Покой семян и биология прорастания у Dioscorea villosa и Dioscorea deltoidea (Dioscoreaceae)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Зрелые семена многих видов Dioscorea L. обладают покоем разной степени выраженности, что значительно затрудняет воспроизводство этих редких и хозяйственно ценных видов растений. Данные по выявлению оптимальных условий проращивания семян у видов диоскореи во многом противоречивы из-за разных точек зрения на наличие доразвития зародыша после диссеминации. На двух видах Dioscorea, контрастирующих по типу покоя, Dioscorea villosa L. и D. deltoidea Wall. ex Griseb, мы поставили цель уточнить тип покоя и установить его связь с прорастанием семени и формированием проростка. В эксперименте использовались разные режимы стратификации: постоянные 15 и 22°С; 10 → 22°С; 2 → 22°С. Измерения длины зародыша производили при его извлечении из семени. Наблюдения показали, что у обоих видов имеет место доразвитие зародыша после опадения семени, однако рост его начинался не сразу, а лишь перед самым прорастанием, вероятно, после снятия покоя корня. У обоих видов выявлена гетерогенность семян по типу и глубине покоя, наиболее выраженная у D. villosa, у которой почти 40% семян имели морфологический покой (МП), а остальные – морфофизиологический (МФП). У D. deltoidea большинство семян имели МП, лишь небольшая их часть (4–5%) обладала МФП. Выявлено, что с увеличением срока сухого хранения семян этих видов покой становится более глубоким. Возможен также переход от МП к МФП на фоне воздействия низких температур при хранении. Обнаружено, что имеет место корреляция между типом покоя и прорастанием, а также дальнейшим развитием проростка. Зависимость прорастания от повышенных температур ведет к преимущественному росту семядоли при прорастании, а зависимость от холода – к преимущественному развитию зародышевого корня и впоследствии более раннему развитию корневой системы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

O. Г. Бутузова

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: altorsh62@mail.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197022

