algodoeiros convencionais e geneticamente modificados para G. barbadense. Esses dados poderão subsidiar as proposições de medidas que visem o manejo do fluxo de genes entre as diferentes espécies de algodoeiro, tais como barreiras físicas e áreas de exclusão. Entre janeiro e junho de 2008, foram realizados os experimentos de biologia floral e sistema reprodutivo. Entre setembro de 2007 e setembro de 2008, realizaram-se coletas quinzenais de abelhas nas flores e observações sobre seu comportamento. As coletas foram realizadas em 13 localidades do DF. Uma estimativa da eficiência das espécies visitantes florais como polinizadoras potenciais, foi empregado um “índice de comportamento”, considerando a freqüência com que os indivíduos de cada espécie tocavam o estigma e transportavam pólen de G. barbadense. Foi realizada, também, uma estimativa da possibilidade de fluxo de pólen mediado pelas abelhas comuns às flores de G. barbadense e G. hirsutum (espécie genéticamente modificada no Brasil) no Distrito Federal. Para isto, utilizaram-se dados biológicos e ecológicos (comportamento de coleta de pólen em G. hirsutum e contato com o estigma de G.

barbadense, área de forrageamento e menor freqüência relativa) dos visitantes florais nas duas plantas para compor um índice de eficiência relativa de transporte de pólen (ERTP). A antese de G.

barbadense se iniciou às 5h30, e a deiscência das anteras também ocorreu neste horário, sendo anterior a antese e deiscência das anteras de G. hirsutum. O volume de néctar aumentou ao longo do dia, mas a sua concentração não. Apenas no tratamento de agamospermia houve menor produção de frutos e não houve diferença entre os tratamentos autopolinização manual, polinização cruzada manual, autopolinização espontânea e polinização natural quanto ao peso dos frutos e ao número de sementes por fruto. Esses dados mostraram que G. barbadense é uma planta autocompatível, não produz sementes sem fecundação e a polinização cruzada não aumenta a produção de frutos e sementes. Foram coletados 634 exemplares de abelhas nas flores de Gossypium barbadense, distribuídos em cinco famílias, 28 gêneros e 36 espécies. Foram coletadas, em média, 4,2 abelhas/hora, sendo a maior riqueza em espécies obtida em março e a maior freqüência relativa entre abril e junho. As três espécies mais freqüentes foram Augochlora thalia (1,05 abelhas/hora), seguida de A. esox (0,52) e Ceratina cfr. asuncionis (0,51). As espécies consideradas polinizadoras efetivas potenciais foram Augochlora thalia, Melissodes nigroaenea e Ptilothrix plumata; cinco espécies foram consideradas polinizadoras ocasionais (Apis mellifera, Melissoptila cnecomala,

Ceratina cfr. asuncionis, Augochlora esox e Lithurgus huberi) e sete foram consideradas apenas visitantes florais. Dezesseis espécies são comuns às flores de G. hirsutum e G. barbadense no Distrito Federal, sendo quatro potenciais espécies carreadoras de pólen transgênico para G.

barbadense. A espécie que apresentou a maior eficiência potencial no transporte de pólen, de acordo com o ERTP, foi Melissodes nigroaenea, seguida de Apis mellifera, Lithurgus huberi, e

Ptilothrix plumata . A principal restrição à eficiência destas três espécies de abelhas silvestres foi sua freqüência relativamente baixa nas flores dos algodoeiros. Em outras regiões e sob outras condições ambientais essas abelhas podem ter sua eficiência potencial aumentada ou diminuída e o tipo de polinizador e seu papel pode ser diferente do observado no Distrito Federal. De forma geral, em áreas de plantio próximas de manchas de vegetação nativa, há maior diversidade de polinizadores, aumentando as chances de fluxo gênico se indivíduos de G. barbadense estiverem próximos aos plantios de algodoeiro geneticamente modificado. Medidas de isolamento dos algodoeiros transgênicos são necessárias para conter o fluxo de genes para algodoeiros não transgênicos, minimizando os efeitos do algodoeiro geneticamente modificado sobre a fauna e a flora. Palavras-chave: polinização; biossegurança; Melissodes nigroaenea; Ptilothrix plumata; Apis

mellifera.

x

ABSTRACT Floral Biology of Gossypium barbadense and Potential Pollen-Carrier Bees from Gossypium hirsutum latifolium to Gossypium barbadense (Malvaceae) in the Distrito Federal, Brazil: Contributions to the Risk-Analysis of Gene Flow of Genetically Modified Cotton in Brazil.

The aims of this work were to study the floral biology and reproductive system of Gossypium

barbadense and to identify the potential gene-flow agents from the genetically modified cotton to that species. The experiments on floral biology and reproductive system were conducted between January and June 2008. Bees were sampled and their behavior on cotton flowers observed biweekly, between September 2007 and September 2008. Sampling was done in 13 sites in the Distrito Federal. An estimate of the potential of flower-visiting bees as pollinators was done with a “behavior index”, which considered the frequency with which bees of each species touched the cotton-flower stigma and transported its pollen. Additionally, the possibility of pollen-flow mediated by the bees common the flowers of G. barbadense and G. hirsutum (genetically modified species planted in Brazil) in the Distrito Federal was estimated. For this, biologic and ecologic data of the flower visitors on the flowers of both cotton species were employed to compose an index of relative efficiency in pollen-transportation (ERTP). Anthesis and anther dehiscence of flowers of G.

barbadense begun at 05:30 am. Nectar standing crop but not nectar concentration increased along the day. Only flowers under the agamospermy treatment produced less fruits and there were no differences in the fruit weight and number of seeds per fruit among the other treatments (manual autopollination, manual cross-pollination, expontaneous auto pollination and natural pollination). Six-hundred and thirty-four bee specimens were collected belonging to 36 species of 28 genera of five families. An average of 4.2 bees/hour were collected with the largest species richness being recorded in March and the largest relative frequency between April and June. The three most frequent species on the cotton flowers were Augochlora thalia (1.05 bees/hour), followed by A.

esox (0.52) and Ceratina cfr. asuncionis (0.51). The species considered to be potential effective pollinators of G. barbadense were Augochlora thalia, Melissodes nigroaenea and Ptilothrix

plumata; five species were considered occasional pollinators (Apis mellifera, Melissoptila

cnecomola, Ceratina cfr. asuncionis, Augochlora esox and Lithurgus huberi), and seven were considered as mere floral visitors. Sixteen bee species are common to the flowers of G. hirsutum and G. barbadense in the Distrito Federal, of which four are potential pollen carriers of genetically-modified pollen to G. barbadense. The species with the largest potential efficiency in pollen transportation, as measured by the ERTP, was Melissodes nigroaenea, followed by Apis mellifera,

Ptilothrix plumata and Lithurgus huberi. The main restriction to efficiency of these three wild-bee species was their relatively low frequencies on the cotton flowers. In other regions and under other environmental conditions, the potential efficiency of these species may be increased or decreased and the type and role of the cotton pollinators may be different from those in the Distrito Federal. Generally speaking, in crop fields near patches of native vegetation, there is larger pollinator diversity and the chances of gene flow to occur increases where individuals of G. barbadense are near fields of genetically-modified cotton. Thus, measures to isolate transgenic cotton are necessary to restrict gene flow to conventional cotton species and varieties. Key words: pollination, biosecurity, Melissodes nigroaenea; Ptilothrix plumata; Apis mellifera.

1

INTRODUÇÃO

Das espécies cultivadas no Brasil, o algodão é uma das principais culturas que apresentam

alto risco de escape gênico de variedades geneticamente modificadas para outras variedades e

espécies não transgênicas, uma vez que elas ocorrem em simpatria e não há barreiras reprodutivas

para impedir o fluxo gênico entre elas. (Barroso & Freire, 2003; Fontes et al, 2006; Johnston et al,

2006).

As variedades transgênicas estão sendo cultivadas há mais de uma década em várias partes

do mundo, e as primeiras delas foram desenvolvidas para tolerância aos herbicidas e aos insetos

(James, 2004). No Brasil, a primeira cultura transgênica a ser liberada para uso comercial foi a soja,

depois vieram pesquisas com o milho e o algodão. Em 2005, o algodoeiro resistente à lagarta rosada

(algodoeiro Bt) foi aprovado e, atualmente, há variedades de milho sendo comercializadas e outras

culturas sendo estudadas, como o arroz tolerante a glifosinato de amônio (CTNBio, 2009).

Uma das principais pragas do algodoeiro é a lagarta rosada (Pectinophora gossypiella). As

fêmeas desta mariposa depositam seus ovos nas flores e frutos do algodoeiro, causando danos e,

conseqüentemente, queda na produção (Fontes et al 2006). O principal método de controle desta

lagarta é a aplicação de um inseticida que tem como princípio ativo a toxina da bactéria Bacillus

thuringiensis, sendo os cristais Bt ativados no intestino dos insetos, liberando e ativando a toxina

que os leva à morte (Fontes et al, 2003). O gene dessa bactéria, que expressa a proteína Cry1Ac em

diferentes partes da planta como nas raízes e no pólen (Dale et al, 2003), foi introduzido no genoma

do algodoeiro Bt (Grossi-de-Sa et al, 2006).

Existem cerca de 44 espécies diplóides (2n = 26) e 5 espécies alotetraploides (2n = 52) do

gênero Gossypium em todo o mundo (Fryxel et al 1992; Freire, 2000). Aqui no Brasil, são

encontradas três espécies alotetraploides, Gossypium hirsutum (variedades latifolium e marie

gallante), G. barbadense (variedades barbadense e brasiliense) e uma espécie endêmica do nordeste

- G. mustelinum (Freire, 2000).

Atualmente, a única espécie cultivada no país para fins comerciais é Gossypium hirsutum

(Johnston et al, 2006), sendo a variedade latifolium cultivada em larga escala, principalmente no

domínio do Cerrado (Freire, 1998; Fontes et al, 2006). Há três regiões de produção de algodão no

Brasil — a) a Meio-Oeste, que compreende os estados do Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Goiás,

Minas Gerais e oeste da Bahia e é responsável por mais de 80% da produção de fibra; b) a região

Meridional, da qual fazem parte os estados de São Paulo e Paraná (10% da produção); e c) a região

Nordeste, que compreende todos os estados do nordeste do Brasil, menos o oeste da Bahia, e que é

responsável por apenas 2,5% da produção nacional (Fontes et al, 2006).

2

O algodoeiro endêmico do Brasil, G. mustelinum, só ocorre no semi-árido nordestino, nos

estados do Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Pernambuco e Bahia (Freire, 2000; Hilbeck et al,

2006a). É uma espécie nativa que não tem sido cultivada e, devido ao seu tamanho populacional

restrito, está ameaçada de extinção. Além das atividades agrícolas e a exploração pecuária, o fluxo

gênico de outras espécies de algodão para G. mustelinum é mais uma ameaça à sobrevivência das

populações naturais desta espécie (Barroso e Freire, 2003, e autores citados por eles).

