RESUMO
Resumen Introducción: A pesar de que T. cacao es una especie importante a nivel mundial por la producción de cacao, es poco lo que se conoce sobre la micromorfología y estructura de las anteras y los granos de polen. Objetivos: Describir y analizar la estructura y micromorfología de las anteras y los granos de polen de 10 genotipos élite de esta importante especie tropical. Métodos: Se tomaron más de 30 anteras de flores en antesis de los 10 genotipos élite de T. cacao del banco de germoplasma ex situ del Centro de Investigaciones Suiza-Agrosavia (Rionegro, Santander-Colombia). El material se procesó de acuerdo con los protocolos estándar para embeber y seccionar en parafina. Las secciones obtenidas (3 μm) se tiñeron con azul de Safranina-Alcian para discriminar estructuras con paredes primarias y secundarias y polifenoles totales. Además, se usó la técnica PAS-Amidoblack para diferenciar entre polisacáridos estructurales y de reserva, así como proteínas. Para la determinación de esporopolenina y polifenoles se usó la tinción azul de toluidina y finalmente para descripciones adicionales se aplicó la tinción azul alcián-PAS-hematoxilina. Las observaciones se realizaron mediante microscopio fotónico y microscopio de epifluorescencia. Para la observación con microscopía electrónica de barrido (MEB), las anteras con los granos de polen se fijaron y deshidrataron en 2.2 dimetoxipropano, luego se desecaron hasta un punto crítico y finalmente se recubrieron con oro. Resultados: Las anteras son bitecas y están sostenidas por un largo filamento formado por un estrato epidérmico, tejido parenquimatoso y un haz vascular. La dehiscencia ocurre longitudinalmente a través del estomio. La pared de la antera madura está formada por una capa epidérmica monoestratificada, una capa de células endoteliales con engrosamientos fibrilares lignificados y se pueden apreciar restos celulares del tapete y abundantes orbículas recubriendo la cavidad de los microesporangios. Los tejidos epidérmicos y parenquimatosos de las anteras almacenan polifenoles. Las orbículas son generalmente esféricas, psiladas y exhiben las mismas reacciones de tinción y fluorescencia que la exina de los granos de polen. Los granos de polen son mónades, isopolares, pequeños (16-19 µm) con amb circular, esferoidales, tricolpados con colpos medianos o cortos (5-10 µm) con membrana ornamentada, semitectatos, reticulados, heterobrochados, las paredes del retículo ornamentadas o no, con microgránulos de diferente tamaño o escabrados. Los análisis estadísticos mostraron que existen diferencias significativas en el tamaño de los granos de polen (P ˂ 0.05). Se observa que los granos de polen más pequeños son los del genotipo TCS 19 (16.890 µm) y se diferencian del resto de genotipos, y entre estos no se observan diferencias significativas. Solo dos genotipos (SCC 19 y SCA 6) presentaron polenkit y solo uno tiene paredes perforadas (SCA 6). Conclusiones: La estructura y micromorfología de las anteras de T. cacao son similares a las descritas para otras Malvaceae. Así mismo, los granos de polen mostraron variaciones de tamaño, ornamentación de las paredes y del lumen del retículo y presencia de polenkit. Sin embargo, no se observó relación entre las variaciones de los caracteres micromorfológicos analizados en los granos de polen y los modelos de compatibilidad polínica reportados para estos genotipos.
