Effects of Dry Tropical Forest Fragmentation on the Reproductive Success and Genetic Structure of the Tree Samanea saman

Authors


‡Address correspondence to M. Quesada.

Abstract

Abstract: Tropical trees are particularly vulnerable to forest fragmentation because of their low densities, self-incompatibilty system, and high rates of outbreeding. Forest fragmentation is likely to decrease gene flow, increase endogamy, and eventually produce a high differentiation among remnant populations. Our objectives were to evaluate the effect of forest fragmentation on the reproductive success, progeny vigor, and genetic variation of the tropical dry-forest tree Samanea saman. We conducted our study in the dry forest of Costa Rica and compared two tree conditions to evaluate forest fragmentation: (1) isolated, individual trees more than 500 m from the nearest conspecific and surrounded by agricultural fields, pastures, or small remnant forest patches and (2) trees in continuous populations of 10 or more individuals per hectare and surrounded by undisturbed forest. We compared the probability of natural pollination, seed production, genetic variation, and progeny vigor of trees in isolation and in continuous populations. The probability of flowers receiving more than 23 pollen tubes at the base of styles (the flowers more likely to produce a mature fruit) was significantly greater for trees in continuous populations (2.1%) than for trees in isolation (0.4%). However, flowers from the two tree conditions received similar pollen loads on their stigmas. Fruits of trees from continuous populations produced similar numbers of seeds as isolated trees did and had a similar probability of seed abortion. The probability of seed predation by bruchid beetles was significantly greater in continuous populations (30%) than in isolated trees (20%). The number of undamaged seeds (  potentially viable) was similar for both tree conditions. A genetic analysis of progeny showed that levels of genetic diversity in trees in isolation and in continuous populations were comparable. The effective self-fertilization rate and inbreeding coefficient of the progeny were slightly higher for isolated trees than for trees in continuous populations. In addition, there was more genetic similarity in the progeny of isolated trees, within and between fruits. Seeds produced by different fruits within a tree were more likely to be related in an isolated tree than in a tree from continuous populations. Seeds produced by trees from continuous populations were more likely to germinate and to produce greater leaf area and biomass as seedlings than progeny from isolated trees. We concluded that the fragmentation of tropical dry forests affects the genetic variation and vigor of S. saman progeny. Isolated trees showed high reproductive capacity, however, in spite of their habitat condition.

Abstract

Resumen: Los árboles tropicales son particularmente vulnerables a la fragmentación de bosques debido a su baja densidad, su sistema de auto-incompatibilidad y altas tasas de exogamia. La fragmentación del bosque posiblemente decrece el flujo de genes, incrementa la endogamia y eventualmente produce una alta diferenciación entre las poblaciones remanentes. Nuestros objetivos fueron evaluar el efecto de la fragmentación del bosque sobre el éxito reproductivo, el vigor de la progenie y la variación genética del árbol de bosque tropical seco Samanea saman. Realizamos nuestro estudio en el bosque tropical seco de Costa Rica y comparamos dos condiciones de los árboles para evaluar la fragmentación del bosque: (1) individuos aislados más de 500 m del individuo conespecífico más cercano y rodeados por campos agrícolas, ganaderos o pequeños fragmentos de bosque y (2) árboles en poblaciones continuas de 10 o más individuos por hectárea y rodeados de bosque no perturbado. Comparamos la probabilidad de la polinización natural, producción de semillas, variación genética y vigor de la progenie en árboles aislados y en poblaciones continuas. La probabilidad de que las flores reciban más de 23 tubos de polen en la base de los pistilos (  las flores con mayor probabilidad de producir un fruto maduro) fue significativamente mayor para árboles en poblaciones continuas (2.1%) que en árboles aislados (0.4%). Sin embargo, flores en árboles en las dos condiciones recibieron similares cargas de polen en sus estigmas. Los frutos de árboles de poblaciones continuas produjeron similares números de semillas y tuvieron similar probabilidad de abortar que los de árboles aislados. La probabilidad de depredación de semillas por escarabajos brúquidos fue significativamente mayor en las poblaciones continuas (30%) que en árboles aislados (20%). El número de semillas sin daño (  potencialmente viables) fue similar en árboles en las dos condiciones. El análisis genético de la progenie mostró que los niveles de diversidad genética de árboles aislados y en poblaciones continuas fueron comparables. La tasa de autofecundación efectiva y el coeficiente de endogamia de la progenie fue ligeramente mayor en árboles aislados que en los de poblaciones continuas. Adicionalmente, hubo mayor similitud genética en la progenie de árboles aislados, dentro y entre frutos. Semillas producidas por distintos frutos del mismo árbol tuvieron más probabilidad de relación que los de poblaciones continuas. Semillas producidas por árboles en poblaciones continuas tuvieron mayor posibilidad de germinar y producir mayor area foliar y biomasa que las plántulas de la progenie de árboles aislados. Concluimos que la fragmentación de bosques tropicales secos afecta la variación genética y el vigor de la progenie de S. saman. Sin embargo, los árboles aislados tuvieron una alta capacidad reproductiva a pesar de la condición de su hábitat.

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