Seed morphology of seven species from Opuntia genus (Cactaceae) collected at Coahuila’s southeast (Mexico).
DOI:
https://doi.org/10.31055/1851.2372.v54.n4.23572Keywords:
Cactaceae, traits, embryo, morphology, Opuntia, seed coat.Abstract
Background and aims: Opuntia’s natural distribution encompasses from Canada to Argentina and it is part of the landscape in some regions of the world. There are between 191 and 215 Opuntia species. The ex situ conservation of this phytogenetic resource has gained relevance, but the species identification using the seeds is a limitation when there is a lack of reliable morphological traits. The purpose of this research work was to characterize the seed morphology of seven Opuntia species and identify their own morphological traits, in order to establish the species’ identification criteria when seeds are the only source of preserved plant material.
M&M: We used the attrition and image analysis technique to measure: seed coat thickness (GT), ventral funicular coat thickness (GCFV), embryo’s length, embryo’s surface area, major axis length and minor axis length. The most outstanding traits were detected through exploratory ANDEVA and main components methods. The species classification and forecasting were based on a supervised multivariate analysis. Results: Differences in all the variables among species were significant. Opuntia ficus-indica had the largest seeds. GCFV and GT were the most helpful variables in terms of discrimination. The main component analysis explained 92% of the total variation. K- Nearest Neighbor method was able to forecast correctly 83% of the species classification cases.
Conclusions: The assessed seed traits, mainly GCFV and GT, can help in the morphological description of prickly pear species and in the Opuntia species identification, when there are only seeds.
References
ADEWALE, B. D., D. J. DUMET, I. VROH-BI, O. B. KEHINDE, D. K. OJO, A. E. ADEGBITE, & J. FRANCO. 2012. Morphological diversity analysis of African yam bean and prospects for utilization in germplasm conservation and breeding. Genet. Resources Crop Evol. 59: 927-936. http://dx.doi.org/10.1007/s10722-011-9734-1
AGUILAR-ESTRADA, A., J. A. REYES-AGÜERO & J. R. AGUIRRE. 2003. Caracterización de la semilla de 403 variantes de nopal (Opuntia spp.). In: Esparza, F. G., L. M. A. Salas, C. J. Mena, y R. D. Valdez Z. (eds). Memoria del IX Congreso Nacional y VII Internacional sobre Conocimiento y Aprovechamiento del Nopal, pp. 117-120. Zacatecas, México.
ANDERSON, E. F. 2001. The Cactus Family. Timber Press, Portland, Oregon. 776.
BALOCH, H. A., A. DITOMASSO & A. K. WATSON. 2001. Intrapopulation variation in Abutilon theophrasti seed mass and its relationship to seed germinability. Seed Sci. Res. 11: 335-343.
BASKIN, J.M., C. C. BASKIN. 2004. A classication system for seed dormancy. Seed Sci. Res. 14: 1-16
BRAVO-HOLLIS, H. 1978. Las cactáceas de México. Vol. 1. 2nd ed. Universidad Nacional Autónoma de México, México, D.F.
CARUSO, M., S. CURRÒ, G. LAS CASAS, S. LA MALFA & A. GENTILE. 2010. Microsatellite markers help to assess genetic diversity among O. ficus-indica cultivated genotypes and their relation with related species. Pl. Syst. Evol. 290:85-97. https://doi.org/10.1007/s00606-010-0351-9.
CORNER, E. J. 1976. The Seeds of Dicotyledons. Vol. 1. Cambridge University Press, London, New York.
COTA-SÁNCHEZ, J. H. 2004. Vivipary in the Cactaceae: its taxonomic occurrence and biological significance. Flora. 199: 481-490. https://doi.org/10.1078/0367-2530-00175
DAVITASHVILI, N. & G. KARRER. 2010. Taxonomic importance of seed morphology in Gentiana (Gentianaceae). Bot. J. Linn. Soc. 162:101-115. https://doi.org/10.1111/j.1095-8339.2009.01020.x
DOMÍNGUEZ-DOMÍNGUEZ, S., A. DOMÍNGUEZ–LÓPEZ, A. GONZÁLEZ–HUERTA, S. NAVARRO–GALINDO. 2007. Cinética de imbibición e isotermas de adsorción de humedad de la semilla de Jamaica (Hibiscus sabdarifa L.) Rev. Mex. Ing. Quím. 3:309–316.
ESPINOZA-SÁNCHEZ, E. A., H. SILOS ESPINO, S. FLORES-BENÍTEZ, L. VALERA MONTERO, E. RODRÍGUEZ-SALAZAR & C. GALLEGOSVÁZQUEZ. 2014. Agrupamiento de genotipos de nopal (Opuntia spp.) de México por medio de la técnica de AFLPs y características del fruto. Phyton (Buenos Aires). 83: 299-306.
