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.

Seedling survival of Handroanthus impetiginosus (Mart ex DC) Mattos in a semi-arid environment through modified germination speed and post-germination desiccation tolerance / Sobrevivência de plântulas de Handroanthus impetiginosus (Mart ex DC) Mattos em ambiente semi-árido ocorre por modificação da velocidade de germinação e da tolerância à dessecação pós germinação

Abstract Uniform rapid seed germination generally forms a great risk for the plant population if subsequent intermittent precipitation causes desiccation and seedling death. Handroanthus impetiginosus can be found commonly in a wide range of biomes within Brazil including those that are semi-arid. Germination and early growth was studied to understand how germinated seeds survive under these stringent conditions. Accessions were sampled from four seasonally dry biomes in Brazil. Precipitation at the start of the rainy season in the Caatinga, a semi-arid biome, is less predictable and the number of successive dry days per dry interval in the first four months of the rainy season was higher than in the other studied biomes. Plants from the Caatinga produced thicker seeds and this trait concurred with slow germination and stronger osmotic inhibition of germination across the accessions, forming a stress avoidance mechanism in the Caatinga. Post-germination desiccation tolerance was high in the Caatinga accession, could be re-induced in accessions from biomes with more regular precipitation (Cerrado and transition zone), but remained poor in the Cerradão accession; thus forming a stress tolerance mechanism. Production of adventitious roots ascertained survival of all tested individuals from all four locations, even if protruded radicles did not survive desiccation, forming an additional stress tolerance mechanism. A sequence of stress avoidance and stress tolerance mechanisms in seeds and germinated seeds was associated with precipitation patterns in different biomes. These mechanisms purportedly allow rapid seedling establishment when conditions are suitable and enable survival of the young seedling when conditions are adverse.

Resumo A germinação rápida e uniforme geralmente pode apresentar riscos para a população de plantas caso a precipitação ocorra de maneira intermitente, provocando seca e morte das plântulas. Handroanthus impetiginosus pode ser encontrado em uma grande variedade de biomas no Brasil. A germinação e o crescimento inicial das plântulas de Handroanthus impetiginosus foram estudadas para compreender como as sementes germinadas sobrevivem nestas condições. Acessos de quatro biomas que apresentam secas sazonais foram amostrados. A precipitação, no início da estação chuvosa na Caatinga, um bioma semi-árido, é menos previsível e o número de dias secos consecutivos por intervalo de seca, nos primeiros quatro meses da estação chuvosa, foi maior do que nos outros biomas estudados. Plantas do bioma Caatinga produzem sementes mais espessas e essa característica está associada com uma germinação lenta e com a inibição osmótica maior da germinação através dos acessos, formando um mecanismo para evitar o estresse. Tolerância à dessecação em sementes germinadas foi superior no bioma Caatinga e que podem ser reinduzida em acesso com uma precipitação mais regular (Cerrado e na zona de transição), mas manteve-se baixa no acesso Cerradão, formando assim um mecanismo para evitar o estresse. Produção de raízes adventícias foi observada nos indivíduos estudados de todos os quatro biomas, mesmo quando as raízes primárias não sobreviveram à dessecação, formando um mecanismo adicional de tolerância ao estresse. Assim, foi observado estratégias para evitar o estresse e mecanismos de tolerância ao estresse em sementes e sementes germinadas associada com padrões de precipitação nos diferentes biomas estudados. Estes mecanismos podem favorecer o estabelecimento das plântulas de forma rápida quando as condições são adequadas e permitirem a sobrevivência de plântulas quando as condições são adversas.

Changes in soluble carbohydrates during storage of Caesalpinia echinata LAM. (Brazilwood) seeds, an endangered leguminous tree from the Brazilian Atlantic Forest

Caesalpinia echinata seeds stored in laboratory environmental conditions lose their viability in one month whilst under low temperatures germination is maintained for 18 months of storage. These seeds are tolerant to desiccation, keeping their viability up to 0.08 gH2O.gDW-1. Since soluble carbohydrates are believed to be involved with desiccation tolerance and seed storability, the aim of this work is to analyze the content and composition of soluble carbohydrates in C. echinata seeds during storage in paper bags (PB) and glass flasks (GF) at laboratory room (RT) and cool (CT) temperatures. In freshly harvested seeds, total soluble carbohydrates comprised approximately 10% of the dry weight, decreasing to ca. 8% over 18 months of storage at RT. In seeds stored at CT, sugars varied differently decreasing initially and being restored at the end of the analysis period. The main neutral sugars in seeds from all treatments were sucrose, fructose and glucose. Raffinose and stachyose were present as traces. Free myo-inositol and other cyclitols were also detected. The main tendency observed was the variation in levels of both glucose and fructose in relation to sucrose, the highest levels of monosaccharides which were found in seeds stored at CT. The values of glucose and fructose were practically constant in seeds stored in paper bags for 18 months at CT, decreasing consistently in the other treatments, mainly at RT. Sucrose contents remained relatively stable. Changes in soluble sugars during storage suggest that the loss of germinability of seeds of C. echinata could be associated with low levels of glucose and fructose in relation to sucrose.

Sementes de Caesalpinia echinata (pau-brasil) perdem a viabilidade em um mês quando armazenadas no ambiente de laboratório, enquanto a capacidade germinativa é mantida quando armazenadas sob temperturas baixas. O presente trabalho teve como objetivos analisar o conteúdo e a composição dos carboidratos de sementes de C. echinata armazenadas em câmara fria (CT) e em temperatura ambiente do laboratório (RT), em duas embalagens distintas (permeável e impermeável), visando a avaliar o envolvimento desses compostos com a capacidade germinativa das sementes. Os resultados mostraram que os carboidratos solúveis são constituídos principalmente de sacarose, glicose, frutose, myo-inositol e traços de rafinose e estaquiose, totalizando cerca de 10% da massa seca das sementes. As variações nos carboidratos solúveis foram semelhantes nos dois tipos de embalagem, mas diferentes quanto à temperatura de armazenamento. Em CT, as proporções dos monossacarídeos encontradas nas sementes recém-colhidas foram mantidas por cerca de 18 meses de armazenamento, coincidindo com alta porcentagem de germinação (80%). Nas armazenadas em RT houve redução expressiva nas proporções de glicose e frutose e perda completa da germinabilidade. O conteúdo de sacarose se manteve relativamente estável durante todo o período de análise. Os resultados indicam que a perda da germinabilidade de sementes de C. echinata está associada à diminuição dos níveis de glicose e frutose em relação aos níveis de sacarose.