5
(Beattie et al. 1984, Cushman dan Beattie 1991, Galen 1999), pelecehan terhadap
pengunjung bunga lainnya (Tsuji et al. 2004, Ness 2006), pembelajaran penghindaran oleh pengunjung bunga sebagai respons terhadap isyarat penciuman yang dihasilkan oleh semut (Ballantyne dan Willmer 2012 ), dan eksploitasi atau perubahan sumber daya tumbuhan (Irwin et al. 2001, Lach 2008a, de Vega dan Herrera 2013). Namun, kunjungan semut ke bunga dalam kondisi tertentu dapat memberikan manfaat bagi tanaman. Selain kasus yang jarang terjadi yang melibatkan penyerbukan yang dimediasi (Gómez et al.
1996, de Vega dan Herrera 2013), semut dapat berinteraksi dengan pengunjung bunga lain dengan cara yang menghalangi pengunjung bunga yang tidak efektif dan mendukung penyerbuk yang efektif (Gonzálvez et al. 2013) atau berpotensi meningkatkan komponen kebugaran tanaman jantan dengan meningkatkan transfer serbuk sari (Traveset dan Richardson 2006). Mengingat banyaknya kunjungan semut ke bunga, nampaknya mengejutkan bahwa relatif sedikit penelitian yang menyelidiki secara rinci bagaimana fenomena ini mempengaruhi reproduksi tanaman (Ashman dan King 2005, Galen dan Geib 2008).
Efek kunjungan semut ke bunga dapat diperkuat ketika semut berinteraksi dengan embun madu.
menghasilkan serangga, yang biasanya mengubah perilaku, aktivitas, dan kelimpahan semut lokal pada tanaman. Honeydew merupakan sumber daya yang sangat menarik bagi banyak spesies semut (Way 1963, Völkl et al. 1999, Engel et al. 2001), dan semut yang menyukai serangga penghasil honeydew biasanya akan memakan (atau mengusir) serangga lain, seringkali secara tidak langsung. manfaat tanaman inang (Styrsky dan Eubanks 2007). Meskipun serangga penghasil madu berpotensi mengalihkan perhatian semut dari bunga dengan cara yang serupa dengan yang diusulkan untuk nektar
ekstrafloral (Wagner dan Kay 2002), peningkatan kunjungan semut ke bunga mungkin lebih umum terjadi (Lach 2007). Meskipun interaksi antara semut dan serangga penghasil madu tersebar luas dan mencolok, hanya sedikit penelitian eksperimental yang
60
6
Dalam penelitian ini kami memanipulasi interaksi semut-kutu di kapas dataran tinggi (Gossypium
hirsutum) untuk mengetahui apakah interaksi ini mempengaruhi kunjungan bunga oleh semut, perilaku pengunjung bunga selain semut, dan kinerja reproduksi tanaman. Kami fokus pada semut Argentina (Linepithema humile), yang umumnya mencari makan nektar bunga (Lach 2007, 2008ab), dan kutu daun kapas (Aphis gossypii), yang memberikan embun madu kepada semut sehingga melindungi kutu daun dari musuhnya (Kaplan dan Eubanks 2005 , Powell dan Silverman 2010, Styrsky dan Eubanks 2010). Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa interaksi antara kutu daun kapas dan semut api impor merah (Solenopsis invicta) meningkatkan reproduksi kapas karena semut api
memakan herbivora non-kutu yang lebih merusak kapas dibandingkan kutu daun (Styrsky dan Eubanks 2010). Namun Solenopsis invicta jarang mencari makan di bunga kapas (M.D.
Eubanks, pers.comm.). Peralihan identitas mitra mutualis (yaitu, dari S. invicta ke L.
humile) memberikan peluang potensial untuk menguji bagaimana interaksi semut-kutu mempengaruhi reproduksi tanaman melalui kunjungan bunga oleh semut. Interaksi negatif antara semut Argentina dan pengunjung bunga lainnya dapat mempengaruhi reproduksi kapas karena kunjungan penyerbuk meningkatkan produksi benih kapas, dan penyerbukan yang tidak efektif dapat mengakibatkan perkembangan buah yang tidak normal dan
penurunan hasil (Delaplane dan Mayer 2000). Selain itu, penyerbukan lebah (Waller et al.
1985), terutama oleh lebah madu (Rhodes 2002) dan lebah (Berger et al. 1988, Van Deynze et al. 2005), dapat meningkatkan reproduksi kapas hingga 38 persen (Delaplane dan Mayer 2000).
Dalam studi lapangan selama tiga tahun, kami memanipulasi kelimpahan kutu daun di kapas untuk menguji bagaimana cara melawan penyakit.
Interaksi kutu daun mempengaruhi (1) kunjungan bunga oleh semut, (2) durasi kunjungan pengunjung bunga lainnya (terutama lebah), dan (3) dua ukuran produksi benih per
tanaman (jumlah benih dan massa benih). Sepengetahuan kami, ini adalah studi pertama ...
7
interaksi yang ada di mana-mana antara semut dan serangga penghasil madu (Way 1963, Hölldobler dan Wilson 1990, Davidson et al. 2003) dan kemampuan interaksi ini untuk mempengaruhi komposisi dan struktur jaring makanan pada tanaman (Wimp dan Whitham 2001, Styrsky dan Eubanks 2007), implikasi dari penelitian kami meluas ke berbagai spesies tanaman yang bergantung pada penyerbukan yang dimediasi oleh hewan. Secara umum, eksperimen ini memberikan pengujian baru mengenai kapasitas interaksi spesies positif dalam memberikan efek di luar mutualisme itu sendiri (Bruno dkk. 2003).