Abstract Introduction: Despite the fact that T. cacao is an important species worldwide for cocoa production, little is known about the micromorphology and structure of anthers and pollen grains. Objectives: To describe and analyze the structure and micromorphology of the anthers and pollen grains of 10 elite genotypes of this important tropical species. Methods: More than 30 anthers of flowers in anthesis were taken of the 10 elite genotypes of T. cacao from the ex situ germplasm bank of the Suiza-Agrosavia Research Center (Rionegro, Santander-Colombia). The anthers with the pollen grains were fixated and processed according to the standard protocols for embedding and sectioning in paraffin. Sections obtained (3 μm thick) were stained with Safranin-Alcian blue to discriminate structures with primary and secondary walls and total polyphenols. Additionally, the samples were also stained with the PAS-Amidoblack technique was used to differentiate between structural and reserve polysaccharides as well as proteins. Toluidine blue staining was used for the determination of sporopollenin and polyphenols and finally Alcian blue-PAS-Hematoxylin staining was applied for additional descriptions. Observations were made using photonic microscopy and epifluorescence microscopy. For observation with scanning electron microscopy (SEM) the anthers with the pollen grains were fixed and dehydrated in 2.2 Dimethoxypropane, then desiccated to critical point and finally coated with gold. Results: The anthers are dithecal and supported by a long filament made up of an epidermal stratum, parenchymal tissue, and a vascular bundle. The dehiscence occurs longitudinally through the stomium. The anther wall is made up of a monostratified epidermal layer, followed by a layer of endothecial cells with lignified fibrillar thickenings, cellular remnants of tapetum and abundant orbicules can be seen covering the cavity of the microsporangia. The epidermal and parenchymal tissues of the anthers are abundant in polyphenols. Orbicules are generally spherical, psilated, and these exhibit the same staining and fluorescence reactions as exine from pollen grains. The pollen grains are monades, isopolar, small (16-19 µm) with circular amb, spheroidal, tricolpate with medium or short colpi (5-10 µm) with sculptured membrane, semitectate, reticulated, heterobrochate, sculptured or non- sculptured walls, with microgranules of different size or scabrate. The statistical analyzes showed that there are significant differences in the size of the pollen grains (P ˂ 0.05). It is observed that the smallest pollen grains are those of the TCS 19 genotype (16.890 µm) and are different from the other genotypes, and among these there are no significant differences. Only two genotypes (SCC 19 and SCA 6) showed pollenkit and only one has perforated walls (SCA 6). Conclusions: The structure and micromorphology of the anthers of T. cacao are similar to those described for other Malvaceae. Likewise, the pollen grains showed variations in size, ornamentation of the sporoderm and the lumen of the reticulum and the presence of pollenkitt. However, no relationship was observed between the micromorphological characters analyzed in the pollen grains and the pollen compatibility models reported for these genotypes.
Assuntos
Pólen/anatomia & histologia , CacauRESUMO
Studies on reproductive aspects of Lycopodiaceae are not very abundant in the scientific literature, and constitute essential information to support taxonomic and systematic relationships among the group. Here we present a detailed study of the ontogeny of sporangia and sporogenesis, and the chemical determination of several compounds generated during spore formation. The analyses were performed in 14 taxa of six genera of the family, Diphasiastrum, Diphasium, Huperzia (a genus which is treated here including Phlegmariurus), Lycopodiella, Lycopodium and Palhinhaea. Specimens were collected in three departments from the Colombian Andes between 1 454-3 677m altitude. Ontogeny was studied in small, 1cm long pieces of strobili and axis, which were fixed in glutaraldehyde or FAA, dehydrated in alcohol, embedded in LR White, sectioned in 0.2-0.5μm and stained with toluidine blue (TBO), a metachromatic dye that allows to detect both sporopollenin and lignin or its precursors, during these processes. For other studies, paraplast plus-embedded sections (3-5μm) were stained with safranin-fast green and alcian blue-hematoxylin. Chemical tests were also conducted in sections of fresh sporangia at different stages of maturity using alcian blue (mucopolysaccharides), Lugol solution (starch), Sudan III (lipids), phloroglucinol (lignin) and orcein (chromosomes). Sections were observed with photonic microscope equipped with differential interference contrast (DIC) and fluorescence microscopy (for spore and sporangium walls unstained). Strobili and sporangia were dehydrated with 2.2 dimethoxypropane, critical point dried and coated with gold for scanning electron microscopy (SEM). Our results indicated that the ontogeny of sporangia and sporogenesis were very similar to the previously observed in Huperzia brevifolia. Cutinisation occurs in early stages of development of sporangium cell walls, but in their final stages walls become lignified. As for the sporoderm development, the exospore is the first layer formed, composed by sporopollenin. The endospore deposits as a thin inner layer composed of cellulose, pectin and carboxylated polysaccharides. The perispore, if present, deposits at last. Mucopolysaccharides were found on the sporocyte coat and its abundance in sporangial cavity persists up to the immature tetrads stage, and then disappears. The lipids were abundant in the sporocytes, tetrads and spores, representing the main source of energy of the latter. In contrast, starch is not detected in the spores, but is abundant in premeiotic sporocytes and immature tetrads, developmental stages of high cellular metabolic activity. Intrinsic fluorescence corroborates the presence of lignin and cutin in the sporangium wall, while the sporopollenin is restricted to the exospore. The transfusion cells and the perispore are not always present. However, the processes of ontogeny and sporogenesis are extremely similar throughout the taxa studied, suggesting that they represent conservative family traits, nonspecific or generic.
