Relation between anatomical features of the petiole of Crotalaria juncea L. (Fabaceae) and nyctinastic movement

María Ferrarotto* y Damelis Jáuregui**

* Instituto de Botánica Agrícola, Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Maracay, Aragua, Venezuela. Apdo. postal 4579. Correo electrónico: ferrarotom@agr.ucv.ve.

** Instituto de Botánica Agrícola, Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Maracay, Aragua, Venezuela. Apdo. postal 4579. Correo electrónico: jaureguid@agr.ucv.ve.

Resumen

Se estudiaron las características estructurales del pecíolo en hojas de Crotalaria juncea L. y su relación con el movimiento nictinástico foliar a fin de describir aspectos anatómicos relacionados con este fenómeno, ya que esta especie carece de pulvínulos. Secciones a mano alzada de los extremos proximal y distal del pecíolo fueron obtenidas de hojas en máxima expansión en posiciones contrastantes (vertical y horizontal), de plantas de 35 y 46 días de edad. Dichas secciones se tiñeron con azul de toluidina y se observaron al microscopio óptico. Se encontraron diferencias principalmente a nivel de la región cortical del extremo distal del pecíolo entre hojas en posición abierta (horizontal) y cerrada (vertical) tales como variaciones en el contorno celular, disposición de las células y volumen. Los cambios de volumen en las células de esta región podrían ser un indicador de que en la especie estudiada el movimiento nictinástico ocurre en respuesta a cambios en el turgor celular durante la sucesión día-noche.

Palabras clave: Crotalaria juncea, nictinastia, anatomía, pecíolo.

Abstract

Structural characteristics of the petiole of Crotalaria juncea L. were studied in order to describe anatomical features related to the phenomenon of nyctinastic movement in the absence of a pulvinus. We examined fully expanded, completely erect leaves from 35-and 46-day-old plants. Free-hand sections were made at the proximal and distal ends of petioles, stained with toluidine blue and observed with light microscopy. Differences in cellular contour, cell disposition and volume were observed mainly in the cortical region of the distal end in open and closed leaves. Changes in volume of cells in this region should indicate that for the species studied foliar nyctinastic movement occurs in response to changes in cell turgor during the day-night sequence.

Key words: Crotalaria juncea, nyctinasty, anatomy, petiole.

INTRODUCCIÓN

Las nastias pueden ser definidas como movimientos inducidos en la planta por estímulos externos independientemente a su dirección. Tal es el caso de la nictinastia, fotonastia y termonastia. En cada una de ellas la respuesta origina un cambio de posición en el órgano que la presenta. La nictinastia foliar se refiere a un cambio en la posición de las hojas en respuesta a la sucesión día-noche. En las plantas que presentan movimientos nictinásticos las hojas o folíolos se disponen en posición vertical (cerradas) quedando orientadas paralelas al tallo durante la noche y en dirección horizontal (abiertas) en el día (Salisbury y Ross, 1994, Barcello-Coll et al. 1987).

Aun cuando el movimiento nictinástico foliar es poco descrito en la literatura, la ocurrencia de este fenómeno ha sido usada inclusive, como herramienta auxiliar en la delimitación taxonómica de determinados géneros dentro de la tribu Phaseoleae (Papilionoideae), como: Vatairea Aubl., Luetzelburgia Harás, Sweetia Spreng., Poecilanthe Benth. y Cyclolobium Benth. (Schütz Rodrigues y Acevedo Tozzi, 2007).

El movimiento nástico foliar tiene su sede en el pulvínulo que es una estructura especializada sensible a los estímulos ambientales, capaz de controlar el movimiento de hojas y folíolos en muchas plantas (Esau, 1965). Por lo que en la especie en estudio, se esperaría que las células que conforman el pulvínulo tengan características particulares que faciliten tanto su cambio de forma, como el flujo de iones, lo cual en conjunto regularía el movimiento foliar.

Aun cuando el pecíolo de Crotalaria juncea carece de pulvínulo, el movimiento foliar que presenta es tan amplio como el de Robinia pseudoacacia L. (180°) a diferencia de otras Fabaceae como Albizzia julibrissin Durass. (90°) (Moysset y Simón, 1991).

La nictinastia se presenta frecuentemente en hojas pinnadas, sobre todo en fabáceas, tal es el caso de Albizzia julibrissin, Samanea saman (Jacq.) Merr., Phaseolus vulgaris L. y Robinia pseudoacacia. Otras especies como Mimosa pudica L. exhiben un rápido movimiento inducido por estímulos mecánicos (seismonastia) y una lenta nictinastia, pudiendo responder también a la gravedad (Fleurat-Lessard, 1981). En esta familia el movimiento se produce por la acción de células motoras especializadas en el peciolulo, los cuales se curvan debido a cambios osmóticos (Moysset y Simón, 1991).

Otros investigadores atribuyen el movimiento nictinástico a la ocurrencia de cambios rítmicos en el volumen de las células debido a las acuaporinas (Tyerman et al., 1999). Estas proteínas ejercen una función importante en la redistribución del agua durante el movimiento del pulvínulo en Samanea saman el cual a su vez es regulado por ritmos diurnos y circadianos (Kaldenhoff, 2002).

Afirmaciones similares se realizan para la tasa y duración de la nictinastia en folíolos de Albizzia julibrissin, la cual es regulada por ritmos circadianos y el fitocromo (Satter et al. , 1970). Los movimientos resultan de cambios simultáneos y coordinados en el volumen de las células corticales a ambos lados del pulvínulo. El hinchamiento de las células externas y la plasmólisis de las células flexoras dan como resultado la posición vertical de la hoja, mientras que en la posición horizontal ocurre lo contrario. Cambios en el contenido de solutos de las células motoras traen como consecuencia el flujo osmótico del agua, el cual es gobernado por las bombas de protones; por lo que el pulvínulo se ha transformado en un modelo para el estudio de regulación a nivel de membrana debido al flujo transcelular masivo de agua e iones, su gran tamaño y factibilidad de manipulación (Moshelion et al., 2002).

El género Crotalaria está representado en Venezuela por quince especies, muchas de ellas introducidas principalmente por actividades relacionadas con labores agrícolas (Matos, 1959). De las quince especies, C. stipularia Desv., C. pilosa Mill., C. spectabilis Roth, C. retusa L., C. juncea, C. velutina Benth., C. nitens Kunth y C. acutiflora Benth., presentan hojas simples, mientras que C. purdiana H. Senn, C. pumila Ortega, C. incana L., C. mucronata Desv., C. vitellina Ker Gawl., C. anagyroides Kunth y C. maypurensis Kunth, presentan hojas trifolioladas (Matos, 1959).

Esta especie se ha distribuido hacia regiones tropicales y subtropicales donde se cultiva por su rápido crecimiento y abundante contenido en fibras (las que son más resistentes que el yute) y para su uso como abono verde y forraje fresco o seco a manera de heno (Duke, 1983). Otros usos señalados para este cultivo son el control de malezas y nemátodos (Rotar y Joy, 1983, Daimon et al., 1995).

Observaciones in situ indican que Crotalaria juncea presenta movimientos nictinásticos aun cuando sus hojas son simples, subsésiles y carecen de pulvínulos, por lo que la presente investigación tiene como objetivo estudiar la anatomía del pecíolo y su posible relación con el movimiento nictinástico foliar.

MATERIAL Y MÉTODOS

Plantas de C. juncea fueron obtenidas a partir de semillas colectadas en San Javier, estado Yaracuy, Venezuela. Éstas se sembraron a chorro corrido en tres hileras de 4.30 m en un cantero de 1.33 m³ de suelo serie Maracay, de textura franco-arenosa y 0.77% de materia orgánica, ubicado en el Instituto de Botánica Agrícola de la Facultad de Agronomía de la Universidad Central de Venezuela (10° 15' latitud norte y 67° 20' longitud oeste, a 450 m.s.n.m.). A los 10 días después de la siembra (dds) se entresacaron dejando 20 cm entre plantas. A los 35 dds, a las 14:30 horas, se muestrearon hojas en posición horizontal (abiertas), del tercio medio de tres plantas colectando los pecíolos de los nudos 12, 13, 14 y 15 enumerados en sentido ápice-base. A partir de los 45 dds, desde las 18:30 y el resto de horas nocturnas se observó la ocurrencia de movimiento nictinástico razón por lo cual las hojas se orientaron paralelas al tallo (verticales o cerradas) exhibiendo su cara abaxial. En este momento se tomaron los pecíolos de las hojas ubicadas en los nudos 18 al 25 numerados en sentido ápice-base.

Todas las secciones de pecíolos se tomaron de tres plantas distintas tanto en horas diurnas como nocturnas, se fijaron en FAA y posteriormente se obtuvieron secciones a mano alzada de la región proximal y distal del pecíolo respecto al limbo foliar, las cuales se tiñeron con azul de toluidina acuosa (0.5%) y se montaron en agua-glicerina (1:1), realizando láminas semipermanentes para su observación y fotografiado en un microscopio óptico Nikon E-200 con cámara digital Evolution LC.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Morfología de pecíolo

Aspectos anatómicos del pecíolo

El sistema dérmico del pecíolo está constituido por una epidermis uniestratificada con células de contornos cuadrangulares en sección transversal y paredes externas levemente convexas con cutícula ornamentada (Figs. 2 y 3), y presencia de numerosos tricomas unicelulares, de ápice agudo con paredes gruesas principalmente hacia la base de los mismos.

Al comparar las porciones adaxial y abaxial, en las regiones proximal y distal del pecíolo, de hojas en posición horizontal (abiertas) con paralelas al tallo (cerradas) se observaron diferencias anatómicas en la zona cortical.

b) Región proximal abaxial de hojas cerradas: las células mostraron contornos relativamente poligonales (Fig. 4d), casi en toda la zona cortical.

c) Región proximal abaxial de hojas abiertas y cerradas: está constituida por nueve a diez capas de células, de contornos redondeados y de diferentes tamaños; las de mayor dimensión ubicadas en la zona media. Las células de la parte externa presentan paredes gruesas, mientras que en las más internas son delgadas.

d) Región distal adaxial de hojas abiertas y cerradas: constituida por ocho a 10 capas de células parenquimáticas, de contornos redondeados, las más externas de tamaños variables, con paredes relativamente gruesas, estas células se disponen principalmente con su eje mayor orientado radialmente en hojas abiertas (Fig. 2) o tangencialmente en las cerradas (Fig. 3). Las células ubicadas más internamente se observaron relativamente homogéneas en tamaño, de paredes más delgadas y con espacios intercelulares de mayor tamaño que las más externas.

e) Región distal abaxial de hojas abiertas y cerradas: en esta región se evidenciaron ocho capas de células, las más externas de contornos redondeados, relativamente uniformes en tamaño, de paredes gruesas, y el resto de contornos ovalados y de paredes más delgadas, orientadas con su eje mayor en el plano radial, en hojas abiertas. Rasgos semejantes se presentan en hojas cerradas, pero las células adoptan formas poligonales y son menos voluminosas que sus homólogas en las hojas abiertas.

En la mayoría de las células corticales principalmente en aquellas próximas al tejido vascular, se observaron paredes con numerosos campos de punteaduras primarias (Fig. 4e). En estas células se esperaría la ocurrencia de flujo de iones que modificaría las condiciones osmóticas de las células facilitando la entrada y salida de agua. Ésta a su vez, modificaría el grado de turgor de las células involucradas en el movimiento nictinástico, causando el cambio de posición de las hojas. Sin embargo, la hora de ocurrencia del fenómeno indicó que además del turgor celular, la luz es un factor que influye en el movimiento.

El sistema vascular consta de un haz colateral, cerrado, en forma de arco, el cual es más pronunciado en la región distal que en la proximal, tanto en hojas abiertas como cerradas. Está ubicado en la porción central del pecíolo el cual está rodeado por dos o tres capas de células colenquimáticas, y por fuera de éstas una vaina amilífera (Fig. 4f). No se observaron fibras ni esclereidas asociadas al tejido conductor.

La presencia de colénquima limitando el haz conductor, así como la presencia de campos de punteaduras primarias y la ausencia de tejido esclerenquimático en C. juncea probablemente son formas de garantizar la continuidad simplástica entre la región cortical y el tejido vascular, tal como ha sido indicado por Machado y Rodrigues (2004), para otras especies.

En C. juncea se evidenciaron cambios tanto en la cara adaxial de las regiones distal y proximal del pecíolo, como en la región distalcara abaxial, permaneciendo la cara abaxial de la zona proximal sin mayores modificaciones a pesar del cambio en posición de las hojas.

Al observar secciones de pecíolos de hojas abiertas, fue notorio el mayor volumen de las células con una clara expansión en el plano radial, mientras que, en hojas cerradas, las células presentaron menor volumen, llegando inclusive a modificar sus contornos debido a la pérdida de agua, cambiando de globosas a poligonales o expandiéndose en el plano tangencial.

Se ha indicado que la abundancia de compuestos fenólicos y escasez de granos de almidón en las células corticales externas son características distintivas de las células motoras en los pulvínulos. En las células del pecíolo de C. juncea no fueron evidentes compuestos fenólicos, los cuales se han reportado en vacuolas de células corticales de Robinia pseudoacacia (Moysset y Simon, 1991), Mimosa pudica y Pterodon pubescens (Machado y Rodrigues, 2004), no así en Samanea y Albizia (Satter et al., 1970). La relación de estos compuestos con los movimientos nictinásticos no está clara, aunque se cree que intervienen en el almacenamiento y liberación de iones, especialmente el calcio, el cual está particularmente involucrado en la formación de los microfilamentos de actina en células motoras (Toriyama y Sató, 1971).

Respecto a los granos de almidón, fueron escasos en las células periféricas, pero abundaron en las proximidades del haz vascular en las dos regiones del pecíolo estudiadas, lo cual se ha observado también en el pulvínulo de otras especies, y se ha relacionado con la percepción de la gravedad (Machado y Rodrigues, 2004).

En las adyacencias del haz principalmente hacia la superficie abaxial, tanto en la región proximal como distal se observaron cristales (Fig. 4f). La deposición de cristales en las adyacencias del haz vascular, aunque escasos, ha sido asociada con la velocidad del movimiento, siendo lento en aquellas especies donde éstos se evidencian (Moysset y Simón, 1991).

Por lo antes descrito, puede concluirse que la especie C. juncea presentó nictinastia ascendente en la cual las hojas giran hacia arriba quedando paralelas al tallo, mostrando su cara abaxial. Aun cuando carece de pulvínulo, las células parenquimáticas de la región cortical del pecíolo exhibieron rasgos estructurales similares a aquellas reportadas en células homólogas de pulvínulos en otras especies. Estas células realizan funciones motoras y extensoras, lo cual indica que la diferenciación de un pulvínulo propiamente dicho no es un rasgo estrictamente necesario para que ocurra el movimiento nictinástico.

Por otra parte, sería interesante estudiar si otras especies de este género presentan movimientos nictinásticos y correlacionarlo con la existencia de pulvínulo o con la presencia de folíolos en hojas compuestas. Asimismo, es recomendable realizar estudios ultraestructurales en las distintas zonas descritas en este trabajo correlacionándolos con el estado hídrico de la planta a fin de definir otros caracteres que puedan estar involucrados en el movimiento nictinástico foliar.

LITERATURA CITADA

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