Germination and seed conservation of a pioneer species, Tecoma stans (Bignoniaceae), from tropical dry forest of Colombia / Germinación y conservación de semillas de la especie pionera, Tecoma stans (Bignoniaceae), del bosque seco tropical de Colombia

Abstract Seed germination and seed longevity under different environmental conditions are fundamental to understand the ecological dynamics of a species, since they are decisive for its success within the ecosystem. Taking this into account, seed germination and seed storage behavior of a pioneer species of tropical dry forest (Tecoma stans) were studied in the laboratory, to establish the effect of different environmental conditions on a local tree population. Two seed lots collected in July 2011, from Cali (Colombia), were evaluated under three alternating temperatures (20/30, 20/25, 25/30 ºC; 16/8 h) and four light qualities (12-hour white light photoperiod, darkness, and 15 minutes of red light -R and far red light -FR). Final germination was recorded for all treatments; for white light treatment the daily germination was recorded to calculate mean germination rate, mean germination time, and two synchronization indices. To assess the effect of light quality on physiological variables, a destructive germination test was carried out. For this test, another seed lot was evaluated under the same light conditions using an alternating temperature of 20/30 °C - 16/8 h, recording germination during six days for every treatment. In addition, seeds were stored at two different moisture contents (7.7, 4.1 %) and three storage temperatures (20, 5, -20 ºC), during two time periods (one and three months); a seed germination test was conducted for each treatment. Four replicates of 35 seeds per treatment were used for all experiments. Germination was high (GP > 90 %) with all alternating temperatures under white light, whereas under R, FR, and darkness germination was evenly successful at low temperatures, but at higher temperature, half of the seeds entered into secondary dormancy (GP= 45-65 %). However, mean germination rate and synchronization under R and FR decreased significantly in comparison to white light treatment and, consequently, mean germination time increased. Seed storage behavior of this species is orthodox due to the high germination (GP > 90 %) obtained under all treatments. In conclusion, T. stans seeds have a negative germination response at high incubation temperatures in the absence of white light, entering into a secondary dormancy. In contrast, an environment with a lower temperature and without white light delays the germination, but at the end seeds are able to reach the same germination values. This seed dependence on incident light in limiting conditions suggests a physiological mechanism on the seed tissues of this species, probably mediated by phytochromes. Finally, the orthodox seed storage behavior of T. stans is a reason to include this species in ex situ seed conservation programs for restoration and recovery of the tropical dry forest; however, long-term studies should be conducted in order to evaluate the maintenance of this characteristic throughout longer periods of time. Rev. Biol. Trop. 66(2): 918936. Epub 2018 June 01.

