Rose Nyakemiso Sagwe

• Avocado (Persea americana Mill.) is a major horticultural crop that relies on insect mediated pollination. In avocado production, a knowledge gap exists as to the importance of insect pollination, especially in East African smallholder farms. Although it is evident that pollination improves the yield of avocado fruits, it is still unclear if pollination has benefits on fruit quality and the nutritional profile, particularly oils. Prior studies have shown that honey bees increase avocado’s fruit set and yield. However, an avocado flower is beingAvocado (Persea americana Mill.) is a major horticultural crop that relies on insect mediated pollination. In avocado production, a knowledge gap exists as to the importance of insect pollination, especially in East African smallholder farms. Although it is evident that pollination improves the yield of avocado fruits, it is still unclear if pollination has benefits on fruit quality and the nutritional profile, particularly oils. Prior studies have shown that honey bees increase avocado’s fruit set and yield. However, an avocado flower is being visited by various insect species. Therefore, determining pollination efficiency will allow a comparison of the relative importance of the different insect species to optimize crop pollination for increased fruit set and crop yield and pollinator conservation. This study was conducted in a leading smallholder avocado production region in Kenya, first I assessed the dependence of avocado fruit set on insect pollination and whether current smallholder production systems suffer from a deficit in pollination services. Furthermore, I assessed if supplementation with colonies of the Western honey bee (Apis mellifera L.) to farms mitigated potential pollination deficits. The results revealed a very high reliance of avocado on insect pollinators, with a significantly lower fruit set observed for self- and wind-pollinated (17.4%) or self-pollinated flowers (6.4%) in comparison with insect-pollinated flowers (89.5%). I found a significant pollination deficit across farms, with hand-pollinated flowers on average producing 20.7% more fruits than non-treated open flowers prior to fruit abortion. This pollination deficit could be compensated by the supplementation of farms with A. mellifera colonies. These findings suggest that pollination is limiting fruit set in avocado and that A. mellifera supplementation on farms is a potential option to increase fruit yield. Secondly, I investigated the contribution of insect pollination to fruit and seed weight, oil, protein, carbohydrate, and phytochemicals contents (flavonoids and phenolics), and whether supplementation with pollinators (honey bee) could improve these fruit parameters was assessed. This was through pollinator-manipulative pollination treatments: hand, open, pollinator exclusion experiments. The results showed that avocado fruit weight was significantly higher in open and hand-pollinated than pollinator exclusion treatments, indicating that flower visitors/pollinators contribute to avocado yields and enhance marketability. Furthermore, insect pollination resulted in heavier seeds and higher oil contents, indicating that insect pollination is beneficial for the fruit’s high seed yield and quantity of oil. Honey bee supplementation also enhanced the avocado fruit weight by 18% more than in control farms and slightly increased the avocado oil content (3.6%). Contrarily, insect pollination did not influence other assayed fruit quality parameters (protein, carbohydrates, and phytochemicals). These results indicate that insect pollinators are essential for optimizing avocado yields, nutritional quality (oils), and thus marketability, underscoring the value of beehive supplementation to achieve high-quality avocado fruits and improved food security. Thirdly, pollinator efficiency based on pollen deposition after single visits by different pollinator species in avocado flowers was tested, and their frequency was recorded. The estimated pollination efficiency was highest in honey bees (Apis mellifera), followed by the hoverfly species (Phytomia incisa). These two species had the highest pollen deposition and more pollen grains on their bodies. In addition, honey bees were the most frequent avocado flower visitors, followed by flies. The findings from this study highlight the higher pollination efficiency of honey bees and Phytomia incisa. Hence, management practices supporting these species will promote increased avocado fruit yield. Additionally, these results imply that managed honey bees can be maintained to improve avocado pollination, particularly in areas lacking sufficient wild pollinators.…