Metode
Selama tiga musim lapangan (2011-2013), kami memanipulasi kelimpahan kutu daun kapas pada tanaman kapas di hadapan semut Argentina di Stasiun Lapangan Biologi UC San Diego (32° 53' 12" LU, 117° 13' 48" W) . Setiap tahun kami menggunakan kultivar kapas komersial Roundup Ready™ (DP167RF) (diperoleh dari M.D. Eubanks, Texas A&M University). Rincian percobaan yang dilakukan sedikit berbeda setiap tahunnya (lihat deskripsi percobaan terpisah dan Tabel 1), namun semua tanaman kapas diperlakukan sebagai berikut. Setiap tahun, kami mengecambahkan benih kapas dan menanam bibit dalam pot di rumah kaca selama tiga minggu. Kami mengurutkan tanaman berdasarkan ukuran dan menugaskan bibit ke salah satu dari dua perlakuan dengan kepadatan kutu (kepadatan kutu tinggi atau kepadatan kutu rendah) secara bergantian sehingga setiap kelompok perlakuan dimulai dengan distribusi bibit dengan ukuran yang sama. Pada tahun 2011 dan 2012, kami kemudian menanam seluruh bibit (n = 80 pada tahun 2011; n = 50 pada tahun 2012) di tanah. Kami menyelingi bibit secara spasial sehubungan dengan perlakuan kepadatan kutu dalam kotak berukuran 1 mx 1 m. Tanaman dipupuk satu kali (dengan NPK 5:1:2; lihat Tewolde et al. 2009) dan disiram dengan 10 liter air setiap minggunya. Pada tahun 2013 kami menanam tanaman (n = 70) dalam pot di rumah kaca sampai tanaman tersebut hampir mekar, kemudian kami memindahkan sebagian
tanaman dalam pot tersebut (n = 60) ke lahan di 110
Sistem studi
8
konfigurasi spasial yang digunakan untuk tanaman pada tahun 2011 dan 2012. Sisa (n = 10) dari tanaman pot tahun 2013 disimpan di rumah kaca untuk menguji bagaimana kutu daun herbivora mempengaruhi total produksi benih untuk tanaman yang melakukan penyerbukan dengan tangan.
Tanaman yang diberi perlakuan dengan kepadatan kutu daun yang tinggi diinokulasi dengan kutu daun kapas pada awalnya musim ini. Inokulasi kutu daun tambahan dilakukan sesuai kebutuhan untuk memastikan bahwa tanaman yang diberi perlakuan dengan kepadatan kutu tinggi dapat
mempertahankan jumlah kutu daun yang relatif besar (biasanya lebih dari 25 kutu daun per daun; lihat (Kaplan dan Eubanks 2005)) selama masa percobaan. Kutu daun secara alami menghuni tanaman kapas pada perlakuan dengan kepadatan kutu yang rendah, dan tanaman dalam kelompok perlakuan ini diperiksa setiap minggu (atau lebih sering sesuai kebutuhan) untuk mencari kutu daun, yang mana
daun disikat secara manual. Perawatan dipertahankan sepanjang musim, dan tanaman tertentu dipangkas agar tidak menyentuh tanaman di sekitarnya.
Kami mengambil sampel kelimpahan semut dan kutu daun pada setiap tanaman seminggu sekali setelah tanaman dibawa ke lapangan (Kaplan dan Eubanks 2005),
melakukan sensus lengkap terhadap seluruh daun (2011, 2013) atau sebagian dari enam daun (2012) per tanaman. Kami mengenakan sarung tangan lateks selama seluruh survei dan berganti-ganti perlakuan saat kami mengambil sampel (yaitu, untuk meminimalkan bias yang mungkin timbul dari perubahan jangka pendek dalam jumlah semut). Setelah sensus mingguan dilakukan pada setiap tanaman, kami mempertahankan perlakuan kutu daun seperti yang dijelaskan pada paragraf sebelumnya. Untuk memperkirakan
kelimpahan semut dan kutu daun pada masing-masing tanaman, kami menghitung rata- rata kelimpahan setiap jenis serangga selama periode pengamatan mingguan. Untuk penghitungan kelimpahan rata-rata waktu ini, periode pengamatan mingguan dimulai ketika bunga kapas pertama kali muncul dan berakhir pada akhir periode mekarnya.
135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156
9
n = 4 untuk tahun 2013), namun kelimpahan semut dan kutu daun selalu diperkirakan dalam interval waktu yang sama untuk semua tanaman pada tahun tertentu.
Jumlah rata-rata waktu kelimpahan kutu daun per tanaman berbeda antar perlakuan kepadatan kutu (Lampiran A; ANOVA dua arah: kelompok perlakuan kutu F1,174 = 4,08, p
= 0,045; tahun F1,174 = 2,37, p = 0,12; interaksi F1 ,174 = 2,47, p = 0,12). Pada tahun tertentu, tanaman yang diberi perlakuan dengan kepadatan kutu daun rendah memiliki rata-rata kepadatan kutu daun kurang dari 18 persen dibandingkan tanaman yang diberi perlakuan dengan kepadatan kutu daun tinggi (Lampiran A). Meskipun pemusnahan kutu daun mengurangi jumlah kutu daun, kelimpahan kutu daun pada masing-masing tanaman bervariasi sepanjang musim baik pada perlakuan kepadatan maupun pada setiap tahun penelitian (Lampiran A). Variasi ini kemungkinan besar disebabkan oleh pertumbuhan populasi yang pesat dan penyebaran antar tanaman, yang keduanya merupakan ciri khas kutu daun kapas (Lombaert dkk. 2006). Menyadari bahwa menggabungkan data
kelimpahan kutu daun ke dalam dua kelompok eksperimen mengabaikan variasi
substansial dalam kelimpahan kutu daun di masing-masing kelompok eksperimen, kami mengambil pendekatan statistik yang lebih kuat dengan menggunakan regresi (Cottingham dkk. 2005). Oleh karena itu, kami memperlakukan kelimpahan kutu daun rata-rata waktu sebagai variabel independen yang berkelanjutan tetapi pada semua gambar menunjukkan perlakuan kepadatan kutu pada masing-masing ulangan.
