Рост зародыша и прорастание гетероморфных семян Anethum graveolens L. (Apiaceae) под действием высокой температуры

Автор: Солдатенко А.В., Бухаров А.Ф., Балеев Д.Н., Иванова М.И., Назаров П.А., Разин О.А., Разин А.Ф.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Селекция и семеноводство овощных культур в России (к 100-летию федерального научного центра овощеводства)

Статья в выпуске: 5 т.55, 2020 года.

Бесплатный доступ

Гетероморфизм широко распространен в природе и проявляется в варьировании различных параметров семян у отдельных особей и в пределах популяции. Для семян укропа ( Anethum graveolens L.) характерен гетероморфизм, обусловленный материнским фактором. Он влияет прежде всего на величину семян, при этом может наблюдаться варьирование размеров зародыша. Высокая температура - неблагоприятный абиотический фактор, воздействию которой могут подвергаться растения на разных стадиях развития. В настоящей работе в процессе проращивания интактных семян укропа впервые выявлена значительная термочувствительность зародышей из семян, сформированных в соцветиях второго порядка ветвления, к длительному действию супероптимальной температуры. При воздействии высокой температуры происходило угнетение роста зародышей и, как следствие, прорастания интактных семян укропа, полученных из соцветий второго порядка. Нашей целью было изучить влияние матрикального фактора, а также высокой температуры на рост зародыша и прорастание интактных семян укропа, сформированных в соцветиях разных порядков ветвления. Опыты проводили в 2015-2016 годах во Всероссийском НИИ овощеводства - филиал ФГБНУ Федеральный научный центр овощеводства. Объектом исследований служили семена укропа позднеспелого сорта Кентавр, сформированные в соцветиях первого (1п) и второго (2п) порядков ветвления. Семена получали с растений укропа, выращенных в открытом грунте. Уборку проводили на 50-е сут после цветения зонтиков первого порядка. Эксперименты проводили в термостате с контролируемой температурой. Чтобы определить критическую температуру для роста зародыша при проращивании и прорастании интактных семян, воздействовали широким диапазоном высоких температур: 20 °С (контроль) - среднеоптимальная температура для семян, не находящихся в состоянии покоя; 25, 30, 35 и 40 °C. Используя морфометрический метод анализа, изучили рост зародыша и динамику прорастания интактных семян. На основании полученных данных строили кривые роста зародыша и прорастания интактных семян. Логистическую регрессию использовали для расчета максимальной сверхоптимальной температуры, при которой возможен рост зародыша и прорастание семян. Показано, что зародыши, сформированные в семенах из зонтиков разных порядков ветвления, находились на разных стадиях развития. Начальные размеры зародышей 1п были на 30 % больше, чем зародышей 2п (р function show_abstract() { $('#abstract1').hide(); $('#abstract2').show(); $('#abstract_expand').hide(); }

Еще

Anethum graveolens l, гетероморфизм, местоположение семени, материнское растение, семена, прорастание, рост зародыша, термочувствительность

Короткий адрес: https://sciup.org/142229436

IDR: 142229436   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2020.5.932rus

Список литературы Рост зародыша и прорастание гетероморфных семян Anethum graveolens L. (Apiaceae) под действием высокой температуры

