title: Identification of pollinator-attracting semiochemicals of wasp-pollinated Epipactis species
Creators: name: Hölzler, Gerald
Publisher: name: :none
Year: 2003

description: Einige der in Europa vorkommenden Epipactis Arten gelten als Wespenblumen, da sie hauptsächlich von Wespen, darunter auch Vespula germanica, bestäubt werden. Untersuchungen der Vergangenheit beschäftigten sich meist mit der Frage nach den Bestäubern oder der optischen Attraktivität der Blüten. Jüngst wurden auch Vermutungen über einen Zusammenhang zwischen der Bestäubung durch Wespen und der möglichen Anlockung durch spezifische Duftstoffe geäußert. Um festzustellen welche Reizqualitäten für bestäubende Wespen besonders attraktiv sind, wurden Biotests mit Arbeiterinnen von V. germanica im Freiland unternommen. Abwechselnd wurden den Wespen ganze Infloreszenzen, Blüten ohne Duft, der natürliche Duft und der Duftstoff-Extrakt von E. helleborine angeboten. Bei den beiden Wespen bestäubten Arten E. helleborine und E. purpurata identifizierte ich mit Hilfe von chemischen Analysen (GC, GC-MS), Elektroantennographie und Verhaltensexperimenten wespenanlockende Duftstoffe in Blütenextrakten. Zum Vergleich wurde auch das Blütenbouquet der durch Hummeln bestäubten Art E. atrorubens untersucht. Mit dem gekoppelten Verfahren der Gaschromatographie und der Elektroantennographie (GC-EAD) konnten bislang 20 Verbindungen gefunden werden, die Rezeptorpotentiale in den Antennen von V. germanica auslösen. Mittels Gaschromatographie gekoppelt mit der Massenspektrometrie wurden 7 GC-EAD aktive Verbindungen identifiziert. Die bereits identfizierten Hauptkomponenten waren bei allen drei Arten Aldehyde (Heptanal, Pentadecanal, Hexadecanal and Vanillin), Alkohole (Pentadecanol, Hexadecanol) und Phenole (2-Methoxy-4-methylphenol) Ein Vergleich der Duftstoff-Bouquets mittels multivariater Statistik (Hauptkomponentenanalyse und Diskriminanzanalyse) ergab eine größere Ähnlichkeit der Duftbouquets bei den Wespen bestäubten Arten. Das Duftbouquet von E. atrorubens zeichnete sich durch einen besonders hohen Vanillin-Anteil aus. Weiters wurde untersucht, ob die V. germanica Arbeiterinnen bei Spontan-Wahltests Präferenzen für die Duftstoffe der einzelnen Orchideen zeigen. Dazu wurden Pentan-Extrakte der Epipactis Arten und eine synthetische Mischung aus 7 der bereits identifizierten Komponenten des natürlichen Duftes von E. helleborine bei einem sogenannten Y-Rohr Test angeboten. Als Ergebnis der chemischen Analysen zeigen die untersuchten Epipactis Arten signifikante Unterschiede in den relativen Anteilen an Heptanal, Pentadecanol sowie Pentadecanal und Hexadecanal. Letztere Komponente unterscheidet sich bei den wespenbestäubten Arten nicht signifikant, ist bei E. atrorubens jedoch in der kleinsten Menge vorhanden. Der multivariate Vergleich mittels Diskriminanzanalyse zeigt signifikante Unterschiede zwischen allen Epipactis Arten. Die erste Diskriminanzfunktion ist in der Lage E. atrorubens von den wespenbestäubten Arten zu trennen, die einen Cluster bilden. Dabei weist der Factor score 1 einen hoch signifikanten Unterschied zwischen der Gruppe der von Wespen bestäubten Arten und der von Hummeln bestäubten E. atrorubens aus. Hauptsächlich Heptanal und 2-Methoxy-4-methylphenol tragen zur Diskriminanzfunktion bei. Die Ergebnisse der Biotests zeigen eine höhere Attraktivität der olfaktorischen gegenüber den optischen Reizen. Jedoch bedarf es beider Reizqualitäten, damit ein Verhalten ausgelöst wird, dass eine gesicherte Bestäubung garantiert. Der Blütenduft hingegen ist signifikant weniger attraktiv für die Wespen als die Kombination aus Extrakt und optischen Reizen. Duftstoff-Extrakte in Kombination mit optischen Reizen waren sogar attraktiver als die natürliche Infloreszenz. Weiters zeigt sich eine Infloreszenz nicht signifikant attraktiver als der Blütenduft, bringt aber deutlich mehr Wespen dazu die Pflanze zu berühren. Erklärbar ist dies durch eine höhere Konzentration und damit verbundenen höheren Attraktivität der Duftstoffe im Pentan-Extrakt. Ausschließlich visuelle Reize von E. helleborine haben die geringste Attraktivität für V. germanica Arbeiterinnen. In den Olfaktometer Tests zeigt sich eine klare Präferenz der Wespen für Duftstoffe der wespenbestäubten Arten, wogegen E. atrorubens weniger attraktiv ist. Extrakte von E. helleborine und E. purpurata sind signifikant attraktiver als das Lösungsmittel. Auch der Extrakt von E. atrorubens wird gegenüber dem Lösungsmittel bevorzugt gewählt. Die Extrakte der wespenbestäubten Arten sind attraktiver als Extrakte von E. atrorubens und werden annähernd gleich oft gewählt. Die Wirkungsweise der Anlockung von Wespen zur Bestäubung von E. helleborine und E. purpurata kann wie folgt interpretiert werden: 1) Epipactis Blüten ahmen sogenannte green-leaf-volatiles nach. Diese Hypothese wurde aber aufgrund der Unähnlichkeit der gefundenen Substanzen mit typischen green-leaf-volatiles abgelehnt. 2) Der Gehalt an Alkoholen und Aldehyden, legt aber den Verdacht nahe, dass wespenbestäubte Arten möglicherweise zuckerhaltige Futterquellen z. B. gärendes Obst imitieren. Wespenbestäubte Epipactis Arten werden daher als Nektar belohnende und Futterquellen imitierende Orchideen diskutiert.
