Morfo-anatomía del ciclo de vida del helecho Pteridium aquilinum (Dennstaedtiaceae) en cultivo in vitro

Introducción: Pteridium aquilinum es un helecho heliófilo ampliamente distribuido en México. Es una especie pionera que usualmente se encuentra en hábitats alterados y tiene gran relevancia ecológica por sus propiedades alelopáticas, su resistencia al fuego y a condiciones de sequía. Objetivo: Realizar una descripción integral de la forma y ornamentación de las esporas de P. aquilinum, así como de la morfogénesis del gametofito, incluyendo el tipo de germinación y el desarrollo protálico (resaltando su morfología). Además, describir la anatomía del esporofito joven desarrollado en condiciones in vitro. Metodología: Se utilizó microscopía electrónica de barrido y técnica histológica de parafina para la descripción de las fases del gametofito y esporofito. Resultados: Las esporas son globulares y el trilete tiene ornamentación granulada, mientras que su germinación fue de tipo Vittaria y el desarrollo protálico correspondió al tipo Adiantum. Los anteridios se observaron 13 días después de la siembra, mientras que los arquegonios surgieron al día 17. La primera hoja del esporofito apareció entre los días 60 y 70. Al cuarto mes, la fase esporofítica desarrollada in vitro mostró la anatomía típica de la especie a esta edad, dado que no presentó vitrificación. El análisis histológico del rizoma, la base del peciolo, el raquis de primer orden y la lámina mostraron los sistemas de tres tejidos bien diferenciados. Las modificaciones anatómicas observadas in vitro, como una dictiostela monocíclica y sólo una banda de esclerénquima en el rizoma, podrían atribuirse a la edad de los individuos. Por otra parte, los estomas están presentes en la superficie adaxial de la lámina, que corresponde al tipo anomocítico. Aunque estos estomas se formaron en condiciones in vitro, es importante resaltar que son completamente funcionales. Conclusiones: Nuestro trabajo describe por primera vez la morfo-anatomía de las fases gametofítica y esporofítica del ciclo de vida de P. aquilinum en condiciones in vitro. Nuestros resultados posiblemente permitan la exploración con mayor profundidad de las propiedades biológicas, fisiológicas y ecológicas de la especie.

Introduction: Pteridium aquilinum is a heliophilous fern widely distributed in Mexico. It is a pioneer species usually found within disturbed habitats with high ecological relevance because of its allelopathic properties, its resistance to fire and drought conditions. Objective: Provide an integrative description regarding P. aquilinum spores shape and ornamentation, and also on gametophyte morphogenesis, including the type of germination and the prothallic development (highlighting its morphology). Furthermore, the anatomy of young sporophyte grown under in vitro conditions was described. Methods: We used scanning electron microscopy and histological paraffin technique to describe the gametophytic and sporophytic phases. Results: The evaluation of the spores showed the presence of globular morphology and triletes with granulated ornamentation; while their germination was Vittaria-type, the prothallic development corresponded to the Adiantum-type. The antheridia were observed 13 days following to the sowing, whereas archegonia arose at day 17. The first leaf of the sporophyte appeared between days 60 and 70. At fourth month, the in vitro grown sporophyte showed the typical anatomy of the individuals of the species at this age, since it did not exhibit vitrification. The histological analysis of rhizome, the petiole base, first order rachis and lamina showed the three tissue systems well differentiated. The anatomical modifications observed in vitro, such as a non-polycyclic dictyostele and just one band sclerenchyma in the rhizome, may be attributed to the individuals age. Moreover, the stomata are present on the adaxial surface of lamina, corresponding to the anomocytic type. Although these stomata were developed under in vitro conditions, it is important to highlight that they are completely functional. Conclusions: Our work describes for the first time the morpho-anatomy of both the gametophytic and the sporophytic phases in the life cycle of P. aquilinum under in vitro conditions. Our results indicate that this method will allow deeper exploration of biological, physiological and ecological properties of the species.

Effects of nickel on the fern Regnellidium diphyllum Lindm. (Marsileaceae) / Efeitos do níquel sobre a filicínea Regnellidium diphyllum Lindm. (Marsileaceae)

The heterosporous fern Regnellidium diphyllum occurs in southern Brazil and some adjoining localities in Uruguay and Argentina. Currently it is on the list of threatened species in the state of Rio Grande do Sul. Anthropic alterations such as the conversion of wetlands into agricultural areas or water and soil contamination by pollutants may compromise the establishment and survival of this species. Nickel (Ni) is an essential nutrient for plants but increasing levels of this metal due to pollution can cause deleterious effects especially in aquatic macrophytes. Megaspore germination tests were performed using Meyer's solution, at concentrations of 0 (control), 0.05, 0.5, 1, 5, 10, 20, 30, 50 and 100 mg L-1 of Ni. The initial development of apomictic sporophytes was studied using solutions containing 0 (control) to 4.8 mg L-1 of Ni. A significant negative relation was observed between the different Ni concentrations and the megaspore germination/sporophyte formation rates. Primary roots, primary leaves and secondary leaves were significantly shorter at 3.2 and 4.8 mg L-1 of Ni, when compared with the treatment without this metal. At 4.8 mg L-1, leaves also presented chlorosis and necrosis. The introduction of pollutants with Ni in the natural habitat of Regnellidium diphyllum may inhibit the establishment of plants in the initial stage of development, a problem to be considered in relation to the conservation of this species.

