UNIVERSIDAD AUTóNOMA IIIIETROPOLITLLhNA-IZTAPAL,-IPA. DIVISIóN DE CIEKCWS BIOLóGICAS Y DE L4 SALUD.

INFORME FINAL DE SERVICIO SOCIAL

LICEXCIATGRA: BlOLÜGlA L-

TELgFONO: 7-23-64-58

TRIMESTRE LECTIVO: 97-0

T~TULO DEL TRABAJO: RFOGÉXESIS DE LA FASE SE,KT~~L DE ALGUNAS DRYOPTERDACEAE Y LA R E L A C I ~ N E I N F L ~ N C I A DEL CONENIDO DE CARBOHLDRATOS DE LAS ESP6RAS EN FASES TEhPRAh'AS DEL

HORAS A LL4 SEhLWL4: 20

NOMBRE DEL ASESOR: DR4. BLANCA PÉREZ-GARCIA

PUESTO Y ADSCRLPCI~N: PROFESOR TITULAR lVct1 DE TIEMPO COMPLETO DE LA UAM-I. 149 7

LUGAR DONDE SE R E A L I ~ A R ~ ~ EL SERVICIO: LABORATORIO DE BIOLOGÍA DE PTERIDOFITAS (AS-102).

FECHA DE INICIO: 1 O-FEBRERO- 1997

FECHA DE TERMNACIÓN: 23-,4GOSTO- 1997

2 2 2 2 3 5

CLAVE: B.003.97

NOMBRE DEL PROYECTO: IIBIOLOGÍA DE PTERZDOFITAS: MORFOGÉNESIS DE LA FASE SEXUAL Y SU RELACIóN CON LOS CARBOHlDRATOS DE LA ESPORA EN FASES TEMPRANAS DEL DESARROLLO”.

FIRMA DEL ASESOR FIRMA DEL ALUMNO

L

""

Casa abrerta al tempo

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA Dra. Blanca Pérez-Garcia DEPARTAMEKTO DE BlOLOGlA DIVISION DE CIENCM BIOLOGICAS Y DE LA SALUD

22 de Septiembre de 1997

Dr. José Luis Arredondo Figueroa Director de la División de Ciencias - ~ v ~ v ~ 1 c I a a y UZ la adkcla. Diel&-:"- _. A 1- C-1. '

P R E S E N T E

Por este conducto me permito comunicarle que la alumna Ma. del Rosario Ramírez Trejo con matrícula 9233 1725 de la Lic. en Biología de esta Universidad concluyó satisfactoriamente el Servicio Social titulado: "Morfogénesis de la fase sexual de algunas Dryopteridaceae y la relación e influencia del contenido de carbohidratos de las esporas en fases tempranas del desarrollo".

A s í mismo, hago de su conocimiento que estoy de acuerdo con el contenido del informe final de este Servicio Social asociado al Proyecto : "Biología de Pteridofitas: Morfogénesis de la %se sema! y la relación con los carbohidratos de ia espora, en helechos tropicales mexicanos" aprobado por el Consejo Divisional.

Sin otro en particular, aprovecho la ocasión para enviarle un cordial saludo.

INFORME FINAL DEL SERVICIO SOCIAL t v ~ ~ ~ ~ ~ É ~ ~ ~ ~ ~ DE LA FASE SEXUAL DE ALGUNAS DRYOPTERIDACEAE Y LA RELACI~N E INFLUENCIA

TEMPRANAS DEL DESARROLLO". DEL CONTENIDO DE CARBOHIDRATOS DE LAS ESPORAS EN FASES

La familia Dryopteridaceae está representada por 10 géneros en el área Mesoamericana

(Moran & Riba (eds.), 1992): Arachnioides (3 spp.), Cyclodizm (2), DiQmochZaena (I),

Dlyopteris (1 O), Maxonia (l), Olfersia (l), Phanerophlebia (5), Polybotrya (7), Polystichum

( 1 S), Stigmatopteris (8) .

En el género Dryopteris se presentan problemas para la definición taxonómica de especies

entre dos complejos, uno de altas elevaciones (D. wallichiana (Spreng.) Hyl. y especies

relacionadas) y el otro de elevaciones medianas a bajas (D. patztla) Sw. Underw. y especies

relacionadas). La bibliografia sobre gametofitos incluye 73 publicaciones de diversos autores

(Pérez-Garcia & Piba 1992, en prensa), sin embargo, la mayor parte de ellas se refiere a aspectos

fisiológicos ó bioquímicos y solamente 21 de ellas se refieren a aspectos estrictamente

morfológicos en condiciones de laboratorio similares a condiciones naturales @lack, 1909; Bums

& Ingle, 1970; Cousens, 1969, 1975; Cousens & Horner, 1970; Duncan, 1943; Durr &í

Scheverlein, 1990; Fries, 1970; Grill, 1990; Kanamori 1967, 1969; Kaur, 1977; Horn, 1974;

Loyal, 1959; Momose, 1937; Nayar, 1960; Petersen & Fairbrothers, 1971, 1973, 1980a, 1980b;

Whittier & Wagner, 197 1).

