Morfología de la semilla y anatomía de la cubierta seminal de cinco especies de Calliandra (Leguminosae-Mimosoideae) de Venezuela

Sirli Leython¹ & Damelis Jáuregui²

1. Fundación Instituto Botánico de Venezuela "Dr. Tobbias Lasser". Apdo. 2156,Caracas 1010-A, Venezuela. Fax +58212-6053970; sirli.leython@ucv.ve; sirlileython@yahoo.com

2. Instituto de Botánica Agrícola. Facultad de Agronomía. Universidad Central de Venezuela. Apdo. 4579. Maracay 2101. Edo. Aragua. Venezuela. Fax: +58-43-5507107; damelis.jauregui@agr.ucv.ve

Abstract: Seed morphology and anatomy of the seed coat in five species of Calliandra (Leguminosae-Mimosoideae) from Venezuela. Calliandra is an exclusively Neotropoical genus with 135 described species. There are 30 species in Venezuela. We studied seed morphology and the seed coat anatomy of five species: Calliandra riparia Pittier, Calliandra glomerulata Karsten var. glomerulata, Calliandra magdalenae (DC.) Benth. var. magdalenae, Calliandra surinamensis Benth. and Calliandra falcata Benth., to establish simililarities and differences amongst taxa for taxonomic characterization. Of the evaluated characters, 10 quantitative characters and 3 qualitative characters were selected as the most informative for the separation of species. Seed morphological characters of taxonomic value are form and size. Thickness of the light line, number of layers and space between the osteosclereids constitute distinctive characters. Rev. Biol. Trop. 56 (3): 1075-1086. Epub 2008 September 30.

Key words: Calliandra, leguminosae, mimosoideae, morphology, anatomy, seed coat.

Algunas especies del género son ampliamente usadas como ornamentales, ejemplo de ello son C. falcata, C. purpurea, C. houstoniana, C. riparia, C. antioquiae, C. guildinguii y C. haematocephala, entre otras. En zonas muy áridas del oeste de Estados Unidos, C. eriophylla es aprovechada como forraje para ganado y venados. En medicina popular las raíces de algunas especies proveen productos para curar enfermedades oculares, diarrea e indigestión. También en México se extraen taninos de  la madera de C. houstoniana var. anomala  (Izaquirre y Beyhaut 2003). Calliandra calothyrsus tiene un potencial agroforestal en Asia  y África, donde fue introducida con este objetivo, y se plantea su incorporación en programas  integrales agroforestales en su área de distribución natural (Hernández 1991). 

Los caracteres morfológicos y anatómicos  de las semillas de Mimosoideae en general, han  sido considerados de importancia taxonómica, ya que permiten establecer similitudes y diferencias entre distintos taxones (Corner 1951, Gunn 1981, 1984, Escala 1999). Por su parte,  Van Staden y Kelly (1989) señalaron, que la  cubierta seminal muestra un patrón estructural constante en el grupo. En este sentido, se  propone el presente trabajo, para caracterizar  y comparar morfológicamente, así como describir anatómicamente la cubierta seminal de  las semillas de cinco especies que crecen en la región andina de Venezuela, con el fin de determinar caracteres con posible valor taxonómico en el género Calliandra.

Materiales y métodos

Para realizar el presente estudio se recolectaron frutos maduros de las especies Calliandra riparia Pittier, Calliandra glomerulata Karsten var. glomerulata, Calliandra magdalenae (DC.) Benth. var. magdalenae, Calliandra surinamensis Benth. y Calliandra falcata Benth. (Cuadro 1). Se extrajeron las semillas separándolas en dos lotes, uno para el estudio morfológico y otro para la caracterización anatómica, éstas últimas se fijaron en FAA (formaldehído, ácido acético, etanol 70%).

Análisis morfológico: Para la caracterización morfológica se tomaron 15 semillas por especie, de diferentes individuos, de acuerdo a la disponibilidad en campo, consideradas características de todo el ámbito de variación morfológica de la especie y procedentes de localidades representativas de la distribución geográfica conocida en Venezuela para cada una. Para determinar el tamaño se midió largo, ancho y grosor (l x a x g) con papel milimetrado, siempre en este orden y expresado en milímetros. Los valores se refieren a promedios (Cuadro 2). El largo de las semillas fue medido desde el extremo hilar hasta el calazal; el ancho fue medido en la porción media y más ancha de la semilla al igual que el grosor (Fig. 1A). Para definir la forma de las semillas, se siguió lo indicado por Murley (1951) tomado de Bravato (1974) y Gunn (1984). El color fue estimado en semillas maduras. El pleurograma o línea fisural fue descrito siguiendo la terminología propuesta por Gunn (1984). El hilo y forma del lens se definió según Boelcke (1946), Bravato (1974), Gunn (1984) y Escala (1999). Se tomó un total de 15 medidas por especie para cada carácter.