Kami menggunakan model linier umum (GLM) untuk menguji (1) pengaruh kutu daun terhadap kelimpahan semut, (2) pengaruh interaksi semut-kutu pada durasi kunjungan pengunjung bunga lain, dan (3) pengaruh semut- interaksi kutu daun pada reproduksi benih kapas. Kami menggunakan fungsi tautan Poisson untuk GLM ini karena data kami
menunjukkan kemiringan positif yang kuat dan karena ini merupakan distribusi yang sesuai untuk data penghitungan (Quinn dan Keough 2002). Kecuali dinyatakan lain, masing- masing tanaman (atau serangga di dalamnya) mewakili unit percobaan dalam semua analisis. Semua analisis statistik dilakukan di R (R Core Development Team 2012;
157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179
10
measure of model fit, we provide Efron’s pseudo-R2 for the main analyses; this statistic is the squared correlation between the predicted and actual values in a GLM (Efron 1978). Although there is no direct equivalent in a GLM framework for the R2 statistic from a simple linear
regression, larger values of Efron’s pseudo-R2 indicate a better model fit and values are bounded by 0 and 1.
In each field season we determined how the interaction between ants and aphids affected the degree of floral visitation by the Argentine ant. Methods used to estimate ant and aphid
abundances are described in the previous section. To estimate floral visitation by the Argentine ant, we made instantaneous counts of the number of ants per flower (averaged across open flowers on each plant) during weekly censuses of ants and aphids; sample sizes for these surveys are listed in Table 1. We used time-averaged counts to estimate floral visitation by the Argentine ant on individual plants over the course of each season. Time-averaged estimates equal the mean abundance of ants per flower per plant across weekly observation periods. For these time-
averaged counts, weekly observation periods began when plants produced their first flower and ended when we harvested plants to estimate total seed production per plant. For each year separately, we used GLMs to compare time-averaged means of (1) per plant ant abundance versus per plant aphid abundance, and (2) mean ant abundance in flowers versus per plant ant abundance. In the first analysis, we treat ant abundance as a dependent variable because it was unmanipulated (unlike aphid abundance) but recognize that the presence of ants likely influenced aphid abundance. In the second analysis, we consider ant abundance in flowers to be a dependent variable because the number of ants present on all of the leaves on a plant always greatly
exceeded the number of ants in its flowers.
180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202
Effects of aphids on ant abundance
10
ukuran kesesuaian model, kami menyediakan pseudo-R2 Efron untuk analisis utama;
Statistik ini adalah korelasi kuadrat antara nilai prediksi dan nilai aktual dalam GLM (Efron 1978). Meskipun tidak ada persamaan langsung dalam kerangka GLM untuk statistik R2 dari regresi linier sederhana, nilai pseudo-R2 Efron yang lebih besar menunjukkan kecocokan model yang lebih baik dan nilai dibatasi oleh 0 dan 1.
Pada setiap musim tanam, kami menentukan bagaimana interaksi antara semut dan kutu daun mempengaruhi tingkat kunjungan bunga oleh semut Argentina. Metode yang
digunakan untuk memperkirakan kelimpahan semut dan kutu daun telah dijelaskan di bagian sebelumnya. Untuk memperkirakan kunjungan semut Argentina ke bunga, kami menghitung secara instan jumlah semut per bunga (rata-rata di seluruh bunga terbuka di setiap tanaman) selama sensus mingguan semut dan kutu daun; ukuran sampel untuk survei ini tercantum pada Tabel 1. Kami menggunakan penghitungan rata-rata waktu untuk memperkirakan kunjungan bunga oleh semut Argentina pada masing-masing tanaman selama setiap musim. Perkiraan rata-rata waktu sama dengan rata-rata
kelimpahan semut per bunga per tanaman selama periode pengamatan mingguan. Untuk penghitungan rata-rata waktu ini, periode observasi mingguan dimulai saat tanaman menghasilkan bunga pertama dan berakhir saat kami memanen tanaman untuk
memperkirakan total produksi benih per tanaman. Untuk setiap tahun secara terpisah, kami menggunakan GLM untuk membandingkan rata-rata waktu (1) kelimpahan semut per tanaman versus kelimpahan kutu daun per tanaman, dan (2) rata-rata kelimpahan semut di bunga versus kelimpahan semut per tanaman. Pada analisis pertama, kami memperlakukan kelimpahan semut sebagai variabel terikat karena variabel tersebut tidak dapat dimanipulasi (tidak seperti kelimpahan kutu daun), namun kami menyadari bahwa keberadaan semut kemungkinan besar memengaruhi kelimpahan kutu daun. Pada analisis kedua, kami menganggap kelimpahan semut di bunga sebagai variabel terikat karena jumlah semut di seluruh daun suatu tanaman selalu melebihi jumlah semut di bunganya.
202
Pengaruh kutu daun terhadap kelimpahan semut
10
ukuran kesesuaian model, kami menyediakan pseudo-R2 Efron untuk analisis utama;
Statistik ini adalah korelasi kuadrat antara nilai prediksi dan nilai aktual dalam GLM (Efron 1978). Meskipun tidak ada persamaan langsung dalam kerangka GLM untuk statistik R2 dari regresi linier sederhana, nilai pseudo-R2 Efron yang lebih besar menunjukkan kecocokan model yang lebih baik dan nilai dibatasi oleh 0 dan 1.