La capacidad de las plantas para reproducirse y ampliar su área de distribución esta

longevidad, sustancias de reserva, etc.) (Tryon, 1972). Las pteridofitas tienen como principal

elemento de propagación a las esporas, que se producen de varios miles a millones. Aunque la

espora es un elemento resistente a condiciones adversas del ambiente , su longevidad esta defimda

por sus características estructurales (pared resistente) y fisiológicas (reservas, presencia o

ausencia de cloroplastos, etc.) (Lloyd & Klekowski, 1970)

2

Sin embargo, hasta el momento no han podido ser explicados los procesos que ocurren en

la espora durante el período de latencia con sus consecuencias en la longevidad.

Los factores que deteminan la longevidad de las esporas son realmezte discutibles, pero

ha quedado claro que además de los cambios ambientales fluctuantes, los atributos genéticos y

fisiológicos de las esporas son los que fbndamentan esta situación. En el aspecto fisiológico,

Lloyd y Klekowski (1 970), han comparado la viabilidad de las esporas clorofilicas y no

clorofilicas de varias especies de helechos. Los resultados muestran que durante las condiciones

ordinarias de almacenamiento, las esporas verdes sucumben rápidamente, mientras que las esporas

no clorofilicas poseen una alta actividad respiratoria (Okada, 1929).

El conocimiento de los mecanismos fisiológicos de latencia y germinación de las esporas

de los helechos se ha visto inmensamente beneficiado en los años recientes por los adelantos en el

conocimiento de la genninación de las semillas.

Un importante avance en el entendimiento de la tolerancia a la desecación es el encontrar

que los azúcares pueden servir en el mantenimiento de la integridad de las membranas en

condiciones de desecación. Experimentos con diferentes tipo de azúcares han establecido que la

mayor eficiencia para prevenir el daño por desecación es adquirido por la trihalosa y la sacarosa.

La capacidad de algunas semillas de resistir desecaciones extremas ha permitido establecer que los

mecanismos de tolerancia a la desecación dan protección no sólo a las membranas sino también al

citoplasma, impidiendo la cristalización de sales y proteínas (Leopold, 1990).

Para este estudio se eligieron especies del género Dryopteris que crecen en México por

ser un grupo taxonómico bien representado a nivel genérico y bien conocido por publicaciones

floristicas recientes (Smith, 1981; Mickel, 1988; Mickel & Beitel, 1988; Moran & Riba 1995;

B b a & Pérez-Garcia en prensa).

3

A pesar de que los gametofitos de helechos han sido estudiados por botánicos extranjeros

desde 1699, en la actualidad se desconoce mucho acerca de esta fase, sobre todo en áreas

tropicales, por esta razón, el grupo de Biología de Pteridofitas y estudiantes de Servicio Social se

han avocado al estudio de diversos grupos taxonómicos desde el punto de vista de morfogénesis

a fin de contribuir al conocimiento de estas plantas y ayudar al mejor aprovechamiento de los

recursos naturales del país.

'

OBJETIVO GENERAL

- Estudiar y definir los procesos morfogenéticos de la fase sexual (gametofitica) de especies

mexicanas de helechos driopteridáceos que crecen en México y relacionar los resultados con las

reservas de carbohidratos de las esporas y fases tempranas del desarrollo de los gametofitos.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

- Conocer los patrones de germinación y desarrollo gametofitico de algunas especies del género

Dryopteris que crecen en México.

- Definir mediante análisis de semejanzas y diferencias distintos grados de afinidad entre las

especies estudiadas. #

- Relacionar los procesos morfogenéticos de las especies estudiadas con los resultados de el

contenido de carbohidratos de las esporas y fases tempranas del desarrollo.

- Publicar los resultados en una revista arbitrada e indizada de circulación internacional.

4

* HIPOTESIS 1

Las similitudes o diferencias en las características morfogénicas de los gametofitos junto

con los rasgos morfológicos de la fase esporofitica de las 10 especies de Dryopteris servirán como

una herramienta para aclarar los complejos t&onómicos de D. wallichiana y D. patula, que

crecen a diferentes altitudes (m snm) en apoyo a Alston, 1957; Fraser-Jenluns, 1930; Mickel,

1992; Mickel & Beitel, 1983; Smith & Fraser-Jenkins 1982.

METODOLOGIA UTllLIZADA

a) Obtención del material biológico

- Se muestrearon las distintas especies de Dryopteris en los estados de México, Morelos, Puebla,

Michoacán, Guerrero, Chiapas y Oaxaca con el objeto de obtener ejemplares fértiles (Tabla I).

- El material obtenido se procesó de acuerdo con los procedimientos usuales (Forman & Bridson,

1989; Lorea & Riba, 1990) mediante prensado en hojas de papel periódico con cartón corrugado

intercalado y desecación por el tiempo requerido.

- La identificación y etiquetado de los ejemplares de respaldo de nuestro trabajo de campo se

efectuó con base en la bibliografia especializada sobre pteridoflora mexicana (Mickel, 1992;

Mickel & Beitel, 1983; Smith, 1981; Stoke, 198 1).

b) Estudio de la germinación y morfogénesis

- Para los estudios de morfogénesis de la fase sexual y los análisis químicos, se recolectaron y

tamizaron las esporas para eliminar residuos de hojas, parafisos, escamas, etc.

- Se efectuó la preparación y esterilización de el material (cristalería) en el autoclave durante 30

5

minutos.

- Preparación del medio de cultivo de Thompson (Klekowski, 1969) (Tabla 11).