• Kapitel I - Allgemeine Einführung Der Rückgang der Bestäuberpopulationen stellt eine erhebliche Bedrohung für die Lebensmittel- und Ernährungssicherheit und die Erhaltung der biologischen Vielfalt dar. Die Interaktionsnetze zwischen Pflanzen und Bestäubern leisten einen wichtigen Beitrag zur globalen biologischen Vielfalt, zur Funktion des Ökosystems, zu den Ökosystemleistungen für Nutzpflanzen und schließlich zur menschlichen Ernährung. Darüber hinaus ist eine nachhaltige Landwirtschaft ohne angemessene Bewirtschaftungspraktiken nicht zuKapitel I - Allgemeine Einführung Der Rückgang der Bestäuberpopulationen stellt eine erhebliche Bedrohung für die Lebensmittel- und Ernährungssicherheit und die Erhaltung der biologischen Vielfalt dar. Die Interaktionsnetze zwischen Pflanzen und Bestäubern leisten einen wichtigen Beitrag zur globalen biologischen Vielfalt, zur Funktion des Ökosystems, zu den Ökosystemleistungen für Nutzpflanzen und schließlich zur menschlichen Ernährung. Darüber hinaus ist eine nachhaltige Landwirtschaft ohne angemessene Bewirtschaftungspraktiken nicht zu erreichen. Die enorme Nachfrage nach Nahrungsmitteln, insbesondere in den afrikanischen Ländern südlich der Sahara, hat zu einer nicht nachhaltigen Intensivierung der Pflanzenproduktion mit schädlichen Praktiken geführt, die sich negativ auf die Ökosystemleistungen auswirken. Daher ist es notwendig, die Auswirkungen der Bestäubung auf den Ertrag, die Qualität und die Marktfähigkeit von Nutzpflanzen zu verstehen und die Bestäubungsdefizite von Nutzpflanzen zu bewerten. Darüber hinaus ist es notwendig, die Bestäubungsleistung verschiedener Bestäuberarten bestimmter Kulturpflanzen zu untersuchen, um die besten Bewirtschaftungspraktiken zur Unterstützung der Ökosystemleistung zu ermitteln und die Bestäubung von Kulturpflanzen zu optimieren. In dieser Studie wurde die Avocado (Persea americana Mill.) als Modellpflanze verwendet, um die Bedeutung der Bestäubung durch Insekten zu bewerten. Die Studie wurde im Bezirk Murang'a in Kenia durchgeführt, der als ein Gebiet mit hohem Potenzial für die Avocado-Produktion gilt. In dieser Arbeit liegt der Schwerpunkt auf: 1.) Bestäubungsdefiziten in kleinbäuerlichen Avocadobetrieben und der Bewertung des Einsatzes von Honigbienen, um die Bestäubungsdefizite in Avocadoproduktionssystemen in Kenia zu verringern (Kapitel 2), 2.) den Auswirkungen der Insektenbestäubung auf das Fruchtgewicht, die Qualität und die Marktfähigkeit von Avocadofrüchten (Kapitel 3), 3.) der Charakterisierung der Bestäubungseffizienz von Avocadoblüten-Insektenbesuchern (Kapitel 4), und 4.) der allgemeinen Diskussion und Schlussfolgerung (Kapitel 5). Kapitel 2: Bestäuberergänzung mildert Bestäubungsdefizite in kleinbäuerlichen Avocado (Persea americana Mill.) Produktionssystemen in Kenia. Die Umstellung vom traditionellen Getreideanbau auf den Anbau von hochwertigen Nutzpflanzen wie Obst und Gemüse in Afrika südlich der Sahara bringt Herausforderungen mit sich, wenn es darum geht, hohe Erträge in Bezug auf Qualität und Quantität zu erhalten und zu verbessern. Zu diesen Herausforderungen gehört die unzureichende Bestäubungsleistung aufgrund des Rückgangs der Bestäuberpopulationen und -vielfalt, der auf den Verlust von Lebensräumen, Landnutzungsänderungen, Monokulturen und den wahllosen Einsatz von Agrarchemikalien zurückzuführen ist. Daher besteht ein Bedarf an angemessenen Bestäubungsleistungen, um eine nachhaltige Lebensmittel- und Ernährungssicherheit zu gewährleisten. Die Avocado ist eine der