FAO. 2014. Normas para bancos de germoplasma de recursos fitogenéticos para la alimentación y la agricultura. Edición revisada. Roma. 182.
FISHER, G., R. FLÓREZ, D. ANGEL, R. & SORA. 2000. Producción, poscosecha y exportación de la uchuva Physalis peruviana L. Bogotá: Universidad Nacional de Colombia. 175.
FUENTES-PÉREZ, M., T. TERRAZAS & S. ARIAS. 2009. Anatomía floral de cinco especies de Opuntia (Opuntioideae, Cactaceae) de México. Polibotánica 27:89-102.
GALLEGOS-VÁZQUEZ, C. & C. MONDRAGÓN-JACOBO. 2011. Cultivares selectos de tuna de México al mundo. Servicio Nacional de Inspección y Certificación de Semillas, Secretaria de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SNICS-SAGARPA) y Universidad Autónoma Chapingo. Chapingo, México.
GALLEGOS-VÁZQUEZ, C., L. SCHEINVAR, C. NÚÑEZ-COLÍN & C. MONDRAGÓN-JACOBO. 2012. Morphological diversity of xoconostles (Opuntia spp.) or acidic cactus pears: a Mexican contribution to functional foods. Fruits. 67: 109-120. https://doi.org/10.1051/fruits/2012001
GONZÁLEZ-CORTÉS, 2019. Niveles de ploidía, morfología y germinación de Semillas en especies del género Opuntia del sureste de Coahuila, Mex. Tesis Doctorado. UAAAN. 134.
GONZALEZ-CORTÉS, A., M. H. REYES-VALDÉS, V. ROBLEDO-TORRES, J. A. VILLARREAL-QUINTANILLA, & F. RAMÍREZ-GODINA. 2018. Pre-germination treatments in four prickly pear cactus (Opuntia sp.) species from Northeastern Mexico. AJCS. 12:1676-1684. https://doi:10.21475/ajcs.18.12.10.pne1430.
GUERRERO-MUÑOZ, P., H. ZAVALETA-MANCERA, A. BARRIENTOS-PRIEGO, C. GALLEGOS-VÁZQUEZ, C. NÚÑEZ-COLIN, E. VALADEZ-MOCTEZUMA & J. CUEVAS-SÁNCHEZ. 2006. Technique for the study of the internal hard seed micromorphology in Opuntia. Revista Fitotec. Mex. 29:37-43.
GUZMÁN, U., S. ARIAS & P. DÁVILA. 2003. Catálogo de Cactáceas Mexicanas. Universidad Nacional Autónoma de México, CONABIO. México D.F.
GUZMÁN, U., S. ARIAS & P. DÁVILA. 2007. Catálogo de autoridades taxonómicas de las cactáceas (Cactaceae: Magnoliopsida) de México. Facultad de Estudios Superiores Iztacala, UNAM. Base de datos SNIB-CONABIO, proyectos Q045 y AS021. México.
HARIDASAN, V. K. & P. MUKHERJEE. 1988. Seed surface features of some members of the Indian Campanulaceae. Phytomorphology. 37:277-285.
HELSEN, P., P. VERDYCK, A. TYE & S. D. VAN. 2009. Low levels of genetic differentiation between Opuntia echios varieties on Santa Cruz (Galapagos). Pl. Syst. Evol. 279: 1–10.
HUNT, D. 2002. Alphabetical List of Currently Accepted Species. In: Hunt, D. and N. Taylor (Eds.). Studies in the Opuntioideae, pp. 250-255. The Manse and Chapel Lave. Sherborne, UK.
HOOGENDIJK, M. & E. D. WILLIAMS. 2001. Characterizing the genetic diversity of home garden crops: some examples from the Americas. Proceedings of the Second International Home Gardens Workshop: Contribution of Home Gardens and In-situ Conservation of Plant Genetic Resources in Farming Systems (Eds. Watson J.W. and Eyzaguirre P.B), pp. 34-40. IPGRI, Germany.
JENSEN, W. A. 1962. Botanical Histochemistry. Principles and Practice. W. H. Freeman and Company, San Francisco.
JOHRI, B. M. 1984. Embriology of angiosperms. Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
https://doi.org/10.1007/978-3-642-69302-1
LAYNEZ, J. A., J. MÉNDEZ & J. MAYZ. 2007. Crecimiento de plántulas a partir de tres tamaños de semilla de dos cultivares de maíz (Zea mays L.), sembrados en arena y regados con tres soluciones osmóticas de sacarosa. Idesia. 25:21-36.