A samambaia heterosporada Regnellidium diphyllum Lindm. ocorre no Sul do Brasil e em algumas localidades vizinhas no Uruguai e na Argentina. Atualmente, consta da lista de espécies ameaçadas do Estado do Rio Grande do Sul. Alterações antrópicas - tais como a conversão de áreas úmidas em áreas de agricultura ou a contaminação de água e solo por poluentes - podem comprometer o estabelecimento e a sobrevivência da espécie. Níquel (Ni) é um nutriente essencial às plantas, mas níveis aumentados desse metal, em razão da poluição, podem causar efeitos deletérios, especialmente em macrófitas aquáticas. Testes de germinação de megásporos foram realizados usando-se solução de Meyer, em concentrações de 0 (controle); 0,05; 0,5; 1; 5; 10; 20; 30; 50; 100 mg L-1 de Ni. O desenvolvimento inicial de esporófitos apomíticos foi estudado usando-se soluções contendo 0 (controle) a 4,8 mg L-1 de Ni. Relação negativa significante foi observada entre diferentes concentrações de Ni e as taxas de germinação de megásporos/formação de esporófitos. Raízes primárias e folhas primárias e secundárias foram significantemente mais curtas a 3,2 e 4,8 mg L-1 de Ni, quando comparadas ao tratamento sem esse metal. Em 4,8 mg L-1, folhas também apresentaram clorose e necrose. A introdução de poluentes com Ni no habitat natural de Regnellidium diphyllum pode inibir o estabelecimento de plantas em estádio inicial de desenvolvimento, um problemaa a ser considerado em relação à conservação dessa espécie.

Mycorrhizal association in gametophytes and sporophytes of the fern Pteris vittata (Pteridaceae) with Glomus intraradices

Ferns, which are usually colonizing different environments and their roots frequently present mycorrhization, have two adult stages in their life cycle, the sporophytic and the gametophytic phase. This paper describes the experimental mycorrhizal association between Pteris vittata leptosporangiate fern and a strain of Glomus intraradices during the life cycle of the fern, from spore germination to the development of a mature sporophyte. The aim of this study was to compare the colonization pattern of in vitro cultures of G. intraradices along the fern life cycle with those found in nature. For this, mature spores were obtained from fertile P. vittata fronds growing in walls of Buenos Aires city, Argentina. Roots were stained and observed under the light microscope for arbuscular mycorrhizal colonization. Approximately, 75 fern spores were cultured in each pot filled with a sterile substrate and G. intraradices (BAFC N° 51.331) as inoculum on the surface. After germination took place, samples were taken every 15 days until the fern cycle was completed. In order to determine colonization dynamics each sample was observed under optical and confocal microscope after staining. Gametophyte was classified as Adiantum type. Male and female gametangia were limited to the lower face, mycorrhizal colonization started when they were differentiated and took place through the rhizoids. Spores and vesicles were not found in this cycle stage. Paris-type mycorrhizal colonization was established in the midrib and in the embrionary foot. It was colonized by external mycelium. When the first root was developed soil inoculum colonized de novo this structure and Arum-type colonization was observed. This study proves that the type of colonization is determined by the structure of the host, not by the fungus. Both the gametophyte and embryo foot have determined growth and Paris-type colonization, while, sporophyte roots have undetermined growth and Arum-type colonization. The structures found in vitro cultures were highly similar to those found under natural conditions. Rev. Biol. Trop. 60 (2): 857-865. Epub 2012 June 01.

Los helechos presentan dos etapas en su ciclo de vida, una fase esporofítica y una gametofítica. Estos por lo general pueden colonizar diferentes ambientes y frecuentemente presentan raíces micorrizadas. Este estudio describe la asociación experimental entre Pteris vittata, un helecho leptosporangiado y una cepa de Glomus intraradices durante el ciclo de vida del helecho, desde la germinación de las esporas hasta el desarrollo del esporofito maduro. El objetivo de este estudio fue comparar los patrones de colonización de G. intraradices a lo largo de todo el ciclo de vida del helecho con los tipos encontrados en la naturaleza. Las esporas maduras fueron obtenidas de frondes fértiles de P. vittata que crecen sobre las paredes de la ciudad de Buenos Aires, Argentina. Las raíces se tiñeron y fueron observadas bajo microscopio óptico para el estudio de la colonización micorrízica. Aproximadamente 75 esporas de helecho se cultivaron en macetas con un sustrato estéril y con un inóculo de G. intraradices (N° 51.331 BAFC) en la superficie. Después de la germinación, se tomaron muestras cada 15 días hasta que se completó el ciclo de vida del helecho. Con el fin de determinar la dinámica de la colonización, cada muestra se observó con el microscopio óptico y el microscopio de confocal luego de la tinción correspondiente. El gametofito fue clasificado como del tipo “Adiantum”. Los gametangios femeninos y masculinos se desarrollaron en la cara inferior del mismo. La micorrización comenzó cuando los gametangios estaban ya diferenciados y la colonización se produjo a través de los rizoides. Las esporas y las vesículas no se encontraron en esta fase del ciclo. La micorrizacion tipo Paris se observó sobre la línea de la nervadura central. El pie del esporofito fue colonizado por el micelio externo. Cuando la raíz se desarrolló, se colonizó “de novo”, y se observó una colonización de tipo Arum. Este estudio demuestra que el tipo de colonización está determinado por la estructura del helecho y no por el hongo. Tanto el gametofito como el pie del embrión tienen crecimiento definido y colonización tipo Paris, mientras que las raíces del esporofito presentan un crecimiento indeterminado y una colonización tipo Arum. Las estructuras que se encontraron bajo cultivo coinciden con las que se encontraron en condiciones naturales.