Los estudios sobre aspectos reproductivos no son muy abundantes en la literatura científica sobre los taxones de Lycopodiaceae y constituyen información esencial para apoyar la taxonomía y relaciones sistemáticas en el grupo. Por lo tanto, se presenta aquí un análisis detallado de la ontogenia de los esporangios y esporogénesis, así como determinaciones químicas de varios compuestos generados durante la formación de las esporas. Los análisis se llevaron a cabo en 14 taxones de seis géneros de la familia: Diphasiastrum, Diphasium, Huperzia (un género que se trata aquí, incluyendo Phlegmariurus), Lycopodiella, Lycopodium y Palhinhaea. Las muestras fueron recolectadas en tres departamentos de los Andes de Colombia entre 1 454-3 677m de altitud. La ontogenia se estudió en trozos de estróbilos y ejes, de 1cm de largo, que se fijaron en glutaraldehido o FAA, se deshidrataron en alcohol, se incluyeron en LR White, se seccionaron en cortes de 0.2-0.5μm y se colorearon con azul de toluidina (TBO), un colorante metacromático que permite detectar tanto esporopolenina como lignina o sus precursores. Para estudios adicionales, secciones de 3-5μm de material incluido en paraplast plus se colorearon con safranina-verde rápido y azul alciánhematoxilina. Las pruebas químicas se llevaron a cabo en secciones de esporangios sin fijar en diferentes etapas de madurez utilizando azul alcián (mucopolisacáridos), solución de Lugol (almidón), Sudán III (lípidos), fluoroglucinol (lignina) y orceína (cromosomas). Las observaciones se efectuaron con microscopio fotónico equipado con contraste diferencial de interferencia (DIC) y microscopía de fluorescencia (para esporas y pared de los esporangios sin colorear). Para observaciones con microscopía electrónica de barrido (MEB), los estróbilos y esporangios se deshidrataron con 2,2 dimetoxipropano, se desecaron a punto crítico y se metalizaron con oro. Los resultados indican que la ontogenia de los esporangios y esporogénesis es muy similar a la observada previamente en Huperzia brevifolia. En las primeras etapas de desarrollo, las paredes celulares de la epidermis del esporangio se cutinizan y en las finales se lignifican. En el desarrollo del esporodermo, la primera capa que se forma es el exosporio, compuesto por esporopolenina. El endosporio es una capa interna delgada compuesta de celulosa, pectina y polisacáridos carboxilados. El perisporio, si está presente, es la última capa que se deposita. Los mucopolisacáridos se encontraron en la cubierta del esporocito, son abundantes en la cavidad esporangial hasta la etapa de tétradas inmaduras y luego desaparecen. Los lípidos son abundantes en esporocitos, tétradas y esporas, y representan la principal fuente de energía de estas. En contraste, el almidón no se detecta en las esporas pero es abundante en esporocitos premeióticos y tétradas inmaduras, ambos con gran actividad metabólica. La fluorescencia intrínseca corrobora la presencia de lignina y cutina en la pared del esporangio, mientras que la esporopolenina se limita al exosporio. Las células de transfusión y el perisporio no siempre están presentes. Sin embargo, los procesos de la ontogenia y esporogénesis son extremadamente similares en todos los taxones estudiados, lo que sugiere que representan rasgos típicos de familia, no específicos ni genéricos.