Resumen La germinación y la longevidad de las semillas de una especie bajo diferentes condiciones ambientales son fundamentales para las dinámicas ecológicas de una especie, debido a que son decisivas en el éxito de la misma en un ecosistema. Teniendo en cuenta esto, se estudió la germinación y el comportamiento en el almacenamiento de las semillas de una especie pionera de bosque seco tropical (Tecoma stans) a nivel de laboratorio, para establecer el efecto de diferentes condiciones ambientales en una población local de árboles. Dos lotes de semillas recolectados en julio 2011, de Cali (Colombia), se evaluaron a tres temperaturas alternadas (20 / 30, 20 / 25, 25 / 30 °C; 16 / 8 h) y cuatro calidades de luz (fotoperiodo de 12 horas de luz blanca, oscuridad, y 15 minutos de luz roja -R y roja lejana -RL). Se registró la germinación final para todos los tratamientos; para el tratamiento de luz blanca se registró la germinación diaria para calcular la tasa media de germinación, el tiempo medio de germinación y dos índices de sincronización. Para evaluar el efecto de la calidad de luz sobre las variables fisiológicas, se realizó una prueba de germinación destructiva. Para esta prueba, otro lote de semillas fue puesto a las mismas condiciones de luz usando una temperatura alternada de 20 / 30 °C - 16 / 8 h, registrando la germinación durante seis días para cada tratamiento. Además, se almacenaron semillas a dos contenidos de humedad (7.7, 4.1 %) y a tres temperaturas de almacenamiento (20, 5, -20 °C), durante dos periodos de tiempo (uno y tres meses); se realizó una prueba de germinación a cada tratamiento. Cuatro repeticiones de 35 semillas por cada tratamiento se usaron en cada experimento. La germinación fue alta (PG > 90 %) en todas las temperaturas alternadas con luz blanca, mientras que en los tratamientos de luz R, RL y en oscuridad, la germinación fue igualmente exitosa a bajas temperaturas, pero a temperaturas más altas la mitad de las semillas entraron en latencia secundaria (PG= 45-65 %). Sin embargo, la tasa media de germinación y la sincronización en R y RL disminuyeron significativamente en comparación con el tratamiento de luz blanca y consecuentemente el tiempo medio de germinación aumentó. El comportamiento de las semillas de T. stans en el almacenamiento es ortodoxo debido a la alta germinación obtenida (PG > 90 %) en todos los tratamientos. En conclusión, las semillas de T. stans tienen una respuesta germinativa negativa a temperaturas de incubación alta en ausencia de luz blanca, donde entran a latencia secundaria. En contraste, un ambiente con baja temperatura y sin luz blanca retrasa la germinación, pero al final las semillas son capaces de alcanzar los mismos valores de germinación. Esta dependencia de las semillas a la luz incidente en condiciones limitantes sugiere la presencia de un mecanismo fisiológico en los tejidos de esta especie, probablemente mediado por fitocromos. Finalmente, el comportamiento ortodoxo de las semillas de T. stans en el almacenamiento abre la posibilidad de incluirla en programas de conservación ex situ para la restauración y recuperación del bosque seco tropical; no obstante, se deben llevarse a cabo pruebas más largas para evaluar el mantenimiento de esta característica por periodos de tiempo más largos.

Variabilidad genética de poblaciones en cautiverio de Crocodylus moreletii (Crocodylia: Crocodylidae) mediante el uso de marcadores microsatelitales / Genetic variability in captive populations of Crocodylus moreletii (Crocodylia: Crocodylidae) using microsatellites markers

Genetic variability in captive populations of Crocodylus moreletii (Crocodylia: Crocodylidae) using microsatellites markers. Crocodylus moreletii, an extinction threatened species, represents an emblem for tropical ecosystems in Mexico. Surprisingly, there is a lack of information about their genetic constitution, which should be evaluated for a proper management ex situ and for making decisions on the release of crocodiles into natural habitats. The aim of this study was to characterize and compare the genetic variability of four populations of C. moreletii (two wild versus two born ex situ). Through PCR were amplified seven microsatellite polymorphic loci, however a heterozygote deficit, diminished by the presence of null alleles, was found in the populations (average H O=0.02). The AMOVA indicated that the highest proportion of genetic variability is within populations, and a limited genetic differentiation among populations (average F ST=0.03), probably due to high inbreeding index (average F IS=0.97). When comparing the genetic variability between and within other crocodilian species, we found that in C. moreletii is well below those reported. We concluded that the limited genetic variability in ex situ born populations is probably due to a founder effect derived from the social structure of their progenitors, and by the bottleneck effect, inferred by the limited effective population size, that historically characterizes their natural distribution in wild populations.

Crocodylus moreletii representa un emblema para los ecosistemas tropicales de México pero actualmente está amenazada por extinción. Sorprendentemente, hay una falta de información de su constitución genética, que debe ser evaluada para un manejo apropiado ex situ y para toma de decisiones en la liberación de cocodrilos a su hábitat natural. El objetivo del estudio fue caracterizar y comparar la variabilidad genética de cuatro grupos poblacionales de C. moreletii (dos silvestres y dos nacidas ex situ). Mediante PCR se amplificaron siete loci de microsatélites polimórficos, sin embargo se encontró déficit de heterocigotos en las poblaciones (promedio H O=0.02) mermado por la presencia de alelos nulos. El AMOVA indicó que la mayor proporción de variabilidad genética se encuentra dentro de las poblaciones y una limitada diferenciación genética entre poblaciones (promedio F ST =0.03), probablemente debida al alto índice de endogamia (promedio F IS=0.97). Al comparar la variabilidad genética inter e intra especies de cocodrilianos, encontramos que en C. moreletii está muy por debajo de los reportados. Se concluye que la limitada variabilidad genética de las poblaciones nacidas ex situ probablemente se debe al efecto fundador derivado de la estructura social de sus progenitores, y de las poblaciones silvestres, por el efecto cuello de botella, inferido por el limitado tamaño efectivo de población que presentó históricamente en su distribución natural.