A. A. Торшилова

Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН

Email: altorsh62@mail.ru
Россия, ул. Проф. Попова, 2, Санкт-Петербург, 197022

Список литературы

  1. Adams C.A., Baskin J.M., Baskin C.C. 2005. Trait stasis versus adaptation in disjunct relict species: evolutionary changes in seed dormancy-breaking and germination requirements in a subclade of Aristolochia subgenus Siphisia (Piperales). – Seed Science Research. 15(2): 161–173.
  2. Albrecht M.A., McCarthy B.C. 2006. Seed germination and dormancy in the medicinal woodland herbs Collinsonia canadensis L. (Lamiaceae) and Dioscorea villosa L. (Dioscoreaceae). – Flora. 201: 24–31. https://doi.org/10.1016/j.flora.2005.04.001
  3. Asiedu R., Sartie A. 2010. Yams. Food Security. – In: Crops that feed the World 1. 2: 305–315. https://doi.org/10.1007/s12571-010-0085-0
  4. Bano H., Rather R.A., Bhat J.I.A., Bhat T.A., Azad H., Bhat Sh.A., Hamid F., Bhat M.A. 2021. Effect of presowing treatments using phytohormones and other dormancy breaking chemicals on seed germination of Dioscorea deltoidea Wall. Ex Griseb.: an Endangered Medicinal Plant Species of North Western Himalaya. – Eco Env & Cons. 27: 253–260.
  5. Baskin C.C., Baskin J.M. 2020. Breaking Seed Dormancy during Dry Storage: A Useful Tool or Major Problem for Successful Restoration via Direct Seeding? – Plants. 9: 636. https://doi.org/10.3390/plants9050636
  6. Baskin J.M., Baskin C.C. 1990. Seed germination ecology of poison hemlock, Conium maculatum. – Can. J. Bot. 68: 2018–2024. https://doi.org/10.1139/b90-264
  7. Baskin J.M., Baskin C.C. 2004. A classification system for seed dormancy. – Seed Science Research. 14: 1–16. https://doi.org/10.1079/SSR2003150
  8. Baskin J.M., Baskin C.C. 2021. The great diversity in kinds of seed dormancy: a revision of the Nikolaeva–Baskin classification system for primary seed dormancy. – Seed Science Research. 31: 249–277. https://doi.org/10.1017/S096025852100026X
  9. Burkill I.H. 1960. The organography and the evolution of the Dioscoreaceae, the family of the yams. – Bot. J. Linn. Soc. 56: 319–412. https://doi.org/10.1111/j.1095- 8339.1960.tb02508.x
  10. Butusova O.G. 2018. Peculiarities of seed formation in Pulsatilla vulgaris and Helleborus niger (Ranunculaceae) with embryo postdevelopment. – Bot. Zhurn. 103(3): 313–330 (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S0006813618030031
  11. Butuzova O.G., Titova G.E., Pozdova L.M. 1997. Peculiarities of seed development completed beyond maternal plant (the phenomenon of “underdeveloped embryo”). – Bull. Pol. Acad. Sci. 45(2–4): 267–275.
  12. Chung D.H., Chung G.Y. 2015. A taxonomic study of the genus Dioscorea L. (Dioscoreaceae) in Korea based on morphological characters. – Korean J. Pl. Taxon. 45: 380–390. https://doi.org/10.11110/kjpt.2015.45.4.380
  13. Dalziell E.L., Baskin C.C., Baskin J.M., Young R.E., Dixon K.W., Merritt D.J. 2019. Morphophysiological dormancy in the basal angiosperm order Nymphaeales. – Ann. Bot. 123: 95–106. https://doi.org/10.1093/aob/mcy142
  14. Duarte E.F., Carneiro I.F., Rezende M.H. 2009. Fruit and seed morphology and post-seminal development of Dyckia goehringii Gross & Rauh (Bromeliaceae). – Rev. Biol. Neotrop. 6(1): 1–12.
  15. Gerasimenko I.I., Tropova E.F. 1966. On germination of seeds in some Dioscorea species. – Rastitelnye Resursy. 2(3): 346–353 (In Russ.).
  16. Gremer J.R., Chiono A., Suglia E., Bontrager M., Okafor L., Schmitt J. 2020. Variation in the seasonal germination niche across an elevational gradient: the role of germination cueing in current and future climates. – Amer. J. Bot. 107(2): 350–363. https://doi.org/10.1002/ajb2.1425
  17. Hawkins T.S., Baskin C.C., Baskin J.M. 2010. Morphophysiological dormancy in seeds of three eastern North American Sanicula species (Apiaceae subf. Saniculoideae): evolutionary implication for dormancy break. – Plant Species Biology. 25: 103–113. https://doi.org/10.1111/j.1442-1984.2010.00273.x
  18. Hori Y., Oshima Y. 1986. Life History and Population Dynamics of the Japanese Yam, Dioscorea japonica Thunb. I. Effects of Initial Plant Size and Light Intensity on Growth. – The Botanical Magazine, Tokyo. 99: 407–418.
  19. Klupczyńska E.A., Pawłowki T.A. 2021. Regulation of seed dormancy and germination mechanisms in a changing environment. – Int. J. Mol. Sci. 22: 1357. https://doi.org/10.3390/ijms22031357
  20. Kumar V. 2017. Effect of Various Physico-chemical and Hormonal (GA3) on Seed Germination of Dioscorea deltoidea Wall. ex Kunth. – Asian J. Adv. Basic Sci. 5(1): 01–07.