wichtigsten Exportfrüchte Kenias, die ein Fünftel der gesamten Gartenbauexporte des Landes ausmacht und somit zum Wirtschaftswachstum des Landes beiträgt. Es gibt jedoch nur wenige Informationen über die Bestäubung durch Insekten im Avocadoanbau, insbesondere in den afrikanischen Ländern südlich der Sahara. In dieser Studie wurde der normierte differenzierte Vegetationsindex (Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)) verwendet, um Landschaften anhand der Vegetationsproduktivität in niedrig, mittel und hoch zu klassifizieren. Die Abhängigkeit des Fruchtansatzes der Avocado von der Insektenbestäubung und Bestäubungsdefiziten wurde durch manipulative Bestäubungsexperimente (Selbst- und Windbestäubung, Selbstbestäubung, Insektenbestäubung und Handbestäubung) untersucht. Die Wirkung einer zusätzlichen Bestäubung durch die Westliche Honigbiene (Apis mellifera L.) zur Behebung von Bestäubungsdefiziten wurde untersucht. Avocado war in hohem Maße von der Bestäubung durch Insekten abhängig (89,5 %), und als die kleinbäuerlichen Betriebe durch Honigbienen ergänzt wurden, wurde ein Anstieg des Fruchtansatzes um 20,7 % verzeichnet, was auf Bestäubungsdefizite hinweist. Die Beibehaltung der Früchte wurde zwei Monate nach dem Fruchtansatz überwacht, und der Fruchtabfall war in den Betrieben mit Honigbienen weniger ausgeprägt. Die Auswirkungen von Landschaftsvariablen (NDVI-Klasse, Landschaftsvielfalt, nahe gelegene landwirtschaftliche Lebensräume und Betriebsgröße) auf Bestäubungsdefizite (Fruchtansatz) und Fruchterhaltungsraten wurden ebenfalls untersucht. Die Landschaftsvariablen hatten keinen signifikanten Einfluss auf den Fruchtansatz. Mit Ausnahme der Anzahl der Avocadobäume pro Betrieb wirkte sich keine der Landschaftsvariablen auf die Fruchterhaltung aus. Die Anzahl der Avocadobäume ist negativ korreliert mit dem Prozentsatz der Fruchterhaltung. Die Ergebnisse zeigen, dass die Avocado für den Fruchtansatz in hohem Maße von Insektenbestäubern abhängig ist und dass die Ergänzung der Betriebe mit A. mellifera das Bestäubungsdefizit ausgleicht, was zu einer Steigerung des Avocado-Fruchtertrags führt. Kapitel 3: Insektenbestäubung steigert Fruchtgewicht, Qualität und Marktfähigkeit von Avocado (Persea americana) Der Beitrag von Insektenbestäubern zur landwirtschaftlichen Produktion ist weitgehend unbekannt, insbesondere im Hinblick auf die menschliche Ernährung, vor allem in Afrika südlich der Sahara. Die meisten Landwirte verbessern ihre Ernteerträge durch Düngung, künstliche Bewässerung und Pestizide sowie durch die Abholzung von Wäldern für die landwirtschaftliche Expansion, ohne den potenziellen Beitrag der Insektenbestäubung zur Verbesserung der Ernteerträge und -qualität zu erkennen. Die Avocadoproduktion hat in den letzten Jahren aufgrund der hohen Nachfrage und des Bewusstseins für die hohe Nährstoffdichte der Avocado, insbesondere für einfach ungesättigte Öle und andere Nährstoffe wie Proteine, Ballaststoffe, wichtige Antioxidantien, Vitamine und Mineralien, einen erheblichen Anstieg erfahren. Obwohl es offensichtlich ist, dass die Bestäubung den Ertrag von Avocadofrüchten verbessert, ist noch unklar, ob die Bestäubung Vorteile für die Fruchtqualität und das Nährstoffprofil, insbesondere für die Öle, hat. In dieser Studie wurde der Beitrag der Insektenbestäubung zum Frucht- und Samengewicht, zum Öl-, Protein- und Kohlenhydratgehalt sowie zum Gehalt an sekundären Pflanzenstoffen (Flavonoide und Phenole) quantifiziert, und es wurde untersucht, ob eine Ergänzung mit Bestäubern (Honigbienen) diese Fruchtparameter verbessern könnte. Dies geschah mit Hilfe von manipulativen Bestäuberexperimenten: Handbestäubung, offene Bestäubung, Bestäuberausschlussversuche. Die Ergebnisse zeigten, dass das Gewicht der Avocadofrüchte bei offener und manueller Bestäubung signifikant höher war als beim Ausschluss von Bestäubern, was darauf hindeutet, dass Blütenbesucher/Bestäuber zu den Avocadoerträgen beitragen und die Marktfähigkeit verbessern. Darüber hinaus führte die Bestäubung durch Insekten zu schwereren Samen und einem höheren Ölgehalt, was darauf hindeutet, dass die Bestäubung durch Insekten für den hohen Samenertrag und den Ölgehalt der Frucht von Vorteil ist. Der Einsatz von Honigbienen steigerte auch das Gewicht der Avocadofrüchte um 18% im Vergleich zu den Kontrollbetrieben und erhöhte den Ölgehalt der Avocados leicht (3,6%). Im Gegensatz dazu hatte die Insektenbestäubung keinen Einfluss auf andere untersuchte Qualitätsparameter der Früchte (Eiweiße, Kohlenhydrate und sekundäre Pflanzenstoffe). Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Insektenbestäuber für die Optimierung der Avocadoerträge, der Nährstoffqualität (Öle) und damit der Marktfähigkeit von entscheidender Bedeutung sind, was den Wert der Ergänzung von Bienenstöcken zur Erzielung hochwertiger Avocadofrüchte und einer verbesserten Ernährungssicherheit unterstreicht. Kapitel 4: Charakterisierung der Bestäubungseffizienz von Blütenbesuchern der Avocado (Persea americana) durch Insekten Nicht alle Blütenbesucher sind echte Bestäuber, denn einige Besucher sind Räuber oder Diebe von Pollen oder Nektar und verlassen die Pflanze, ohne sie zu bestäuben. Frühere Studien haben gezeigt, dass Honigbienen den Fruchtansatz und den Ertrag von Avocados erhöhen. Eine Avocadoblüte wird jedoch von verschiedenen Insektenarten besucht. Die Bestimmung der Bestäubungseffizienz ermöglicht daher einen Vergleich der relativen Bedeutung der verschiedenen Insektenarten, um die Bestäubung der Pflanzen zu optimieren und so den Fruchtansatz und den Ernteertrag zu steigern und die Bestäuber zu schützen. Die Bestäubungseffizienz von Avocadoblütenbesuchern wurde bisher nur selten dokumentiert, und diese Studie ist eine der ersten, die über die Bestäubungseffizienz von Avocadoblütenbesuchern in Afrika südlich der Sahara berichtet. In der vorliegenden Studie wurde die Bestäubungseffizienz auf der Grundlage der Pollenübertragung nach einzelnen Besuchen verschiedener Bestäuberarten in Avocadoblüten getestet und deren Häufigkeit erfasst. Die geschätzte Bestäubungseffizienz war bei Honigbienen (Apis mellifera) am höchsten, gefolgt von einer Schwebfliegenart (Phytomia incisa). Diese beiden Arten hatten den höchsten Polleneintrag und mehr Pollenkörner auf ihren Körpern. Darüber hinaus waren Honigbienen die häufigsten Besucher der Avocadoblüten, gefolgt von Fliegen. Die Ergebnisse dieser Studie unterstreichen die höhere Bestäubungseffizienz von Honigbienen und Phytomia incisa. Daher werden Bewirtschaftungsmethoden, die diese Arten unterstützen, den Ertrag von Avocadofrüchten steigern. Darüber hinaus deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass die Bewirtschaftung von Honigbienen zur Verbesserung der Avocadobestäubung beibehalten werden kann, insbesondere in Gebieten, in denen es nicht genügend Wildbestäuber gibt. Kapitel 5 - Allgemeine Diskussion In dieser Studie wurde die Bedeutung der Insektenbestäubung für die Steigerung des Ertrags und der Qualität von Avocadofrüchten untersucht und die Bestäubungseffizienz von Avocado-Insektenblütenbesuchern bewertet. Die Studie hat gezeigt, dass die Insektenbestäubung, die in den meisten Fällen unterschätzt wird, eine entscheidende und wirtschaftlich wichtige Determinante für den Ertrag, die Qualität und die Marktfähigkeit der Früchte ist. Die Erkenntnisse aus dieser Studie können genutzt werden, um die Avocado-Produktion in kleinbäuerlichen Betrieben durch die Einführung von Honigbienenvölkern zu steigern. Folglich sollten unsere umfassenden Erkenntnisse auf eine breite Palette von Kulturpflanzen übertragbar sein, um deren Erträge und die Fruchtqualität zu verbessern. Es ist bemerkenswert, dass die Landwirte von der Integration der Diversität an Wildinsektenarten mit Honigbienen profitieren werden. Dies könnte durch die Anpflanzung einer Vielzahl von Pflanzen in der Nähe der Avocadoplantagen erreicht werden, um einheimische Bestäubergemeinschaften zu unterstützen und die Abhängigkeit der Avocadobestäubung von Honigbienen allein zu verringern. Dies würde die Kosten für die Bewirtschaftung der Bienenvölker senken, insbesondere für die arme Landbevölkerung in Afrika südlich der Sahara, und die Widerstandsfähigkeit des Systems erhöhen.…