- Se realizó la siembra de las esporas y simultáneamente se tomaron datos de densidad de esporas

por cm2, medición y descripción de las mismas.

- A partir de la germinación, se realizaron observaciones periódicas (cada semana) de los cultivos

con el objeto de d e h r el inicio de la germipación y las distintas fases de desarrrollo de los

gametofitos mayar & Kaur, 1969,1971).

- Conforme el desarrollo de los cultivos de gametofitos avanzó se procedió a fotografiar las

diversas fases de germinación y desarrollo hasta la obtención de esporofitos. I S,

,./’#

/ ’

c) Estudio de carbohidratos de las esporas

La extracción de los carbohidratos solubles en alcohol de las esporas se obtiene según el

método propuesto por Lowell & Kuo (1989) en etanol al 80% . El botón se lava varias veces en

alcohol a la misma concentración. La cantidad de azúcares reductores se determina mediante el

método de antrona Felet i & Lederer, 1974). A una fracción del extracto se le evapora el alcohol

y disuelve en agua para la determinación de glucosa , fructosa, sacarosa, galactosa, y

oligosacáridos de galactosa utilizando kits enzimáticos.

La identificación de los carbohidratos extraídos se lleva a cabo mediante cromatografia de

capa fina bidimensional (Haer, 1969; Meir, 1975). Se identifica cada uno de los compuestos

separados por la cromatografia mediante estándares.

6

ACTIVIDADES REALIZADAS:

Las actividades que heron cubiertas dentro éste proyecto de Servicio Social contemplan

todo lo referente a morfogénesis de la fase sexual de algunas especies del género Dryopteris,

desde la colecta del material biológico, preparación e identificación de los ejemplares de herbario,

obtención de esporas, esterilización de la cristalería, preparación del medio de cultivo de

Thompson, toma de datos de densidad de siembra por cm', de las caractensticas de las esporas,

de luz, pH; hasta el estudio de cada una de las fases del desarrollo de los gametofitos, toma del

material fotográfico e interpretación de resultados.

Cabe mencionar que el aspecto bioquímico de las esporas, es decir, la identificación y

cuantificación de carbohidratos la realizó el grupo de Bioquímica Vegetal, que está a cargo del

Dr. David Pontones. Sin embargo, la interpretación y correlación de los resultados de

cuantificación de carbohidratos con los procesos morfogenéticos de la fase sexual de las especies

estudiadas la realizará el grupo de Biología de Pteridofitas, actividad en la cual también participo.

Colateralmente se realizó otro trabajo de morfogénesis titulado "Estudio de la fase

gametofitica de Microgramma nitida (J. Sm.) A.R. Sm. (Polypodiaceae)" , el cual no se tenía

contemplado en el proyecto inicial, sin embargo, es importante mencionarlo como parte de otras

actividades que se llevaron a cabo dentro del Servicio Social. Es un trabajo que será sometido a

arbitraje en la Revista de Biología Tropical (Costa Rica) para su posible publicación.

OBJETIVOS Y METAS ALCANZADOS

- Uno de los objetivos más importantes de este proyecto de Servicio Social era conocer la

morfogénesis de la fase sexual de algunas Dryopteridaceae, mismo que se cumplió

satisfactoriamente tanto para el complejoflpatula, "" como para el complejo -I_ D. wallichiana, _ _ _ _ _ pues

hasta el momento se tienen resultados de tipo de esporas, gametofitos en fases filamentosas,

bidimensionales, adultas, gametangios y hasta las primeras hojas del esporofito para la mayoría de

CG*' o i*7/

las especies, lo cual, representa un avance de un 80%.

7

'

- Otro objetivo del presente proyecto hé determinar la influencia y relación del contenido de

carbohidratos de las esporas en fases tempranas del desarrollo de los gametofitos, el cual se

cumplió sólo para las especies donde se obtuvo una cantidad adecuada de esporas (Dryopteris

argtrta, D. rosea, D. rossii, D. pseudofrlix-mas y D. wallichiana). Para otras especies (D.

cinnamomea, D. fitturn, D. karwinskrcma, D. mnxonii, D. rmbigena y D. patttla) no hi! posible

hacer la determinación,.ni la cuantificacidn de carbohidratos debido a que no se obtuvo la

cantidad de esporas que se requiere para hacer el estudio ( 1 g ). Tomando en cuenta lo anterior,

consideramos que tenemos un avance de un 30 % en lo que se refiere a la parte bioquímica de l a s

esporas.

- Dentro de los objetivos específicos se tenía contemplado publicar los resultados de este estudio.

Este punto no ha podido efectuarse aún debido a que no se ha concluido el estudio morfogenético

de la fase sexual de todas las especies de Dryopteris, pues falta por ccdectar Dryopteris mztnchii ,/4z24&<s3b y D. futura; tampoco están conclusos los resultados correspondientes a carbohidratos.

- Además de las actividades enmarcadas dentro del proyecto de servicio social, de manera

colateral se realizó otro trabajo de morfogénesis titulado "Desarrollo de la fase gametofitica de

Microgramma nitida (J.Sm.) A.R. Sm. (Polypodiaceae s.str )" , mismo que se concluyó y será

sometido a arbitraje en la Revista de Biología Tropical (Costa Rica) para su posible publicación

Los resultados se presentarán de acuerdo a las metas señaladas en el protocolo del

proyecto y se anexan los documentos probatorios.

8

Las especies estudiadas heron:

- Dryopteris argzrta (Kaulf.) Maxon

- Dryopteris cinrmmomea (Cav.) C. Ch. - Dryopteris kmwinskyana (Mett .) Kuntze.

- Dryopteris maxonii Undenv. & C. Ch. ex C. Chr

- Dryopteris mrbigena Maxon & Morton

- Dryopterispatula (Sw.) Underw.

- Dryopteris pseudo-fiilix-n?as ( Feé) Rothm.

- Dryopteris rosea Fournier) Mickel & Beitel

- Dlyopteris rosii C . Ch. - Dryopteris wallichiana (Spreng.) Hyl.

Las especies que faltan de estudiar son:

- Dryopteris munchii

- Dryopteris futzrra

a) Resultados de morfogénesis de la fase sexual de algunas especies de Dryopteris.

a. 1 Esporas:

Las especies de Dryopteris estudiadas tienen esporas con características muy

nomogeneas; todas son monoletes, con penna, presentan forma helipsoidal y miden en promedio

35 X 50 p . La superficie presenta ornamentaciones en forma de protuberancias que dan un

aspecto tuberculado (Fig. 1).

La germinación de las esporas ocurre entre el octavo y el décimo día posterior a la siembra

y es del tipo Vittaria (Nayar & Kaur, 1969), dado que la emergencia de la primer célula protálica

es perpendicular con respecto a la rizoidal.

9

a.2 Fase filamentosa: '

La germinación de las esporas de las 10 especies de Dryopteris estudiadas dá lugar a la

formación de gametofitos filamentosos de 7 a 9 células protálicas de largo con abundantes

cloroplastos. La cubierta de la espora se mantiene unida al filamento germinal hasta esta fase,

después se desprende. La formación de tricomas se inicia en fases muy tempranas del desarrollo,

de hecho, es en la fase filamentosa cuando se diferencia el primer tricoma uniceluiar-capitado y

glandular en la célula protálica terminal (Figs. 2 y 3). Cabe mencionar que la fase filamentosa dura

aproximadamente de 16 a 25 días, según la especie.

a.3 Fase espatulada:

A los 25-30 días posteriores a la siembra de las esporas, la célula terminal del filamento

germinal se divide longitudinalmente para dar lugar a la formación de dos células hijas, de tal

forma que el pelo queda colocado en una de ellas. La célula que lleva el pelo permanece inactiva,

mientras que su célula hermana se desarrolla en una placa protalial. La célula meristemática se

diferencia a partir de la célula marginal hacia la mitad de la región más expandida, quedando en

una posición lateral. Las células anteriores del filamento germinal también se dividen

longitudinalmente formando un protalo de dos células de ancho (Fig. 4). El protalo crece por la

actividad de esta céluia meristemática, formándose una muesca en una posición apical y dando un

aspecto asimétrico por el crecimiento unilateral del talo. La forma asimétrica del talo se pierde

muy pronto y la célula meristemática lateral es reemplazada por un meristem0 pluricelular que se

localiza en una posición apical-central.

a.4 Fase adulta:

Lus ganewkos, auukos 6e ías especies de ihyoprerrs estudiadas son generalmente

cordiformes a cordiformes-reniformes, muy largos, simétricos, con una muesca central, apical bien

definida y dos aias muy amplias (Fig. 5); e1 talo adulto posee numerosos tricomas unicelulares-

10

capitados en los márgenes y en las superficies dorsal y ventral (Fig. 6); también se forma un

cojinete de varias células de grosor donde se establecen los gametangios.

Los anteridios y los arquegonios son del tipo común de los helechos leptosporan@ados

(Nayar & Kaur, 1971).

Los arquegonios aparecen primero (proteroginia), aproximadamente a los tres ineses

posteriores a la siembra y se localizan en el centro del cojinete; vistos desde arriba se aprecian la s

cuatro células de las bocas (Fig. 7 ) y en una posición lateral se observan los cuellos de los

arquegonios, los cuales.varían en longitud según la especie (5-7 células) (Fig. S).

Los anteridios se diferencian en el 40. mes d e s p ~ b de la siexbra; sor, pequeños, de f m x a

globosa y están constituidos por tres células: la opercular, la anular y la basal (Figs. 9 y 10).

De acuerdo con estas características, se concluye que las especies de Dryopteris

estudiadas comparten un desarrollo protálico tipo Aspidium (Nayar & Kaur, 1969).

a. 5 Esporofito:

L a aparición de las primeras hojas del esporofito en la mayoría de las especies de

Dryopteris ocurrió entre el 50. y 60. mes posteriores a la siembra. La lámina del esporofito en

todos los casos es flavelifom-e cc?n márgenes lisos y un peciolo largo unido al gametofito (Figs. / 8'

.c

11 y 12).

b) Avance de resultados de la determinación y cuantificación de carbohidratos en las esporas de

algunas especies del género Dlyopteris.