Gossypium barbadense ocorre em praticamente todo o território brasileiro (Hilbeck et al,

2006a), sendo ausente ou encontrado em menor quantidade em áreas de cerrado, devido à ocupação

e exploração recentes, e ausente em terras baixas do semi-árido nordestino, devido à baixa

precipitação (Freire, 2000). A variedade brasiliense, originária da bacia Amazônica (Stephens,

1973), é conhecida no Brasil como rim-de-boi por apresentar sementes fortemente coladas entre si,

lembrando um rim (Freire, 2000; Barroso & Freire, 2003). Já a variedade barbadense possui centro

de origem no norte da Colômbia e sul do Equador (Stephens, 1973; Barroso & Freire, 2003) e

apresenta sementes descoladas.

Independentemente da variedade, G. barbadense é uma espécie arbórea que apresenta

sementes sem linter, fibras de coloração que variam de creme a marrom, sendo encontrada no Brasil

na forma semi-domesticada (Freire, 2000; Barroso & Freire, 2003). O cultivo desse algodoeiro em

pequenas lavouras e fundos de quintal foi mantido ao longo das gerações e, hoje, encontramos G.

barbadense em pequenas quantidades nas propriedades para uso medicinal (Fontes at al, 2006).

Entre as espécies de algodoeiro existentes no país, G. barbadense é a que mais provavelmente pode

receber genes das lavouras de algodoeiro convencional e geneticamente modificado devido à sua

ampla distribuição geográfica e proximidade com os cultivos de algodão convencional e

geneticamente modificado, fato este que pode comprometer a variabilidade existente (Barroso &

Freire, 2003).

Todas essas espécies encontradas aqui no Brasil são compatíveis entre si e produzem

híbridos férteis (Barroso & Freire, 2003; Johnston et al, 2006). As taxas de cruzamento podem

variar, mas de modo geral, elas são reduzidas a medida que aumenta a distância entre as plantas

(Kareiva et al, 1994; Barroso & Freire, 2003), e pode ser maior em áreas onde a atividade dos

polinizadores é mais intensa como em plantios próximos de vegetação nativa (Freire, 2002 citado

por Barroso & Freire, 2003).

Os polinizadores responsáveis pela fecundação cruzada dos algodoeiros são as abelhas

(McGregor, 1976; Erickson, 1983; Silveira, 2003). Apesar dos algodoeiros serem auto-férteis e

parcialmente auto-polinizáveis, uma parte significativa da produção de algodão é originada de

polinização cruzada (Mcgregor, 1976 e autores citados por ele). As flores dos algodoeiros

3

apresentam cor e forma típicos de plantas entomófilas, além de possuírem cinco nectários que

atraem abelhas e outros insetos (quatro extraflorais e um floral), (Free, 1970; McGregor, 1976). Os

grãos de pólen são relativamente grandes e viscosos e dificilmente transportados pelo vento

(Erickson, 1983; Kaziev apud McGregor, 1976), necessitando de insetos vetores para promover a

polinização cruzada (Free, 1970; McGregor, 1976).

A espécie Apis mellifera é considerada o principal agente polinizador dos algodoeiros e de

grande importância no desenvolvimento de híbridos (McGregor, 1959; Moffet et al, 1975; Waller et

al, 1981; Waller, 1982; Eisikowitch & Loper, 1984; Loper & Davis, 1985; Waller et al, 1985; Loper

et al, 1987; Mamood et al, 1990; Queiroga et al, 1993; Rhodes, 2002; Danka, 2005). Entretanto, há

em todo o mundo, além do gênero Apis, cerca de 52 gêneros de abelhas das famílias Apidae,

Halictidae e Megachilidae, citados como visitantes florais e/ou polinizadores dos algodoeiros

(Maxwell-Lefroy, citado por Linsley, 1958; Free, 1970; McGregor, 1976; Erickson, 1983; Pires et

al, 2006; Cardoso et al, 2007; Silva, 2007). Só no Brasil, há em torno de 47 gêneros e mais de 80

espécies de abelhas que foram observadas principalmente nas flores do algodoeiro cultivado

(Sanchez Junior & Malerbo-Souza, 2004; Melo & Zanella, 2005; Pires et al, 2006; Cardoso et al,

2007; Silva, 2007). Já para Gossypium barbadense e outras espécies e variedades não cultivadas no

país, o único estudo dos visitantes florais é o de Pires e col. (2006) que registrou 26 espécies de

abelhas nesses algodoeiros.

Devido à aprovação do cultivo e comercialização do algodoeiro transgênico no Brasil, são

necessários estudos sobre as funções e os grupos ecológicos relacionados com a cultura para a

garantia da coexistência das culturas geneticamente modificadas com as culturas convencionais e,

também, com as espécies silvestres, sem que haja redução da variabilidade genética das espécies

silvestres (Hilbeck et al, 2006a; Pires et al, 2006). A identificação dos grupos funcionais que

representam a biodiversidade associada à cultura, bem como o seu papel ecológico no ambiente é o

primeiro passo proposto por Hilbeck e col. (2006b) na análise de risco da introdução de plantas

geneticamente modificadas. Para o estudo de caso com o algodão, a Embrapa Recursos Genéticos e

Biotecnologia e a Embrapa Algodão selecionaram quatro grupos funcionais para estudo, sendo eles:

inimigos naturais, herbívoros não-alvo da planta transgênica, microorganismos de solo e os

polinizadores (Pires et al, 2006).

O estudo das espécies de abelhas que visitam e polinizam os algodoeiros é de grande

importância, pois elas podem ser susceptíveis à intoxicação pelo algodoeiro Bt (se alimentam de

pólen e néctar) e além disso, são as principais agentes de fluxo de genes através do pólen de

variedades de algodoeiro transgênico para as demais espécies e variedades não transgênicas

(Silveira 2003).

4

OBJETIVOS

• Verificar se há características da biologia reprodutiva de Gossypium barbadense que

favoreçam sua polinização por variedades de algodão herbáceo (convencional e

geneticamente modificado);

• Verificar se a quantidade de frutos produzidos e o número sementes produzidas pela

polinização cruzada são maiores que a produção de frutos e sementes dos demais

tratamentos (autopolinização e agamospermia);

• Verificar quais são os visitantes florais do Gossypium barbadense no Distrito Federal;

• Identificar, entre os visitantes florais de Gossypium barbadense, quais são seus prováveis

polinizadores;

• Verificar quais espécies de abelhas são carreadoras potenciais de pólen de G. hirsutum

latifolium Delta Opal para G. barbadense.

MATERIAL E MÉTODOS

Este estudo faz parte de um projeto mais amplo intitulado “Preservação da Identidade e Co-

existência no Brasil de Espécies e Variedades de Algodão Não Transgênico com Variedades de

Algodão Transgênico” desenvolvido pela Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia e Embrapa

Algodão, com a colaboração do Laboratório de Sistemática e Ecologia de Abelhas Silvestres do

Departamento de Zoologia da UFMG.

Área de Estudo

Este trabalho foi realizado em 13 sítios de estudo localizados no Distrito Federal (Figura 1).

O clima da região é definido como tropical de savanas, Aw, de acordo com a classificação de

Köppen, com temperaturas médias variando de 12°C a 28,5°C. A região apresenta duas estações

bem definidas, seca e chuvosa, com médias anuais de precipitação variando entre 1.200mm e

1.800mm (IBGE, 2007).

A seleção da maioria dos sítios de estudo foi feita a partir do trabalho de Souza (2006) que

identificou propriedades rurais que apresentavam indivíduos de G. barbadense em Goiás, Minas

Gerais e no Distrito Federal. Para o presente estudo, foram priorizadas os sítios com maior número

de indivíduos de G. barbadense no Distrito Federal. A maioria deles era constituída por pequenas

propriedades, onde, em geral, os algodoeiros estavam cercados por policultivos de culturas como

café, citros, feijão, milho, abóbora, maxixe, quiabo e hortaliças. Além das plantas cultivadas, alguns

produtores também mantêm a vegetação rasteira (plantas espontâneas). No entorno dessas

5

propriedades, há grandes fazendas com plantios de soja, sorgo, milho e pastagens.

Um dos sítios de estudo foi o campo experimental da Embrapa Recursos Genéticos e

Biotecnologia (Cenargen), onde, além de G. barbadense, outras espécies e variedades de

algodoeiros foram plantadas: G. hirsutum var. latifolium Delta Opal, G, hirsutum var. marie-galante,

G. mustelinum (algodoeiro endêmico do nordeste do Brasil) e, também, o algodoeiro transgênico G.

hirsutum latilolium Nu Opal. Esta área, de aproximadamente 900 m2, está próxima de uma Mata de

Galeria.

Os sítios de estudo estão apresentados na Tabela 1 com as suas coordenadas geográficas, o

número de indivíduos de G. barbadense dentro da propriedade, a área estimada em hectares, e

observações sobre o ambiente do entorno e práticas culturais. A coleta de abelhas foi interrompida

no Sítio 2 a partir de janeiro de 2008 e no Sítio 1 a partir de maio de 2008, por dificuldade de acesso

ao primeiro local e ao corte dos algodoeiros no segundo.

Quanto ao trato dado aos algodoeiros, no Cenargen foram realizadas aplicações do pesticida

Endosulfan para o controle do bicudo (Anthomonus grandis) e da lagarta rosada (Pectinophora

gossypiella) a cada 15 dias. Esta aplicação, entretanto, não foi suficiente para conter o bicudo, que

prejudicou o desenvolvimento dos botões, inviabilizando parte dos experimentos que seriam

realizados na área. No núcleo rural Cariru (Sítio 11), foram realizadas duas aplicações do mesmo

pesticida utilizado no Cenargen para controle do bicudo, em intervalos de aproximadamente dois

meses. Os algodoeiros estavam próximos de lavouras nos Sítios 1 e 12, e possivelmente tiveram

contato com os pesticidas utilizados nos cultivos de milho, soja e citros. Nos demais sítios, não

foram realizadas aplicações de nenhum tipo de inseticida e os proprietários não realizam nenhum

manejo para o controle de pragas. Nas propriedades rurais de modo geral, os algodoeiros não são

irrigados, mas podem receber podas no período que antecede as chuvas na região (agosto-

setembro). Apenas no Cenargen as plantas foram irrigadas, no período seco, duas vezes por semana.

6

Tabela 1: Sítios de estudo com informações sobre as propriedades. Ind.– número de indivíduos de G. barbadense; nc – dado não coletado; des – desconhecida.

Propriedades Posição geográfica Ind.

Área (ha) Informações Gerais

No Nome Latitude Longitude

01 Coperbrás -15.7525 -47.5475 3 des. Plantios de milho, soja e algodão

(utilização de agrotóxicos)

02 Tabatinga chácara 34

-15.79539 -47.53077 1 56 Coletas interrompidas em Jan/08

03 Tabatinga chácara 1

-15.75787 -47.60223 2 2 Maracujazeiro, plantio de

abóbora, pitangueiras, mangueira e limoeiro na propriedade

04 Rajadinha -15.73546 -47.65757 4 0.5 Propriedade próxima de uma

pequena área de vegetação nativa

05 Rio Preto n.c. n.c. 3 des. Indivíduos de G. barbadense e pés de acerola próximos, dentro

de uma escola rural

06 Jardim I

chácara 108 -16.02521 -47.37893 3 5

Abóbora, chuchu, horta, pés de mexerica e espécies ruderais

(picão) na propriedade

07 Jardim II

chácara 79 -16.01144 -47.37979 2 4

Feijão guandu, que atraía muitas abelhas

08 Jardim II

chácara 64 -16.01144 -47.38005 5 11 Cafezal, ipezinho, Ipomea

09 Lamarão

chácara 24 -15.96936 -47.49701 4 des. Cajueiro e mangueira

10 Capão Seco chácara 07

-15.95866 -47.54769 6 12 Pés de café, jabuticaba, quiabo,

picão. Próximo de riacho

11 Cariru

chácara 20 -15.92322 -47.51986 19 6.5

Abacateiro, jabuticabeira, goiabeira, pés de café, plantio de maxixe, quiabo, abóbora, milho,

arroz. Próximo de pastagem e plantio de soja

12 Tabatinga chácara 90

-15.75175 -47.58886 3 43

Plantio comercial de limão, laranja e mexerica, fazia uso de agrotóxico na lavoura (próximo do algodoeiro)

13 Cenargen -15.72876 -47.90005 15 des. Próximo de mata de galeria

7

Figura 1: Distribuição dos 13 sítios de coleta utilizados neste trabalho. Alguns pontos, por serem muito próximos, estão sobrepostos no mapa e o Sítio 5 não está na figura devido a falta da coordenada geográfica. Adaptado do Google Earth 2008. Acessado em fevereiro de 2009.

8

Biologia Floral

A) Antese

Para determinar o horário de abertura das flores e da deiscência das anteras de G.

barbadense, foram observadas 28 flores no Cenargen em 15 de fevereiro de 2008 e 22 no núcleo

rural Cariru, em nove de abril de 2008. As observações foram realizadas de hora em hora, das 6:30h

às 11:30h da manhã, no Cenargen, e das 5:30h às 11:30h, no Cariru. O diâmetro interno da abertura

das corolas foi medida com um paquímetro e a abertura das anteras foi observada com uma lupa de

mão e com auxílio de uma lanterna (no primeiro horário), em busca de pólen exposto. Foi

considerada como abertura qualquer espaço acima de 1 mm, o que já permitiria a passagem de

pequenos insetos e seu contato com as estruturas reprodutivas da flor.

As medidas da abertura floral foram divididas em cinco classes: (C1) fechada; (C2) 1mm ≤

C2 < 8 mm ; (C3) 8 mm ≤ C3 < 16 mm ; (C4) 16 mm ≤ C4 < 24 mm (C5) aberta, 24 mm ≤ C5 < 50

mm.

B) Dinâmica de produção de néctar

O volume e a concentração do néctar das flores de Gossypium barbadense foram medidos

nos dias 8 e 28 de maio de 2008 e no dia 6 de junho de 2008, no núcleo rural Cariru. No dia

anterior ao experimento, os botões florais que iriam abrir no dia seguinte foram ensacados. Os

dados foram coletados em três horários ao longo do dia, sendo o intervalo (A) de 9:00h às 11:00h;

(B) de 12:00h às 14:00h e (C) das 15:00h às 17:00h. Em cada intervalo, uma parte das flores foi

recolhida para a retirada do néctar, sendo ele extraído da flor uma única vez, devido à dificuldade de

acesso aos nectários florais (método destrutivo). As flores permaneceram ensacadas até serem

recolhidas para coleta dos dados no respectivo intervalo. Ao final dos três dias, o volume e a

concentração do néctar de 95 flores foram medidos, sendo 35 flores no primeiro intervalo e 30 em

cada um dos demais. Retirou-se o néctar do nectário floral com o auxílio de capilares de 3µl, 5µl e

10µl. Quando os capilares não foram totalmente preenchidos, foi medida a altura de néctar ocupado

no capilar com um paquímetro e os valores posteriormente convertidos em µl. A concentração do

néctar foi medida com um refratômetro manual (Bellimgham, mod. 45-81 Eclipse, resolução: 0,5%

Brix, alcance: 0 – 50% BRIX). Os valores de volume e concentração nos três dias e horários do dia

foram comparados através do teste de Kruskall-Wallis, com nível de significância de 0,05 com o

auxílio do programa Systat 10.2. (Systat, 2002).

Sistema Reprodutivo

Para avaliar a contribuição da polinização cruzada para a produtividade da planta, foram

realizados cinco tipos de tratamento nas flores de G. barbadense, nos núcleos rurais Cariru (Sítio

9

11) e Capão Seco (Sítio 10). Como o número de flores disponível por dia era pequeno, o

experimento foi realizado ao longo de doze dias, entre março e abril. Contudo, em cada dia, todos

os tratamentos foram realizados em um mesmo número de repetições. Ao final do experimento, foi

obtida uma amostra de aproximadamente 30 botões por tratamento.

Os tratamentos foram: AG (agamospermia – emasculação do botão em pré-antese e

impedimento da ação dos visitantes no dia seguinte (flor ensacada) para verificar se a flor produz

fruto e semente na ausência de pólen); PCM (polinização cruzada manual – a flor emasculada

recebe pólen de outras flores); AM (autopolinização manual – o pólen depositado no estigma

manualmente é o da própria flor); AE (autopolinização espontânea – o botão é ensacado para

impedir a ação de visitantes) e N (natural – a flor é marcada e ensacada apenas no final do

experimento, permitindo a ação dos visitantes).

Os botões em pré-antese (Figura 2H) foram preparados e ensacados no dia anterior, com

exceção os do tratamento natural, que foram apenas etiquetados. No dia seguinte, entre 9:00h e

11:00h os cruzamentos foram realizados com auxílio de pincel e placas de petri (Figuras 2I e 2J) e,

às 14:00 h, as flores do tratamento natural foram ensacadas (Figura 2K).

As flores empregadas nos experimentos foram observadas a cada 15 dias para verificar as

taxas de abortamento. Na fase de capulho, quando a fibra está exposta e o fruto é considerado

maduro (Figura 2F e 2G), os capulhos foram coletados para verificação do número e peso das

sementes produzidas. No laboratório, os capulhos foram pesados e, depois, as sementes foram

contadas e pesadas separadamente.

Para verificar se a quantidade de frutos produzidos e abortados variou entre os tratamentos

utilizamos o teste χ2 com nível de significância de 0,05 e, para comparar o peso dos frutos e o

número de sementes por fruto utilizamos o teste de Kruskall-Wallis, com nível de significância de

0,05, uma vez que os dados não apresentaram distribuição normal.

Visitantes Florais

As abelhas visitantes das flores de G. barbadense foram coletadas quinzenalmente, nos 13

sítios de estudo, entre setembro de 2007 e setembro de 2008. As coletas foram realizadas em geral

das 9:00h – 17:00h, não se tendo iniciado mais cedo devido à distância dos sítios de coleta. Apenas

no Sítio 11 foi possível realizar algumas observações antes das nove da manhã.

As flores foram inspecionadas para observação do comportamento e coleta das abelhas

durante cerca de 30 min em cada sítio de estudo. O esforço de coleta foi calculado, multiplicando-se

o tempo de coleta pelo número de coletores. Dados de temperatura e umidade de cada local foram

10

tomados com um termo-higrômetro digital. As abelhas foram coletadas diretamente nas flores em

frascos plásticos e, posteriormente, foram mortas em câmaras mortíferas contendo acetato de etila.

Ainda no campo, elas receberam o código do coletor e a identificação do local. No Laboratório de

Ecologia, Semioquímicos e Biossegurança do Cenargen, os espécimes foram montados em alfinete

entomológico, etiquetados e triados. No Laboratório de Sistemática e Ecologia de Abelhas da

Universidade Federal de Minas Gerais, eles foram identificados ao nível de espécie com auxílio de

lupa, chaves taxonômicas e por comparação com exemplares previamente identificados por

especialistas. Uma parte dos exemplares foi depositada na coleção da Embrapa Recursos Genéticos

e Biotecnologia e os demais no Laboratório da UFMG. A classificação adotada para as abelhas foi a

de Silveira e col. (2002).

A) Freqüência relativa

A freqüência relativa das espécies (abelhas/hora) foi calculada dividindo-se o número total

de indivíduos coletados de cada espécie, ao longo de um ano (set/2007 – set/2008), pelo total de

horas de coleta. Este total foi igual ao somatório do tempo de coleta diário em cada local (30 min),

vezes o número de visitas a cada local). Isto possibilitou a comparação das abundâncias das várias

espécies coletadas neste trabalho e, também, dos resultados do presente trabalho com os de outros

levantamentos em que se empregaram diferentes esforços de coleta (Silveira et al, 1993; Silveira &

Godínez, 1996).

B)Comportamento de Forrageamento e Papel na Polinização

O tipo de comportamento foi registrado em uma planilha para cada abelha na flor e o tempo

de visita foi marcado sempre que possível, mesmo quando a abelha já estava na flor no início da

observação. Depois de observado o comportamento, as abelhas foram coletadas para identificação.

Foi definido um índice de comportamento (IC), utilizando informações sobre dois

comportamentos importantes para a polinização: coleta e/ou transporte de pólen no corpo e contato

com o estigma:

IC = (Σpi×ei)/n, onde:

p = 1, quando o i-ésimo indivíduo observado na flor estava coletando e/ou transportando

pólen, ou 0, no caso contrário;

e = 1, quando o i-ésimo indivíduo observado na flor tocava o estigma, ou 0, no caso

contrário;

n = número total de indivíduos da espécie observados na flor.

11

Todas as espécies que apresentaram IC igual a zero foram consideradas espécies

“pilhadoras” (Pi), pois utilizam os recursos (néctar e pólen), mas não contribuem para a polinização.

Os visitantes florais com IC diferente de zero foram considerados polinizadores potenciais (PP). O

IC dessas espécies foi multiplicado pelas respectivas freqüências relativas, o que denominados de IP

(índice de polinização). As espécies com maior IP seriam aquelas espécies com maior potencial para

realizar a polinização nas flores de G. barbadense.

