ABSTRACT
ABSTRACT Leaf anatomy characteristics provide important evidences about the transition between C3 and C4 pathways. The C4 photosynthesis pathway allowed to reduce the C3 photorespiratory rate, concentrating CO2 around the Rubisco site and using structures and machinery already presented in C3 plants. In monocots, it is observed a high number of C4 lineages, most of them phylogenetically related to C3 groups. The genus Apochloa (C3), subtribe Arthropogoninae, is related to two C4 genera Coleataenia and Cyphonanthus. The aim of this study was to evaluate four Apochloa species in order to establish anatomical characteristics related to the evolution of C4 pathway in this group. By means of transverse sections fully expanded leaves of A. euprepes, A. lorea, A. molinioides, and A. poliophylla were collected and the characteristics of the mesophyll (M) and bundle sheath (BS) cells were determined. These species showed a rustic Kranz anatomy with enlarged and radial arranged BS cells, which have few organelles organized in a centrifugal position. Although the modifications of BS cells are probably related to the maintenance of plant water status, we also discuss the evolution for the establishment of C4 photosynthesis in the related C4 genera.
RESUMEN Las características de la anatomía de la hoja proporcionan evidencias importantes sobre la transición entre las vías C3 y C4. La fotosíntesis C4 surgió para reducir la tasa de fotorrespiración C3, concentrando el CO2 alrededor del sitio de la Rubisco y utilizando estructuras y maquinaria ya presentes en las plantas C3. En monocotiledóneas, se observa un alto número de linajes C4, la mayoría de ellas filogenéticamente relacionadas con grupos C3. El género C3 Apochloa, que pertenece a la subtribu Arthropogoninae, está relacionado con dos géneros C4 Coleataenia and Cyphonanthus. En este contexto, el objetivo fue evaluar cuatro especies de Apochloa para establecer las características anatómicas relacionadas con la evolución de la via C4 en este grupo. Se colectaron hojas completamente expandidas de A. euprepes, A. lorea, A. molinioides y A. poliophylla y se determinaron las características de las células del mesófilo (M) y del haz de la vaina (HV) a partir de secciones transversales de la hoja. Las especies presentaron una anatomía rústica de Kranz con células HV agrandadas y de distribución radial, con pocas organelas organizadas en posición centrífuga. Aunque las modificaciones de las células HV están probablemente relacionadas con el mantenimiento del estado hídrico de la planta, se puede inferir que facilitan el establecimiento de la fotosíntesis en los géneros C4 relacionados.
ABSTRACT
Introduction: Drought is an important stress factor for sugarcane production in many areas of the world. Water proportion and moisture indices are applicable information for agronomic planning to forecast water excess or deficit during the crop cycle. Objective: Leaf anatomical features of two different sugarcane Saccharum 'UT12' (drought susceptible cultivar) and Saccharum 'UT13' (drought tolerant cultivar) were compared under early drought stress situation between 30 and 90 days after planting. Methods: Forty leaf anatomical features were investigated using peeling and free hand sectioning technique. Results: Some anatomical characteristics showed response to drought stress. Saccharum 'UT12' demonstrated higher sensitivity toward anatomical characteristics than Saccharum 'UT13'. A total of 23 and 15 out of the 40 anatomical characteristics showed significance in Saccharum 'UT12' and Saccharum 'UT13', respectively. Some anatomical features such as cell wall and cuticle thickness, vascular bundle size, stomatal size and density can be used as important markers for drought stress assessment in sugarcane leaf. Conclusions: This is the first report describing comparative leaf anatomy of sugarcane Saccharum 'UT12' and Saccharum 'UT13' in Thailand under drought stress. Results will provide important information to improve adaptation mechanisms of tolerant sugarcane cultivars under initial drought stress situations.
