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24 April 2025 Is there a relation between seed tolerance to environmental stresses and species distribution in Melocactus?
Joana Paula Bispo Nascimento, Marcos Vinicius Meiado
Author Affiliations +
Abstract

Species of Melocactus have massively different spatial distribution patterns. Some species have restricted distribution, while others have wide distribution in semiarid ecosystems. This study confirms whether there is a relation between seed germinative responses under abiotic stresses and species distribution capacity. We evaluated the germinative behaviour of seeds of Melocactus zehntneri and Melocactus sergipensis submitted to water deficit and saline stress. These species have the largest and the smallest geographical distribution in the Caatinga, respectively. To simulate water deficit and saline stress, we used polyethylene glycol and sodium chloride solutions, respectively, with osmotic potentials of 0.0, -0.1, -0.3, -0.6, and -0.9 MPa. In addition, we also determined the osmotic limits of species germination potential through germination modeling. Unexpectedly, M. sergipensis seeds were more tolerant of water deficit and saline stress. This situation refutes the hypothesis that species of wide distribution would be more tolerant to environmental stresses. In addition, seeds of the two cacti species were more tolerant of water deficit than saline stress, indicating that excess salt can be toxic to the embryo and prevent water from entering seeds. The greater tolerance to environmental stresses of M. sergipensis is related to the characteristics of its place of occurrence, where microclimate conditions can be more limiting.

Die Melocactus-Arten weisen sehr unterschiedliche räumliche Verbreitungsmuster auf. Einige Arten haben nur eine begrenzte Verbreitung, während andere in semiariden Ökosystemen weit verbreitet sind. In dieser Studie wird untersucht, ob es einen Zusammenhang zwischen dem Keimverhalten der Samen unter abiotischem Stress und der Verbreitungsfähigkeit der Art gibt. Wir untersuchten das Keimverhalten der Samen von Melocactus zehntneri und M. sergipensis, die einem Wasserdefizit und Salzstress ausgesetzt waren. Diese Arten haben das größte bzw. das kleinste geografische Verbreitungsgebiet in der Caatinga. Um Wasserdefizit und Salzstress zu simulieren, verwendeten wir Polyethylenglykol- bzw. Natriumchloridlösungen mit osmotischen Potenzialen von 0,0, –0,1, –0,3, –0,6 und –0,9 MPa. Darüber hinaus haben wir die osmotischen Grenzen des Keimungspotenzials der Arten durch Keimungsmodellierung bestimmt. Unerwarteterweise waren die Samen von M. sergipensis toleranter gegenüber Wasserdefizit und Salzstress. Diese Situation widerlegt die Hypothese, dass weit verbreitete Arten toleranter gegenüber Umweltstress sind. Darüber hinaus waren die Samen der beiden Kakteenarten toleranter gegenüber Wasserdefizit als gegenüber Salzstress, was darauf hindeutet, dass überschüssiges Salz für den Embryo toxisch sein kann und das Eindringen von Wasser in die Samen verhindert. Die größere Toleranz von M. sergipensis gegenüber Umweltstress hängt mit den Eigenschaften seines Wuchsortes zusammen, an dem die mikroklimatischen Bedingungen besonders limitierend wirken können.

Joana Paula Bispo Nascimento and Marcos Vinicius Meiado "Is there a relation between seed tolerance to environmental stresses and species distribution in Melocactus?," Bradleya 2025(43), 25-35, (24 April 2025). https://doi.org/10.25223/brad.n43.2025.a4
Received: 1 April 2024; Published: 24 April 2025
KEYWORDS
Caatinga
saline stress
spatial distribution
stress tolerance
water deficit
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