La determinación y cuantificación de carbohidratos (sacarosa) de las esporas se ha

redizado hasta e1 momento sblo nara las esoecies en las aue se obtuvo una suficiente cantidad de

esporas (Dryopteris argzrta, D. rosea, D. rossii, D. wallichiana y D. pseudo-filix-mas),

obteniendo los siguientes resultados:

BPG-1025 IR J-66 AMR-124 arguta BPG-1054 * arguta AMR-141 rosea AMR-68 rossii AMR-75 wallichiana BPG-1014 pseudofilix-mas BPG-1 O1 5

~. ~. ~~. ~~ "" " . . . - .~

D. BPG-1025 D. AMR-124 D. arguta AMR-1 D. rossii AMR-75 D. pseudofilix m D. IRJ-66 D. arguta BPG-1 D. rosea AMRB D. wallichiano B

esporas sin tratamiento ,

11

SACAROSA

Dryopteris argztta (Kaulf.) Maxon - 13 pdespora

Dryopteris rosea (Fournier) Mickel & Beitel - 15 pglespora

Dryopteris rossii C. Ch.- 11 pglespora

Dryopteris wallichiana (Spreng.) Hyl. - 20 pglespora

Dryopterispseudo-fiilix-mas (Fee) Maxon- 9 pglespora

2 2 2 2 3 5

El contenido de sacarosa por espora oscila entre 9-20 pg. D. pseudo-filix-mas y D.

walIichiana son las especies que contienen la menor y la mayor cantidad de sacarosa por espora

respectivamente. Entre las otras especies, no existe una diferencia significativa (Tabla 111).

Hasta el momento no podemos emitir conclusiones respecto al contenido de carbohidratos

de las esporas y la relación en fases tempranas del desarrollo de los gametofitos dado que falta

determinar y cuantificar carbohidratos en más de la mitad de las especies de Dryupteris

consideradas en este estudio. Sin embargo, se tiene contemplado continuar este proyecto en una

segunda fase.

CONCLUSIONES

Este proyecto de Servicio Social contemplb el estudio modogenético de la fase sexual

(gametoiitica) de 10 especies de Dryopteris que crecen en México, así como la determinación y

cuantifirncjbn de cxb&!idr~tcs de !.S ospnr~z. este z z z ~ z t = : se ::ex ;;E :;;;X,’ de ÜZ 920,:

en lo que se refiere a morfogénesis y un 30% en lo que respecta a bioquímica de las esporas. Se

considera que en el período comprendido entre Septierxbre de 1997 a Febrero de 1988 se

concluir& esre proyecto y se tenara el manuscrito para ser enwado a publicación.

Durante el desarroilo de este servicio social considero que recibí un untrenamiento ,” -2. /

c

adecuado en el campo de investigación en Biología de Pteridofitas, así mismo obtuve un

adiestramiento en la elaboración de un artículo de investigación (manejo de idormación,

bibliografia, Brummint, BPH; obtención de material fotográfico, elaboración de las láminas,

seguimiento de las normas editorales, etc.).

12

RECOMENDACIONES

Es necesario promover la formación de una mayor cantidad de recursos humanos que

participen en el cazpo de Biología de Pteridofitas, mediante Seminarios de Investigación 1.n y r

III , Servicio Social, maestrías y doctorados. En este contexto, e! g u p o de investigación en

Biología de Pteridofitas de la UAM-Iztapalapa a cargo de la Dra. Blanca Pérez-Garcia ha

trabajado activamente impartiendo Seminarios de Investigación, asesorías de Servicio Social y /

actualmente está dirigiendo de Maestría. /

Todavía hay mucho por hacer dentro de la Pteridología, particularmente en lo que se

refiere a los estudios de modogénesis de la fase sexual de las pteridofitas, que es un área poco

explorada. Salvo los trabajos hechos por Nayar & Kaur, Atkinson, Stokey y el grupo de Biología

de Pteridofitas de la UAM-1, no existen más estudios a ésta línea de investigación. Son muchas

las familias de pteridofitas de las cudes, todavía se desconoce por completo su fase gametofitica, ,/'--!---

desafortunadamente son pocas las personas que se interesan en este grupo de plantas. Las

perspectivas para el desarrollo de éste campo en nuestro país son pobres, sin embargo, se está

trabajando activamente en la formación de recursos humanos que se especialicen en distintos

enfoques de nuestra rica pteridoflora calculada entre 1,000 y 1,1 O0 especies distribuidas desde las

regiones secas del noroeste hasta las ricas regiones tropicales húmedas del sureste mexicano.

c

2 2 2 2 3 5

t

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13

'

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2 2 2 2 3 5

P e

1

7

16

PIES DE FIGURA

Figs. 1-12. Desarrollo protálico de diversas especies de Dryopteris. 1 Espora de D. rossii C.

Chr. 2. Fase filamentosa (2 células) de D. rossii (16 días); 3. Filamento de 9 células y tricoma

marginal de D. hnvinskyana (Mett.) Kuntze (25 áías); 4. Fase bidimensional y tricomas de D.

rnnxorlii Undenv. & C. C h . ex C. Chx. (30 dias).

Figs. 9-12. 9. Anteridio de D. arguta (KauK) Maxon (164 días); 10. Opérculo de un anteridio de

D. argzrta (164 días); 11. Esporofito de D. rnuxonii (4 meses); 12. Esporofito de D. rossii (4

meses). p: perina; Cp: Céluia protálica; Cr: Célula rizoidal; Ce: Cubierta de la espora; t: tricoma;

tm: tricoma marginal; ts: tricoma superficial; Co: Célula opercular; Ca: Célula anular; Cb: Célula

basal; a: alas; c: cojinete; m: meristemo; r: rizoides; ba: boca de arquegonio; cc: células del

cuello de un arquegonio; LE: Lámina del esporofito; E. Esporofito; G: Gametofito.