Análisis anatómico: La cubierta seminal se separó manualmente en ocho semillas por especie, de diferentes individuos, teniendo en cuenta su disponibilidad en campo. Se tomaron porciones de la región media y del rafe de cada semilla y en cada región se realizaron 15 medidas por especie, los caracteres considerados para el análisis al igual que los valores promedios se observan en el Cuadro 2. Los cortes obtenidos se deshidrataron en una serie creciente de alcohol butílico terciario (TBA), y se imbibieron e incluyeron en parafina con punto de fusión 56ºC, siguiendo la metodología indicada por Johansen (1940). Después se seccionaron en un micrótomo de rotación, obteniéndose secciones transversales de 15 µm de grosor. Las muestras obtenidas fueron teñidas con safranina-fastgreen (Johansen 1940) o con azul de toluidina acuosa (1%) (Sakai 1973) en aquellas muestras donde la tinción con safranina-fastgreen no resultó. El montaje de láminas permanente se realizó en bálsamo de Canadá.

Las láminas obtenidas fueron observadas, analizadas y fotografiadas en un microscopio óptico.

Análisis estadísticos: el tratamiento estadístico consistió en aplicar la Función de Análisis Discriminante (Siegel 1956), con uso del programa de cálculo estadístico STATISTICA versión 5.5, para determinar las variables (caracteres) discriminantes entre las especies estudiadas (hipótesis nula). ]]>
Resultados

Características morfológicas: Cuatro a  seis semillas por fruto, ovaladas; caras convexas; color castaño claro; superficie lisa, opaca; pleurograma color blanco, abarcando  el 90 % de la superficie de la semilla, brazos de igual longitud y areola grande (Fig. 2A); extremo hilar y calazal agudo; funículo color crema; hilo elíptico, con restos de funículo, apical; lens elíptico, prominente, castaño oscuro (Cuadro 2).

Calliandra glomerulata var. glomerulata

Características morfológicas: Tres a seis semillas por fruto; orbiculares; caras convexas; color castaño claro con manchas castaño oscuro esparcidas en la superficie de la semilla; superficie lisa, opaca; pleurograma color crema, abarcando el 90 % de la superficie de la semilla, brazos de igual longitud casi unidos al extremo hilar; areola grande; extremo hilar obtuso; extremo calazal redondeado (Fig. 2B); funículo color crema; hilo elíptico, subapical; lens orbicular, castaño oscuro con línea blanca central (Cuadro 2).

Características anatómicas: Externamente se distingue la capa de Malpighi en la región media con línea lúcida ubicada en la parte más externa de las macroesclereidas que conforman esta capa, tanto en la región media como en la del rafe. Seguidamente la hipodermis uniestratificada en la región media, formada por osteosclereidas con espacios intercelulares relativamente pequeños (Fig. 3B), mientras que en el rafe está formada por tres estratos y espacios intercelulares comparativamente pequeños. Internamente en la región media se observan siete a ocho hileras de células obliteradas, generalmente de paredes engrosadas (Fig. 3B); en el rafe seis a siete hileras de células redondeadas con paredes gruesas (Cuadro 2).

Calliandra magdalenae var. magdalenae

Características anatómicas: Externamente se distingue la capa de Malpighi (Fig. 3C) con línea lúcida ubicada en la parte más externa de las macroesclereidas que conforman dicha capa tanto en la región media (Fig. 3C) como en el rafe. Inmediatamente la hipodermis uniestratificada en la región media y espacios intercelulares relativamente pequeños (Fig. 3C), ausente en el rafe. Internamente en la región media se observan cinco a seis estratos de células obliteradas (Fig. 3C); seguidas de tres hileras de células redondeadas con paredes delgadas; en el rafe siete a nueve estratos de células redondeadas con paredes gruesas (Cuadro 2).

Características morfológicas: Tres a siete semillas por fruto, ovaladas a anchamente ovaladas; caras convexas; color castaño claro con manchas castaño oscuro esparcidas en la superficie de la semilla; superficie lisa, brillante; pleurograma color blanco abarcando el 90% de la superficie de la semilla, brazos de igual longitud casi unidos al extremo hilar; extremo hilar obtuso a puntiforme; extremo calazal puntiforme (Fig. 2D); funículo color crema; hilo elíptico con restos de funículo, apical o subapical; línea central prominente produciendo engrosamiento en la región media, lens orbicular, prominente, castaño oscuro, considerado grande (Cuadro 2).