C)Transporte de Pólen

No Cenargen (Sítio 13), além das coletas realizadas em G. barbadense, também foram

realizadas algumas coletas no algodoeiro cultivado e no geneticamente modificado, com o propósito

de definir as espécies que visitam mais de um tipo de algodoeiro e que podem realizar fluxo gênico.

Contudo, devido ao ataque do bicudo na área, esses dados ficaram prejudicados e optou-se por

comparar as observações feitas neste estudo, nas flores de G. barbadense (GB), com os de outros

levantamentos realizados no Distrito Federal, nas flores de Gossypium hirsutum latifolium Delta

Opal (GH) (Pires et al, 2006; Cardoso, 2008).

A eficiência relativa das várias espécies no transporte de pólen de G. hirsutum latifolium

Delta Opal para G. barbadense foi avaliada com o índice aqui denominado de Índice de Eficiência

Relativa de Transporte de Pólen (ERTP), que levou em consideração parâmetros que refletem o

comportamento e a freqüência das espécies nas flores e, ainda, seu raio de vôo.

Foram utilizados quatro parâmetros para calcular o ERTP:

1- carreamento de pólen de GH no corpo – este dado variou entre 0-1 e foi obtido do

levantamento de Cardoso (2008). Para aquelas espécies em que o comportamento não foi observado

em G. hirsutum, convencionou-se usar o valor máximo igual 1. Isso porque nas observações em

campo, até mesmo abelhas pequenas ao entrarem na flor sujavam o corpo com pólen, ou por

tocarem nas anteras ou pelo contato com o pólen que fica impregnado nas pétalas.

2- polinização de GB – foi utilizada a freqüência média com que cada espécie toca o estigma

de G. barbadense;

3- a área estimada de forrageamento das espécies, em hectares;

4- a freqüência relativa da espécie de abelha na espécie de algodão, das duas consideradas,

em que ela é menos abundante.

Para a estimativa da área de forrageamento, foram medidas as distâncias intertegulares de 10

exemplares de cada espécie (exceto para Dialictus sp. 8, que teve apenas 4 indivíduos observados).

Essas medidas foram tomadas com retículos acoplados à ocular de um microscópio estereoscópico e

12

convertidas em milímetros. A distância intertegular média de cada espécie foi aplicada no modelo

de Greenleaf e col. (2007), para se obter a estimativa da sua distância de forrageamento. Greenleaf e

col. (2007) usaram diferentes métodos para obter as distâncias de forrageamento. Como esses dados

poderão auxiliar na tomada de decisão de medidas de biossegurança, optou-se por utilizar a

distância estimada máxima que essas espécies podem percorrer. Calculou-se, então, a área de

forrageamento, em hectares, para cada espécie de abelha, empregando-se a fórmula da área de uma

circunferência com raio igual à distância de vôo obtida para a espécie.

Para se ter um valor de referência para a comparação da eficiência relativa de várias espécies

neste e em outros estudos, com base nos ERTPs calculados, foi utilizada a espécie Apis mellifera em

uma condição hipotética, em que ela apresentasse todos os comportamentos favoráveis ao fluxo

(transporte de pólen do GH e contato com o estigma de GB em todas as visitas). A freqüência

relativa desta espécie, para o cálculo deste valor de referência, foi a sua freqüência média obtida em

plantios de algodão (G. hirsutum var. latifolium) em várias regiões do Brasil (Pires et al, 2006). A

Apis mellifera foi escolhida como padrão por ser a espécie mais comum no algodoeiro herbáceo

(Pires et al, 2006) e em várias culturas agrícolas, possuir distância de forrageamento intermediária,

e ser uma espécie cosmopolita.

Para compor os índices ERTP para cada espécie, os quatro parâmetros relacionados acima

foram multiplicados, divididos pelo valor de referência estimado para Apis mellifera, na condição

hipotética descrita acima, e multiplicados por cem.

100××××

×××=

hhhh

iiii

ifaep

faepERTP , onde:

ERTPi = índice de eficiência relativa de transporte de pólen da espécie i.

h = Apis mellifera em situação hipotética

p = frequência com que as abelhas da espécie carregam pólen de GH (para Apis na situação

hipotética p = 0,8);

e = frequência com que as abelhas da espécie tocam o estigma de GB (para Apis na situação

hipotética e = 1);

a = área de forrageamento da espécie em hectares (para Apis mellifera na situação hipotética, a =

548 ha);

f = freqüência relativa da espécie de abelha na espécie de algodão em que ela for menos frequente

(abelhas/hora – para Apis em situação hipotética f = 3,88).

13

Figura 2: Sítios de estudo de abelhas (A e B); Flor de Gossypium barbadense em diferentes estágios de abertura (C1 – C4); em D flor velha de G. barbadense; em E, maça (fruto verde) ovipositando por Anthonomus grandis (bicudo); capulhos (fruto maduro) de G. barbadense var. brasiliense em F; e em G capulho de G. barbadense var. barbadense. Etapas do experimento do sistema reprodutivo de H – K.

AA BB

CC11 CC44 CC33 CC22

DD GG FF EE

HH II JJ KK

14

RESULTADOS

Biologia Floral

Antese

As flores de G. barbadense iniciaram sua abertura antes das 5:30 h. Na figura 1C, é possível

observar as flores em diferentes estágios de abertura. No intervalo de 5:30 h a 6:30 h, de 22 flores

observadas no Cariru, 91% já haviam iniciado sua abertura (Figura 3). Às 8:30 h, 7% das flores (n =

2) já estavam totalmente abertas no Cenargen (Figura 4) e 54,5% (n = 12) no Cariru. Do meio para

o final da tarde, as flores começaram a murchar e a cor das pétalas mudou de amarelo para rosa.

(Figura 5).

0

5

10

15

20

25

5:30h 6:30h 7:30h 8:30h 9:30h 10:30h 11:30h

Nº de observações 24├ 50 mm (Aberta)

16├ 24 mm

08├ 16 mm

01├ 08 mm

Fechada

Figura 3: Estágios de abertura das flores de G. barbadense, em diferentes intervalos de horário no período da manhã, em 9 de abril de 2008, no núcleo rural Cariru, Distrito Federal, Brasil.

Quanto à deiscência das anteras, verificou-se que, ao contrário do observado em G. hirsutum

latifolium Delta Opal (Cardoso, 2008), as anteras podem se abrir antes da abertura da flor. No

primeiro horário, de 17 observações no Cariru, apenas 6 flores apresentavam a antera ainda fechada,

e, às 07:30 h, todas as flores apresentavam anteras abertas. Em um dia de observação não

sistemática, as anteras de uma flor ainda fechada, às 5:30 h, já estavam se abrindo. Em dias frios

(final de maio, início de junho) as pétalas demoraram mais para abrir (6:00 h e 7:00 h). Durante a

realização da coleta de abelhas no início de junho, observamos no núcleo rural Rajadinha (Sítio 4),

às 15:00h aproximadamente, botões florais maiores que os botões em pré-antese, com aspecto

15

abaulado, e rosados na extremidade apical (Figura 5), como as flores que vão envelhecendo e

mudam de cor. Ao abrimos esse “botão” verificamos que as anteras estavam abertas e o pólen

exposto, sendo possivelmente uma flor nova que não abriu as pétalas.

0

5

10

15

20

25

30

6:30h 7:30h 8:30h 9:30h 10:30h 11:30h

Nº de observações 24├ 50 mm (Aberta)

16├ 24mm

08├ 16 mm

01├ 08 mm

Fechada

Figura 4: Estágios de abertura de flores de G. barbadense, em diferentes intervalos de horário no período da manhã, em 15 de fevereiro de 2008, no campo experimental da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnogia, em Brasília, DF, Brasil.

Figura 5: Flor envelhecida à esquerda (rosada) e botão floral ainda fechado e já apresentando pigmentação rosada na extremidade apical, à direita.

16

Néctar

O volume médio de néctar observado nas flores de G. barbadense foi de 21,84µl ± 16,9, sendo o

menor valor obtido no primeiro intervalo do dia 8 de maio de 2008 (1,8µl) e, o maior valor, no

terceiro intervalo do dia 28 de maio (81,7µl). Há um aumento no volume de néctar das flores ao

longo do dia (Figura 6) — nos três dias de amostragem, o volume do terceiro intervalo foi

significativamente maior que o do primeiro (Dia 1 H= 21,06 gl=2 p<0,001; Dia 2 H=13,38 gl=2

p=0,001; Dia 3 H=12,28 gl=2 p= 0,002). Já a concentração média de açúcares do néctar foi de

21,93% ± 2,76, sendo o valor mínimo 16% (obtido nos dias 8 de maio e 6 de junho de 2008) e o

valor máximo 29% (obtido em 28 de maio de 2008). Diferentemente do volume, a concentração não

variou ao longo do dia (Dia 1 H= 0,84 gl=2 p=0,66; Dia 2 H=0,80 gl=2 p=0,67; Dia 3 H=1,42 gl=2

p=0,49) (Figura7).

17

Figura 6: Volume médio de néctar secretado por flores de G. barbadense em três intervalos: A) 9h – 11h; B) 12h – 14h; C) 15h – 17h. Os dados foram obtidos em diferentes dias: 08/05/08 (dia 1); 28/05/08 (dia2); 06/06/08 (dia3), respectivamente.

A B CIntervalo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Volum

e(dia1)

A B CIntervalo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Volum

e (dia2)

A B CIntervalo

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Volum

e (Dia3)

18

Figura 7: Concentração média observada no néctar de flores de G. barbadense em três intervalos: A) 9h – 11h; B) 12h – 14h; C) 15h – 17h. Os dados foram obtidos em diferentes dias: 08/05/08 (dia 1); 28/05/08 (dia2); 06/06/08 (dia3).

A B CIntervalo

15

20

25

30Con

centração (dia1)

A B C

Intervalo

15

20

25

30

Concentração (dia2)

A B C

Intervalo

14

16

18

20

22

24

26

Concentração (dia3)

19

Sistema Reprodutivo

A produção de frutos foi pouco influenciada pelos tratamentos de sistema reprodutivo.

Comparando as quantidades de frutos produzida e abortada (Figura 8), encontramos diferenças

significativas apenas entre o tratamento de agamospermia e os demais (X2 = 40,8; gl = 4; p <

0,0001). O tratamento que produziu a maior quantidade de frutos foi o natural (80% das flores),

seguido de autopolinização manual (71%), polinização cruzada manual (68,7%) e autopolinização

espontânea (67,7%), mas essas diferenças não foram significativas (X2 = 1,4; gl = 3; p = 0,7). O

tratamento de agamospermia foi o que produziu menos frutos (9,7% das flores). Os frutos

produzidos provavelmente foram consequência de contaminação do estigma com pólen, durante a

manipulação dos botões florais. Os tratamentos também não influenciaram o peso dos frutos

(H=2,66; gl=3; p= 0,45) (Figura 9), nem o número de sementes produzido por fruto (H=6,93; gl=3;

p=0,45) (Figura 10).