LINKIES, A., K. GRAEBER, C. KNIGHT & G. LEUBNER-METZGER. 2010. The evolution of seeds. New Phytol. 86: 817-831. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.2010.03249.x
LIU, L. L., YU WB, LI DZ, R. R. MILL & H. WANG. 2013. Seed morphological diversity of Pedicularis (Orobanchaceae) and its taxonomic significance. Pl. Syst. Evol. 299: 1645- 657. https://doi.org/10.1007/s00606-013-0821-y
LÓPEZ-BORJA, E.N., R. L. ROMO-CAMPOS, H. J. ARREOLA-NAVA, A. MUÑOZ URIAS, & S. LOZA-CORNEJO. 2017. Variación morfológica en Opuntia jaliscana (Cactaceae). Anales Jard. Bot. Madrid 74: e058. http://dx.doi.org/10.3989/ajbm.2431
LÓPEZ-PALACIOS, C., J. A. REYES-AGÜERO, C. B. PEÑA-VALDIVIA, J. R. AGUIRRE-RIVERA. 2019. Physical characteristics of fruits and seeds of Opuntia sp. as evidence of changes through domestication in the Southern Mexican Plateau. Genet. Resources Crop Evol. 66:349-362. https://doi.org/10.1007/s10722-018-0712-8
LÓPEZ-PALACIOS, C., C. PEÑA-VALDIVIA, J. A. REYES-AGÜERO, J. R. AGUIRRE-RIVERA, H. M. RAMÍREZ-TOBÍAS, R. M. SOTO-HERNÁNDEZ & J. F. JIMÉNEZ-BREMONT. 2015. Inter- and intra-specific variation in fruit biomass, number of seeds, and physical characteristics of seeds in Opuntia spp., Cactaceae. Genet. Resources Crop Evol. 62: 1205-1223. https://doi.org/10.1007/s10722-015-0223-9
MANDUJANO, M. C., C. MONTAÑA, M. FRANCO, J. GOLUBOV & A. M. FLORES. 2001. Integration of demographic annual variability in a clonal desert cactus. Ecology. 82: 344-359. https://doi.org/10.1890/0012-9658(2001)082[0344:IODAVI]2.0.CO;2
MANDUJANO, M. C., J. GOLUVOB & J. REYES. 2002. Lo que usted siempre quiso saber sobre las cactáceas y nunca se atrevió a preguntar. CONABIO. Biodiversitas. 40: 4-7.
MUÑOZ-URÍAS, A., G. PALOMINO-HASBACH, T. TERRAZAS, A. GARCÍA- VELÁZQUEZ & E. PIMIENTA-BARRIOS. 2008. Variación anatómica y morfológica en especies y entre poblaciones de Opuntia en la porción sur del desierto Chihuahuense. Bol. Soc. Bot. México. 83: 1-11.
NOORYAZDAN, H., H. SERIEYS, R. BACILIÉRI & J. DAVID. 2010. Structure of wild annual sunflower (Heliantuhus annus L.) accesions based on agro-morphological traits. Genet. Resources Crop Evol. 57: 27-39. https://doi.org/10.1007/s10722-009-9448-9
OBESO, JR., I. MARTÍNEZ, D. GARCÍA. 2011. Seed size is heterogeneously distributed among destination habitats in animal dispersed plants. Basic Appl. Ecol. 12:134–140
OROZCO-SEGOVIA, A., J. MÁRQUEZ-GUZMÁN, E. M. SÁNCHEZ-CORONADO, A. GAMBOA DE BUEN, M. J. BASKIN & C. C. BASKIN. 2007. Seed anatomy and water uptake in relation to seed dormancy in Opuntia tomentosa (Cactaceae, Opuntioideae). Ann. Bot. (Oxford). 99: 581-592. https://doi.org/10.1093/aob/mcm001
PEÑA-VALDIVIA, C. B., M. LUNA-CAVAZOS, J. CARRANZA-SABAS, J. REYES-AGÜERO & A. FLORES-HERNÁNDEZ. 2008. Morphological characterization of Opuntia spp: A multivariate analysis. J. Prof. Assoc. Cactus. 10: 1-21.
PIMIENTA-BARRIOS, E. & A. MUÑOZ-URIAS. 1995. Domestication of opuntias and cultivated varieties. En: Barbera G., Inglese P. & Pimienta-Barrios E. Eds. Agroecology, Cultivation and Uses of Cactus Pear, pp. 58-63. FAO, Roma.
PINKAVA, D. J. 2002. On the evolution of the continental North American Opuntioideae (Cactaceae). In D. Hunt & N. Taylor (eds.). Studies in the Opuntioideae (Cactaceae), pp. 59– 98. Succ. Pl. Res. Vol. 6.
