Rekal Translate

8/10/2019 Rekal Translate

1/23

ABSTRACT

Recalcitrant seeds show wide variation in water content at shedding and post-harvest physiology, particularly response to desiccation. But all are metabolically active and showgermination-associated changes in storage - it is these properties that underlie the phenomenon

of recalcitrance. Three types of damage on drying are envisaged: mechanical damage associatedwith reduction of cellular volume; aqueous-based oxidative degradation, consequent uponunregulated metabolism, which occurs at intermediate water contents; and biophysical damage tomacromolecular structures that occurs on removal of water at low water contents.

The first type of damage probably occurs only in seeds with highly vacuolated cells, suchas Avicennia marina, and so is probably not common. Under normal slow-drying conditions it isthe second type of damage that kills recalcitrant seeds, thus the response to dehydration dependsupon the metabolic activity of the seed and the rate of drying. This makes it difficult to measuredesiccation tolerance - there is no such thing as a critical water content that is characteristic of

a species (except the absolute minimum water content that can be tolerated on the most rapiddrying possible).

Probably it is the third type of damage that kills tissues that have been dried very rapidly.Desiccation sensitivity is probably the ancestral state, with tolerance having evolvedindependently a number of times, and recalcitrance does place constraints on the regenerationniches open to species producing such seeds.


2/23

INTRODUCTION

PENDAHULUAN

Orthodox seeds are seeds that acquire desiccation tolerance during development, can dry

to low water contents (generally less than 5%), and retain viability in the dry state for predictable periods. Recalcitrant seeds, on the other hand, are shed at high water contents, ranging from 0.4to 4.0 g water per g dry matter (g/g), are sensitive to desiccation, and are also metabolicallyactive on shedding.

(Benih ortodok merupakan benih yang memiliki daya tahan terhadap desikasi,kadar air pada benih jenis ini dapat diturunkan hingga


3/23

PROPERTIES OF WATER IN SEEDS

SIFAT AIR DALAM BENIH

Before considering the response of recalcitrant seeds to the loss of water, we should

consider the properties of water in seed tissue (see Vertucci, 1990; Vertucci and Farrant, 1995;Walters, this volume). Based on calorimetric properties, Vertucci (1990) has identified five typesof water or levels of hydration in seed tissues. The different hydration levels correspond roughlyto the water contents shown in Table 1, and the water potentials at the boundaries are alsoindicated. At the different hydration levels the tissue water has different physical properties. Athigh water contents and high water potential the water has the properties of water in dilutesolution.

(.......................)

Sebelum mempertimbangkan respon benih bandel hilangnya air, kita harus mempertimbangkan sifat airdalam jaringan benih (lihat Vertucci, 1990; Vertucci dan Farrant, 1995; Walters, buku ini). Berdasarkansifat kalorimetrik, Vertucci (1990) telah mengidentifikasi lima jenis air atau tingkat hidrasi dalam jaringanbenih. Tingkat hidrasi yang berbeda sesuai kira-kira dengan kadar air ditunjukkan pada Tabel 1, danpotensi air pada batas juga ditunjukkan. Pada tingkat hidrasi yang berbeda air jaringan memiliki sifat fisikyang berbeda. Pada kadar air yang tinggi dan potensi air yang tinggi air memiliki sifat-sifat air dalamlarutan encer.

As the water content is decreased the water takes on the properties of water inconcentrated solution, where the interaction between water and solutes becomes stronger, andthe system deviates from "ideal" behaviour. On the removal of more water, the solution becomesso concentrated that it becomes viscous and has the properties of a glass. Finally, at very lowwater contents, those characteristic of orthodox seeds, all the remaining water is tightlyassociated with macromolecular surfaces; its mobility is reduced and it constitutes the so-called'bound' water. At the different hydration levels, because the thermodynamic properties ofwater change, different metabolic processes can take place (Vertucci and Leopold, 1986;Vertucci, 1989; Vertucci and Farrant, 1995).

(......................................)

Sebagai kadar air menurun air mengambil sifat-sifat air dalam larutan terkonsentrasi, di mana interaksiantara air dan zat terlarut menjadi lebih kuat, dan sistem menyimpang dari "ideal" perilaku. Padapenghapusan lebih banyak air, solusinya menjadi begitu terkonsentrasi sehingga menjadi kental dan


4/23

memiliki sifat gelas. Akhirnya, pada kadar air sangat rendah, karakteristik mereka benih ortodoks, semuaair yang tersisa erat terkait dengan permukaan makromolekul; mobilitas berkurang dan hal itumerupakan apa yang disebut 'terikat' air. Pada tingkat hidrasi yang berbeda, karena sifat termodinamikaperubahan air, proses metabolisme yang berbeda dapat terjadi (Vertucci dan Leopold, 1986; Vertucci,1989; Vertucci dan Farrant, 1995).

At the high water contents, full normal metabolism occurs and seeds can germinate. Inhydration level IV, protein and nucleic acid synthesis, together with respiration, is possible, butthere is inadequate water for cell growth and germination. At lower water contents protein andnucleic acid synthesis are not possible, but some respiration can be detected. At even lower watercontents only low level catabolic events occur slowly.

(Pada kadar air yang tinggi, proses metabolisme berjalan secara normal sehinggabenih dapat berkecambah, selain itu terjadi sintesis protein dan asam nukleat yangmenyebabkan proses respirasi. Pada kadar air yang rendah tidak terjadi sintesis proteindan asam nukleat, selain itu proses katabolik berjalan secara lambat.)


5/23

DEVELOPMENT IN ORTHODOX AND RECALCITRANT SEEDS

PERKEMBANGAN BENIH ORTODOX DAN REKALSITRAN

Before considering the response of recalcitrant seeds to water loss, it would be useful to

consider the processes occurring when orthodox seeds undergo maturation drying. As the seedsdry, insoluble reserves accumulate, the volume of water-filled vacuoles is reduced, and protective molecules are synthesized. These modifications are followed, or accompanied, by thede-differentiation of highly structured organelles, particularly mitochondria, and a general'switching-off' of metabolism, until finally the protective mechanisms such as vitrification andthe deployment of Late Embryogenic Abundant (LEA) proteins become operative. Throughoutthe drying process, presumably, anti-oxidant mechanisms are operative. There are limited datafrom orthodox seeds, but certainly anti-oxidant activity is important during drying ofdesiccation-tolerant resurrection" plants (reviewed by Oliver and Bewley, 1997).

(......................)

Sebelum mempertimbangkan respon benih bandel kehilangan air, akan sangat berguna untukmempertimbangkan proses yang terjadi ketika benih ortodoks menjalani pematangan pengeringan.Sebagai biji kering, cadangan larut menumpuk, volume vakuola berisi air berkurang, dan molekulpelindung disintesis. Modifikasi ini diikuti, atau disertai, dengan de-diferensiasi organel sangatterstruktur, terutama mitokondria, dan seorang jenderal 'switching-off' metabolisme, sampai akhirnyamekanisme pelindung seperti vitrifikasi dan penyebaran Akhir embriogenik Berlimpah (LEA) proteinmenjadi operasi. Selama proses pengeringan, mungkin, mekanisme anti-oksidan yang operatif. Ada data

terbatas dari biji ortodoks, tapi pasti aktivitas anti-oksidan penting selama pengeringan kebangkitan"tanaman toleran kekeringan (terakhir oleh Oliver dan Bewley, 1997).


6/23

To summarise, during the later stages of development of orthodox seeds the processes ofreserve accumulation, reduction of vacuolar volume, de-differentiation and shut-down ofmetabolism accompany the acquisition of desiccation tolerance. The question then is whetherthese processes are necessary for the acquisition of tolerance, and whether and to what extentthey occur in recalcitrant seeds. To answer this question we studied the development of threevery different seed types: Avicennia marina, which is a mangrove, a tropical wetland specieswhich produces highly recalcitrant seeds; Aesculus hippocastanum, a temperate terrestrialspecies producing recalcitrant seeds; and Phaseolus vulgaris, an agricultural species that

produces orthodox seeds (Farrant et al., 1997). We studied these seeds at three developmentalstages: immediately post histodifferentiation (stage 1), in the middle of the reserve accumulation

phase (stage 2), and at the end of reserve accumulation (stage 3; P . vulgaris seeds were still at ahigh water content at this stage; it was before maturation drying).

(...............................)

Untuk meringkas, selama tahap akhir perkembangan benih ortodoks proses akumulasi cadangan,pengurangan volume vacuolar, de-diferensiasi dan menutup-down metabolisme menemani akuisisitoleransi kekeringan. Pertanyaannya kemudian adalah apakah proses ini diperlukan untuk akuisisitoleransi, dan apakah dan sejauh mana mereka terjadi pada biji bandel. Untuk menjawab pertanyaan inikita mempelajari pengembangan tiga jenis benih yang sangat berbeda: Avicennia marina, yangmerupakan pohon bakau, spesies lahan basah tropis yang menghasilkan benih yang sangat bandel;Aesculus hippocastanum, spesies darat beriklim memproduksi benih bandel; dan Phaseolus vulgaris,spesies pertanian yang menghasilkan benih ortodoks (Farrant et al., 1997). Kami mempelajari benih

tersebut pada tiga tahap perkembangan: segera posting histodifferentiation (tahap 1), di tengah faseakumulasi cadangan (tahap 2), dan pada akhir akumulasi cadangan (stadium 3; P biji vulgaris yang masihtinggi. kadar air pada tahap ini, itu sebelum pematangan pengeringan).


7/23

Table 2 shows the desiccation sensitivity of seeds of the three species at the threedevelopmental stages (measured as the water content at which the viability of rapidly driedexcised axes was lost). Avicennia marina is very sensitive and tolerance did not change fromstage 2 to stage 3. Aesculus hippocastanum showed an increase in tolerance with development,

but at shedding was still sensitive. Phaseolus vulgaris increased in tolerance with development,and during maturation drying became even more tolerant, achieving water contents of less than0.08 g/g without viability loss. Thus there is a sequence of sensitivities: Avicennia > Aesculus >Phaseolus. Figure 1a shows the contribution of vacuoles to cell volume for the three stagesaveraged over the cotyledon, hypocotyl and root meristem. We see quite clearly that Avicenniamarina, the most sensitive species, was highly vacuolated, and this did not change withdevelopment, while the more tolerant species showed a decline in vacuolation with development.

(.............................)

Tabel 2 menunjukkan sensitivitas pengeringan benih dari tiga spesies di tiga tahap perkembangan(diukur sebagai kadar air di mana kelangsungan hidup dikeringkan dengan cepat sumbu dipotonghilang). Avicennia marina sangat sensitif dan toleransi tidak berubah dari stadium 2 sampai stadium 3Aesculus hippocastanum menunjukkan peningkatan toleransi dengan perkembangan, tetapi padashedding masih sensitif. Phaseolus vulgaris meningkat toleransi dengan pembangunan, dan selamapematangan pengeringan menjadi lebih toleran, mencapai kadar air kurang dari 0.08 g / g tanpakehilangan viabilitas. Jadi ada urutan sensitivitas: Avicennia> Aesculus> Phaseolus. Gambar 1amenunjukkan kontribusi vakuola volume sel untuk tiga tahap rata-rata selama kotiledon, hipokotil danakar meristem. Kita melihat dengan jelas bahwa Avicennia marina, spesies yang paling sensitif, itu

sangat vakuolisasi terutama, dan ini tidak berubah dengan pembangunan, sedangkan spesies yang lebihtoleran menunjukkan penurunan vacuolation dengan pembangunan.

The inverse pattern is seen with insoluble reserves (Figure 1b): Avicennia marina, themost sensitive species, stores its reserves as soluble sugars, while the more tolerant speciesaccumulated insoluble reserves during development. The metabolic activity of the seeds is also

pertinent. In the orthodox Phaseolus vulgaris there was a decline in the contribution ofmitochondria to cell volume with development, and by the end of reserve accumulation,mitochondria were virtually absent (Figure 1c). Although there was a decline in seeds ofAesculus hippocastanum, by the time the seeds were shed mitochondria still contributedsignificantly to cell volume. However, it is not only the quantitative contribution of mitochondriathat is important to metabolic activity, it is also the qualitative degree of differentiation.

(.............................)


8/23

Pola terbalik terlihat dengan cadangan larut (Gambar 1b): Avicennia marina, spesies yang paling sensitif,menyimpan cadangan gula sebagai larut, sedangkan spesies yang lebih toleran akumulasi cadangan larutselama pengembangan. Aktivitas metabolik dari benih ini juga berhubungan. Dalam Phaseolus vulgarisortodoks ada penurunan kontribusi mitokondria volume sel dengan perkembangan, dan pada akhirakumulasi cadangan, mitokondria yang hampir tidak ada (Gambar 1c). Meskipun ada penurunan biji

Aesculus hippocastanum, pada saat benih gudang mitokondria masih memberikan kontribusi signifikanterhadap volume sel. Namun, tidak hanya kontribusi kuantitatif mitokondria yang penting bagi aktivitasmetabolik, juga tingkat kualitatif diferensiasi.

Transmission electron microscopy showed that the mitochondria of the root meristemcells of Aesculus hippocastanum were highly differentiated and had the appearance of activemitochondria, while those in Phaseolus were de-differentiated and appeared inactive (seeBerjak and Pammenter, this volume). Measured respiration rates support the ultrastructural

observations, remaining high in the recalcitrant seeds Avicennia marina and Aesculushippocastanum throughout development, while the respiration rates of the orthodox seeds ofPhaseolus vulgaris were low, even though the seeds had not gone through maturation dryingand were still hydrated (Table 3).

(...................................)

Mikroskop elektron transmisi menunjukkan bahwa mitokondria dari sel-sel akar meristem dari Aesculushippocastanum yang sangat berbeda dan memiliki penampilan mitokondria aktif, sedangkan di

Phaseolus itu de-dibedakan dan muncul tidak aktif (lihat Berjak dan Pammenter, buku ini). Tingkatpernapasan diukur mendukung pengamatan ultrastruktur, tetap tinggi dalam biji bandel Avicenniamarina dan Aesculus hippocastanum seluruh pembangunan, sedangkan tingkat respirasi benih ortodoksPhaseolus vulgaris yang rendah, meskipun benih tidak melewati pematangan pengeringan dan masihterhidrasi (Tabel 3).


9/23

Thus, the most desiccation sensitive species is the one that remained highly vacuolated,supporting the concept that drying of highly vacuolated material leads to mechanical damage.Also, reduction in metabolic rate and de-differentiation appear to be prerequisites for survival ofdehydration. A characteristic of all recalcitrant seeds we have studied is that they aremetabolically active; they show high rates of respiration relative to orthodox seeds, and haveultrastructure that is characteristic of metabolically active tissue.

(..............................)

Dengan demikian, sebagian besar spesies sensitif pengeringan adalah salah satu yang tetap sangatvakuolisasi terutama, mendukung konsep bahwa pengeringan bahan yang sangat vakuolisasi terutamamenyebabkan kerusakan mekanis. Juga, penurunan tingkat metabolisme dan de-diferensiasi tampaknyaprasyarat untuk kelangsungan hidup dehidrasi. Sebuah karakteristik dari semua benih bandel yang telahkita pelajari adalah bahwa mereka aktif secara metabolik; mereka menunjukkan tingginya tingkatrespirasi relatif terhadap benih ortodoks, dan memiliki ultrastruktur yang merupakan karakteristik dari jaringan aktif secara metabolik.

In summary, orthodox seeds show a fixed developmental pattern in that, after reserveaccumulation, they acquire desiccation tolerance and undergo maturation drying. During thedevelopment of most recalcitrant seeds there is some decline in water content (but mostly

because dry matter accumulates faster than water, rather than water loss) and some increase indesiccation tolerance. It has been suggested that recalcitrant seeds show an indeterminate

developmental pattern in that development is truncated and the seeds are shed before desiccationtolerance is fully acquired (e.g. Finch-Savage and Blake, 1994). Certainly, the lethal watercontent that one measures depends upon the developmental status of the seed. Post-sheddingdevelopment also has an effect on desiccation sensitivity. The longer seeds are stored, the moresensitive they become (Farrant et al., 1986; Berjak et al., 1992, 1993).

(...............................)

Singkatnya, benih ortodoks menunjukkan pola perkembangan tetap dalam hal itu, setelah akumulasicadangan, mereka memperoleh toleransi pengeringan dan menjalani pematangan pengeringan. Selamapengembangan sebagian benih bandel ada beberapa penurunan kadar air (tetapi sebagian besar karenabahan kering terakumulasi lebih cepat daripada air, daripada kehilangan air) dan beberapa peningkatantoleransi kekeringan. Ia telah mengemukakan bahwa benih bandel menunjukkan pola perkembangantak tentu dalam pembangunan yang terpotong dan benih adalah gudang sebelum toleransi pengeringansepenuhnya diperoleh (misalnya Finch-Savage dan Blake, 1994). Tentu saja, kadar air mematikan yangsatu tindakan tergantung pada status perkembangan benih. Post-shedding pembangunan juga memiliki


10/23

efek pada sensitivitas pengeringan. Benih lama disimpan, semakin sensitif mereka menjadi (Farrant et al,1986;.. Berjak et al, 1992, 1993).

We attribute this observation to the fact that germination is initiated during storage (thusmetabolism is increasing), and suggest that the effect of developmental stage on desiccationsensitivity is related to metabolic rate. Throughout pre-and post-shedding development,desiccation sensitivity changes in parallel with metabolic rate.

(....................)

Kami atribut pengamatan ini dengan fakta bahwa perkecambahan dimulai selama penyimpanan(sehingga metabolisme meningkat), dan menyarankan bahwa efek dari tahap perkembangan pada

sensitivitas pengeringan berhubungan dengan tingkat metabolisme. Sepanjang pra-dan pasca-sheddingpengembangan, sensitivitas pengeringan berubah secara paralel dengan tingkat metabolisme.


11/23

OTHER PROTECTION MECHANISMS

MEKANISME PERLINDUNGAN LAINNYA

During the final stages of development of orthodox seeds there is the reduction in the

volume of water-filled vacuoles, the de-differentiation of organelles and the shut down ofmetabolism that are necessary for desiccation tolerance. However, other processes, involving particularly Late Embryogenic Abundant (LEA) proteins and sugars, also occur. LEA proteinsaccumulate during the later stages of embryogenesis in orthodox seeds (Galau et al., 1986, 1991).

(Pada tahap akhir perkembangan benih ortodox, terjadi pengurangan volume airyang mengisi vakuola sehingga proses metabolisme terhenti dan mencegah terjadinyaproses desikasi. Akan tetapi, proses lain yang khusus melibatkan protein dan gula L ateEmbryogenic Abundant (LEA) juga terjadi. Protein LEA menumpuk selama tahapembriogenesis pada biji ortodoks.

Selama tahap akhir pengembangan benih ortodoks ada pengurangan volume vakuola berisi air, de-diferensiasi organel dan menutup dari metabolisme yang diperlukan untuk toleransi kekeringan. Namun,proses lainnya, yang melibatkan terutama Akhir embriogenik Berlimpah (LEA) protein dan gula, jugaterjadi. Protein LEA menumpuk selama tahap embriogenesis pada biji ortodoks (Galau et al., 1986,1991).

These proteins are similar to the dehydrins produced on drying of vegetative tissue. Infact, dehydrins are a subset of LEAs. These proteins are thought to have a protective role in

the dry state, or certainly to contribute in some way to desiccation tolerance (reviewed by Oliverand Bewley, 1997; Kermode, 1997), although details of their mode of action are not yet clear.LEAs have been shown to be present in quite a wide range of recalcitrant seeds, mostlytemperate (Bradford and Chandler, 1992; Finch- Savage et al., 1994a), but also some tropicalspecies (Gee et al., 1994; Farrant et al., 1996).

(Protein ini mirip dengan dehydrins yang diproduksi pada saat pengeringan jaringan vegetatif, bahkan dehydrins ini merupakan bagian dari protein LEA. Protein inididuga memiliki peranan untuk melindungi benih dari keadaan kekeringan serta dalambeberapa hal memiliki pengaruh terhadap toleransi pengeringan.

Protein ini mirip dengan dehydrins diproduksi pada pengeringan jaringan vegetatif. Bahkan, dehydrinsadalah subset dari LEA. Protein ini diperkirakan memiliki peran protektif dalam keadaan kering, atautentu memberikan kontribusi dalam beberapa cara untuk pengeringan toleransi (terakhir oleh Oliverdan Bewley, 1997; Kermode, 1997), meskipun rincian dari modus tindakan belum jelas. LEA telahterbukti untuk hadir dalam cukup berbagai benih bandel, sebagian besar beriklim (Bradford danChandler, 1992; Finch- Savage et al, 1994a.), Tetapi juga beberapa spesies tropis (Gee et al, 1994;.Farrant et al., 1996).


12/23

However, they are not universally present in all recalcitrant seeds; they are certainlyabsent from the axes of several tropical wetland species (Farrant et al., 1996). It is possible thatthe presence of LEAs can contribute to the slightly greater desiccation tolerance and chilling

tolerance of some recalcitrant species. If sucrose and oligosaccharides such as raffinose are present in the correct ratios, then a glass can be formed as water is lost. This state is highlyviscous, which should slow down any chemical processes occurring in the seed, thus providing

protection on desiccation (Williams and Leopold, 1989; Leopold et al., 1994). Sugars, possiblyin the appropriate mass ratios, occur in many recalcitrant seeds (Farrant et al., 1993; Finch-Savage and Blake, 1994; Lin and Huang, 1994; Steadman et al., 1996), and it is possible thatglasses may form on dehydration. However, these glasses, if they do form, are obviously noteffective protectants, as dehydration does kill recalcitrant seeds.

(Secara umum protein LEA tidak terdapat di semua jenis benih rekalsitran,

contohnya pada beberapa benih asal daerah lahan basah tropis. Pada beberapa spesiesbenih ada kemungkinan bahwa protein LEA memiliki peranan untuk melindungi dariproses desikasi dan kerusakan akibat suhu rendah ( Chilling I njury ). Jika perbandinganantara sukrosa, oligosakarida serta rafinosa tepat, maka kondisi glassy state akanterbentuk, rafinosa berperan dalam stabilisasi glassy state yang diinduksi oleh sukrosasehingga dapat memperpanjang daya simpan benih. Pada metabolisme karbohidrat, gulamerupakan stabibil izing agent , sukrosa terlibat dalam mencegah li quid crystalli ne menjaditransisi fase gel , dan oligosakarida bertindak sebagai pencegah pengaruh kristalisasi(Corbineau et al . 2000).

Namun, mereka tidak universal hadir dalam semua benih bandel; mereka dipastikan absen dari sumbubeberapa spesies lahan basah tropis (Farrant et al., 1996). Ada kemungkinan bahwa kehadiran LEAdapat berkontribusi untuk toleransi kekeringan sedikit lebih besar dan toleransi dingin dari beberapaspesies bandel. Jika sukrosa dan oligosakarida seperti rafinosa yang hadir dalam rasio yang benar, makagelas dapat dibentuk sebagai air hilang. Keadaan ini sangat kental, yang harus memperlambat setiapproses kimia yang terjadi dalam benih, sehingga memberikan perlindungan pada pengeringan (Williamsdan Leopold, 1989; Leopold et al, 1994.). