Seed size variation in cold and freezing tolerance during seed germination of winterfat (Krascheninnikovia lanata) (Chenopodiaceae)

摘要

Native plants have adaptations to their local environments and elucidation of these traits has implications in both agronomy and restoration ecology. Winterfat (Krascheninnikovia lanata (Pursh) A.D.J.Meeuse & Smit) is a native perennial shrub in North America capable of germinating at low temperatures. The effect of seed size on germination ability at low and subzero temperatures and the physiological mechanisms were investigated. Winterfat seeds achieved 50%–72% germination at –3°C, a temperature slightly above the base temperature estimated using thermal time models. Small seeds required a longer time to reach 50% germination at subzero temperatures than large seeds. Large seeds maintained stable water uptake rate for both the seed and the embryo when temperatures decreased from 5 to –1°C.In contrast, faster water uptake and greater relative K+ leakage in small seeds indicated possible damage to membrane integrity at subzero temperatures. Carbohydrate conversion efficiency (R_q/R_CO2) of large seeds was significantly higher than that of small seeds at 10°C but not at 20°C.Higher cold resistance in large seeds was also correlated with higher concentrations of glucose, raffinose, and sucrose. This study revealed the potential basis of the low-temperature germination advantage of large seeds and provided the first direct evidence of germination under freezing temperatures in winterfat.Les plantes indigènes possèdent des adaptations à leurs environnements locaux, et la compréhension de ces caractères a des implications en agronomie aussi bien qu'en écologie de la restauration. L'eurotie laineuse (Krascheninnikovia lanata (Pursh) A.D.J.Meeuse & Smit) est un arbuste indigène pérenne de l'Amérique du Nord, capable de germer à basse température. Les auteurs ont étudié l'effet de la dimension de la graine sur la capacité de germination à des températures basses, ou sous zéro, ainsi que les mécanismes physiologiques sous-jacents. Les graines de l'eurotie germent de 50 % à 72 % à –3 °C, une température légèrement au-dessus des températures de base estimées par les modèles de durée thermique. Aux températures sous zéro, les petites graines nécessitent plus de temps pour atteindre une germination de 50%, que les grosses graines. Les grosses graines maintiennent un taux constant d'absorption de l'eau, lorsque les températures chutent de 5 à –1 °C. Au contraire, une absorption plus rapide de l'eau et une perte relativement plus grande de K+, chez les petites graines, indiquent la présence de dommage potentiel à l'intégrité des membranes, aux températures sous zéro. À 10 °C, l'efficacité de la conversion des glucides (R_q/R_CO2), chez les grosses graines, est significativement plus élevée que chez les petites graines, mais pas à 20 °C. La résistance plus élevée au froid, chez les grosses graines, est également corrélée avec les teneurs en glucose, raffinose et sucrose. Cette étude révèle la base potentielle de l'avantage de la germination à basse température des grosses graines, et constitue la première preuve directe de la germination de l'eurotie laineuse à des températures sous le point de congélation.