description: Some of the in Europe occurring Epipactis species are so called “Wasp-flowers”, because they get pollinated by social wasps like Vespula germanica. Investigations in the past treated mainly the question of the pollinators and the optical attractiveness of the blossoms. Recently, assumptions were made that Epipactis flowers lure their pollinators by specific scents. To find out which cues have a high attractiveness for pollinating wasps, workers of V. germanica were tested in bioassays. In various tests they were offered whole infloresences, blossoms without scent, natural scent and blossom extracts of E. helleborine. Pentane blossom-extracts of E. helleborine and E. purpurata were collected and the wasp attracting volatiles were identified by means of chemical analyses combined with electrophysiological recordings (GC-EAD) and behavioural experiments. Using GC-EAD, 20 compounds triggered receptor potentials in the antennas of V. germanica workers. Seven main components were identified as aldehydes (heptanal, pentadecanal, hexadecanal and vanillin), alcohols (pentadecanol, hexadecanol) and phenols (2-methoxy-4-methylphenol). I used multivariate statistics (principal component analyses, discriminant function analyses) to compare the scents of the wasp pollinated species with the bumble-bee-pollinated species. The bouquets of the wasp-pollinated species were more similar to each other in the main components than to E. atrorubens. The latter is distinguished by a high content of vanillin in the blossom-extract. Furthermore wasps were tested in spontaneous choice tests with y-tubes. To test preferences for fragrances of certain Epipactis species pentane-extracts of flowers and a blend of 7 already identified components were offered in dual choice experiments. As a result of the chemical analyses the investigated Epipactis species show significant differences in their relative amounts of heptanal, pentadecanol, pentadecanl and hexadecanal. The latter is not significantly different between the wasp-pollinated species and occurs in smallest amounts in E. atrorubens. The multivariate comparison via DFA show a significant difference between all Epipactis species. The first discriminant function allows to separate E. atrorubens from the wasp-pollinated species which form a cluster. Factor score 1 indicates a high significant difference between the wasp-pollinated Epipactis and the bumble-bee-pollinated E. atrorubens. Mainly heptanal and 2-methoxy-4-methylphenol contributed most weight to the disriminance function. The behavioural experiments show, that optical cues in combination with flower extract is more attractive than the inflorescence alone. But a combination of visual and olfactorial cues may be important to elicit in the wasps the whole range of behavioural patterns that are necessary to guarantee pollination. The flower scent however is significant less attractive to wasps than a combination of extract and optical cues. Further an inflorescence is not significant more attractive than blossom scent, but elicit a behaviour of wasps to pounce the plants significant more often. This circumstance is explainable by a higher concentration and higher attractiveness of scent in the pentane extracts. Just visual cues have the lowest attractivity for V. germanica workers. IThe olfactometer tests showed a clear preference of wasps for scent of wasp-pollinated species, whereas E. atrorubens is less attractive. Extracts of E. helleborine and E. purpurata are significant more often chosen than the solvent. Also the extracts of E. atrorubens are preferred chosen over the solvent. The extracts of wasp-pollinated species are more attractive and chosen approximately same often. The effects of attraction of wasps for the pollination of E. helleborine and E. purpurata are discussed as follows: 1) Epipactis flowers mimic scent of so-called green-leaf-volatiles (GLV). However, I could not found typical green-leaf-volatiles in the floral scent of the investigated Epipactis species. Therefore, an alternative hypothesis arises. The content of alcohols and aldehydes suggests, that wasp-pollinated Epipactis species possibly imitate sugar containing food sources ( e.g. fermenting fruit). Wasp-pollinated Epipactis species are therefore discussed as nectar-rewarding and food-source-imitating orchid species.