Pollination of Medicinal Plants (Nigella sativa and Coriandrum sativum) and Cucurbita pepo in Jordan

Abstract

The aim of this doctorate thesis was to reveal the reproductive system and to identify the main pollinators in Jordan of Black Cumin (<em>Nigella sativa</em>) Coriander (<em>Coriandrumer sativum</em>) and squash (<em>Cucurbita pepo</em>). These plants are wide spread in Jordan and are used for medical treatments and as spices and food. Furthermore two surveys of solitary bees and the mellitophilous flowering plants were conducted in the Jordan Valley at 150 m below and in Northern Jordan at 200m above sea level from January until April.<br /> On these transects 261 bee individuals out of 11 Genera were recorded. The density of bees in the Jordan Valley was higher than in the northern study site. Most bees were active during March. 106 species out of 23 families of melittophilous plants were found. Most species were from the families Caryophyllaceae, Gramineae and Compositae.<br /> The following pollination treatments were conducted. <br /> 1. Open pollination (flower is accessible for all visitors); <br /> 2. Spontaneous selfing (bagged flower, no pollinator can touch the flower, but selfing can happen); <br /> 3. Forced selfing (emasculation and hand pollination, afterwards bagged); and <br /> 4. Cross pollination.<br /> Measured and compared were the seed set after these trials. They were repeated in two years at the two study sites in order to see whether different pollinators are present.<br /><em>Nigella sativa</em>: Black cumin produced most seed after open pollination (86% of the ovaries set seed), when the flowers were forced to self pollination seed set reached at 85%, after cross pollination seed set was 75%, seed set in emasculated flowers (selfing) rendered only 13%. Nigella has a special way to assure spontaneous self pollination. This mechanism was described and compared with a similar mechanism in <em>Nigella arvensis</em>. The only pollinators were honey bees.<br /><em>Coriander sativum</em>: Coriander has hermaphroditic male and female flowers. The hermaphroditic flowers are strictly self-incompatible. However geitonogamie between male and hermaphroditic flowers renders at least 25%. Analyses of fertilized seeds showed that they contain 14,9% Protein while non fertilized ones had a significant lower content of 4.7%. This again shows that pollination does not only produce well shaped fruits but also increases the quality of the content of seeds. Only honeybees pollinated the Coriander flowers.<br /><em>Cucurbita pepo</em>: Open pollination gave the best results (88%) while hand cross pollination was less effective (86.1%). Geitonogamy reached similar results as Hand cross-pollination with 84%. In these flowers only honeybees were recorded.

<p><strong>Pollination auf medizinische Pflanzen (<em>Nigella sativa</em> und <em>Coriandrum sativum</em>) und <em>Cucurbita pepo</em> in Jordanien</strong><br /> Eines der Ziele der vorliegenden Arbeit war, die Bienenfauna und ihre Trachtpflanzen an zwei Standorten im nördlichen Hochland (200m über NN) und im Jordan Tal (150 unter NN) zu erfassen. Des Weiteren wurden die Reproduktionssysteme von Schwarzkümmel <em>Nigella sativa </em>L<em>.</em>, Koriander, <em>Corinander sativum</em> L. und Kürbis, <em>Cucurbita pepo</em> L. untersucht. Hierzu war es notwendig, den Beginn und die Dauer der jeweiligen männlichen und weiblichen Phase der Blüten zu ermitteln. Folgende Versuchsansätze wurden durchgeführt: Offene Bestäubung, Fremdbestäubung, Test auf spontane Autogamie, Test auf Selbstkompatibilität und Emaskulation. Auch sollte geklärt werden, welche Funktion die autogenen Bewegungen der Stamina und des Stylus bei <em>Nigella</em> und Koriander haben. Die Charakteristika dieser Bewegungen sollten mit bereits bekannten Mechanismen zur Selbstbestäubung bei verwandten Arten verglichen werden.<br /> Die Bienenfauna im Jordan Tal und in Nord-Jordanien wurde vom Januar bis April 2007 untersucht. Bei den Begehungen wurden mittels Handfängen 261 Bienen gesammelt, die zu 11 Gattungen gehören. Die Anzahl der Bienen zur diesen Zeit war in Jordan Valley höher als die in Nord-Jordanien. Die Phase der höchsten Flugaktivität der Bienen war März.<br /> Bei der Erfassung des Artenbestandes der Pflanzen wurden 106 Arten aus 23 Familien nachgewiesen. Die 3 größten Familien waren Caryophyllaceae, Gramineae und Compositae.<br /><em>Nigella sativa</em> L. zeigte bei der offenen Bestäubung einen hohen relativen Samenansatz von 86%; beim Test auf Selbstkompatibilität lag der Samenansatz bei 85%, bei der Fremdbestäubung bei 75%. Bei der Autogamie ergab sich einen Samenansatz von 46.5%, die emaskulierten Blüten zeigten dagegen den geringsten Samenansatz von 13%. Der einzige Bestäuber war die Honigbiene. 67% der besuchenden Bienen waren Pollensammlerinnen und 33% waren Nektarsammlerinnen. <em>Nigella</em> hat einen speziellen Mechanismus zur aktiven Selbstbestäubung. Dieser wurde beobachtet und beschrieben und mit dem ähnlichen Mechanismus bei Nigella arvensis verglichen.<br /><em>Corinander sativum</em> L.: Koriander hat drei Typen von Blüten, zwittrige, männliche und weibliche. Die zwittrigen Blüten sind strickt selbst-inkompatibel. Bei der Nachbarbestäubung zwischen dem Pollen einer männlichen Blüte mit einer zwittrigen können sich aus ca. 25% der Ovarien Samen bilden. Die offene Bestäubung war die effektivste mit 52% Samenansatz. Auf den Blüten wurden ausschließlich Honigbienen nachgewiesen. Es wurde gezeigt, dass die unbefruchteten Samen einen Proteinanteil von 4.7% haben, während bei den befruchteten Samen der Proteinanteil bei 14,9% lag.<br /><em>Cucurbita pepo</em> L.: Bei der offenen Bestäubung bildeten 90,7% der Ovarien Samen, bei Fremdbestäubung 85,1% und bei der Nachbarbestäubung (Geitonogamie) lag der Samenansatz bei 86%. Der Bestäuber waren auch hier ausschließlich Honigbienen.</p>