  • Sun H.Z., Lu J.J., Tan D.Y., Baskin J.M., Baskin C.C. Dormancy and germination characteristics of the trimorphic achenes of Garhadiolus papposus (Asteraceae), an annual ephemeral from the Junggar Desert, China. South African Journal of Botany, 2009, 75(3): 537-545 (doi: 10.1016/j.sajb.2009.05.001).
  • Yao S., Lan H., Zhang F. Variation of seed heteromorphism in Chenopodium album and the effect of salinity stress on the descendants. Annals of Botany, 2010, 105(6): 1015-1025 (doi: 10.1093/aob/mcq060).
  • Cao J., Lv X.Y., Chen L., Xing J.J., Lan H.Y. Effects of salinity on the growth, physiology and relevant gene expression of an annual halophyte grown from heteromorphic seeds. AoB PLANTS, 2015, 7: plv112 (doi: 10.1093/aobpla/plv112).
  • Harper J.L. Population biology of plants. London, Academic Press, 1977.
  • Mandak B. Seed heteromorphism and the life cycle of plants: a literature review. Preslia-Prague, 1997, 69: 129-159.
  • Imbert E. Ecological consequences and ontogeny of seed heteromorphism. Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics, 2002, 5(1): 13-36 (doi: 10.1078/1433-8319-00021).
  • Moles A.T., Westoby M. Seed size and plant strategy across the whole life cycle. Oikos, 2006, 113(1): 91-105 (doi: 10.1111/j.0030-1299.2006.14194.x).
  • Clay K. The differential establishment of seedlings from chasmogamous and cleistogamous flowers in natural populations of the grass Danthonia spicata (L.) Beauv. Oecologia, 1983, 57: 183-188 (doi: 10.1007/BF00379579).
  • Venable D.L., Burquez A., Corral G., Morales E., Espinosa F. The ecology of seed heteromorphism in Heterosperma pinnatum in Central Mexico. Ecology, 1987, 68(1): 65-76 (doi: 10.2307/1938805).
  • Jordano P. Seed weight variation and differential avian dispersal in blackberries Rubus ulmifolius. Oikos, 1984, 43(2): 149-153 (doi: 10.2307/3544762).
  • Stanton M.L. Seed variation in wild radish: effect of seed size on components of seedling and adult fitness. Ecology, 1984, 65(4): 1105-1112 (doi: 10.2307/1938318).
  • Agren J. Seed size and number in Rubus chamaemorus: between-habitat variation, and effects of defoliation and supplemental pollination. Journal of Ecology, 1989, 77(4): 1080-1092 (doi: 10.2307/2260824).
  • Venudevan B., Srimathi P., Natarajan N., Vijayakumar R.M. Influence of fruit polymorphism on seed and seedling quality characters of bael (Aegle marmelos) the endangered medicinal tree. Asian Journal of Crop Science, 2013, 5(4): 452-458 (doi: 10.3923/ajcs.2013.452.458).
  • Bhatt A., Santo A. Germination and recovery of heteromorphic seeds of Atriplex canescens (Amaranthaceae) under increasing salinity. Plant Ecology, 2016, 217: 1069-1079 (doi: 10.1007/s11258-016-0633-6).
  • Garcia-Beltran J.A., Barrios D., Cuza-Perez A. Heteromorphism in seeds of Leptocereus scopu-lophilus (Cactaceae) from Pan de Matanzas, Cuba. Seed Science Research, 2017, 27(4): 311-320 (doi: 10.1017/s0960258517000289).
  • Leverett L.D., Jolls C.L. Cryptic seed heteromorphism in Packera tomentosa (Asteraceae): differences in mass and germination. Plant Species Biology, 2014, 29(2): 169-180 (doi: 10.1111/14421984.12011).
  • Souza M.L., Fagundes M. Seed size as key factor in germination and seedling development of Copaifera langsdorffii (Fabaceae). American Journal of Plant Sciences, 2014, 5(17): 2566-2573 (doi: 10.4236/ajps.2014.517270).
  • van Mölken T., Jomtsma-Wienk L.D., van Hoek P.H.W., de Kroon H. Only seed size matters for germination in different populations of the dimorphic Tragopogon ratensis subsp. pratensis (Asteraceae). American Journal of Botany, 2005, 92(3): 432-437 (doi: 10.3732/ajb.92.3.432).
  • Baskin J.M., Lu J.J., Baskin C.C., Tan D.Y. The necessity for testing germination of fresh seeds in studies on diaspore heteromorphism as a life-history strategy. Seed Science Research, 2013, 23(2): 83-88 (doi: 10.1017/s096025851300010x).