\ Estudio de la fase gametofítica de Microgramma n i t i d a (J.Sm.) A.R.Sm. (Polypodiaceae s.str.1

Ma. del Rosario Ramírez' y B1,anca Perez-Garcia'.

'Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. Depto. de Biología, Ap. 55-535 C.P. 99340 Méxicc, D.F. e-mail: bpg (3

xanum.uam.mx; Fax: 7-24-46-88.

Abstract: In this paper is described the development of the

gametophytic phase of Microgramma n i t i d a ; it is characterized

for: Vittaria-type germination of the spore, a germinal filament of 6 cells; naked, spatulated young gametophytes wich later are transformed in ribbon-shaped adult gametophytes with wavy borders, cordake apex, marginal and superficial capitated, unicellular hairs. Early appearence of an apical, wedge-shaped meristematic cell, wich is quickly replaced by a pluricellular meristem. The antheridia and archegonia are of the usual type of the Polypodiaceae s.str. According with this characteristics, we

conclude that the prothallia1 development is of the Drynaria- type. The first leaf of the sporophyte appeared 8 months after sowing of the spores. The leaf is spatulated, with smooth and bearded borders; bifurcated and pluricellular hairs; anomocytic stomata; the epidermic cells of the sporophyte have wavy walls on upper and lower surfaces.

Key words: Gametophyte, Microgramma, Morphogenesis, Polypodiaceae

s. str., México.

El género Microgramma pertenece a la familia Polypodiaceae s.str.; está ampliamente distribuido en los trópicos americanos, donde cuenta con aproximadamente 13 especies. En México se le

2

puede encontrar desde Tamaulipas y Veracruz hasta Chiapas. Crece en tierras bajas, generalmente desde O a 600 m snm en bosques tropicales húmedos, mesófilos de montaña, aunque también es frecuente su aparición a lo largo de riberas y arroyos (Mickel &

Beitel 1988).

Las esporas de Microgramma tisnen número cromosómico n=37,

74 (Tryon & Tryon 1982). Las Polypodiaceae s.str. sor; u?, grupo poco conocido desde el

punto de vista morfogenético. Los gametofitos de estos helechos, excepto por unas cuantas especies, son prácticamente desconocidos (Nayar 1962). Consecuentemente, tampoco existen estudios sobre la

fase gametofítica de 1M_icrogramma,- sin embargo, hay algunos trabajos respecto a la morfogénesis de otros géneros de las

Polypodiaceae, como A r t h r o m e r i s , C r y p s i n u s , L e p i s o r u s , C o l y s i s ,

L e m m a p h y l l u m , P o l y p o d i u m , C a m p y l o n e u r u m y P l e o p e l t i s . Entre ellos

podemos mencionar los estudios de Hartman 1931, Davie 1951, Stokey 1955, Nayar 1962, 1969 , 1970, Atkinson & Stokey 1970, Pérez-Garcia & Reyes 1994.

De acuerdo con las características del esporofito,

Microgramma parece estar más intimamente relacionado con

C a m p y l o n e u r u m y quizá también con P l e o p e l t i s (Tryon & Tryon

1982).

M i c r o g r a m m a n í t i d a es un helecho epífito, con rizoma

delgado, trepador, escamas blanquecinas y ligera a fuertemente aplanado. Hojas estériles y fértiles subdimorfas; lámina entera y ligeramente pubescente. Esporangios con parafisos pardo claro \L*luLall 13725 in: ~ " L Ü T ~ i4esuamericanaj . 1.1"" - ?.fir

3

MATERIAL Y METODOS

La recolección de ejemplares fértiles con esporangios maduros se realizó a 8 km al norte de Minatitlán, México. Los ejemplares de respaldo son AMR-143, 144, 146 y se encuentran depositados en el herbario Metropolitano-UAMIZ. Para la obtención de esporas, se colocaron las pinnas fkrtiles en bolsas de papel selladas a fin de evitar contaminación y favorecer la apertura de los esporangios a temperatura ambiente. El material obtenido fué pasado a través-.de un tamiz de malla Mont-Inox ndmero 200 con poros de 0.074 mm de diámetro.para colectar exclusivamente esporas y eliminar impurezas. Sin esterilización previa de las esporas, se realizó la siembra en 30 cajas de Petri de 5 cm de diámetro utilizando como sustrato el medio de Thompson (Klekowski 1969) esterilizado. Seis cajas se cubrieron completamente con papel estaño a fin de determinar fotoblastismo. La densidad de siembra promedio fué de 40 esporas por cm2. Todas las cajas sembradas se colocaron en bolsas de polietileno y se mantuvieron iluminadas con luz artificial mediante lámparas solares de 75

watts/F96T12/ D, luz de día, a una temperatura de 20-28°C y fotoperíodo de 10 horas. Los cultivos se humedecieron cada semana con 5 gotas de agua destilada. Las primeras observaciones fueron realizadas cada tercer día para determinar el inicio de ia germinación; posteriormente, las observaciones se efectuaron a intervalos de cinco días a una semana conforme avanzaba el desarrollo.