Pada setiap musim tanam, kami menentukan bagaimana interaksi antara semut dan kutu daun memengaruhi tingkat kunjungan semut Argentina ke bunga. Metode yang digunakan untuk memperkirakan kelimpahan semut dan kutu daun telah dijelaskan di bagian
sebelumnya. Untuk memperkirakan kunjungan semut Argentina ke bunga, kami
menghitung secara instan jumlah semut per bunga (rata-rata di seluruh bunga terbuka di setiap tanaman) selama sensus mingguan semut dan kutu daun; ukuran sampel untuk survei ini tercantum pada Tabel 1. Kami menggunakan penghitungan rata-rata waktu untuk memperkirakan kunjungan bunga oleh semut Argentina pada masing-masing tanaman selama setiap musim. Perkiraan rata-rata waktu sama dengan rata-rata
kelimpahan semut per bunga per tanaman selama periode pengamatan mingguan. Untuk penghitungan rata-rata waktu ini, periode observasi mingguan dimulai saat tanaman menghasilkan bunga pertama dan berakhir saat kami memanen tanaman untuk
memperkirakan total produksi benih per tanaman. Untuk setiap tahun secara terpisah, kami menggunakan GLM untuk membandingkan rata-rata waktu (1) kelimpahan semut per tanaman versus kelimpahan kutu daun per tanaman, dan (2) rata-rata kelimpahan semut di bunga versus kelimpahan semut per tanaman. Pada analisis pertama, kami memperlakukan kelimpahan semut sebagai variabel terikat karena variabel tersebut tidak dapat dimanipulasi (tidak seperti kelimpahan kutu daun), namun kami menyadari bahwa keberadaan semut kemungkinan besar memengaruhi kelimpahan kutu daun. Pada analisis kedua, kami menganggap kelimpahan semut di bunga sebagai variabel terikat karena jumlah semut di seluruh daun suatu tanaman selalu melebihi jumlah semut di bunganya.
202
Pengaruh kutu daun terhadap kelimpahan semut
10
ukuran kesesuaian model, kami menyediakan pseudo-R2 Efron untuk analisis utama;
Statistik ini adalah korelasi kuadrat antara nilai prediksi dan nilai aktual dalam GLM (Efron 1978). Meskipun tidak ada persamaan langsung dalam kerangka GLM untuk statistik R2 dari regresi linier sederhana, nilai pseudo-R2 Efron yang lebih besar menunjukkan kecocokan model yang lebih baik dan nilai dibatasi oleh 0 dan 1.
Pada setiap musim tanam, kami menentukan bagaimana interaksi antara semut dan kutu daun memengaruhi tingkat kunjungan semut Argentina ke bunga. Metode yang digunakan untuk memperkirakan kelimpahan semut dan kutu daun telah dijelaskan di bagian
sebelumnya. Untuk memperkirakan kunjungan semut Argentina ke bunga, kami
menghitung secara instan jumlah semut per bunga (rata-rata di seluruh bunga terbuka di setiap tanaman) selama sensus mingguan semut dan kutu daun; ukuran sampel untuk survei ini tercantum pada Tabel 1. Kami menggunakan penghitungan rata-rata waktu untuk memperkirakan kunjungan bunga oleh semut Argentina pada masing-masing tanaman selama setiap musim. Perkiraan rata-rata waktu sama dengan rata-rata
kelimpahan semut per bunga per tanaman selama periode pengamatan mingguan. Untuk penghitungan rata-rata waktu ini, periode observasi mingguan dimulai saat tanaman menghasilkan bunga pertama dan berakhir saat kami memanen tanaman untuk
memperkirakan total produksi benih per tanaman. Untuk setiap tahun secara terpisah, kami menggunakan GLM untuk membandingkan rata-rata waktu (1) kelimpahan semut per tanaman versus kelimpahan kutu daun per tanaman, dan (2) rata-rata kelimpahan semut di bunga versus kelimpahan semut per tanaman. Pada analisis pertama, kami memperlakukan kelimpahan semut sebagai variabel terikat karena variabel tersebut tidak dapat dimanipulasi (tidak seperti kelimpahan kutu daun), namun kami menyadari bahwa keberadaan semut kemungkinan besar memengaruhi kelimpahan kutu daun. Pada analisis kedua, kami menganggap kelimpahan semut di bunga sebagai variabel terikat karena jumlah semut di seluruh daun suatu tanaman selalu melebihi jumlah semut di bunganya.
202
Pengaruh kutu daun terhadap kelimpahan semut
11 Pengaruh interaksi semut-kutu pada aktivitas pengunjung bunga
tan
ggal Untuk mengukur pengaruh interaksi antara kutu daun kapas dan semut Argentina terhadap durasi kunjungan serangga ke bunga selain semut, kami melakukan 324 survei kunjungan bunga (mencakup total 7.562 menit pengamatan) dari tahun 2011 hingga 2013. Tabel 1 mencantumkan jumlah survei individu dilakukan setiap tahunnya. Untuk setiap tanaman pada setiap survei, kami mencatat jumlah semut yang ada di bunga fokus, jumlah dan identitas pengunjung bunga lainnya, dan durasi kunjungan non-semut selama 2 menit (2011) atau 10 menit (2012). -2013) interval. Pada tahun 2013, sebagian survei
berlangsung selama 120 menit; subset ini dibagi secara merata ke seluruh tanaman di dua kutu daun.
perawatan kepadatan. Survei kunjungan bunga selalu dilakukan antara tahun 1000 dan 1500 dan diselingi dengan perlakuan kepadatan kutu daun secara bergantian. Setiap tahunnya, survei juga dilakukan pada periode berbunga kapas selama kurang lebih satu bulan di lokasi penelitian kami. Setiap tanaman kapas biasanya memiliki sejumlah kecil (1- 3) bunga yang mekar pada satu waktu. Perkiraan kunjungan bunga oleh semut didasarkan pada jumlah total semut yang ada di dalam bunga ketika pengunjung bunga lainnya hadir.
Penghitungan ini secara akurat mencerminkan tingkat kunjungan semut ke masing-masing bunga karena dua alasan: (1) pekerja semut biasanya memasuki bunga, memakan nektar dalam waktu singkat (0-2 menit) dan kemudian keluar (seringkali dengan suara yang jelas).
gaster buncit), dan (2) jumlah semut yang mengunjungi bunga relatif sedikit.