  • Tongshun W., Hongling W., Lei W., Baoping S. Germination of heteromorphic seeds of Atriplex aucheri and its hormonal explanation. Vegetos — An International Journal of Plant Research, 2014, 27(1): 103-107 (doi: 10.5958/j.2229-4473.27.1.017).
  • Halloran G.M., Collins W.J. Physiological predetermination of the order of hardseededness breakdown in subterranean clover (Trifolium subterraneum L.). Annals of Botany, 1974, 38(5): 10391044 (doi: 10.1093/oxfordjournals.aob.a084894).
  • Baskin C.C., Baskin J.M. Seeds: ecology, biogeography, and evolution of dormancy and germination. San Diego, Academic Press, 1998.
  • Gray D., Steckel J.R.A. Parsnip (Pastinaca sativa) seed production: effects of seed crop plant density, seed position on the mother plant, harvest date and method, and seed grading on embryo and seed size and seedling performance. Annals of Applied Biology, 1985, 107(3): 559-570 (doi: 10.1111/j.1744-7348.1985.tb03172.x).
  • Bianco V.V., Damato G., Defilippis R. Umbel position on the mother plant: «seed» yield and quality of seven cultivars of Florence fennel. Acta Horticulturae, 1994, 362: 51-58 (doi: 10.17660/actahortic.1994.362.5).
  • Hendrix S.D. Variation in seed weight and its effects on germination in Pastinaca sativa L. (Umbelliferae). American Journal of Botany, 1984, 71(6): 795-802 (doi: 10.1002/j.1537-2197.1984.tb14144.x).
  • Thompson J.N. Variation among individual seed masses in Lomatium grayi (Umbelliferae) under controlled conditions: magnitude and partitioning of the variance. Ecology, 1984, 65(2): 626-631 (doi: 10.2307/1941425).
  • Thomas T.H., Gray D., Biddington N.L. The influence of the position of the seed on the mother plant on seed and seedling performance. Acta Horticulturae, 1978, 83: 57-66 (doi: 10.17660/actahortic.1978.83.7).
  • Szafiroska A.I. The correlation between mother plant architecture, seed quality and field emergence of carrot. Acta Horticulturae, 1994, 354: 93-98 (doi: 10.17660/actahortic.1994.354.10).
  • Corbineau F., Picard M.A., Bonnet A., Come D. Effects of production factors on germination responses of carrot seeds to temperature and oxygen. Seed Science Research, 1995, 5(3): 129-135 (doi: 10.1017/s0960258500002749).
  • Panayotov N. Heterogeneity of carrot seeds depending on their position on the mother plant. Folia Horticulturae, 2010, 22(1): 25-30 (doi: 10.2478/fhort-2013-0147).
  • Scholten M., Donahue J., Shaw N.L., Serpe M.D. Environmental regulation of dormancy loss in seeds of Lomatium dissectum (Apiaceae). Annals of Botany, 2009, 103(7): 1091-1101 (doi: 10.1093/aob/mcp038).
  • Hawkins T.S., Baskin C.C., Baskin J.M. Morphophysiological dormancy in seeds of three eastern North American Sanicula species (Apiaceae subf. Saniculoideae): evolutionary implications for dormancy break. Plant Species Biology, 2010, 25(2): 103-113 (doi: 10.1111/j.1442-1984.2010.00273.x).
  • Vandelook F., Janssens S.B., Probert R.J. Relative embryo length as an adaptation to habitat and life cycle in Apiaceae. New Phytologist, 2012, 195(2): 479-487 (doi: 10.1111/j.1469-8137.2012.04172.x).
  • Alvarado V., Bradford K.J. A hydrothermal time model explains the cardinal temperature for seed germination. Plant, Cell and Environment, 2002, 25(8): 1061-1069 (doi: 10.1046/j.1365-3040.2002.00894.x).
  • Sarmadnia G.H. Seed technology. Mashhad University Press, 1997.
  • Yan W., Hunt L.A. An equation for modeling the temperature response of plants using only the cardinal temperatures. Annals of Botany, 1999, 84(5): 607-614 (doi: 10.1006/anbo.1999.0955).
  • Pereira R.S., Nascimento W.M., Vieira J.V. Carrot seed germination and vigor in response to temperature and umbel orders. Scientia Agricola, 2008, 65(2): 145-150 (doi: 10.1590/s0103-90162008000200006).
