by Luísa Gigante Carvalheiro, Maryse Vanderplanck
and Mercedes M. C. Bustamante
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Brazilian savannas (Cerrado), a hotspot
of biodiversity © Luísa G. Carvalheiro
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Human activities, such as farming and fossil fuel burning, are rapidly increasing environmental
nutrient availability. While the impacts on plants, such as community
composition and nutritional content changes, are better known, the study on how
such effects propagate to higher trophic levels is still mainly focused on
foliar herbivory. Yet, pollinators feed on floral resources (pollen and/or nectar) and can
also be affected by such changes in plant quality. This study reduced
the knowledge gap on how nutrient input affects floral resources, initiating
evidence-building for tropical regions.
We conducted this study in an
experimental area of the Brazilian savannas (Cerrado). In this region, soils are
mostly naturally dystrophic, and natural areas are highly exposed to fertilizer leaching and nitrogen deposition
due to the importance of this region for global food production. We focused on
pollen, the main source of larval diet for bees, an important group of
pollinators. Several amino acids found in pollen affect the development,
health, and behavior of bees. Therefore, a better understanding
of the consequences of nutrient input on pollen amino acid content can help
explain and predict future impacts of global, ongoing changes on bee
populations and diversity.
Pollen of Pavonia rosa-campestris (Malvaceae), a species known to be
important for the diet of several native bee species, was collected from
individual plants growing in parcels that are part of a long-term controlled
fertilization experiment that started in 1998, involving manipulation of
nitrogen (N) and phosphorous (P) levels. We found that ten years after the last fertilization
addition, effects were still detectable on the leaf and pollen chemical content
of P. rosa-campestris. Overall, amino acid (AA) content was
higher in plants growing on parcels subjected to increased N input. Yet, this
increase was not similar across the different AA, and the pollen AA profile was
substantially affected. More specifically, the proportion of isoleucine,
leucine, serine, and threonine increased, while the proportion of cysteine
decreased. As these amino acids can affect larval development and flower visitor behavior,
impacts on floral visitor assembly are expected. Further studies evaluating the
effects on a diverse set of plant species and the consequent impacts on flower
visitation and bee fitness are essential to understand better the full consequences of
increased nitrogen availability in nutrient-limited ecosystems.
Portuguese version:
Efeitos a longo prazo de aumento da disponibilidade
de azoto (nitrogênio) na química do pólen de uma espécie do Cerrado, Pavonia rosa-campestris
As atividades humanas, como a agricultura e a queima de
combustíveis fósseis, estão causando um rápido aumento da disponibilidade de
nutrientes no meio ambiente. Enquanto os impactos sobre as plantas são bem
conhecidos, como os efeitos sobre a composição da comunidade e no conteúdo
nutricional das plantas, o estudo de como tais mudanças se propagam para outros
níveis tróficos focam principalmente em herbívoros foliares. No entanto, os
polinizadores alimentam-se de recursos florais (pólen e/ou néctar) e, portanto,
também podem ser afetados por tais alterações na qualidade nutricional das
plantas. Este estudo reduz a existente
lacuna de conhecimento sobre como o aporte de nutrientes afeta a qualidade dos
recursos florais, iniciando o processo de acúmulo de evidências sobre este
tópico para regiões tropicais.
O estudo foi realizado em uma área experimental do
Cerrado. Neste bioma os solos são naturalmente distróficos e, devido à
importância dessa região para a produção global de alimentos, as áreas naturais
estão altamente expostas à lixiviação de fertilizantes e deposição de
nitrogênio. O estudo foca no pólen, a principal fonte de dieta larval para as
abelhas, um importante grupo de polinizadores. Vários aminoácidos encontrados
no pólen afetam o desenvolvimento, a saúde e o comportamento das abelhas e,
portanto, uma melhor compreensão das consequências da entrada de nutrientes
sobre o conteúdo polínicos de aminoácidos pode ajudar a explicar e prever os
impactos futuros das mudanças globais em curso sobre as populações e a
diversidade de abelhas.
O pólen
de Pavonia rosa-campestris (Malvaceae),
espécie conhecida por ser importante para a dieta de várias espécies de abelhas
nativas, foi coletado de plantas individuais que cresceram em parcelas que
fazem parte de um experimento de adubação controlada de longo prazo iniciado em
1998. Esse experimento envolveu a manipulação de doses de nitrogênio (N) e
fósforo (P). Verificou-se que 10 anos após a última adição de adubação, os
efeitos sobre a química foliar e polínica de P. rosa-campestris ainda eram detetáveis. O teor total de aminoácidos foi maior em pólen de plantas
estabelecidas em parcelas que foram submetidas ao incremento de N. No entanto,
esse aumento não foi semelhante entre os diferentes AA, e o perfil de AA
polínico foi substancialmente afetado. Mais especificamente, a proporção de
isoleucina, leucina, serina e treonina aumentou, enquanto a proporção de
cisteína diminuiu. Como esses aminoácidos podem ter efeitos importantes no
desenvolvimento larval e no comportamento do visitante floral, impactos na
composição das comunidades de visitantes florais são esperados. Novos estudos
avaliando os efeitos em um conjunto diversificado de espécies de plantas e os
consequentes impactos na visitação floral e saúde das abelhas são essenciais
para melhor compreender as consequências do aumento da disponibilidade de
nitrogênio em ecossistemas naturalmente distróficos.