Kami menggunakan data survei kunjungan bunga yang dijelaskan pada paragraf sebelumnya untuk mengujinya
apakah durasi kunjungan lebah dan serangga lainnya berhubungan dengan jumlah semut Argentina di bunga. Pertama, kami menggunakan GLM untuk menguji hubungan antara jumlah semut di bunga (seperti dijelaskan di paragraf sebelumnya) dan durasi kunjungan individu ke bunga (n = 146) oleh non-semut. Kami melakukan GLM kedua untuk menguji hubungan antara jumlah semut di bunga dan durasi kunjungan lebah madu (Apis mellifera)
12
titik mewakili durasi kumulatif semua kunjungan bunga ke bunga unik, dan survei tanpa pengunjung non-semut dimasukkan sebagai angka nol. Pengamatan sesekali terhadap kunjungan bunga dari tanaman yang sama (tetapi ke bunga yang berbeda) dirata-ratakan untuk tanaman tersebut, dan rata-rata ini digunakan sebagai titik data. Terakhir, kami menggunakan analisis tabel kontingensi untuk membandingkan jenis pengunjung bunga (lebah vs. lalat) yang biasa muncul pada tanaman kapas dalam dua perlakuan dengan kepadatan kutu daun.
Untuk menentukan apakah interaksi semut-kutu mempengaruhi reproduksi tanaman, kami mengevaluasi bagaimana produksi benih (jumlah total benih, massa benih individu) berubah seiring dengan banyaknya kutu daun. Untuk memperkirakan alokasi reproduksi masing-masing tanaman setiap tahunnya (yaitu jumlah bunga dan buah kapas yang dihasilkan per tanaman), kami memanen dan mengeringkan buah kapas yang dihasilkan oleh setiap tanaman pada akhir setiap musim tanam. Kami kemudian menghitung jumlah benih per buah (dan dari data tersebut dihitung jumlah benih yang dihasilkan per tanaman) dan memperkirakan massa benih yang dihasilkan per buah. Perkiraan massa benih
kemudian dirata-ratakan pada buah kapas dalam setiap tanaman. Pada tahun 2011, kami juga menentukan biomassa kering di atas permukaan tanah pada akhir musim untuk setiap tanaman. Selama tiga tahun penelitian, kami menggunakan GLM untuk menguji pengaruh kelimpahan kutu daun terhadap total produksi benih.
Kami juga menentukan hubungan antara durasi kunjungan yang diduga penyerbuk dan produksi benih untuk bunga individu. Pengukuran ini hanya dilakukan pada tahun 2013. Kami menandai bunga secara individual dan kemudian menguji bagaimana durasi kunjungan kumulatif (oleh serangga selain semut) mempengaruhi produksi benih. Setiap tanaman kapas mempunyai paling banyak satu bunga yang ditandai, dan setiap bunga tanaman diamati selama periode pengamatan 120 menit. Dalam semua hal lainnya, survei-survei ini menggunakan metode yang sebanding dengan yang dijelaskan pada bagian sebelumnya.
Karena bunga kapas hanya tetap terbuka selama satu hari dan karena penyerbukan silang tan
ggal
Pengaruh interaksi semut-kutu pada produksi benih tanaman
13
Kelimpahan semut Argentina pada tanaman kapas meningkat seiring dengan meningkatnya kelimpahan kutu daun kapas, dan jumlah semut yang ada di bunga meningkat seiring dengan jumlah semut yang ada di daun. Kelimpahan semut per
tanaman meningkat seiring dengan kelimpahan kutu daun per tanaman selama tiga tahun penelitian (Gambar 1a-c; GLM 2011: Wald z = 43,05, df = 79, P <0,001, pseudo R2 = 0,48;
GLM 2012: Wald z = 40,55, df = 49, P < 0,001, R2 semu = 0,92; GLM 2013: Wald z = 7,96, df = 47, P < 0,001, R2 semu = 0,98). Penghapusan titik data di sudut kanan atas Gambar 1b tidak mempengaruhi hasil analisis ini secara kualitatif. Jumlah semut yang
mengunjungi bunga kapas juga meningkat seiring dengan meningkatnya kelimpahan semut di daun kapas selama tiga tahun penelitian (Gambar 1d-
produksi benih antara masing-masing buah kapas memberikan perkiraan serbuk sari yang diterima oleh masing-masing bunga tersebut. Kami menggunakan GLM untuk menguji pengaruh durasi kunjungan bunga kumulatif terhadap produksi benih per tanaman.
Dalam percobaan rumah kaca, kami menguji pengaruh kelimpahan kutu daun pada produksi benih untuk sepuluh tanaman dengan perlakuan kepadatan kutu rendah dan tanaman dengan perlakuan kepadatan kutu tinggi, yang semuanya menerima
penyerbukan silang tambahan. Perlakuan kutu daun dipertahankan dengan cara yang sama seperti yang dijelaskan di atas untuk semua tanaman dalam perlakuan kepadatan kutu tinggi dan rendah. Dalam percobaan ini semua penyerbukan dilakukan secara manual (yaitu tidak ada serangga penyerbuk); kami membuang kepala sari dewasa dari tanaman non-fokus, menempatkan kepala sari yang mengandung serbuk sari langsung ke kepala putik tanaman fokus, dan memastikan pengendapan serbuk sari secara menyeluruh.
Kapas sebagian bersifat mandiri
kompatibel tetapi menghasilkan lebih banyak benih ketika melakukan penyerbukan silang (Delaplane dan Mayer 2000). Kami menggunakan regresi linier sederhana untuk menguji bagaimana kepadatan kutu mempengaruhi (1) jumlah benih yang dihasilkan per tanaman, dan (2) rata-rata massa benih per tanaman.