  • Nascimento W.M., Pereira R.S., Vieira J.V., Cantliffe D.J. Carrot seed germination at high temperature conditions. Acta Horticulturae, 2012, 936: 133-138 (doi: 10.17660/actahortic.2012.936.15).
  • Holubowicz R., Morozowska M. Effect of umbel position on dill (Anethum graveolens L.) plants growing in field stands on selected seed stalk features. Folia Horticulturae, 2011, 23(2): 157-163 (doi: 10.2478/v10245-011-0024-3).
  • Vandelook F., Bolle N., Van Assche J.A. Seed dormancy and germination of the European Chaer-ophyllum temulum (Apiaceae), a member of a trans-Atlantic genus. Annals of Botany, 2007, 100(2): 233-239 (doi: 10.1093/aob/mcm090).
  • Vandelook F., Bolle N., Van Assche J.A. Morphological and physiological dormancy in seeds of Aegopodium podagraria (Apiaceae) broken successively during cold stratification. Seed Science Research, 2009, 19(2): 115-123 (doi: 10.1017/s0960258509301075).
  • Балеев Д.Н., Бухаров А.Ф. Специфика прорастания семян овощных зонтичных культур при различных температурных режимах. Овощи России, 2012, 3(16): 38-46.
  • Николаева М.Г., Лянгузова И.В., Поздова Л.М. Биология семян. СПб, 1999.
  • Vandelook F., Van Assche J.A. Temperature, requirements for seed germination and seedling development determine timing of seedling emergence of three monocotyledonous temperate forest spring geophytes. Annals of Botany, 2008, 102(5): 865-875 (doi: 10.1093/aob/mcn165).
  • Necajeva J., Ievinsh G. Seed dormancy and germination of an endangered coastal plant Eryngium maritimum (Apiaceae). Estonian Journal of Ecology, 2013, 62(2): 150-161 (doi: 10.3176/eco.2013.2.06).
  • Ritz C., Pipper C.B., Streibig J.C. Analysis of germination data from agricultural experiments. European Journal of Agronomy, 2013, 45: 1-6 (doi: 10.1016/j.eja.2012.10.003).
  • Ritz C., Baty F., Streibig J.C., Gerhard D. Dose-response analysis using R. PLoS ONE, 2015, 10(12): e0146021 (doi: 10.1371/journal.pone.0146021).
  • R Development Core Team. R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria, 2011.
  • Martin A.C. The comparative internal morphology of seeds. The American Midland Naturalist, 1946, 36(3): 513-660 (doi: 10.2307/2421457).
  • Stokes P.A physiological study of embryo development in Heracleum sphondylium L.: I. The effect of temperature on embryo development. Annals of Botany, 1952, 16(3): 441-447 (doi: 10.1093/oxfordjournals.aob.a083326).
  • Galloway L.F., Etterson J.R., McGlothlin J.W. Contribution of direct and maternal genetic effects to life-history evolution. New Phytologist, 2009, 183(3): 826-838 (doi: 10.1111/j.1469-8137.2009.02939.x).
  • Dyer A.R., Brown C.S., Espeland E.K., McKay J.K., Meimberg H., Rice K.J. Synthesis: the role of adaptive trans-generational plasticity in biological invasions of plants. Evolutionary Applications, 2010, 3(2): 179-192 (doi: 10.1111/j.1752-4571.2010.00118.x).
  • Lerner P.D., Bai Y., Morici E.F.A. Does seed heteromorphism have different roles in the fitness of species with contrasting life history strategies? Botany, 2008, 86(12): 1404-1415 (doi: 10.1139/b08-106).
  • Gharoobi B. Effects of seed size on seedlings characteristics of five barley cultivars. Iranian Journal of Plant Physiology, 2011, 1(4): 265-270.
  • Nik M.M., Babaeian M., Tavassoli A. Effect of seed size and genotype on germination characteristic and seed nutrient content of wheat. Scientific Research and Essays, 2011, 6(9): 2019-2025 (doi: 10.5897/sre11.621).
  • Maraghni M., Gorai M., Neffati M. Seed germination at different temperatures and water stress levels, and seedling emergence from different depths of Ziziphus lotus. South African Journal of Botany, 2010, 76(3): 453-459 (doi: 10.1016/j.sajb.2010.02.092).
