Estudios embriológicos en girasol (Helianthus annuus L.) bajo condiciones ambientales normales y de estrés hídrico

• Autores: Gotelli, Marina María
• Año de publicación: 2008
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Galati, Beatriz Gloria; Medan, Diego
• Materia: HELIANTHUS ANNUUS L.; GIRASOL; EMBRIOLOGIA; MEGAGAMETOFITO; EMBRION; MICROGAMETOFITO; HELIANTHUS ANNUUS L.; SUNFLOWER; EMBRIOLOGY; MEGAGAMETOPHYTE; EMBRYO; MICROGAMETOPHYTE
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Se realizó un estudio comparativo de la embriología del girasol en tres híbridos comerciales, DK 4050, CF 17 y P 30, y una línea endocriada, HA 89. El objetivo principal de este trabajo fue buscar las causas de las fallas de fructificación que ocurren en flores del capítulo de girasol, con consiguientes mermas en el rendimiento de este cultivo. El estudio del desarrollo del grano de polen permitió detectar por primera vez la presencia de una membrana peritapetal con orbículas, proveniente de un tapete plasmodial. El saco embrionario joven consiste en seis células y siete u ocho núcleos. Los megagametófitos poseen hasta cuatro antípodas, las que poseen un número variable de núcleos, y pueden presentar paredes bien definidas entre ellas. No se encontraron diferencias embriológicas entre las flores de distintos sectores del capítulo, pero las discrepancias observadas entre los distintos genotipos podrían justificar las inconsistencias entre las investigaciones previas. El aborto de algunos frutos del capítulo no puede ser atribuido a anormalidades durante el desarrollo del gametófito femenino, ya que no hay indicios de que los megagametófitos descriptos no puedan ser normalmente fecundados para formar semillas viables. La fertilización se produce una hora después de la polinización. Los tubos polínicos crecen a través del tejido de transmisión del estilo y del óvulo. En la micrópila del óvulo el tejido transmisor es recién reconocible, con microscopía óptica, veinte minutos antes de la llegada del tubo polínico al megagametófito. El embrión bicelular se observa 16 horas después de la fertilización, y alcanza su madurez aproximadamente tres días después. La identidad del dador de polen no tuvo ningún efecto sobre el curso normal del desarrollo embrionario. Sin embargo, en el híbrido comercial P 30 autofecundado, se encontraron embriones con cotiledones poco desarrollados, los cuales se compararon con los normales empleando microscopía electrónica de transmisión, lo que permitió corroborar la ausencia de sustancias de reserva en los primeros. Hasta el momento nada se sabía acerca del efecto del estrés hídrico sobre el desarrollo embriológico del girasol. En este trabajo se sometieron plantas del híbrido DK 4050 a pulsos de 4-6 días de estrés hídrico en seis estadios distintos del desarrollo del capítulo [entre los estadios R2 y R9 de la barra de desarrollo de Schneiter & Miller (1981)]. Utilizando técnicas histológicas se estudiaron los cambios post-estrés producidos durante la megasporogénesis y megagametogénesis en flores del centro, medio y periferia de la inflorescencia, en comparación con un grupo control de plantas no estresadas. Los procesos de microsporogénesis y microgametogénesis, que ocurren antes del estadio R2, no fueron afectados por el experimento. Aunque el estrés hídrico tuvo poco efecto en los estadios más jóvenes (R2-R3), se observaron algunas irregularidades. La falta de agua retrasó el desarrollo de las flores centrales cuando fueron estresadas en R6 (flores periféricas con los estigmas expuestos), pero no afectó sustancialmente su desarrollo posterior. La mayoría de las anormalidades aparecieron en plantas estresadas durante o después de la fertilización (R7-R9), que consecuentemente tuvieron los valores más bajos en la tasa de fructificación. Aunque los megagametófitos presentaron una gran variabilidad entre tratamientos y dentro de éstos, todos aquellos que desarrollaron o se esperaba que desarrollaran embriones viables tenían dos antípodas con numerosos núcleos y paredes rotundas entre ellas y la célula media. El presente trabajo mejoró la comprensión del desarrollo embriológico normal del girasol, a través de una apreciación más completa de la variabilidad presente en algunos aspectos del proceso, y del aporte de información nueva sobre otros. Además permitió identificar anormalidades embriológicas generadas como respuesta al estrés hídrico, consistentemente asociadas a fallas en la formación de frutos, proveyendo así un enlace causal entre la sequía y la disminución del rendimiento en este cultivo
A comparative embryological study was made of three commercial sunflower hybrids, DK 4050, CF 17 and P 30, and an inbred line, HA 89. The aim of this investigation was to search for causes of fructification failure, and consequently yield losses, occurring in this crop. The study of pollen grain development allowed the detection, for the first time in this species, of a peritapetal membrane with orbicules, derived from a plasmodial tapetum. The young embryo-sac consists of six cells and seven or eight nuclei. Megagametophytes present up to four antipodals with a variable number of nuclei each. Thick walls were observed in some of these cells. There were no differences among flowers located at different positions in the inflorescence. However, differences between genotypes could explain inconsistencies found on previous published reports. Fruit abortion cannot be adjudicated to abnormalities during the development of the female gametophyte since it seems that all megagametophytes variants described could be normally fertilized and could, therefore, develop viable embryos. Fertilization occurs one hour after pollination. Pollen tubes grow through the transmitting tissue of the style and ovule. In the micropyle the transmitting tissue is first recognizable, with optic microscopy, twenty minutes before the pollen tube arrival to the megagametophyte. A bicelular pro-embryo is seen 16 hours after pollination and the mature embryo is found approximately three days later. The identity of the pollen donor had no effect on the normal course of embryo development. However, in some self-pollinated flowers of P 30, embryos with underdeveloped cotyledons were found. These were compared with normal embryos using transmission electron microscopy. The former does not accumulate reserve substances. There is no data on the effects of water stress on sunflower embryology. We submitted plants of the hybrid DK 4050 to 4-6 day pulses of water stress at six different periods of capitulum development [located within stages R2-R9 of Schneiter & Miller’s (1981) developmental scale]. Using histological techniques, we studied post-stress changes in megasporogenesis and megagametogenesis, as compared to unstressed control plants, in central, mid and peripheral flowers of the head. Fate of embryos and rates of grain filling were also monitored. Microsporogenesis and microgametogenesis were unaffected because these processes were completed before inception of the stress treatments. Although water stress had little effect at stages R2-R3, some irregularities were observed. Water stress retarded the development of central flowers when stressed during R6 (peripheral flowers with their stigmas exposed), but did not affect their future development. Most abnormalities appeared in plants stressed during or after fertilization (R7-R9), which concurrently showed the lowest values of grain filling. Although megagametophytes varied considerably, both within and between treatments, all female gametophytes that did develop, or were expected to develop viable embryos had only two antipodes with numerous nuclei and thick walls separating them from each other and from the central cell. This work improved the understanding of the normal embryological development in sunflower, both through a more complete assessment of the variability inherent to some aspects of the process, and the addition of novel data on other aspects. Moreover, it allowed to identify embryological abnormalities appeared as a consequence of water stress, which are consistently associated to failure of fruit formation, thus establishing a causal link between drought and yield decrease in this crop.
Fil: Gotelli, Marina María. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.