271
Hasil
Pengaruh kutu daun terhadap kelimpahan semut
14
F; GLM 2011: Wald z = 2,82, df = 34, P = 0,004, pseudo R2 = 0,17; GLM 2012: Wald z = 3,3, df = 49, P = 0,001, pseudo R2 = 0,21; GLM 2013: Wald z = 4,08, df = 59, P < 0,001, pseudo R2 = 0,13).
Selama survei kunjungan bunga, kami mengamati 11 taksa serangga (tidak termasuk semut Argentina)
mengunjungi bunga kapas; 72,6% (106/146) kunjungan individu dilakukan oleh lebah.
Lebah madu, pengunjung bunga yang paling umum, mencapai 26,0% (38/146) dari seluruh kunjungan bunga dan 35,8% (38/106) dari seluruh kunjungan bunga.
semua kunjungan lebah. Pengunjung lebah lainnya termasuk Agapostemon texanus (18,4% dari seluruh kunjungan bunga),
Melissodes tessellata (13,9% dari seluruh kunjungan bunga), Lasioglossum incompletum (12,5% dari seluruh kunjungan bunga)
kunjungan), dan Halictus tripartitus (5,1% dari seluruh kunjungan bunga). Kami juga mengamati 27 kunjungan (18,5% dari seluruh kunjungan bunga) oleh dua taksa lalat (salah satunya adalah lalat terbang (Diptera: Syrphidae), sedangkan dipteran lainnya tetap tidak teridentifikasi), sepuluh kunjungan (6,8% dari seluruh kunjungan bunga) oleh
Diabrotica balteata (Coleoptera: Chrysomelidae), empat kunjungan (2,7% dari seluruh kunjungan bunga) oleh thrips yang tidak teridentifikasi, dan satu kunjungan (0,7% dari seluruh kunjungan bunga) oleh Strymon melinus (Lepidoptera: Lycaenidae).
Durasi kunjungan bunga oleh semua pengunjung dan oleh lebah madu saja, keduanya menurun seiring dengan meningkatnya jumlah semut pekerja Argentina yang hadir di bunga kapas. Durasi kunjungan semua non-semut pengunjung bunga menurun dengan jumlah semut yang ada di bunga (GLM: Wald z =
10.26, df = 284, P <0.001, pseudo R2 = 0.81). Ketika jumlah semut di bunga meningkat, durasi kunjungan lebah madu juga menurun (Gbr. 2; GLM: Wald z = 4.88, df = 37, P <0.001, pseudo R2 = 0.91). Lebah madu, misalnya, mengurangi durasi kunjungan mereka ke bunga Pengaruh interaksi semut-kutu pada pola kunjungan
bunga tan
ggal
15
tanaman yang diberi perlakuan dengan kepadatan kutu tinggi (70 berbanding 36 kunjungan), sedangkan tanaman yang diberi perlakuan dengan kepadatan kutu tinggi mendapat kunjungan lalat (kebanyakan syrphid) tiga kali lebih banyak dibandingkan dengan tanaman yang diberi perlakuan dengan kepadatan kutu rendah (19 vs 6 kunjungan; 21 = 14.7, P < 0.001).
Kinerja reproduksi kapas menurun seiring dengan meningkatnya jumlah kutu daun pada setiap tanaman. Pada setiap tahun penelitian, jumlah total benih yang dihasilkan per tanaman menurun seiring dengan meningkatnya kelimpahan kutu daun (Gambar 3, Tabel 2). Pada Gambar 3b, penghapusan titik data di sudut kanan bawah plot tidak
mempengaruhi hasil analisis secara kualitatif. Nilai Pseudo-R2 untuk hubungan yang digambarkan pada Gambar 3a-c adalah sebagai berikut: 0,002 (2011), 0,026 (2012), dan 0,02 (2013). Dalam dua dari tiga tahun, jumlah benih yang dihasilkan oleh masing-masing tanaman kapas juga menurun seiring dengan meningkatnya kelimpahan kutu daun (Tabel 2). Kurangnya hubungan yang signifikan antara massa benih dan kelimpahan kutu daun pada tahun 2012 mungkin disebabkan oleh rendahnya tingkat aktivitas penyerbuk pada tahun 2012 dibandingkan tahun 2011 dan 2013. Meskipun kedua ukuran produksi benih menurun seiring dengan meningkatnya kelimpahan kutu daun, biomassa tanaman kapas di atas tanah pada akhir musim tidak bergantung pada kelimpahan kutu daun (Lampiran B).
Dalam survei kunjungan bunga yang berfokus pada bunga individu (data tahun 2013), kami menemukan bahwa durasi kumulatif kunjungan penyerbuk diduga meningkatkan produksi benih yang dihasilkan oleh bunga tersebut. Massa benih meningkat seiring dengan durasi kunjungan semua penyerbuk yang diduga (GLM: Wald z = 11.8, df = 72, P <0.001) dan dengan durasi kunjungan oleh lebah madu saja (GLM: Wald z = 5.62, df = 72, P <0,001).
Tiga puluh delapan persen kunjungan bunga yang diamati melebihi 20 detik. Kunjungan yang lebih lama ini dikaitkan dengan massa benih yang lebih besar (uji t dua sampel: t = 2.25, df = 276, P = 0.025). Untuk tanaman fokus yang digunakan dalam analisis ini, jumlah buah kapas per tanaman (GLM 2011: Wald z = 1.67, df = 79, P = 0.09; GLM 2012: Wald z = 0.218, df = 49, P = 0.83;
tan ggal
Pengaruh interaksi semut-kutu pada reproduksi tanaman
16
Interaksi antara semut Argentina dan kutu daun kapas meningkatkan tingkat kunjungan semut ke bunga dan pada gilirannya, mengganggu layanan penyerbukan sehingga mengurangi dua ukuran produksi benih. Pada setiap tahun penelitian, peningkatan kelimpahan kutu daun meningkatkan kelimpahan semut di daun kapas, yang pada gilirannya meningkatkan kunjungan semut ke bunga (walaupun semut terkadang mengunjungi bunga pada tanaman yang jumlah kutu daunnya relatif sedikit).
