Breeding system variability, pollination biology, and reproductive success of rare Polemonium caeruleum L. in NE Poland

Polemonium caeruleum (Polemoniaceae) represents a very interesting system of compatibility transition. Studies of its biological and ecological properties in the context of the breeding system of various populations may help to understand the evolutionary mechanism of this process. We investigated some aspects of the breeding system, diversity and foraging behavior of the visitors, and relationship between population properties and fruit set in three populations from NE Poland. We found distinct compatibility systems in two studied populations and showed that if a population is self-compatible (SC), selfing is mediated by insects via geitonogamous pollen transfer. Despite the population properties (compatibility, visitor diversity and activity, population size, density, or floral display), P. caeruleum is not pollen limited and pollinators are highly important as a key factor determining the high reproductive success. Visitor assemblages (including key pollinators, bumblebees, and honey bees) and their foraging behavior on inflorescences vary between the populations, which may influence differences in the breeding system. The selfincompatible population was visited by a more diverse group of insects from Hymenoptera, Diptera, Lepidoptera, Heteroptera, and Coeloptera, which may favor effective cross-pollen transfer, whereas the SC population was pollinated mainly by Apis mellifera, which may promote mixed-mating. Studies on a wider range of P. caeruleum populations are needed to determine selective factors responsible for compatibility transition.

U wielosiłu błękitnego, Polemonium caeruleum obserwuje się zróżnicowanie systemu samozgodności w różnych populacjach. Badania dotyczące właściwości populacji tego gatunku w kontekście jego potencjału systemu rozrodu są niezbędne w zrozumieniu ewolucyjnego mechanizmu tego procesu. W trzech populacjach P. caeruleum zlokalizowanych w płn.-wsch. Polsce analizowano system rozrodu, różnorodność i aktywność owadów wizytujących kwiaty wielosiła oraz relacje pomiędzy właściwościami populacji a sukcesem reprodukcyjnym. W populacjach stwierdzono odmienny system samozgodności. W populacji samozgodnej, samozapłodnienie może nastąpić jedynie przy udziale wektorów zewnętrznych, na drodze geitonogamii. Niezależnie od właściwości populacji (samozgodności lub samoniezgodności, różnorodności i aktywności owadów wizytujących, wielkości populacji, zagęszczenia oraz wielkości wystawy kwiatowej) P. caeruleum nie jest limitowany dostępnością zapylaczy. Zapylacze stanowią kluczowy czynnik kształtujący wysoki sukces reprodukcyjny we wszystkich badanych populacjach. Zespoły owadów wizytujących kwiaty wielosiłu (włączając w to również kluczowych zapylaczy jakimi są trzmiele i pszczoły) oraz ich aktywność na kwiatostanie różnią się pomiędzy populacjami, co wpływa na odmienny wzorzec realizowanego systemu rozrodu. Stwierdzono, że populacja samoniezgodna była wizytowana przez różnorodne owady należące do Hymenoptera, Diptera, Lepidoptera, Heteroptera i Coeloptera, których zachowanie mogło efektywnie realizować zapłodnienie krzyżowe. Z kolei populacja samozgodna była obsługiwana głównie przez Apis mellifera, której behawior mógł promować mieszany system rozrodu. Przedstawione w pracy wyniki mają charakter badań wstępnych. W celu ustalenia, które czynniki selekcyjne są odpowiedzialne za zmienność systemu samozgodności w różnych populacjach P. caeruleum konieczne są dalsze badania w większej liczbie populacji.