Introducción: La sequía es un factor de estrés importante para la producción de caña de azúcar en muchas áreas del mundo. La proporción de agua y los índices de humedad son información aplicable en la planificación agronómica para pronosticar el exceso o el déficit de agua durante el ciclo del cultivo. Objetivo: Se compararon las características anatómicas de las hojas de dos cañas de azúcar diferentes Saccharum 'UT12' (cultivar susceptible a la sequía) y Saccharum 'UT13' (cultivar tolerante a la sequía) bajo una situación de estrés por sequía temprana entre 30 y 90 días después de la siembra. Métodos: Se investigaron las características anatómicas de cuarenta hojas utilizando la técnica de seccionamiento de pelado y manos libres. Resultados: Algunas características anatómicas mostraron respuesta a estrés por sequía. Saccharum "UT12" demostró una mayor sensibilidad hacia las características anatómicas que Saccharum 'UT13'. Un total de 23 y 15 de las 40 características anatómicas mostraron significancia en Saccharum 'UT12' y Saccharum 'UT13', respectivamente. Algunas características anatómicas como la pared celular y el grosor de la cutícula, el tamaño del haz vascular, el tamaño y la densidad de los estomas se pueden utilizar como marcadores importantes para evaluar el estrés por sequía en la hoja de caña de azúcar. Conclusiones: Este es el primer reporte que describe la anatomía comparada de la hoja de la caña de azúcar Saccharum 'UT12' y Saccharum 'UT13' en Tailandia bajo estrés por sequía. Los resultados proporcionarán información importante para mejorar los mecanismos de adaptación de cultivares tolerantes de caña de azúcar bajo situaciones iniciales de estrés por sequía.
ABSTRACT
Restinga formations grow on sandy spits of coastal plains, an environment whose conditions limit the growth and development of vegetal species. Studies on restinga gradients are good examples of how plants acclimate to restrictive environments. This work compares three woody species co-occurring in four vegetations of a restinga from Southern Brazil. It pinpoints morpho-anatomical attributes that favor the survival of species faced with spatial variability of soil and light conditions. Results indicate that they respond differently to environmental variables on different scales. The plastic response of morphological attributes is more marked than that of anatomical ones. Varronia curassavica and Dodonaea viscosa showed more xeromorphic features on the more stressful restinga formations while Symphyopappus casarettoi varied between xerophyte to mesophyte forms along the gradient. Individual height, fresh and dry leaf masses, leaf area, specific leaf mass and area, leaf density, and water content are particularly noteworthy. These responses are strategies allowing the studied species to survive in restinga environment with highly variable soil nutrient, water availability, and light conditions. The environmental conditions are important features that modulate de plant morphology along the gradient.
Restinga (o cordón litoral) es una formación que se desarrolla en cordones arenosos de planícies litorales. Este ambiente presenta condiciones limitantes al crecimiento y desarrollo de las especies vegetales. Estudios en gradientes de restinga son buenos ejemplos de como las plantas se aclimatan a las condiciones ambientales restrictivas. Este trabajo tuvo como objetivo comparar tres especies leñosas co-ocurrentes en cuatro fisonomías de una restinga del sur de Brasil, buscando conocer los atributos morfo-anatómicos que favorecen la sobrevivencia de estas especies frente a la heterogeneidad espacial de las condiciones de suelo y luz. Los resultados indican que las variables ambientales fueron percibidas en diferentes escalas por las especies. Varronia curassavica y Dodonaea viscosa mostraron características más xeromórficas en las formaciones de restinga más estressantes, mientras que Symphyopappus casarettoi varió entre formas xerofíticas a mesofíticas a lo largo del gradiente. Atributos morfológicos presentaron respuesta plástica mas acentuada que los anatómicos, destácandose la altura de los individuos, las masas foliares frescas y secas, el área foliar, el área y la masa específica foliar, la densidad foliar y el contenido de agua. Tales características representan estrategias que permiten a las especies estudiadas sobrevivir en ambientes de restinga con elevada variación en la disponibilidad de nutrientes, agua del suelo y condiciones de luminosidad. Las condiciones ambientales son características importantes que modulan la morfología de la planta de lo largo del gradiente.