Meningkatnya jumlah semut di bunga mengurangi durasi kunjungan semua pengunjung bunga non-semut dan oleh lebah madu saja. Meskipun berbagai faktor kemungkinan besar mempengaruhi produksi benih tanaman kapas, jumlah benih yang dihasilkan per tanaman dan rata-rata massa benih menurun seiring dengan meningkatnya kelimpahan kutu daun; rata-rata massa benih juga menurun seiring dengan menurunnya durasi kunjungan lebah. Namun, dalam kondisi rumah kaca yang terkendali, di mana tanaman diserbuki dengan tangan menggunakan serbuk sari yang tidak dibuat sendiri, produksi benih per tanaman dan massa benih tidak bergantung pada kelimpahan kutu daun.
Apalagi di ladang per tanaman bunga
GLM 2013: Wald z = 1,24, df = 50, P = 0,21) dan jumlah bunga per tanaman (GLM 2011:
Wald z = 0,46, df = 79, P = 0,65; GLM 2012: Wald z = 0,30, df = 49, P = 0,76; GLM 2013:
Wald z = 1,53, df = 50, P = 0,13) tidak bergantung pada kelimpahan kutu daun.
Tanaman di lapangan menghasilkan lebih sedikit biji per tanaman dengan meningkatnya kepadatan kutu daun (Gambar 2).
3), dan penurunan ini nampaknya disebabkan oleh terganggunya layanan penyerbukan dan bukan karena biaya yang terkait dengan herbivora. Dalam percobaan rumah kaca kami, jumlah benih yang dihasilkan oleh tanaman yang melakukan penyerbukan silang dengan tangan, misalnya, tidak bergantung pada kepadatan kutu daun (Lampiran C;
regresi linier sederhana: F1,8 = 0,254, p = 0,601). Demikian pula, massa benih tanaman yang melakukan penyerbukan silang dengan tangan juga tidak bergantung pada
kepadatan kutu daun (Lampiran C; regresi linier sederhana: F1,8 = 0,899, p = 0,371).
318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339
Diskusi
17
produksi, produksi buah kapas per tanaman, dan biomassa di atas tanah semuanya tidak bergantung pada kelimpahan kutu daun.
Kelimpahan kutu daun kapas sangat meningkatkan jumlah semut di daun, konsisten dengan penelitian sebelumnya yang menunjukkan bahwa semut Argentina sangat tertarik pada embun madu (Way 1963, Holway dkk. 2002, Ness dan Bronstein 2004).
Meningkatnya lalu lintas semut di daun menyebabkan peningkatan jumlah semut di dalam bunga. Beberapa spesies semut cenderung menjadi hemipteran tanpa mengunjungi bunga sehingga mempunyai peluang kecil untuk mengganggu kunjungan bunga (Styrsky dan Eubanks 2010), mungkin karena bahan kimia penolak yang terdapat dalam serbuk sari, nektar atau kelopak bunga (Ness 2006, Nicklen dan Wagner 2006, Willmer dkk.
2009 , Junker dkk.2011). Namun, bahan kimia ini tidak mempengaruhi beberapa spesies semut atau tidak terdapat dalam konsentrasi yang cukup tinggi untuk menghalangi semut mencari makan (Chamberlain dan Holland 2008). Modifikasi pencarian makan bunga semut oleh hemipteran mempunyai implikasi yang luas karena mutualisme perlindungan makanan antara semut dan hemipteran merupakan interaksi yang ada dimana-mana dan penting secara ekologis (Way 1963, Hölldobler dan Wilson 1990, Davidson dkk. 2003, Styrsky dan Eubanks 2007).
Durasi kunjungan serangga (kebanyakan lebah) selain semut menurun seiring dengan meningkatnya kunjungan semut ke bunga. Lach (2008b) menemukan bahwa lebah madu memperpendek durasi kunjungan mereka ke bunga di hadapan semut Argentina dan meninggalkan bunga setelah bertemu langsung dengan spesies ini. Kami mengamati fenomena sebelumnya (Gambar 2), namun penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan mekanisme yang bertanggung jawab terhadap berkurangnya durasi kunjungan lebah ke bunga kapas. Tidak semua pengunjung toko bunga lebih jarang mengunjungi tanaman yang mendukung kepadatan kutu daun yang tinggi. Syrphid, misalnya, lebih sering mengunjungi tanaman pada kelompok perlakuan dengan
kepadatan kutu daun yang tinggi. Larva syrphid memangsa kutu daun, dan kami biasanya 340
341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362
18
penyerbuk (Branquart dan Hemptinne 2000), namun dalam sistem kami, syrphid dewasa biasanya tidak menyentuh organ seksual bunga kapas selama berkunjung.