0 5 10 15 20 25 30 35

AG

AM

AE

PCM

N

Figura 8: Proporção de frutos produzidos (cinza) e abortados (negro) por algodoeiros (Gossypium

barbadense) sob cinco tratamentos de sistema reprodutivo (N – natural; PCM – polinização cruzada manual; AE – autopolinização espontânea; AM – autopolinização manual; e AG – agamospermia), nos núcleos rurais Cariru e Capão Seco, Distrito Federal, Brasil.

20

Figura 9: Peso médio dos frutos produzidos em quatro tratamentos do sistema reprodutivo (AE – autopolinização espontânea; AM – autopolinização manual; N – natural e PCM – polinização cruzada manual) nos núcleos rurais Cariru e Capão Seco, Distrito Federal, Brasil.

Figura 10: Número médio de sementes produzidas em quatro tratamentos do sistema reprodutivo (AE – autopolinização espontânea; AM – autopolinização manual; N – natural e PCM – polinização cruzada manual) nos núcleos rurais Cariru e Capão Seco, Distrito Federal, Brasil.

21

Apesar de todos os botões empregados nos cinco tratamentos terem sido ensacados até o

completo desenvolvimento dos frutos, ocorreram ataques da lagarta rosada e do bicudo em todos os

tratamentos (Figura 11). A porcentagem de ataque não foi diferente entre os tratamentos (X2 = 0,85;

gl=3; p= 0,83) e, em média, 56% dos frutos sofreram algum tipo de dano. Possivelmente esses

danos se deveram a ovos depositados pelas fêmeas na fase inicial de desenvolvimento dos botões

florais, antes que estes fossem ensacados.

A

B

A

B

Figura 11: A – Lagarta de Pectinophora gossypiella (lagarta rosada) em fruto de Gossypium

barbadense; B – pupa do Anthomonus grandis (bicudo).

22

Visitantes Florais

A fauna de abelhas visitantes das flores de Gossypium barbadense foi representada

por 634 exemplares de 36 espécies de cinco famílias (Tabela 2). Apidae foi a família mais

diversificada e abundante, com 17 espécies de 14 gêneros e totalizando 51,4% dos

espécimes coletados (n = 326). Halictidae foi representada por 11 espécies de 7 gêneros,

correspondendo a 43,4% (n = 274) do total de exemplares. Os demais 5,4% de abelhas

pertenciam a Megachilidae (n = 22), Andrenidae (n = 11) e Colletidae (n = 1), todas

representadas por apenas uma espécie.

O esforço de coleta total foi de 148,8 horas de amostragem, sendo coletadas, em

média, 4,2 abelhas/hora. A maior riqueza de espécies de abelhas foi obtida em março e as

maiores freqüências relativas foram observadas entre abril e junho (Figura 12). Os maiores

números de espécies e exemplares de abelhas foram coletados, durante todo o

levantamento, entre 10h e 12h, (Figura 13). A riqueza e composição de espécies variaram

entre os locais, sendo a diversidade maior no Cariru (local 11), seguido de Jardim II e

Capão Seco (Sítios 8 e 10 respectivamente) (Tabela 3).

As três espécies mais freqüentes na amostra (Tabela 2) foram Augochlora thalia

(1,05 abelhas/hora), seguida de A. esox (0,52 abelhas/hora) e Ceratina cfr. asuncionis (0,51)

mas apenas a primeira apresentou comportamento favorável à polinização.

23

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

set/07

out/07

nov/07

dez/07

jan/08

fev/08

mar/08

abr/08

mai/08

jun/08

jul/08

ago/08

set/08

nº de indivíduos/hora

0

5

10

15

20

25

30

n° de espécies

nº de exemplares nº de espécies

Figura 12: Número de espécies e freqüência relativa de abelhas coletadas por mês, entre setembro de 2007 e setembro de 2008, em 13 localidades do Distrito Federal – Brasil.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h

N de indivíduos

0

5

10

15

20

25

Nº de espécies

N° de indivíduos Nº de espécies

Figura 13: Número de espécies e exemplares de abelhas coletados em diferentes horários do dia durante o período de setembro de 2007 e setembro de 2008, no Distrito Federal, Brasil.

24

Tabela 2: Espécies de abelhas visitantes das flores de G. barbadense, com informações do número de indivíduos fêmeas (F), machos (M) e operárias (Op) para as espécies de Apini; freqüência relativa (abelhas/hora) nas flores; recurso coletado – néctar (Ne) e pólen (P); índice de comportamento (IC) e tempo de visita com média, desvio padrão (SD) e número de observações (N); e índice de polinização (IP): VP (visitante pilhador) e PP (polinizador potencial). Dados não observados (n.o.); não se aplica (n.a.). * Essas espécies não foram categorizadas devido a ausência de dados de comportamento.

TÁXON Nº de

Indivíduos Total abelhas/hora Recurso Coletado

pelas fêmeas

IC (F) Tempo de Visita Polinização

F M Média SD N Média SD N IP Categoria ANDRENIDAE Rhophitulus sp 10 1 11 0.07 Ne e P 0 0 2 n.o. n.a 0 0.00 Pi APIDAE APINAE Apini Op Apis mellifera (Linnaeus,1758) 8 0 8 0.05 P e Ne 1.0 0 3 30 n.a. 1 0.05 PP Geotrigona mombuca (Smith, 1863) 2 0 2 0.01 n.o * Paratrigona lineata (Lepeletier, 1836) 41 0 41 0.28 Ne 0 n.a 1 44 n.a 1 0.00 Pi Tetragona clavipes (Fabricius, 1804) 23 0 23 0.15 P 0 n.a 1 15 n.a 1 0.00 Pi Trigona spinipes (Fabricius, 1793) 3 3 6 0.04 Ne 0 n.a 1 n.o. n.a 0 0.00 Pi Emphorini Alepidosceles sp 0 1 1 0.01 n.o * Ancyloscelis cfr. apiformes (Fabricius, 1793) 8 5 13 0.09 Ne * Diadasina riparia (Ducke, 1908) 8 4 12 0.08 P 0 n.a 1 54 n.a. 1 0.00 Pi Melitoma segmentaria (Fabricius, 1804) 6 37 43 0.29 P e Ne 0 0 2 215 120.2 2 0.00 Pi Ptilothrix cfr. plumata (Smith, 1853) 21 31 52 0.35 P e Ne 1.0 0 5 43 n.a 1 0.35 PP Eucerini Melissodes nigroaenea (Smith, 1854) 34 1 33 0.22 P e Ne 1.0 0 19 37.87 16.4 8 0.22 PP Melissoptila cnecomala (Moure, 1944) 3 0 3 0.02 P 1.0 n.a 1 n.o. n.a 0 0.02 PP Exomalopsini Exomalopsis (Exomalopsis) analis (Spinola, 1853) 0 1 1 0.01 n.o * XYLOCOPINAE Ceratinini Ceratina (Calloceratina) cfr. chloris (Fabricius, 1804) 1 0 1 0.01 n.o * Ceratina (Crewella) cfr. asuncionis (Strand, 1910) 74 2 76 0.51 P e Ne 0.1 0.3 10 51 58.2 6 0.05 PP Ceratina (Crewella) sp 01 9 0 9 0.06 P e Ne * Ceratina (Crewella) sp 02 1 0 1 0.01 Ne *

25

Continua...

Tabela 2: Continuação

TÁXON Nº de

Indivíduos Total abelhas/hora Recurso coletado

pelas fêmeas

IC (F) Tempo de Visita Polinização

F M Média SD N Média SD N IP Categoria COLLETIDAE Hylaeus (Hylaeopsis) sp 0 1 1 0.01 n.o * HALICTIDAE HALICTINAE Augochlorini Augochlora (Augochlora) esox (Vachal, 1911) 74 3 77 0.52 P e Ne 0.16 0.38 18 108.8 115 11 0.08 PP Augochlora (Oxystoglossella) thalia (Smith, 1879) 135 21 156 1.05 P e Ne 0.44 0.5 27 36.13 31.8 23 0.46 PP Augochlora (Augochlora) sp 01 1 2 3 0.02 Ne * Augochlora (Augochlora) sp 02 1 0 1 0.01 n.o * Augochlora (Augochlora) sp 03 1 0 1 0.01 n.o * Augochloropsis cfr. patens (Vachal, 1903) 1 1 2 0.01 n.o * Thectochlora brachycera (Gonçalves e Melo, 2006) 1 0 1 0.01 n.o * Thectochlora cfr. alaris (Vachal, 1904) 2 0 2 0.01 n.o * Halictini Agapostemon sp 2 0 2 0.01 n.o * Dialictus sp 01 12 0 12 0.08 n.o * Dialictus sp 08 3 0 3 0.02 n.o * Dialictus sp 09 4 0 4 0.03 P e Ne 0 0 2 30 14.1 2 0.00 Pi Dialictus sp 10 1 0 1 0.01 n.o * Dialictus sp 11 1 0 1 0.01 P * Pseudagapostemon sp 1 0 1 0.01 n.o * Rhinocorynura sp 4 0 4 0.03 n.o * MEGACHILIDAE Lithurgus huberi (Ducke, 1907) 15 7 22 0.15 P e Ne 0.5 0.53 8 60 n.a. 1 0.07 PP

26

Tabela 3: Número de indivíduos de G. barbadense por localidade (Indv. Gb), e riqueza, abundância e diversidade de abelhas nos sítios de estudo no Distrito Federal. O Sítio 2 foi retirado das análises.

Locais Indv. Gb Riqueza Abundância Shannon_H Simpson_1-D Jardim I (ch. 108) 03 8 32 1.19 0.51 Lamarão 04 6 35 1.33 0.69 Coperbrás 03 11 40 1.51 0.62 Tabatinga (ch. 01) 02 7 10 1.83 0.82 Tabatinga (ch. 90) 03 8 15 1.86 0.81 Rio Preto 03 12 36 1.93 0.79 Jardim II (ch. 79) 02 9 30 1.96 0.84 Rajadinha 04 11 40 2.01 0.82 Cenargen 15 15 49 2.08 0.82 Capão Seco 06 12 54 2.16 0.86 Jardim II (ch. 64) 05 15 88 2.20 0.86 Cariru 19 22 171 2.47 0.89

Comportamento

Foram realizadas 110 observações sobre o comportamento de abelhas de 15 espécies

nas flores de G. barbadense. As três espécies com maior número de observações foram

Augochlora thalia (n = 27), Melissodes nigroaenea (n = 19) e Augochlora esox (n = 18). O

índice de comportamento médio atingiu valor máximo (= 1) apenas para as fêmeas de

quatro espécies – Melissodes nigroaenea, Melissoptila cnecomala, Ptilothrix plumata e

Apis mellifera; atingiu valores intermediários para cinco espécies e foi igual a zero para as

demais espécies (Tabela 2). O comportamento de machos de P. plumata (n = 1), M.

segmentaria (n = 4) e A. thalia (n = 2) foram observados, mas o IC de todos eles foi igual a

zero devido ao fato deles não terem tido contato com o estigma das flores em nenhuma das

visitas observadas.