PRIETO-GARCÍA, F., M. MÉNDEZ-MARZO, E. PÉREZ-CRUZ, S. FILARDO-KERSTUPP & B. CRUZ-MARTÍNEZ. 2008. Morfología, tamaño y distribución de partículas en semillas de cinco especies del género Opuntia. Univ. Ci. 24: 159-162.
R DEVELOPMENT CORE TEAM. 2017. R: A language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing. Vienna, Austria. http://www.R-project.org (01 de febrero de 2018).
REYES-AGÜERO, J. A., R. J. AGUIRRE & F. CARLÍN. 2004. Análisis preliminar de la variación morfológica de 38 variantes mexicanas de Opuntia ficus-indica (L.) Miller En: El Nopal, Tópicos de actualidad. Esparza, G., R. Valdez, and J. Méndez G. (eds.), pp. 21-47. Universidad Autónoma Chapingo and Colegio de Postgraduados. Chapingo, México.
REYES-AGÜERO, J. A., R. J. AGUIRRE & M. H. HERNÁNDEZ. 2005. Systematic notes and a detailed description of Opuntia ficus-indica (L.) Mill. (Cactaceae). Agrociencia (Montecillo). 39: 395- 408.
REYES-AGÜERO, J. A. & R. J. AGUIRRE. 2006. Geographical distribution of Opuntia in Mexico. International Cactus Pear Conference. University of the Free State, Bloemfontein, South Africa.
ROMERO-SARITAMA, J.M. 2015. Rasgos morfológicos de frutos, semillas y embriones de Cinchona officinalis L. (Rubiaceae) en el sur del Ecuador. Rev. Eccuatorian de Medicina y Ciencias Biológicas 36: 27–35.
SÁENZ, C. 2006. Utilización agroindustrial del nopal. Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. Roma.
SAMAH, S. & E. VALADEZ-MOCTEZUMA. 2014. Morphological Seeds Descriptors for Characterize and Differentiate Genotypes of Opuntia (Cactaceae, Opuntioideae). Annual Rev. Res. Biol. 4: 3791-3809. https://doi.org/10.9734/ARRB/2014/11606
SASSONE, A. B., M. L. GIUSSANI & R. E. GUAGLIANONE. 2013. Multivariate studies of Ipheion (Amaryllidaceae, Allioideae) and related genera. Pl. Syst. Evol. 299: 1561-1575. https://doi.org/10.1007/s00606-013-0819-5
SCHEINVAR, L., G. OLALDE, S. FILARDO & P. BECKLER. 2010. Diez especies mexicanas productoras de xoconostles: Opuntia spp. y Cylindropuntia imbricata (Cactaceae). Universidad Nacional Autónoma de México, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo y Universidad Autónoma Metropolitana, México.
SCHEINVAR, L. 1995. Taxonomy of utilized opuntias. En: Barbera G, Inglese P, Pimienta-Barrios E. Eds: Agro-ecology, Cultivation and Uses of Cactus Pear, pp. 20-27. FAO, Roma. 20-27.
SOLÍS-NEFFA, V. G. 2010. Geographic patterns of morphological variation in Turnera sidoides subsp. Pinnatifida (Turneraceae). Pl. Syst. Evol. 284: 231-253. https://doi.org/10.1007/s00606-009-0249-6
STUPPY, W. 2002. Seed characters and the classification of the Opuntioideae (Cactaceae). Succ. Pl. Res. 6: 25-58.
TIWARI, S., M. SPIELMAN, R. SCHULZ, J. R. OAKEY, G. KELSEY, A. SALAZAR, K. ZHANG, R. PENNELL & J. R. SCOTT. 2010. Transcriptional profiles underlying parent-of-origin effects in seeds of Arabidopsis thaliana. B. M. C. Pl. Biol. 10:72. https://doi.org/10.1186/1471-2229-10-72
VALADEZ-MOCTEZUMA, E., Q. ORTIZ-VÁSQUEZ & S. SAMAH. 2014. Molecular based assessment of genetic diversity of xoconostle accessions (Opuntia spp.). African J. Biotechnol. 13: 202-210.
https://doi.org/10.5897/AJB2013.13350
VALDEZ-CEPEDA, R. D., M. BLANCO, A. MURILLO, M. MÁRQUEZ, Q. MAGALLANES, R. RUIZ-GARDUÑO, J. GARCÍA HERNÁNDEZ, J. LEDESMA-MARES & F. MACÍASRODRÍGUEZ. 2003. Fertilización química en nopal. 117-136. En: MURILLO, A. B.; D. TROYO, J. GARCÍA-HERNÁNDEZ. (eds.). El Nopal, Alternativa para la Agricultura de Zonas Áridas en el Siglo XXI. Centro de Investigaciones Biológicas del Noreste, S. C. La Paz, B. C. S. México.
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