Interaksi ant-hemipteran umumnya dapat meningkatkan kemungkinan dan derajat serangan bunga kunjungan semut dan pada gilirannya mengurangi kunjungan serangga lain ke bunga, namun hanya sedikit penelitian yang menilai sejauh mana interaksi ini mempengaruhi reproduksi tanaman (Lach 2007). Kunjungan semut ke bunga terutama dapat
mempengaruhi reproduksi tanaman dalam situasi ketika berkurangnya akses penyerbuk menyebabkan terbatasnya serbuk sari. Spesies tanaman yang menunjukkan
kompatibilitas diri atau yang jarang mengalami keterbatasan serbuk sari kemungkinan besar tidak akan terpengaruh oleh peningkatan kunjungan bunga semut yang disebabkan oleh tanaman inang yang mendukung interaksi antara serangga penghasil madu dan semut. Dalam studi ini, produksi benih tanaman yang melakukan penyerbukan silang dengan tangan tidak bergantung pada kepadatan kutu daun. Hal ini menunjukkan bahwa keterbatasan serbuk sari yang disebabkan oleh interaksi antara kutu daun dan semut, bukan oleh herbivora kutu daun itu sendiri, merupakan kekuatan pendorong di balik berkurangnya produksi benih. Meskipun kami secara konsisten mengamati bahwa produksi benih menurun seiring dengan kepadatan kutu daun di lapangan, hubungan ini menunjukkan tingkat penyebaran yang cukup tinggi (Gambar 3), dan kemungkinan besar disebabkan oleh berbagai faktor (tingkat pembuahan sendiri, variasi skala mikro dalam benih). kondisi tanah) selain pengurangan durasi kunjungan lebah mempengaruhi produksi benih pada tanaman kapas yang diteliti dalam penelitian ini. Mengingat bahwa variabel produksi benih yang diteliti di sini sering kali secara langsung mempengaruhi kebugaran tanaman (Baker 1972, Irwin dkk. 2001, Moles dan Westoby 2004), kunjungan bunga yang dimediasi oleh semut dapat berdampak negatif terhadap kebugaran
tanaman yang menampung embun madu dalam jumlah besar. produsen.
Penjelasan alternatif atas penurunan durasi kunjungan oleh penyerbuk yang diduga 363
364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385
19
bukti menunjukkan bahwa hipotesis alternatif ini gagal menjelaskan hasil kami. Pertama, kunjungan bunga oleh semut, yang mencari nektar pada bunga kapas, meningkat seiring dengan banyaknya kutu daun (Gbr. 1); temuan ini menunjukkan bahwa kutu daun
herbivora tidak mengurangi produksi nektar. Kedua, dalam kondisi rumah kaca, herbivora kutu daun tidak mempengaruhi rata-rata massa benih atau jumlah benih yang dihasilkan per tanaman (Lampiran C); Temuan ini menunjukkan bahwa kutu daun tidak mengurangi alokasi tanaman untuk bereproduksi setidaknya dalam keadaan terkendali. Terakhir, di lapangan, produksi bunga per tanaman dan produksi buah kapas per tanaman tidak bergantung pada kelimpahan kutu daun. Hasil terakhir ini memberikan bukti tambahan bahwa herbivora oleh kutu daun kapas tidak mempengaruhi alokasi reproduksi pada kapas. Selain itu, hasil kami dikuatkan oleh penelitian lain yang menunjukkan bahwa herbivora yang dilakukan oleh kutu daun kapas tidak banyak mengurangi pertumbuhan dan reproduksi kapas (Rosenheim dkk. 1997, Styrsky dan Eubanks 2010).
Meskipun banyak penelitian sekarang menunjukkan bahwa interaksi ant-hemipteran meningkatkan pertumbuhan dan reproduksi tanaman inang (ditinjau dalam Styrsky dan Eubanks 2007), hasil kami menggambarkan bahwa manifestasi dari efek tidak langsung yang positif ini dapat bergantung pada perilaku mencari makan spesies semut fokus.
Dampak positif dihasilkan dari konsumsi (atau pencegahan) semut terhadap herbivora yang merusak (Messina 1981, Skinner dan Whittaker 1981, Floate dan Whitham 1994, Kaplan dan Eubanks 2005); namun, jika serangga penghasil madu juga meningkatkan kemungkinan atau luasnya semut mencari makan di bunga, maka reproduksi tanaman berpotensi terganggu akibat interaksi negatif antara semut dan pengunjung bunga lainnya. Dampak bersih dari interaksi semut-kutu pada tanaman inang akan bergantung pada besarnya manfaat yang dihasilkan dari perlindungan herbivora versus besarnya biaya akibat berkurangnya kunjungan bunga oleh penyerbuk potensial dan dampak negatif lainnya. Atribut spesies semut yang berpartisipasi yang akan mempengaruhi biaya dan manfaat termasuk kebutuhan nutrisi koloni semut, yang dapat menentukan
386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408
20
sumber daya kaya karbohidrat versus sumber daya kaya protein (Ness dkk. 2009, Petry dkk. 2012), toleransinya terhadap senyawa pertahanan tumbuhan, dan kemampuannya mengurangi kunjungan pengunjung tumbuhan lain, baik secara langsung maupun tidak langsung (Lach 2003). Kemungkinan semut akan mengganggu kunjungan bunga juga kemungkinan besar bergantung pada faktor eksternal yang mempengaruhi kepadatan semut lokal. Moreira dkk. (2012), misalnya, menggambarkan bahwa keanekaragaman tanaman lokal dapat meningkatkan kelimpahan semut dan serangga penghasil madu yang mereka pelihara. Jika kunjungan semut ke bunga menghalangi kunjungan penyerbuk yang diduga sebagai penyerbuk secara umum (Lach 2007, 2008ab), maka penyebaran semut introduksi yang terus berlanjut kemungkinan besar akan menimbulkan contoh lain terganggunya layanan penyerbukan yang diperparah oleh interaksi antara semut dan penghasil madu. serangga yang mereka pelihara.
Kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada A. Aguilar, A. Ashbacher, K. Bergeson, C. Dao, S. Durfey, R. Graham, V. Hernandez, T. Ho, K. Kwok, J. Scioli, A.
Schochet, A. Shum , T. Smith, A. Valdez, B. White, dan J. Wong atas bantuannya di
lapangan. Kami berterima kasih kepada K. Hung atas bantuannya dalam identifikasi lebah.
E. Cleland, M. Eubanks, K. Hung, J. Nieh, dan tiga pengulas anonim memberikan komentar bermanfaat pada draf naskah ini. Pekerjaan ini didukung oleh NSF Graduate Research Fellowship (ke KEL) dan hibah NSF (DEB 07-16966 ke DAH).
425
Ucapan Terima Kasih