  • Wen B. Effects of high temperature and water stress on seed germination of the invasive species Mexican sunflower. PLoS ONE, 2015, 10: e0141567 (doi: 10.1371/journal.pone.0141567).
  • Chitwood J., Shi A., Evans M., Rom C., Gbur E.E., Motes D., Chen P., Hensley D. Effect of temperature on seed germination in spinach (Spinacia oleracea). HortScience, 2016, 51(12): 14751478 (doi: 10.21273/hortsci11414-16).
  • Nascimento W.M., Huber D.J., Cantliffe D.J. Carrot seed germination and respiration at high temperature in response to seed maturity and priming. Seed Science and Technology, 2013, 41(1): 164-169 (doi: 10.15258/sst.2013.41.1.19).
  • Nascimento W.M., Huber D.J., Cantliffe D.J. Carrot seed germination and ethylene production at high temperature in response to seed osmopriming. Horticultura Brasileira, 2013, 31(4): 554558 (doi: 10.1590/s0102-05362013000400008).
  • Wehmeyer N., Vierling E. The expression of small heat shock proteins in seeds responds to discrete developmental signals and suggests a general protective role in desiccation tolerance. Plant Physiology, 2000, 122(4): 1099-1108 (doi: 10.1104/pp.122.4.1099).
  • Wang W., Vinocur B., Shoseyov O., Altman A. Role of plant heat-shock proteins and molecular shaperones in the abiotic stress response. Trends in Plant Science, 2004, 9(5): 244-252 (doi: 10.1016/j.tplants.2004.03.006).
  • Mahmood T., Safdar W., Abbasi B.H., Naqvi S.M.S. An overview on the small heat shock proteins. African Journal of Biotechnology, 2010, 9(7): 927-939 (doi: 10.5897/ajb09.006).
  • Bewley J.D., Black M. Physiology and biochemistry of seeds in relation to germination. Berlin, Heidelberg, Springer, 1982.
  • Cicek E., Tilki F. Effects of temperature, light and storage on seed germination of Ulmus glabra Huds. and U. laevis Pall. Pakistan Journal of Biological Sciences, 2006, 9(4): 697-699 (doi: 10.3923/pjbs.2006.697.699).
  • Martínez-Sánchez J.J., Conesa E., Vicente M.J., Jiménez A., Franco J.A. Germination responses of Juncus acutus (Juncaceae) and Schoenus nigricans (Cyperaceae) to light and temperature. Journal of Arid Environments, 2006, 66(1): 187-191 (doi: 10.1016/j.jaridenv.2005.11.004).
  • Zehtab-Salmasi S. Effects of salinity and temperature on germination of dill (Anethum graveo-lens L.). Plant Sciences Research, 2008, 1(1): 27-29.
  • Khan M.A., Ungar I.A. Effect of thermoperiod on recovery of seed germination of halophytes from saline conditions. American Journal of Botany, 1997, 84(2): 279-283 (doi: 10.2307/2446089).
  • Khan M.A., Gul B., Weber D.J. Seed germination in relation to salinity and temperature in Sarco-batus vermiculatus. Biologia plantarum, 2001, 45(1): 133-135 (doi: 10.1023/a:1015133515568).
  • Pompelli M.F., Femandes D., Guerra M.P. Germination of Dyckia encholirioides (Gaudichaud) Mez var. encholiriodies under saline conditions. Seed Science and Technology, 2006, 34(3): 759763 (doi: 10.15258/sst.2006.34.3.24).
  • Kamkar B., Koochaki A., Mahallati M.N., Moghaddam P.R. Cardinal temperatures for germination in three millet species. Asian Journal of Plant Sciences, 2006, 5(2): 316-319 (doi: 10.3923/ajps.2006.316.319).
  • Jami Al-Ahmadi M., Kafi M. Cardinal temperatures for germination of Kochia scoparia (L.). Journal of Arid Environments, 2007, 68(2): 308-314 (doi: 10.1016/j.jaridenv.2006.05.006).
  • Berti M.T., Johnson B.L. Seed germination response of cuphea to temperature. Industrial Crops and Products, 2008, 27(1): 17-21 (doi: 10.1016/j.indcrop.2007.05.004).
  • Tabrizi L., Nasiri M., Kouchaki A. Investigations on the cardinal temperatures for germination of Plantago ovata and Plantago psyllium. Iranian Journal of Field Crops Research, 2005, 2(2): 143-150.
  • Bannayan M., Nadjafi F., Rastgoo M., Tabrizi L. Germination properties of some wild medicinal plants from Iran. Seed Technology, 2006, 28(1): 80-86.
Еще
Статья научная