Las cajas mantenidas en oscuridad se abrieron 150 días después de la siembra. El material fotográfico se obtuvo directamente de las esporas y gametofitos vivos mediante un fotomicroscopio American Optical y un microscopio estereoscópico

American Optical Stereo Star ZOOM con cámara integrada, utilizando película b/n T YmX Kodak 100 de 35 m.

4

RESULTADOS :

a) ESPORAS Y GERMINACION:

Las características observadas en las esporas de M. n i t i d a

son: monoletes, color amarillo oro, no clorofílicas, sin perina, aunque con ornamentaciones tuberculadas y granulares en la superflcle. Miden en promedio 65 x 97 '&m (Fig. 1) . La gerlnir;aci5n ocurre entre el sexto al décimo día después de la siembra tomando como criter.io la emergencia de la primera célula protálica y

rizoidal. Cabe destacar que la cubierta de la espora permanece unida al gametofito hasta fases muy avanzadas del desarrollo. También se observan grandes glóbulos de aceite en la primera célula protálica, característica que comparte con muchas otras Polypodiaceae s.str. A los 150 días posteriores a la siembra se observó que las esporas mantenidas en oscuridad no germinaron, por lo tanto, son fotobásticas positivas. El patrón de germinación es del tipo Vittaria (Nayar & Kaur 1969), pues la emergencia de la primer célula protálica es perpendicular con respecto a la rizoidal (Fig. 2).

. ,

b) FASE FILAMENTOSA:

Entre los días 6 al 2 0 posteriores a la siembra se forma un filamento de 6 células protálicas con abundantes cloroplastos. La cubierta de la espora se mantiene unida todavía al gametofito filamentoso y el Único rizoide que ha aparecido hasta esta %ase es de color pardo-oscuro, hialino (Fig. 3).

c) FASE LAMINAR: " ?A 14 d í a < ~ ~ s T I J ~ ' : 15 nerrninacin:?. 13 r 4 1 1 ~ 1 a inirial - -

se divide longitudinalmente y después el resto de las células del filamento germinal hacen lo mismo produciendo un protalo de 1 a 4 células de ancho en la base y en el ápice respectivamente.

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Posteriormente aparece la célula meristemática apical en forma de cuña mediante una división en sentido oblicuo de una de las células terminales (Fig. 4). Esta célula es reemplazada rápidamente por un meristemo pluricelular que se establece en una posición central, apical, entre los días 10-20 posteriores a la aparición de dicha célcla meristemática. Como resultado de la actividad del meristemo pluricelular, se forma un gametofito espatulado a los 30 días después de la germinación. Hasta esta fase se conserva la pared de la espora unida al gametofito (Fig. 5). En las primeras fases del desarrollo los gametofitos carecen por completo de tricomas y es hasta después del día 60 posterior a la germinación cuando se empiezan a diferenciar tricomas marginales y superficiales unicelulares y translúcidos, evento que coincide con la diferenciación del ápice cordiforme (Fig. 6). Los rizoides son abundantes, localizados en una posición basal, muy largos, de color pardo-claro y transparentes (Fig. 7).

GAMETOFITO ADULTO:

Los gametofitos adultos de M. n i t i d a son monoicos,

acintados, con un ápice cordado y una escotadura bien definida en donde se establece el meristemo pluricelular. También presenta un cojinete central de varias células de grosor, en donde se localizan los gametangios (Fig. 8). Los tricomas marginales y superficiales son unicelulares, capitados y translúcidos. Los tricorr-as superficiales sólo se observan en la cara ventral. Los gametofitos con tales características se diferencian a partir de la décima semana posterior a la germinación. Los arquegonios aparecen primero (proterogínia) aproximadamente a los 95 días posteriores a la siembra y los anteridios se observan a los 110 días después de la siembra. Se desarrollan gametangios en ambas caras del gametofito, estando más próximos a la región basal. Los cuellos de los arquegonios están orientados hacia ia base del

222235 6

gametofito y característicamente tienen una longitud de cinco células (Fig. 9). Las bocas de los arquegonios están constituidas por cuatro células grandes vistas desde arriba (Fig. 10). Los anteridios tienen forma de barril y están formados por tres células: la opercular, la anular y la basal (Fig. 11). Tomando en

cuenta que la germinación de las esporas de M. n i t i d a resulta en un filamento uniseriado, formación de un gametofito espatulado, protalos cordiformes y desarrollo de tricomas marginales y

superficiales, se concluye que el desarrollo protálico de M .

n i t i d a es del tipo Drynaria (Nayar y Kaur 1969).

ESPOROFITO

El esporofito apareció ocho meses después de la siembra de las esporas. Es espatulado, con márgenes lisos y aristados, presenta tricomas pluricelulares y bifurcados tanto en la superficie dorsal, como en la ventral (Fig. 10-12); estomas anomociticos (Van Cotthem 1970) debido a que sólo poseen las dos células oclusivas y ninguna célula acompañante. Las células

epidérmicas del esporofito presentan paredes onduladas en ambas superficies (Fig. 13).

DISCUSION

Haciendo un análisis comparativo del desarrollo gametofítico

de Microgramma n i t i d a con respecto a algunas Polypodiaceae s.str. americanas estudiadas por o t r o s autores (Stockey 1955, 1971; Pérez-Garcia y Reyes 1994, Pérez-Garcia et al. 1996, 1997), se encontró que comparten muchas características entre sí, tales como: la presencia de gióbulos de aceite en la primera célula protálica, persistencia de la cubierta de la espora hasta fases avanzadas del desarrollo, ei patrón de germinación de la espora tipo Vittaria, el tipo de desarrollo protálico tipo Drynaria.

