Physiological, cellular and molecular aspects of the desiccation tolerance in Anadenanthera colubrina seeds during germination / Aspectos fisiológicos, celulares e moleculares da tolerância à dessecação em sementes de Anadenanthera colubrina durante a germinação

Abstract During germination, orthodox seeds become gradually intolerant to desiccation, and for this reason, they are a good model for recalcitrance studies. In the present work, physiological, biochemical, and ultrastructural aspects of the desiccation tolerance were characterized during the germination process of Anadenanthera colubrina seeds. The seeds were imbibed during zero (control), 2, 8, 12 (no germinated seeds), and 18 hours (germinated seeds with 1 mm protruded radicle); then they were dried for 72 hours, rehydrated and evaluated for survivorship. Along the imbibition, cytometric and ultrastructural analysis were performed, besides the extraction of the heat-stable proteins. Posteriorly to imbibition and drying, the evaluation of ultrastructural damages was performed. Desiccation tolerance was fully lost after root protrusion. There was no increase in 4C DNA content after the loss of desiccation tolerance. Ultrastructural characteristics of cells from 1mm roots resembled those found in the recalcitrant seeds, in both hydrated and dehydrated states. The loss of desiccation tolerance coincided with the reduction of heat-stable proteins.

Resumo Durante a germinação, sementes ortodoxas tornam-se gradualmente intolerantes à dessecação, e por isso podem ser utilizadas como modelo para o estudo da recalcitrância. No presente trabalho realizou-se uma caracterização dos aspectos fisiológicos, bioquímicos e ultraestruturais da perda da tolerância à dessecação de sementes de Anadenanthera colubrina em processo germinativo. Para isso as sementes foram embebidas durante 0 (controle), 2,8,12 e aproximadamente 18 horas (sementes germinadas com 1 mm de radícula), secas por 72 horas, reidratadas e a sobrevivência avaliada. Ao longo da embebição foram realizadas análises citométricas, ultraestruturais e extração de proteínas resistentes ao calor e após embebição e secagem foram avaliados danos ultraestruturais. A tolerância à dessecação foi totalmente perdida após a protrusão radicular. Não houve aumento do conteúdo de DNA 4C quando a tolerância à dessecação foi perdida. Características ultraestruturais de células de radículas de 1 mm assemelharam-se às encontradas em sementes recalcitrantes tanto no estado hidratado quanto desidratado. A perda da tolerância à dessecação coincidiu com a redução do conteúdo de proteínas resistentes ao calor.

Morpho-anatomy, imbibition, viability and germination of the seed of Anadenanthera colubrina var. cebil (Fabaceae) / Morfo-anatomía, imbibición, viabilidad y germinación de las semillas de Anadenanthera colubrina var. cebil (Fabaceae)

Seed biology is a relevant aspect of tropical forests because it is central to the understanding of processes of plant establishment, succession and natural regeneration. Anadenanthera colubrina var. cebil is a timber tree from South America that produces large seeds with thin weak teguments, which is uncommon among legumes. This study describes the morphology and anatomy of the seed coat, the viability, imbibition, and germination in this species. Seeds used during the essays came from 10 trees that grow naturally in Horco Molle, province of Tucumán, Argentina. Seed morphology was described from a sample of 20 units. The seed coat surface was examined with a scanning electron microscope. Transverse sections of hydrated and non-hydrated seeds were employed to describe the histological structure of the seed coat. Hydration, viability and germination experiments were performed under laboratory controlled conditions; and the experimental design consisted of 10 replicas of 10 seeds each. Viability and germination tests were conducted using freshly fallen seeds and seeds stored for five months. Morphologically the seeds of A. colubrina var. cebil are circular to subcircular, laterally compressed, smooth, bright brown and have a horseshoe fissure line (=pleurogram) on both sides. The seed coat comprises five tissue layers and a double (external and internal) cuticle. The outer cuticle (on the epidermis) is smooth and interrupted by microcracks and pores of variable depth. The epidermis consists of macroesclereids with non-lignified secondary walls. This layer is separated from the underlying ones during seed hydration. The other layers of internal tissues are comprised of osteosclereids, parenchyma, osteosclereids, and macrosclereids. The percentage of viable seeds was 93%, decreasing to 75% in seeds with five months old. Seed mass increased 76% after the first eight hours of hydration. Germination percentage was 75% after 76 hours. Germination of seeds stored for five months decreased to 12%. The results showed that seeds of A. colubrina var. cebil are highly permeable and germinate directly without a dormant period.