  21. Langhu T., Deb C.R. 2014. Studies on reproductive and seed biology of Dioscorea villosa Linnaeus (Dioscoreaceae): a rare medicinal plant in NE India. – Pleione. 8: 251–257.
  22. Martínez-Berdeja A., Stitzer M.C., Taylor M.A., Okada M., Ezcurra E., Runcie D.E., Schmitt J. 2020. Functional Variants of DOG1 Control Seed Chilling Responses and Variation in Seasonal Life-History Strategies in Arabidopsis thaliana. – PNAS. 117: 2526–2534. https://doi.org/10.1073/pnas.1912451117
  23. Nikolaeva M.G. 1977. Factors controlling the seed dormancy pattern. – In: Kahn AA, ed. The Physiology and Biochemistry of Seed Dormancy and Germination. Amsterdam: North-Holland. P. 51–74.
  24. Norman P.E., Danquah A., Asfaw A., Tongoona P.B., Danquah E.Y., Asiedu R. 2021. Seed Viability, Seedling Growth and Yield in White Guinea Yam. – Agronomy. 11(2): 1–10. https://dx.doi.org/10.3390/agronomy11010002
  25. Okagami N. 1986. Dormancy in Dioscorea: different temperature adaptation of seeds, bulbils and subterranean organs in relation to north-south distribution. – The Botanical Magazine, Tokyo. 99: 15–27.
  26. Okagami N., Kawai M. 1982. Dormancy in Dioscorea: Differences of Temperature Responses in Seed Germination among Six Japanese Species. – The Botanical Magazine, Tokyo. 95: 155–166.
  27. Padhan B., Panda D. 2020. Potential of neglected and underutilized yams (Dioscorea spp.) for improving nutritional security and health benefits. – Frontiers in Pharmacology. 11(496): 1–13. https://doi.org/10.3389/fphar.2020.00496
  28. Peng D.L., Yang L.E., Yang J., Li Zh.M. 2021. Seed Dormancy and Soil Seed Bank of the Two Alpine Primula Species in Hengduan Mountains of Southwest China. – Front Plant Sci. 12: 1–11. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.582536
  29. Pozdova L.M., Titova G.E., Torshilova A.A. 2005. Germination biology and the quality of seeds of Dioscorea nipponica (Dioscoreaceae). – Rastitelnye Resursy. 41(2): 53–64 (In Russ.).
  30. Price E.J., Wilkin P., Sarasan V., Fraser P.D. 2016. Metabolite profiling of Dioscorea (yam) species reveals underutilized biodiversity and renewable sources for high-value compounds. – Sci. Rep. 6. 29136. https://doi.org/10.1038/srep291366
  31. Qin M.Y., Zhao H., Zhang Sh.L, Shan X.Y., Han Y. et al. 2023. Seed dormancy and germination mechanism of rare and endangered plants. – Pak. J. Bot. 55(6): 2295– 2301. http://dx.doi.org/10.30848/PJB2023-6(30)
  32. Shah H.J., Lele S.S. 2012. In vitro propagation of Dioscorea alata var. purpurae. – Appl Biochem Biotechnol. 167: 1811–1817.
  33. https://doi.org/10.1007/s12010- 012-9658-z
  34. Sharma O.P. 1976. Anatomy, origin and development of the rhizome of Dioscorea deltoidea Wallich. – Proc. Indian Acad. Sci. 84B(2): 50–55.
  35. Smith P.M. 1916. The development of the embryo and seedling of Dioscorea villosa. – Bull. Torrey Bot. Cl. 43(11): 545–558.
  36. Terui K., Okagami N. 1993. Temperature effects on seed germination of East Asian and Tertiary relict species of Dioscorea (Dioscoreaceae). – Am. J. Bot. 80(5): 493–499. https://doi.org/10.1002/j.1537-2197.1993.tb13832.x
  37. Titova G.E., Torshilova A.A. 2013. On seed dormancy in Dioscorea caucasica (Dioscoreaceae). – Nauka Kubany. 4: 37–42 (In Russ.).
  38. Tyagi M.C., Singh M.P., Bammi R.K. 1973. The effect of temperature on seed germination in Dioscorea species. – Planta Med. 24(7): 294–296. https://doi.org/10.1055/s-0028-1099500
  39. Viana A.M., Felippe G.M. 1990. Effects of storage on germination of Dioscorea composite (Dioscoreaceae) seeds. – Econ. Botany 44: 311–317. https://doi.org/10.1007/BF03183912
  40. Vinogradova G., Torshilova A., Machs E. 2022. Flower morphology and phylogenetic analysis of some Dioscorea species of the section Stenophora (Dioscoreaceae). – Plant Syst. Evol. 30842. https://doi.org/10.1007/s00606-022-01834-y
  41. Wang W.Q., Song S.Q., Li S.H., Gan Y.Y., Wu J.H., Cheng H.Y. 2011. Seed dormancy and germination in Vitis amurensis and its variation. – Seed Science Research. 21: 255–265. https://doi.org/10.1017/S0960258511000225
  42. Willis C.G., Baskin C.C., Baskin J.M., Auld J.R., Venable D.L., Cavender-Bares J., Donohue K., Rubio de Casas R. The NESCent Germination Working Group. 2014. The evolution of seed dormancy: environmental cues, evolutionary hubs, and diversification of the seed plants. – New Phytologist. 203: 300–309. https://doi.org/10.1111/nph.12782
  43. Zhong X., Nishino E., Okagami N. 2002. Temperature dependence of seedling establishment of a perennial, Dioscorea tokoro. – J. Plant Res. 115: 55–57. https://doi.org/10.1007/s102650200008

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Строение зародыша у Dioscorea deltoidea в ходе доразвития: a – строение зародыша на момент диссеминации, b – строение зародыша на момент окончания доразвития, c, d – строение проростка на 11 и 13 дни эксперимента соответственно; сot – семядоля, cot p – черешок семядоли, en – эндосперм, f l – первый лист, l o – листовой орган, r – корень, rd c – корневой чехлик. Шкала: a, b – 0.2, c – 0.5, d – 1 мм.

Скачать (372KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Строение зародыша у Dioscorea villosa в ходе доразвития: a – строение зародыша на момент диссеминации, b – строение зародыша на 11 день, c, d – строение зародыша до и на момент прорастания на 13 день, e – срез прорастающего семпени на 14 день эксперимента; сot – семядоля, cot p – черешок семядоли, en – эндосперм, lf o – листовой орган, r – корень, rd – зародышевый корень, rd c – чехлик запродышевого корня. Шкала: a, b, d – 0.2, c, e – 0.5 mm.

Скачать (559KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Влияние температуры и сроков хранения на прорастание семян Dioscorea deltoidea.

Скачать (156KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влияние температуры и сроков хранения на прорастание семян Dioscorea villosa. Семена, собранные в 2023 г. (сплошные линии) и 2022 г. (пунктирные линии), стратифицированные при постоянных 15 и 22°C в течение 38 дней в темноте, а также с предварительной стратификацией при 2 и 10°C в течение 30 дней перед переносом на 2 в течение 30 дней перед переносом на 22°C.

Скачать (197KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Строение проростка Dioscorea deltoidea: a – семя с зародышевым корнем в начале прорастания, на 10 день от начала эксперимента; b–d – семя с базальной частью проростка на 11, 13 и 15 день от начала эксперимента соответственно; e–i – строение частей проростка на 19, 23, 28, 30 и 35 день от начала эксперимента, соответственно; ad r – адвентивный корень, cot p – черешок семядоли, f l – первый лист, h – гипокотиль, fl lsh – первый лист латеральногот побега, r – корень, s – семя, s l – чешуевидный лист. Шкала: a–d, f – 1, e – 2, g–i – 0.5 mm.

Скачать (556KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Строение проростка Dioscorea villosa: a – семя с зародышевым корнем в начале прорастания, на 12 день от начала эксперимента в тепле; b–d – семя с базальной частью проростка на 13, 16 и 18 день от начала эксперимента в тепле, соответственно; c–h – строение частей проростка на 21, 24, 28 и 35 день от начала экспериментав тепле, соответственно; i – проросток на 35 день от начала эксперимента в тепле; ab z – зона абсорбции, ad r – адвентивный корень, cot p – черешок семядоли, f l – первый лист, h – гипокотиль, fl lsh – первый лист латерального побега, r – корень, s – семя, s l – чешуевидный лист. Шкала: a, c, d – 1, b, h – 2, f, g – 0.5, e – 0.2 mm, i – 1 cm.

Скачать (671KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025