Las esporas de M. n i t i d a son mucho mis grandes que las de

7

p o l y p o d i u m l e p i d o t r i c h u m (Feé) Maxon, Phlebodium araneOSUm (M.

Martens & Galeotti) Mickel y Beitel, P h l e b o d i u m a r e d a t u m (Humb.

et. Bonpl. ex Willd.) J.Sm., Phlebod ium decumanum (Willd.1 J.Sm.

y N i p h i d i u m c r a s s i f o l i u m . En condiciones de laboratorio, las

esporas de M. n i t i d a germinan en el mismo lapso de tiempo

reportado para N. c r a s s i f o l i u m (10 días). Nayar (1962) menciona que las Polypodiaceas s.str. del Viejo Mundo requieren hasta de

un mes para germinar. En todas ellas la germinación es del tipo Vittaria.

~5 p ~ e s e z z i ~ 22 22 gra? c;.l6?"-lo de z r r 3 F t ~ P_E la primera cglula protálica y la persistenciz ?e la c~hierta de la espora

hasta fases avanzadas del desarrollo, son dos características

observadas en M. n i t i d a al igual que en otras especies de Polypodiaceae s.str, tanto del del Nuevo Mundo, como del Viejo Mundo.

M . n i t i d a y las especies americanas mencionadas anteriormente comparten un desarrollo protálico tipo Drynaria, es decir, la germinación de la espora resulta en un filamento corto (2-7 células), gametofitos jóvenes desnudos, protalos adultos generalmente cordiformes que desarrollan pelos unicelulares y capitados en el ~ 2 r g e n y en las superficies, e1 establecimiento de la célula meristemática está más retardado que en el tipo Adiantum.

El filamento germinal de M. n i t i d a alcanza una longitud de

seis células, siendo más largo que el de P o l y p o d i u m p e c t i n a t u r n

(1-5 células) y P . l e p l c i o c r i c h u m (4-5 ceiulasj céiuias, aürlcp%

más corto que el de N. c r a s s i f o l i u m (5-7 células) , P. a r a n e o s u m ,

P . a r e o l a t u m y P . decumanum ( 4-7 células).

LOS protalos maduros de M. n i t i d a son reniformes y con márgenes ondulados, condición que también se observa en otros géneros de Pol-ypoaiaceae s.str. americanas. ~1 tie~po en que

alcanzan la madurez coincide con el citado para N. c r a s s i f o l i u m y

8

P . l e p i d o t r i c h u m . El tipo común de anteridio en las Polypodiaceae s.str. es el

globular (Stockey 1955), que también se presenta en M. n i t i d a . Stockey (1955) menciona que la presencia de pelos

glandulares, papilados en los márgenes y en las superficies, así como la presencia de pelos ramificados en los talos maduros es una condición común en muchas Polypodiaceae s.str.; sin embargo,

en M. n i t i d a sólo se observaron tricomas unicelulares-capitados marginales y en-la superficie ventral. Los pelos ramificados (bifurcados) se presentan en las primeras hojas del esporofito, pero no en el gametofito.

Existen diferencias entre M. n i t i d a y las Polypodiaceae americanas que se mencionaron anteriormente en lo referente al tiempo de aparición de los gametangios, de los tricomas y del esporofito.

Desafortunadamente no se cuenta con información de morfogénesis referente a otras especies americanas del género

Microgramma que nos permitan hacer comparaciones y establecer diferencias y/o semejanzas dentro del mismo género. Sin embargo, con la información morfogenética disponible de otros géneros americanos de las Polypodiaceae y con la obtenida en este

estudio, se confirma que M. n i t i d a es una especie íntimamente relacionada con dichos géneros de acuerdo con las características del gametofito.

RESUMEN

En éste trabajo se describe la fase gzmetofítica de

Microgramma n i t i d a , la cual se caracteriza por: germinación tipo Vittaria, un filamento inicial de 6 células protálicas; gametofitos jóvenes, espatulados que posteriormente se transforman en gametofitos adultos, acintacos, con márgenes

9

ondulados, ápice cordiforme y tricomas marginales y superficiales unicelulares-capitados. Aparición de una célula meristemática obcónica apical, que es reemplazada rápidamente por un meristem0 pluricelular. Los anteridios y arquegonios son del tipo usual de las Polypodiaceae s.str. De acuerdo con éstas características, se

concluye que el desarrollo protálico de M. n i t i d a es del tipo

Drynaria. La primera hoja del esporofito apareció 8 semanas después de la siembra. Esta es espatulada, con márgenes lisos y aristados, tricomas pluricelulares, bifurcados; estomas 2nnmnrí t ; r n c T z c pA1111 > c n n i d 6 v w i r a q de 13. hnj? del esporofito " L " A L . " " \ " " Y . " Y """- - tienen paredes ozdzladas en las superficies d z r s a l y ventral.

AGRADECIMIENTOS:

Nuestro agradecimiento está dirigido a l o s árbitros anónimos que realizaron la revisión crítica del manuscrito, así como a Ramón Riba por sus valiosas sugerencias y comentarios al presente trabajo.

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