Características anatómicas: externamente se diferencia la capa de Malpighi en la región media (Fig. 3D) con línea lúcida situada en la parte más externa de las macroesclereidas que constituyen dicha capa (Fig. 3D), ausente en el rafe. Seguidamente la hipodermis uniestratificada en la región media con espacios intercelulares relativamente amplios (Fig. 3D); y en el rafe está constituida por cinco a seis estratos. Internamente en la región media cinco a siete estratos de células obliteradas, generalmente de paredes engrosadas (Fig. 3D), continuadas por dos a tres estratos de células redondeadas con paredes delgadas (Cuadro 2).

Características morfológicas: Tres a cuatro semillas por fruto, elípticas; caras aplanadas; color castaño claro; superficie rugosa, brillante; pleurograma color blanco tenue, abarcando el 90% de la superficie de la semilla, brazos de igual longitud casi unidos y prominentes hacia el extremo hilar, ligeramente evidente hacia el extremo calazal; areola grande con líneas de fractura; extremo hilar agudo; extremo calazal redondeado (Fig. 2E); funículo de grosor uniforme, color crema; hilo elíptico, con restos de funículo, apical; lens elíptico, prominente, castaño oscuro (Cuadro 2).

Características anatómicas: Externamente se distingue la capa de Malpighi (Fig. 3E), con línea lúcida situada en la parte más externa de las macroesclereidas que constituyen la mencionada capa (Fig. 3E); tanto en la región media como en la del rafe. Inmediatamente la hipodermis de cuatro a cinco estratos en la región media (Fig. 3E), espesor y espacios intercelulares relativamente grandes (Fig. 3E); ausente en el rafe. Internamente en la zona media son evidentes seis a siete estratos de células obliteradas (Fig. 3E); en el rafe ocho estratos de células redondeadas con paredes gruesas (Cuadro 2).

Tomando en consideración la forma de las semillas, las especies tienen predominantemente forma ovalada, ya que se observa en tres de las cinco especies estudiadas: C. riparia, C. magdalenae var. magdalenae y C. surinamensis. En función de valores absolutos, 52% de los individuos presentaron forma ovalada, 20% forma orbicular y elíptica y 8% forma anchamente ovada. En cuanto al color la tendencia general observada fue castaño.

La función de análisis discriminante (Cuadro 3) indica que estadísticamente se observa un comportamiento bastante heterogéneo entre las especies estudiadas, es decir existe diferencias significativas (p< 0,0000) que facilita la separación taxonómica entre las especies estudiadas, donde el tamaño del lens fue el carácter con más poder discriminante (p-level 0,000000) y la línea lúcida (distancia desde la parte más externa de las macrosesclereidas) el de menor poder discriminante (p-level 0,005789). Se formaron cinco grupos homogéneos con superposición entre sí. ]]>

Características histoquímicas de la cubierta seminal: El Cuadro 4 muestra los resultados de las pruebas realizadas. Se determinó que existe grasa en todas las especies estudiadas al observarse una coloración naranja a nivel de la cutícula e inclusive en el interior de la capa de Malpighi (Fig. 4A). Se detectaron taninos en la mayoría de las capas, excepto en la capa de Malpighi al observarse una coloración oscura (Fig. 4B). No se observó lignina en las especies en estudio.

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Discusión

La presente investigación ha demostrado que la morfología de la semilla y la anatomía de la cubierta seminal de las especies de Calliandra, aportan información de significación taxonómica.

El estudio morfológico evidencia amplia variabilidad, por lo que no hay dificultad para distinguir las especies. Así, con relación a la forma, tamaño y color de las semillas se pudo determinar que poseen un polimorfismo marcado. Estos resultados confirman los obtenidos por (Bravato 1974).

De acuerdo con Corner (1976) y Gunn (1981, 1984) el pleurograma, contribuye taxonómicamente en la determinación específica, ellos señalan que el mismo se encuentra en un 65 a 70% de los géneros de Mimosoideae, y que es de gran importancia el área que ocupa en la semilla y la longitud de los brazos. En las especies estudiadas se observó el pleurograma, siendo los brazos de igual longitud.

Los resultados difieren de lo señalado por Escala (1999) respecto al hilo, quien indica que esta característica es de poco valor diagnóstico en la subfamilia. De acuerdo a lo obtenido, se propone que el tamaño y forma del hilo pueden ser otras características morfológicas de utilidad para ser consideradas en la valoración sistemática del género Calliandra. Asimismo, el tamaño, la forma y el color del lens revisten gran importancia y pueden considerarse de valor diagnóstico para distinguir estas cinco especies de Calliandra.