A method for seedling recovery in Jatropha curcas after cryogenic exposure of the seeds

Actually, the germplasm of Jatropha spp. is conserved as whole plants in field collections. Under this storage method, the genetic resources are exposed to disease, pest and natural hazards such as human error, drought and weather damage. Besides, field genebanks are costly to maintain and with important requirements of trained personnel. Thus, the development of efficient techniques to ensure its safe conservation and regeneration is therefore of paramount importance. In this work we describe a method for Jatropha curcas seeds cryoexposure and seedling recovery after thawed. In a first experiment, an efficient protocol for in vitro plant recovery was carried out using zygotic embryo or seeds with or without coat. In a second experiment, desiccated seeds with or without coat were exposed to liquid nitrogen and evaluated after cryoexposure. Germination percentages were variable among treatments, and seeds demonstrated tolerance to liquid nitrogen exposure under certain conditions. Seeds of J. curcas presented up to 99.6% germination after seed coat removal. Seeds with coat cultured in vitro did not germinate, and were 60% contaminated. The germination of the zygotic embryos was significantly higher in the ½ MS medium (93.1%) than in WPM medium (76.2%), but from zygotic embryo, abnormal seedlings reached up to 99%. Seeds with coat exposed to liquid nitrogen showed 60% germination in culture after coat removal with good plant growth, and seeds cryopreserved without coat presented 82% germination, but seedlings showed a reduced vigor and a significant increase in abnormal plants. Seeds cultured in vitro with coat did not germinate, independently of cryoexposure or not. This study reports the first successful in vitro seedling recovery methodology for Jatropha curcas seeds, after a cryopreservation treatment, and is recommended as an efficient procedure for in vitro plant recovery, when seeds are conserved in germplasm banks by low or cryotemperatures.

Actualmente, el germoplasma de las especies de Jatropha ssp. se conserva como plantas enteras en las colecciones de campo. Bajo este método de almacenamiento, los recursos genéticos están expuestos a enfermedades, plagas y desastres naturales tales como el error humano, la sequía y las inclemencias del tiempo. Además, los bancos de germoplasma de campo son costosos de mantener y requieren bastante personal capacitado. Por lo tanto, el desarrollo de técnicas eficientes para asegurar su conservación segura así como su regeneración, es de suma importancia. En este trabajo se describe un método de recuperación para semillas y plántulas crioexpuestas de Jatropha curcas después de descongeladas. En un primer experimento, se llevó a cabo un protocolo eficiente para la recuperación de plantas in vitro mediante el uso de embriones cigóticos o semillas con o sin testa. En un segundo experimento, las semillas disecadas, con o sin testa fueron expuestas a nitrógeno líquido y se evaluaron después de la crioexposición. Los porcentajes de germinación fueron variables entre los tratamientos, y las semillas demostraron tolerancia a la exposición del nitrógeno líquido bajo ciertas condiciones. Las semillas de J. curcas presentaron hasta un 99.6% de germinación después de la eliminación de la testa. Las semillas con la testa cultivadas in vitro no germinaron, y el 60% se contaminaron. La germinación de los embriones cigóticos fue significativamente alta en el medio ½ MS (93.1%) en comparación con el medio WPM (76.2%), pero desde los embriones zigóticos, las plántulas anormales alcanzaron más del 99%. Semillas con la testa inmersa en nitrógeno líquido mostraron un 60% de germinacion en cultivos despúes de la remoción de la testa con un buen crecimiento de la planta, y las semillas criopreservadas sin testa presentaron un 82% de germinación, pero las plántulas mostraron un reducido vigor y un incremento significativo de plantas anormales. Semillas con testa cultivadas in vitro no germinaron, independientemente de la criopreservación o no. Este estudio reporta el primer éxito in vitro de una metodología de recuperación de plántulas para semillas de Jatropha curcas, después de un tratamiento de criopreservación, que se recomienda como un procedimiento eficaz para la recuperación de plantas in vitro, cuando las semillas se conservan en bancos de germoplasma a bajas o crio-temperaturas.