As fêmeas de Melissodes nigroaenea (Figura 14A), coletaram pólen em 100% das

visitas às flores de G. barbadense e, eventualmente, néctar. Em geral, elas entravam e saíam

das flores caminhando pelas estruturas reprodutivas e tocavam o estigma em todas as

visitas, ao chegar e/ou ao sair da flor. No contato com as anteras, as partes dos seus corpos

que ficaram sujas de pólen foram pernas, dorso e ventre, e o tempo médio de visita foi de

aproximadamente 38 s. Esta espécie foi frequente em G. barbadense de janeiro a maio de

2008, apresentando uma frequência relativa de 0,22 abelhas/ hora. Ela foi observada nas

flores das 8 h às 14 h, com maior abundância entre 10 h e 11 h.

27

No caso de Ptilothix plumata (Figura 14B), o índice máximo de comportamento foi

alcançado apenas pelas fêmeas. O único macho observado não tocou o estigma, sendo

necessárias mais observações para determinar se eles podem atuar ocasionalmente como

polinizadores. Já as fêmeas entraram e saíram pelas estruturas reprodutivas e, ao coletarem

pólen, sujaram principalmente o ventre. O tempo médio de visita (43 s) foi maior que o de

M. nigroaenea e o macho observado permaneceu cerca de 300 s na flor. Os espécimes

foram observados nas flores durante todos os intervalos de coleta e em todos os meses,

exceto de novembro a janeiro.

Foram poucas as observações do comportamento de Apis mellifera nas flores de G.

barbadense (n = 3) mas, nessas poucas visitas, suas operárias sujaram o corpo com pólen,

tocaram o estigma e apresentaram comportamento favorável à polinização. Seu tempo

médio de visita foi de 30 s, inferior aos de P. plumata e M. nigroaenea. Sua freqüência

relativa no levantamento foi baixa (0,05), apesar da espécie ser freqüente nas áreas

amostrais. Suas operárias, entretanto, preferiam outras fontes de alimento, como o picão

(Bidens pilosa – Asteraceae) (Figura 14C), o feijão guandu (Cajanus cajan – Fabaceae) e

até goiabas caídas no chão. Com freqüência, operárias da espécie sobrevoavam as flores,

mas não entravam. A abelha melífera foi observada nas flores de G. barbadense de março a

julho, sendo que, neste último mês, período seco, quando há poucas plantas em flor, muitos

indivíduos foram observados visitando as flores de G. barbadense no campo experimental

do Cenargen.

Fêmeas de Lithurgus huberi tocaram o estigma em 50% das observações, sendo o

seu IC médio igual a 0,5. Elas foram vistas coletando néctar e pólen e foram freqüentes no

levantamento de abril a junho de 2008.

Augochlora thalia (Figura 14D) merece destaque porque foi a espécie mais

frequente em G. barbadense (1,05 abelhas/hora). Na maioria das visitas, suas fêmeas

coletaram pólen e, em 44% das observações (n = 12), entraram em contato com o estigma.

Seu tempo médio de visita às flores foi de 36 s. Ela foi observada durante todo o período de

estudo, exceto no mês de dezembro, quando nenhuma espécie de abelha foi coletada nas

flores.

A segunda espécie mais abundante foi Augochlora esox (0,52 abelhas/hora) (Figura

28

14E). As fêmeas dessa espécie visitaram as flores principalmente para coleta de néctar;

entraram e sairam pelas pétalas e tiveram contato com o estigma em apenas 16,5% das

visitas.

Ceratina cfr. asuncionis foi a terceira espécie mais freqüente (0,51 abelhas/hora),

coletando néctar na maioria da visitas. As fêmeas carregaram pólen no corpo em todas as

vezes que saíram das flores, mas entraram em contato com o estigma em apenas 10% das

observações. Além de fonte de alimento, os algodoeiros podem servir como local de

nidificação para abelhas deste gênero, pois um ninho foi encontrado na propriedade do

Cariru (Sítio 11), em um galho de G. barbadense que havia sido podado (Figuras 14G e H).

A prática de podar os algodoeiros pode ser importante para facilitar a nidificação dessas

espécies que fazem ninhos na medula dos ramos das plantas (Sakagami & Laroca, 1971).

A espécie representada pelo maior número de machos nas flores foi Melitoma

segmentaria (n = 36). Eles foram encontrados com freqüência parados na flor (Figura 14F),

se alimentando de néctar, manipulando o pólen com as mandíbulas e dormindo nas flores.

Nem os machos nem as fêmeas foram vistos tocando o estigma, sendo considerados,

portanto, apenas como pilhadores. Essa espécie foi observada nas flores de fevereiro a

maio, de 9 h às 16 h mas, em maior número, às 12:00 h e 15:00 h.

As demais espécies receberam índice de comportamento igual a zero por não

tocarem o estigma, pois a maioria dos indivíduos de todas as espécies sai da flor com pólen

no corpo, por tocar as anteras e/ou o pólen acumulado nas pétalas das flores. Algumas

espécies como Tetragona clavipes, Diadasina riparia, Melissoptila cnecomala e Dialictus

sp9 tiveram poucas observações de comportamento, não sendo possível afirmar se elas

podem atuar como potenciais polinizadoras ou se são apenas espécies pilhadoras.

A maioria dos espécimes de Dialictus foi coletada sobre as folhas e as brácteas de G.

barbadense e em flores velhas. Também os indivíduos de Rhinocorynura e um exemplar de

Thectochlora brachycera foram observados fora da flor. Essas espécies de Halictidae são

de pequeno tamanho e, possivelmente, coletam néctar dos nectários extraflorais e pólen

residual nas flores velhas, não apresentando características comportamentais de espécies

polinizadoras.

29

Figura 14: Em (A), fêmeas de Melissodes nigroaenea, (B) Ptilothrix plumata, (C) Apis

mellifera e (D e E) Halictidae; em (F), macho de Melitoma segmentaria; (G) entrada do ninho de Ceratina; (H) pupas do ninho de Ceratina em diferentes estádios de desenvolvimento.

A B

C D

E F

G H

D

44mmmm

30

Polinizadores potenciais

Levando-se em conta o IC das 15 espécies cujo comportamento nas flores foi

observado, sete espécies de abelhas apresentaram índice de comportamento (IC) igual a

zero e foram consideradas como espécies pilhadoras (Pi) (Tabela 2). As demais espécies

com IC diferente de zero foram consideradas como polinizadoras potenciais (PP), sendo

elas: Apis mellifera, Melissodes nigroaenea, Melissoptila cnecomala, Ptilothrix plumata,

Ceratina cfr. asuncionis, Augochlora esox, A. thalia, e Lithurgus huberi.

Das oito espécies consideradas como polinizadoras potenciais, as três espécies com

os maiores valores de IP (produto de IC x freqüência relativa) foram A. thalia (IP = 0,46), P.

plumata (IP = 0,35) e M. nigroaenea (IP = 0,22). A espécie A. thalia toca o estigma em

44% das visitas, ao contrário de P. plumata e M. nigroaenea que tiveram contato com o

estigma em 100% das observações. Mas devido a sua alta abundância, a quantidade de

vezes em que A. thalia toca o estigma pode ser maior que P. plumata e M. nigroaenea.

Transporte de pólen de G. hirsutum latifolium Delta Opal para G. barbadense

Comparando as abelhas encontradas em G. barbadense, neste estudo, com as

encontradas em G. hirsutum por Pires e col. (2006) e Cardoso (2008), encontram-se 16

espécies visitantes comuns às flores de ambos os algodoeiros no Distrito Federal. No

entanto, o índice ERTP foi calculado neste trabalho para apenas 13 dessas espécies (Tabela

4). Para Exomalopsis analis e Augochloropsis patens faltaram dados de comportamento em

G. barbadense e para Melitoma segmentaria não há dados de freqüência relativa em G.

hirsutum. Das dezesseis espécies, dez pertencem a Apidae, quatro a Halictidae, uma a

Andrenidae e uma a Megachilidae.

Todas as espécies listadas na Tabela 4 transportam pólen de G. hirsutum latifolium

Delta Opal no corpo em maior ou menor freqüência, sendo que cinco espécies não entraram

em contato com o estigma de G. barbadense. Das 13 espécies, Lithurgus huberi apresentou

a maior capacidade de vôo, com área de forrageamento estimada em aproximadamente

1000 ha, seguida de Apis mellifera e P. plumata.

31

Tabela 4: Espécies de abelhas que ocorreram em Gossypium barbadense e em Gossypium

hirsutum latifolium Delta Opal (Cardoso, 2008) no Distrito Federal e parâmetros utilizados para o cálculo do Índice de Eficiência Relativa de Transporte de Pólen (ERTP): pGh = freqüência com que a espécie carrega pólen de G. hirsutum no corpo; e Gb – freqüência com que a espécie toca o estigma de G. barbadense; raio de vôo (km) utilizado no cálculo da área de forrageamento em hectares; e freqüência relativa da espécie de abelha na espécie de algodão em que ela for menos freqüente.

