Reproductive Biology of Australian acacias in Portugal

Abstract

O tipo de sistema reprodutivo das plantas e as suas características reprodutivas desempenham um papel chave no processo de invasão por plantas exóticas. Uma reprodução bem-sucedida é fundamental para o estabelecimento de populações viáveis e capazes de se expandirem. Foi teorizado que as plantas auto-compatíveis têm vantagem no estabelecimento de populações em novas áreas porque a reprodução é menos restrita, quer pelo tamanho da população quer pela disponibilidade de polinizadores. As acácias australianas estão entre as plantas invasoras mais difundidas, sendo conhecidos e bem estudados os seus impactos negativos que provocam uma alteração na estrutura e funcionamento dos ecossistemas. Estas espécies podem provocar a homogeneização ecológica e uma redução da biodiversidade. São por isso excelentes modelos para o estudo das invasões biológicas e podem ajudar a explorar os determinantes e as dinâmicas da invasão. As acácias australianas são geralmente consideradas como as plantas mais problemáticas e invasoras em Portugal. Tendo em conta a área ocupada e o impacto causado sobre os ecossistemas nativos as mais agressivas são: a Acacia dealbata, A. longifolia, A. melanoxylon e A. saligna. Sendo a reprodução um mecanismo essencial para o estabelecimento das espécies exóticas, existe um total desconhecimento sobre a biologia da reprodução destas espécies nas áreas invadidas. Na área de distribuição natural, estas espécies são auto-incompatíveis e têm uma preferência clara pela polinização cruzada. Neste estudo, as características florais, o sistema reprodutivo e a performance da descendência (sementes e plântulas) foram caracterizados em populações naturais na área invadida para as quatro espécies de acácia. Diferentes tratamentos de polinização envolvendo a exclusão dos polinizadores, a polinização suplementar, e autofecundação obrigatória, foram realizados para avaliar a auto-incompatibilidade e a limitação de pólen. A produção de frutos e sementes, o peso das sementes e a sua capacidade de germinação, e o crescimento das plântulas foram avaliados para os diferentes tratamentos. Os resultados deste trabalho mostram que as diferentes espécies de Acacia têm diferentes investimentos na produção de unidades reprodutivas (flores) e diferente sucesso reprodutivo natural. A A. dealbata apresentou um maior investimento na produção massiva de flores e um maior sucesso reprodutivo natural. Este resultado pode explicar, parcialmente, o facto de esta ser a mais agressiva de todas as espécies invasoras estudadas em Portugal. Uma estratégia reprodutiva diferente, a andromonoicia, foi encontrada para a A. melanoxylon, contrastando com as outras espécies que são na sua maioria hermafroditas. Todas as espécies revelaram ser parcialmente auto-compatíveis, embora haja uma grande variabilidade entre os diferentes indivíduos. O sistema reprodutivo destas espécies é caracterizada por um baixo vingamento do fruto e, consequentemente, um grande desperdício dos recursos investidos na produção de flores. A produção de sementes pode ser limitada pela disponibilidade de recursos e factores ambientais. A. dealbata e A. longifolia mostraram sofrer de limitação de pólen. A origem do pólen pode afectar o sucesso da descendência, causando uma menor viabilidade para a descendência obtida por autofertlização em A. dealbata e A. melanoxylon. No entanto, para A. saligna, a espécie mais auto-compatível, verificou-se que a descendência produzida por autofertilização tem o mesmo vigor que a obtida nos tratamento de polinização cruzada. Apesar do sucesso reprodutivo baixo, as diferentes espécies de acácias obtêm uma grande produção de sementes. Assim, as acácias australianas mostram uma baixa eficiência na utilização dos recursos, mas uma reprodução eficiente capaz de formar um prolífico banco de sementes. O conhecimento da biologia reprodutiva de acácias australianas invasoras pode contribuir para o seu controlo eficaz. Estudos, como os de previsão dos impactos da introdução de novas espécies e os de avaliação dos danos causados por espécies invasoras devem considerar o seu sistema reprodutivo.

Reproductive traits play a key role in the invasion by exotic plants because successful reproduction is fundamental for the establishment of self-replacing populations. It has been theorized that self-compatible plants have an advantage for a successful establishment in a new range because reproduction is less constrained by population size and pollinator availability. Australian Acacias are among the most widespread invasive plants and have negative impacts in ecosystems structure and functioning, triggering ecological homogenization and reducing biodiversity. Thus, they are excellent models to study the biological invasions and explore the determinants of invasiveness. In Portugal, Australian Acacias can be considered as the most problematic and widespread invasive plants, considering the area occupied, aggressiveness and impact on native ecosystems and among them are Acacia dealbata, Acacia longifolia, Acacia melanoxylon and Acacia saligna. Even thought reproductive success is an essential factor in the colonization of new areas and long-term establishment of viable populations, no information, on any aspects of their reproductive biology was available in Portugal. In the native range, these species are mostly self-incompatible and have a clear tendency for outcrossing. In this study, floral traits, breeding system and reproductive outcome were characterized in natural populations from the invaded range for the four Acacia species. Hand pollination experiments, involving pollinator exclusion, supplementary pollination, and obligate selfing were carried to assess self-incompatibility and pollen limitation. Fruit and seed set, seed mass and germinability, and seedling growth were evaluated for self- and cross-pollination treatments. The results of this work show that the different Acacia species have different investments in the production of reproductive units (flowers) and in natural reproductive success. The massive flower production and the highest natural reproductive success of A. dealbata can partially explain why it is the most aggressive invader of all the studied species in Portugal. A different reproductive strategy, andromonoecy, was found in A. melanoxylon, contrasting with the other species that are mostly hermaphroditic. All species revealed to be partially self-compatible, although there is a high variability between individual trees. The reproductive system of these species is characterized by a low fruit set and, consequently, a great sacrifice of floral resources. Seed production is likely to be limited by resources availability and environmental factors. A. dealbata and A. longifolia suffered from pollen limitation. The origin of pollen may affect offspring success with self-progeny having lower viability in A. dealbata and A. melanoxylon. However, A. saligna, the most self-compatible species, has a self-progeny as fit as the outcross-progeny. Despite their low reproductive success, they achieved a great production of seeds due to their massive flower production. Hence, Australian Acacias showed a low efficiency in the use of resources but a successful reproduction capable of providing a prolific seed bank. The knowledge of the reproductive biology of invasive Australian Acacias is fundamental to help in their effective control and should be included in screening protocols for predicting invasiveness.