El cebil, Anadenanthera colubrina var. cebil (Griseb.) Altschul, es un árbol forestal de América del Sur con grandes semillas de tegumentos delgados y débiles. Este estudio describe la morfología y anatomía de la cubierta seminal del cebil y evalúa la viabilidad, la imbibición y germinación de las semillas. Morfológicamente las semillas son circulares a subcirculares, comprimidas lateralmente, lisas, marrón lustrosas, con una línea fisural en forma de herradura en ambas caras. Histológicamente la cubierta seminal comprende cinco capas de células y una cutícula externa e interna. La cutícula externa es lisa y presenta microfisuras y poros de profundidad variable. La epidermis consiste de un estrato de macroesclereidas con paredes secundarias no lignificadas. Los siguientes tejidos internos incluyen, osteosclereidas, parénquima, osteoscleridas y macroesceleridas. El porcentaje de semillas viables fue del 93%, disminuyendo al 75% en semillas con cinco meses de almacenamiento. Las semillas incrementaron el 76% de su masa durante las primeras 8 horas de hidratación. El porcentaje de germinación en semillas nuevas fue del 75% al término de 76 horas y del 12% en semillas almacenadas por cinco meses. Los resultados confirman que las semillas de A. colubrina var. cebil son altamente permeables y germinan sin un período de reposo.

Caracterización morfoanatómica de hoja, tallo, fruto y semilla de Salvia hispanica L. (Lamiaceae ) / Morphoanatomical characterization of Salvia hispanica L. (Lamiaceae ) leaf, stem, fruit and seed

The "chía", Salvia hispanica L. (Lamiaceae), is an herbaceous annual plant native to Mexico. Its fruits contain antioxidant substances important for human nutrition, such as linoleic and alpha-linolenic acids, natural sources of omega-3 and omega-6 acids. The aim of this work was to establish morphological and anatomical diagnostic characters for leaf, stem, fruit and seed of the species in order to contribute to the botanical quality control in the marketing process as raw material for food and/or pharmaceutical industry.

Salvia hispanica L., "chía", (Lamiaceae), es una planta herbácea, anual, originaria de México. Sus frutos contienen antioxidantes, ácido linoleico y alfa-linolénico, fuente natural de ácidos grasos omega-6 y omega-3, importantes en la nutrición humana. El objetivo de éste trabajo fue establecer caracteres morfológicos y anatómicos diagnósticos de hoja, tallo, fruto y semilla de dicha especie, a fin de contribuir al control de calidad botánico en el proceso de comercialización como materia prima para la industria alimenticia y/o farmacéutica.

Propagación y descripción morfo-anatómica de salvia chilena (Lepechinia chamaedryoides) / Propagation and morpho-anatomical description of Chilean salvia (Lepechinia chamaedryoides)

The aim of this work was to identify an effective method to improve the rate and percentage of germination and the rooting of seeds and cuttings of Lepechinia chamaedryoides (Balb.) Epling. Morphological changes experienced by the seed during the germination process also were followed by microscopy. This research was conducted during 2009 and 2010 in the Faculty of Agronomy of the University of Concepción. Four germination tests were assayed: a) sulfuric acid scarification and further stratification, b) leaching of inhibitors with different water temperatures plus different concentrations of gibberellic acid, c) thermal scarification plus stratification and d) gibberellic acid application at different concentrations. The highest percentage of germination was obtained with thermal scarification and stratification. Vegetative propagation test consisted of different concentrations of indole butyric acid (IBA) applied to the stem base. Significant differences between treatments were not found. The morphological changes of the seed during the germination process were observed by scanning electron microscope (SEM). These findings allowed identifying characteristics of highly lignified pericarp.

Con el propósito de identificar un método efectivo para obtener un alto porcentaje de germinación y enraizamiento en semillas y estacas de Lepechinia chamaedryoides (Balb.) Epling y observar los cambios morfológicos que experimenta la semilla durante el proceso de germinación, se realizó esta investigación durante el año 2009 y 2010 en la Facultad de Agronomía de la Universidad de Concepción. Se efectuaron cuatro ensayos de germinación: a) escarificación con ácido sulfúrico y estratificación, b) lixiviación de inhibidores con agua a diferentes temperaturas más concentraciones de ácido giberélico, c) escarificación térmica más estratificación y d) aplicación de ácido giberélico, en diferentes concentraciones. El mayor porcentaje de germinación se obtuvo con el tratamiento de escarificación térmica y estratificación. Con respecto a la propagación vegetativa, se realizaron ensayos con diferentes concentraciones de ácido indolbutírico (IBA) aplicado a la base de las estacas, no observándose diferencias significativas entre tratamientos. Los cambios morfológicos de la semilla durante el proceso de germinación se observaron mediante Microscopio Electrónico de Barrido (MEB) lo que permitió identificar características anatómicas y estructurales de un pericarpio altamente lignificado.