Espécie pGh e Gb

Capacidade de voo Menor

freqüência ERTP Raio de

voo (Km)

Área de forrag (ha)

Dialictus sp8 * 1.0 0.0 0.1 0.72 0.01 0.00 Paratrigona lineata 0.5 0.0 0.1 2.01 0.18 0.00 Rophitulus sp* 1.0 0.0 0.1 0.72 0.01 0.00 Trigona spinipes 0.1 0.0 0.3 27.56 0.04 0.00 Trigona spinipes (PB) 0.1 0.0 0.3 27.56 0.11 0.00 Ceratina cfr. asuncionis 0.3 0.1 0.2 7.89 0.01 0.00 Ceratina spp. (PB) 0.3 0.1 0.2 7.89 0.01 0.00 Augochlora thalia 1.0 0.4 0.1 0.93 0.05 0.00 Augochlora cfr. esox 1.0 0.2 0.2 7.20 0.04 0.00 Augochlora cfr. esox (PB) 1.0 0.2 0.2 7.20 0.04 0.00 Tetragona clavipes* 1.0 1.0 0.3 27.56 0.01 0.02 Melissoptila cnecomala 1.0 1.0 0.5 87.12 0.02 0.10 Ptilothrix plumata* 1.0 1.0 1.3 497.10 0.04 1.11 Ptilothrix sp (PB)* 1.0 1.0 1.3 497.10 0.04 1.11 Liturgus huberi* 1.0 0.5 1.8 1005.39 0.04 1.12 Liturgus huberi (PB)* 1.0 0.5 1.8 1005.39 0.04 1.12 Apis mellifera 0.8 1.0 1.3 548.44 0.05 1.29 Apis mellifera (PB) 0.8 1.0 1.3 548.44 0.16 3.93 Melissodes nigroaenea 1.0 1.0 1.0 321.93 0.22 3.96 Apis mellifera (valor de referência**) 0.8 1.0 1.3 548.44 3.88 100.00

* Para essas espécies não há dados de carreamento de pólen de G. hirsutum, portanto consideramos como igual a um (1) ** ver material e método

As freqüências relativas das espécies em cada algodoeiro foram plotadas na Figura

15. Nenhuma espécie apresentou freqüência maior que a freqüência média de Apis

mellifera no algodoeiro cultivado em diferentes locais no Brasil (Pires et al, 2006). A

espécie mais abundante em G. barbadense, Augochlora thalia, foi pouco freqüente em G.

hirsutum, e Apis mellifera, a espécie mais freqüente em G. hirsutum latifolium Delta Opal,

foi pouco freqüente em G. barbadense. Das freqüências relativas utilizadas no índice, o

maior valor foi o de Melissodes nigroaenea (0,22 abelhas/hora) seguido de Paratrigona

lineata (0,18 abelhas/hora) e Apis mellifera na Paraíba. O alto valor mínimo de freqüência

relativa de P. lineata não influenciou no seu índice ERTP, pois essa espécie não é

32

polinizadora de G. barbadense. Já os índices da Apis mellifera no Distrito Federal e na

Paraíba mostram o efeito da freqüência relativa da espécie no valor do ERTP e

conseqüentemente nas chances de fluxo gênico.

Das treze espécies analisadas, seis apresentaram ERTP diferente de zero e podem

ser agentes potenciais de transporte de pólen. No Distrito Federal a espécie com maior

potencial para transporte de pólen entre os algodoeiros foi Melissodes nigroaenea e das

espécies analisadas da Paraíba foi Apis mellifera. Comparando o valor de referência

hipótetico de Apis mellifera (ERTP = 100) com as demais espécies, verificamos que ele é

muito superior, indicando uma baixa chance de transporte de pólen entre os dois

algodoeiros através das espécies deste levantamento, nas condições do presente estudo.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Tetragona clavipes

Dialictus sp8

Rophitulus sp

Trigona spinipes

Lithurgus huberi

Ptilothrix plumata

Paratrigona lineata

Ceratina asuncionis

Augochlora esox

Melissodes nigroaenea

Melissoptila cnecomala

Augochlora thalia

Apis mellifera

Frequência de abelhas/hora

Frequência Gb

Frequência Gh

Figura 15: Freqüência de abelhas em G. barbadense (F. Gb) e em G. hirsutum latifolium Delta Opal (FGh). As freqüências em G. hirsutum latifolium Delta Opal foram calculadas a partir dos dados de Cardoso (2008) coletados no Distrito Federal em 2005 e 2006.

33

DISCUSSÃO BIOLOGIA FLORAL

Como observado por outros autores para G. hirsutum e outras Malvaceae (Cardoso,

2008; Gaglianone, 2000), verificou-se, no Distrito Federal, que o período de antese de G.

barbadense varia ao longo das estações, iniciando-se antes do amanhecer no período mais

quente e úmido e progressivamente mais tarde no período mais frio e seco. De qualquer

forma, em uma mesma época, a antese e a abertura das anteras de G. barbadense ocorre

sempre antes das de G. hirsutum. Este fato já foi apontado por Brubaker e col. (1993) como

uma das prováveis causas da assimetria encontrada na introgressão bidirecional entre G.

barbadense e G. hirsutum. Mais alelos de G barbadense têm sido encontrados em G.

hirsutum que o contrário (Brubaker et al 1993; Barroso & Freire, 2003 e autores citados por

eles). Devido a essa separação temporal, os polinizadores, no caso as abelhas, visitariam

primeiro G. barbadense levando o pólen do mesmo para as flores de G. hirsutum, e só

depois é que o fluxo poderia ocorrer no sentido contrário.

Por outro lado, a biologia floral dos dois algodoeiros, associada à atividade dos

polinizadores, pode possibilitar a hibridização entre eles. Há sobreposição nos períodos de

floração das duas espécies, entre março e maio, quando as chances de fluxo polínico entre

os algodoeiros são maiores. Além disto, neste período, é quando há uma maior diversidade

de abelhas nas flores de G. barbadense e G. hirsutum e elas estão mais ativas do meio para

o fim da manhã (Cardoso, 2008; dados do presente trabalho), justamente quando as duas

plantas estão com flores abertas, estigmas receptivos e pólen viável disponível (Richard et

al, 2005; Cardoso, 2008). Essa sobreposição dos períodos de floração ao longo do ano e do

período de antese e disponibilidade de pólen é um aspecto importante na determinação da

intensidade de hibridização entre espécies e variedades de algodoeiros. A separação

temporal da antese e deiscência das anteras entre G. barbadense e G. hirstutum, portanto,

não parece ser um empecilho para que o fluxo de genes ocorra entre eles. Um fator que

pode reduzir a formação de híbridos entre G. barbadense e G. hirsutum são barreiras pré-

zigóticas que conferem vantagem competitiva ao pólen intraespecífico (Pereira, 2008). Mas

mesmo com essa limitação, a formação de sementes híbridas pode ocorrer a uma taxa de

cerca de 24% (Pereira, 2008).

34

SISTEMA REPRODUTIVO

Neste trabalho, constatou-se que G. barbadense é autocompatível, não produz

sementes sem a fecundação dos óvulos, e que a visita dos polinizadores não aumenta a

produção de frutos e sementes. Mesmo depositando uma grande quantidade de pólen no

tratamento de polinização cruzada manual, que simularia a visita do polinizador mais

eficiente, foi verificado que a produção de frutos e sementes não foi maior que nos

tratamentos de autopolinização e polinização natural. O trabalho de Cardoso (2008) obteve

resultado semelhante para G. hirsutum. Mas esses resultados foram diferentes de outros

trabalhos realizados em G. hirsutum e G. barbadense, que mostram aumento de produção

em flores polinizadas naturalmente por abelhas em relação às flores que foram isoladas de

polinizadores (McGregor, 1956; Free, 1970; McGregor, 1976 e autores citados por eles;

Sanchez Junior & Marlebo-Souza, 2004; Melo & Zanella, 2005).

Diante dessas diferenças, é necessário compreender quais os fatores que contribuem

para uma maior produção de frutos e sementes por polinização cruzada. Segundo a

literatura, há uma relação entre a varialibidade genética dos algodoeiros e o aumento de

produção (Free, 1970; McGregor, 1976). E a produção é maior à medida que a abundância

de polinizadores nas flores aumenta (McGregor, 1976 e autores citados por ele). Essa

última afirmação não se aplica para o presente estudo, apesar da abundância das abelhas ter

sido baixa, pois através dos tratamentos de polinização manual verificamos que a produção

de frutos e sementes é igual ao tratamento natural. Se houvesse déficit de polinizadores na

área, o tratamento natural deveria ter produzido menos frutos e sementes.

O resultado obtido neste trabalho, portanto, pode ser conseqüência de uma baixa

variabilidade genética dos algodoeiros utilizados no experimento. A menor variabilidade

genética pode estar relacionada ao pequeno número de indivíduos de G. barbadense

utilizados no experimento e pelo desconhecimento da origem dessas plantas que podem ser

aparentadas. As duas áreas de estudo, Cariru (Sítio 11) e Capão Seco (Sítio 10) pertencem à

proprietários que possuem parentesco e não se pode excluir a possibilidade das sementes

dos algodoeiros serem de um mesmo banco genético. Além disso, no Cariru, a proprietária

plantou sementes de frutos produzidos na propriedade reduzindo a variabilidade genética

das plantas do local.

35

VISITANTES FLORAIS

O levantamento dos visitantes florais de G. barbadense no Distrito Federal

contribuiu para o aumento do total de espécies de abelhas visitantes florais conhecidas

neste algodoeiro no Brasil (Pires et al, 2006), sendo que, de 55 espécies, 21 foram

registradas somente neste levantamento. Entretanto, devido ao menor esforço de coleta em

G. barbadense em nível nacional, sua riqueza é muito menor do que a conhecida em G.

hirsutum (Sanchez Junior & Malerbo-Souza, 2004; Melo & Zanella, 2005; Pires et al,

2006; Silva, 2007; Cardoso, 2008).

No Distrito Federal, no entanto, a riqueza de visitantes florais nos dois algodoeiros

foi semelhante (Pires et al, 2006; Cardoso 2008; dados do presente trabalho), sendo a

diversidade maior em G. barbadense, devido à menor diferença entre a abundância das

espécies mais comuns e as das espécies raras. Por outro lado, a freqüência relativa das

espécies mais comuns em G. barbadense no Distrito Federal foi muito inferior às

freqüências das espécies mais comuns em G. hirsutum e em G. barbadense na Paraíba

(Pires et al, 2006; Cardoso, 2008).

O total de abelhas coletado por hora em G. barbadense no Distrito Federal (4,2

abelhas/hora) foi próximo da média de G. hirsutum (4,85 abelhas/hora) (Pires et al, 2006),

mas muito inferior à freqüência relativa obtida para G. barbadense na Paraíba (19,5

abelhas/hora) (Pires et al, 2006). Com isso, podemos supor que a causa da baixa freqüência

relativa das espécies em G. barbadense no Distrito Federal pode também estar relacionada

a fatores regionais, além de possíveis características biológicas da planta que poderiam

torná-la menos atrativa para as abelhas (Erickson, 1983; Loper & Davis, 1985). A menor

abundância de abelhas no Distrito Federal pode estar relacionada, por exemplo, com a

paisagem que circunda os algodoeiros. Como as propriedades estão próximas de áreas de

pastagens e monoculturas, há pouca vegetação natural e, conseqüentemente, pouca oferta

de substratos de nidificação e recursos alimentares para as espécies.

Na Paraíba, espécies de Ceratina apresentaram as maiores freqüências relativas

(Pires et al, 2006) e, neste trabalho, Ceratina cfr. asuncionis foi a terceira espécie mais

comum em G. barbadense. Foi observado que os algodoeiros além servirem como fonte de

alimento também podem ser utilizados por espécies de Ceratina como substrato de

nidificação (dados do presente trabalho). Elas não escavam orifícios de entrada, mas

36

utilizam o interior do caule das plantas para nidificar (Sakagami & Laroca, 1971). As podas

que os proprietários rurais realizam nos algodoeiros pode ser uma prática importante, pois

ao fazê-lo, o interior dos caules fica exposto, o que facilita a nidificação por essas espécies.

Adaptações morfológicas dos visitantes florais que facilitem a coleta de alimento

podem contribuir para o aumento de suas freqüências nas flores. Um dos grupos mais

abundantes nas flores de G. barbadense, as espécies de Emphorini, é aparentemente

adaptado à coleta de pólen de Malvaceae (Linsley et al, 1958; Schlindwein & Martins,

2000) e há espécies, como P. plumata, consideradas polinizadoras efetivas de espécies de

Malvaceae (Schlindwein & Martins, 2000). Além das fêmeas utilizarem os algodoeiros

para a coleta de pólen, seus machos também podem dormir na flor e utilizar as flores como

local de encontro para cópula (Linsley et al, 1958). A presença constante de espécies como

P. plumata nas flores pode aumentar as chances das mesmas serem agentes de polinização

em G. barbadense.

POLINIZAÇÃO

Com os dados obtidos neste levantamento não pudemos afirmar quais são as

espécies polinizadoras efetivas de G. barbadense, mas através dos dados de comportamento

e freqüência foi possível sugerir oito espécies potencialmente polinizadoras. Dessas oito

espécies, três foram consideradas polinizadoras efetivas de G. hirsutum por outros autores,

sendo elas, Apis mellifera (Free, 1970; McGregor, 1976; Sanchez Junior & Malerbo-Souza,

2004; Melo & Zanella, 2005; Silva, 2007; Cardoso, 2008), Melissoptila cnecomala

(Cardoso, 2008) e Melissodes nigroaenea (Cardoso, 2008). Entretanto, as duas primeiras

espécies, devido à baixa freqüência relativa em G. barbadense, apresentaram um menor

potencial para polinização quando comparadas a Melissodes nigroaenea, na área de

trabalho. Esta e outras duas espécies, Augochlora thalia e Ptilothrix plumata, foram as três

espécies com maior potencial para polinização em G. barbadense. Augochlora thalia

também visita outras espécies de Malvaceae para coleta de néctar e pólen (Gaglionone,

2000) e, como é freqüente nas flores praticamente durante todo o ano, pode ser uma espécie

importante para a polinização deste algodoeiro.

É importante considerar que muitas espécies não tiveram seu comportamento

estudado e, para outras, o número de observações foi pequeno, o que pode subestimar o

37

número de espécies polinizadoras potenciais. Além disso, devido ao pequeno número de

levantamentos realizados em G. barbadense (Pires et al, 2006), é possível que outras

espécies, inclusive de outros gêneros, não coletadas neste trabalho sejam polinizadores

deste algodoeiro em outras regiões do Brasil.

ESPÉCIES COM POTENCIAL PARA FLUXO GÊNICO

No Distrito Federal, a espécie Melissodes nigroaenea apresentou as melhores

condições, de acordo com os parâmetros utilizados no ERTP, para realizar fluxo gênico do

algodoeiro transgênico, pois foi considerada polinizadora eficiente de G. hirsutum e G.

barbadense (Cardoso, 2008; dados deste trabalho), possui raio de vôo maior que um

quilômetro e, entre as espécies observadas neste estudo, apresentou a maior freqüência

mínima nos algodoeiros. Para que ela e outras espécies silvestres, como Lithurgus huberi e

Ptilothrix plumata, promovam o fluxo gênico entre o algodoeiro transgênico e G.

barbadense, basta que essas plantas sejam encontradas, juntamente com vegetação nativa

(fonte de alimento e de substrato para nidificação) dentro do raio de voo dessas espécies.

Para Apis mellifera, a situação é mais simples, já que ela é capaz de nidificar em substratos

artificiais e obter alimento em fontes artificiais, encontrados até em cidades (Baum et al,

2008 e autores citados por ele).

Sabe-se que a distância média de forrageamento para operárias de Apis mellifera é

em torno de 2 km (Seeley, 1985). Entretanto, cerca de 5% das operárias de uma colônia

podem forragear a mais de 6 km da sua colônia, podendo ultrapassar os 10 km de distância

(Visscher apud Seeley, 1985). Portanto, há, ainda, uma chance razoável de fluxo gênico

mediado por Apis mellifera do algodão Bt para o G. barbadense, a longas distâncias, em

períodos de escassez de alimento. Da mesma forma, é possível que as demais espécies

também explorem uma área maior que a estimada aqui, dependendo por exemplo, da

quantidade de recursos disponíveis e da distribuição dos recursos nas paisagem (Collevatti

et al, 2000), aumentando, assim, o risco de carrearem pólen transgênico para G.

barbadense.

Portanto, a proposição de distâncias mínimas entre plantios de algodão transgênico

e plantas ou plantios de G. barbadense e outras espécies/variedades de algodão é uma

alternativa para a contenção de fluxo gênico entre elas. Essas distâncias mínimas, no

38

entanto, podem variar dependendo da fauna de polinizadores presentes e da paisagem local.

No Distrito Federal, por exemplo, a distância de vôo de Melissodes nigroaenea pode ser

utilizada como referência, já na Paraíba, pode-se utilizar o raio de vôo da Apis mellifera.

Em outros locais, onde não há levantamentos, outras espécies podem ser potencialmente

carreadoras de pólen e apresentar maior potencial de vôo que as espécies coletadas neste

levantamento. Este seria o caso das espécies do gênero Centris e Xylocopa que já foram

coletadas em G. hirsutum (Pires et al, 2006). Considerando que há variação na composição

da fauna de polinizadores entre as diferentes regiões de plantio, são necessários estudos

regionais para a proposição de distâncias mais adequadas para cada situação.

Outro fator a ser considerado na proposição de medidas de contenção do fluxo seria

a abundância de cada espécie presente, pois dependendo da freqüência de uma determinada

espécie nos algodoeiros, ela pode ter uma maior ou menor chance de promover o fluxo

gênico. No Distrito Federal, a freqüência de Apis mellifera em G. barbadense foi menor

que na Paraíba (este estudo, Pires et al., 2006). No estado do Mato Grosso, a freqüência

desta abelha em G. hirsutum variou mais de 2500% de local para local (Pires et al, 2006).

Segundo a literatura (Moffet et al, 1975; Eisikowitch e Loper 1984; Loper e De Grandi-

Hoffman 1994), a variação na abundância de A. mellifera nas flores dos algodoeiros é

influenciada pela presença de outras espécies vegetais que podem oferecer recursos mais

atrativos.

A baixa freqüência de Apis mellifera nas flores de G. barbadense já havia sido

observada por McGregor, 1976 e Loper & Davis (1985). Os principais fatores que tornam

as flores de G. barbadense pouco atrativas são a pequena oferta diária de flores, o néctar

pouco concentrado, a presença de altos níveis de gossipol (substância repelente e tóxica

para insetos) e a baixa quantidade de sacarose no néctar floral (McGregor, 1976; Erickson,

1983; Loper e Davis, 1985). Entretanto, esse fato não é suficiente para descartar a

possibilidade dessa espécie promover fluxo gênico de G. hirsutum para G. barbadense pois,

assim como sua freqüência variou em G. hirsutum, ela pode variar em G. barbadense. Em

áreas com pouca oferta de alimento, onde indivíduos de G. barbadense e G. hirsutum

estejam próximos, operárias de Apis mellifera terão condições para realizar fluxo gênico

entre os algodoeiros.

39

A proximidade de áreas de vegetação nativa em relação aos campos cultivados

favorece a maior riqueza e abundância dos polinizadores nas flores (De Marco & Coelho,

2004; Ricketts, 2008). Nos algodoeiros, esse fato foi observado por Freire (apud Barroso &

Freire, 2003). Na avaliação do fluxo gênico do algodoeiro transgênico sobre o algodoeiro

convencional, esse autor verificou que as maiores taxas foram obtidas em áreas mais

próximas de vegetação nativa, de onde partem os polinizadores. Se considerarmos que as

áreas de produção da região Nordeste são menores e mais próximas de áreas com vegetação

natural (Fontes et al, 2006), pode ser que as chances de fluxo gênico mediado pelas abelhas

naquela região sejam maiores que no Distrito Federal e outras regiões do Centro Oeste.

Devido à grande variação regional que pode existir na composição de espécies

potencialmente carreadoras de pólen do algodoeiro cultivado para G. barbadense, não é

possível fazer generalizações sobre a distância mínima a ser resguardada entre esses

algodoeiros no Brasil. Entretanto, pode-se sugerir que ela será, sempre, no mínimo maior

que o raio de vôo de Apis mellifera (cerca de 6 km), considerando que essa espécie ocorre

em todas as regiões do Brasil e esteve presente em G. hirsutum em várias delas (Sanchez

Junior & Malerbo-Souza, 2004; Melo & Zanella, 2005; Pires et al, 2006, Silva, 2007). Por

isto, a criação de A. mellifera nas proximidades dos plantios transgênicos deve ser evitada.

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CONCLUSÕES

• Apesar das diferenças de horário de antese e deiscências das anteras entre G.

barbadense e G. hirsutum, a biologia floral das espécies, associada ao horário de

maior freqüência das abelhas nas flores dão condições para a ocorrência de fluxo de

pólen entre os dois algodoeiros, nos dois sentidos. O período de março a maio é o

mais favorável para a ocorrência de fluxo gênico, no Distrito Federal, pois ambos os

algodoeiros estão floridos e os visitantes florais abundantes.

• G. barbadense é uma planta autocompatível, não produz semente sem fecundação e

a polinização cruzada não aumenta a sua produção de frutos e sementes, nas

condições de estudo, no Distrito Federal.

• A riqueza total de abelhas visitantes florais de G. barbadense neste trabalho foi de

36 espécies, com representantes de todas as famílias presentes no Brasil, sendo mais

representativas as famílias Apidae e Halictidae. As três espécies mais abundantes

foram Augochlora thalia, Augochlora esox e Ceratina cfr. asuncionis.

• As espécies consideradas polinizadoras potenciais de G. barbadense foram:

Augochlora thalia, Melissodes nigroaenea, Ptilothrix plumata, Lithurgus huberi,

Apis mellifera, Melissoptila cnecomala, Augochlora esox e Ceratina cfr. asuncionis,

apresentando as três primeiras um maior potencial para promover polinização.

• Através do índice de eficiência relativa de transporte de pólen, verificou-se que as

espécies com maior potencial de promoção de fluxo gênico de G. hirsutum para G.

barbadense, no Distrito Federal, são: Melissodes nigroaenea, Apis mellifera,

Ptilothrix plumata e Lithurgus huberi.

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