Los análisis estadísticos indican que existen diferencias estadísticamente significativas (p= 0,000001) en el espesor de la capa de Malpighi. Calliandra riparia registra el valor promedio más alto y se diferencia de las restantes especies en estudio. Por su parte C. magdalenae var. magdalenae y C. falcata muestran los valores promedios más bajos en el espesor de esta capa, sin diferencias estadísticas entre ambas, pero sí con relación a las otras especies en estudio. Otro carácter de la anatomía de semillas considerado de valor diagnóstico en las especies estudiadas es la línea lúcida, ya que su posición varía en la capa de macroesclereidas que conforman la capa de Malpighi. Escala (1999) considera que la línea lúcida es un carácter constante en las especies de Mimosoideae; sin embargo, Corner (1951, 1976) indica que muchas especies de Leguminosae no tienen línea lúcida, excepto en la zona del hilo. Los resultados indican que existen diferencias estadísticamente significativas (p= 0,005789), por lo que esta variable contribuye en gran medida a la separación de los cinco grupos (especies) formados en el análisis discriminante (Cuadro 3). En C. riparia y C. falcata se evidencia casi en la porción media de las macroesclereidas, mientras que en las otras especies se ubica más externamente.

El espesor de la hipodermis, tanto en la región media como en el rafe contribuyen a distinguir las especies analizadas (Cuadro 3). Calliandra riparia muestra el valor promedio más alto de espesor en la región media, mientras que en la región del rafe, el valor promedio más alto lo tiene Calliandra surinamensis (Cuadro 2).

El parénquima de las semillas está constituido por células obliteradas y células redondeadas, con diferencias estadísticamente significativas en su espesor (p= 0,000018), esta variable resultó diferente en todas las especies, tanto en la región media como en el rafe, por lo que podría ser empleada también para distinguir las especies estudiadas.

En general se puede indicar que el arreglo histológico observado es característico de semillas de Leguminosae, sin embargo, las variaciones en espesor de las diferentes capas pudiesen estar asociadas con diferencias en la capacidad de las semillas para germinar, lo cual tiene importancia adaptativa, por cuanto promueve la supervivencia de las plantas en condiciones adversas. La presencia de una epidermis conformada por macroesclereidas en empalizada, muy compacta, línea lucida, osteoesclereidas y el alto contenido de compuestos hidrofóbicos como taninos, pudiesen determinar impermeabilidad en las semillas, tal como se ha referido para otros taxones de Leguminosae (Werker et al. 1979, Serrato-Valenti et al. 1994, 1995).

La literatura no hace mención a la composición química de la cubierta seminal en especies de Calliandra, por lo que se puede considerar el presente estudio como un primer aporte. El contenido de taninos observado podría actuar como mecanismo de protección y regulación de la permeabilidad, se ha indicado que la acumulación de compuestos fenólicos es ventajosa, debido a que pueden ligarse a polisacáridos de las paredes celulares incrementando su rigidez y resistencia a la biodegradación y por otra parte pueden ser tóxicos en grados variables a diferentes predatores (Werker et al. 1979). Asimismo la acumulación de grasas pudiese asociarse con impermeabilización de semillas y quizás con un reservorio energético para el desarrollo posterior del embrión. Las especies estudiadas habitan en bosques caducifolios y matorrales caducifolios, sometidos a un período de sequía durante el año, por lo que las semillas deben presentar algún mecanismo de latencia que asegure su supervivencia, al presente no se ha identificado si lo presentan y si ésta es física.

Estos resultados se refieren únicamente a las especies estudiadas; quedan por considerar las demás especies de Calliandra, que sería interesante analizar para tratar de establecer el valor de los caracteres diferenciales analizados.

Resumen

Se estudió la morfología de las semillas y la anatomía de la cubierta seminal en cinco especies venezolanas del género Calliandra, con la finalidad de establecer similitudes y diferencias entre estos taxa, para su utilización como criterio taxonómico. Se analizaron caracteres morfológicos de valor taxonómico; entre ellos la forma y el tamaño de la semilla, así como anatómicos tales como espesor de las diferentes regiones, la ubicación de la línea lúcida y el tamaño relativo de los espacios intercelulares en la hipodermis. Con los resultados se realizaron análisis de agrupamiento por medio de la función de análisis discriminante. Diez caracteres cuantitativos, y tres caracteres cualitativos, resultaron informativos para la separación de especies.

Palabras clave: Calliandra, Leguminosae, Mimosoideae, morfología, anatomía, semilla, cubierta seminal ]]>

Recibido 01-VI-2007. Corregido 30-VI-2008. Aceptado 31-VII-2008.