Efecto de la densidad de inoculación en la formación y morfología de los embriones somáticos de plátano (Musa spp. AAAB, cv. híbrido FHIA-21) / Effect of inoculum density on formation and morphology of plantain somatic embryos (Musa spp. AAAB, cv. Hybrid ‘FHIA-21’)

La embriogénesis somática constituye una interesante propuesta para la propagación masiva de plantas del cultivar híbrido FHIA-21 (Musa AAAB). Sin embargo, se caracteriza por ser un proceso asincrónico, dado por la presencia de embriones somáticos en diferentes etapas de desarrollo ontogénico. La reducción de la asincronía es un aspecto importante para la utilización de este sistema de regeneración en la propagación de plantas. Esta investigación se realizó con el objetivo de determinar el efecto de la densidad de inoculación sobre la formación y el desarrollo morfológico homogéneo de los embriones somáticos del cv. FHIA-21. Con este propósito se adicionaron 0,5; 1,0; 1,5 y 2,0 g de masa fresca (gMF) de agregados celulares embriogénicos en Erlenmeyers (250 ml), que contenían 30 ml de medio de cultivo líquido. Las evaluaciones se realizaron a los 30 días de cultivo con la determinación del número y la longitud de los embriones somáticos (mm). Además de una descripción morfológica e histológica de estos. Los resultados mostraron el efecto regulatorio de la densidad de inoculación en la formación y el desarrollo morfológico de los embriones somáticos. La mayor formación de embriones con un desarrollo morfológico homogéneo se produjo en 1,5 gMF de densidad de inoculación. Esta proporcionó un 86,4% de embriones con una longitud de 0,21 a 4,0 mm, y el estudio de las secciones histológicas mostró evidencias histológicas de la etapa globular. La sincronización durante la formación y el desarrollo de los embriones somáticos del cv. FHIA-21 aumentó la eficiencia del proceso de embriogénesis somática.

Somatic embryogenesis is an interesting proposal for mass propagation of plants from the FHIA-21 (Musa AAAB). However, it is characterized by an asynchronous process, due to the presence of somatic embryos at different stages of ontogenetic development. Reduction of asynchrony is an important aspect to use this system of regeneration in plant propagation. Effect of inoculation density on the formation and uniform morphological development of somatic embryos of cv. ‘FHIA-21’ was determine by adding 0.5, 1.0, 1.5 and 2.0 g of fresh mass (gMF) of embryogenic cell aggregates, in Erlenmeyer flasks (250 ml) containing 30 ml liquid culture medium. Evaluations were made within 30 days of culture determining the number and length of somatic embryos (mm). Also, morphological and histological descriptions of these were analyzed. Results showed the regulatory effect of inoculation density on the formation and morphological development of somatic embryos. The biggest formation of embryos with a uniform morphological development occurred in 1.5 gMF inoculation density. This provided 86.4% of embryos with a length of 0.21 to 4.0 mm and the study of histological sections showed histological evidence of the globular stage. Synchronization during the formation and development of somatic embryos cv. FHIA-21 increased the efficiency of somatic embryogenesis.

Efecto de la acetilación y oxidación sobre algunas propiedades del almidón de semillas de Fruto de pan (Artocarpus altilis) / Effect of acetylation and oxidation on some properties of Breadfruit (Artocarpus altilis) seed starch

El almidón extraído de las semillas del fruto de pan (Artocarpus altilis) fue modificado químicamente por acetilación y oxidación, y sus propiedades funcionales evaluadas y comparadas con las del almidón nativo. El análisis proximal reveló que los almidones modificados presentaron contenidos de humedad más altos que el nativo. El contenido de cenizas, proteínas, fibra cruda, y amilosa aparente fue reducido con las modificaciones. Las modificaciones no alteraron la morfología de los gránulos de almidón nativo de A. altilis, presentando forma irregular, en su mayoría ovalados y con superficie lisa. La absorción de agua, poder de hinchamiento y sólidos solubles variaron con las modificaciones químicas realizadas, resultando mayores en el almidón acetilado. En comparación con el almidón nativo, los dos tipos de modificación redujeron la temperatura inicial de gelatinización; el pico de máxima viscosidad se redujo en el almidón oxidado pero aumentó en el acetilado; la viscosidad de la pasta en caliente disminuyó para los almidones modificados, mientras que la viscosidad en frío fue menor en el almidón oxidado y mayor en el almidón acetilado. La estabilidad se incrementó con la acetilación y se redujo con la oxidación. El almidón acetilado presentó el valor más bajo de setback o asentamiento, por lo que hubo una menor tendencia a la retrogradación.

Effect of acetylation and oxidation on some properties of Breadfruit (Artocarpus altilis) seed starch. Starch extracted from seeds of Artocarpus altilis (Breadfruit) was chemically modified by acetylation and oxidation, and its functional properties were evaluated and compared with these of native starch. Analysis of the chemical composition showed that moisture content was higher for modified starches. Ash, protein, crude fiber and amylose contents were reduced by the modifications, but did not alter the native starch granules’ irregularity, oval shape and smooth surface. Acetylation produced changes in water absorption, swelling power and soluble solids, these values were higher for acetylated starch, while values for native and oxidized starches were similar. Both modifications reduced pasting temperature; oxidation reduced maximum peak viscosity but it was increased by acetylation. Hot paste viscosity was reduced by both modifications, whereas cold paste viscosity was lower in the oxidized starch and higher in the acetylated starch. Breakdown was increased by acetylation and reduced with oxidation. Setback value was reduced after acetylation, indicating it could minimize retrogradation of the starch.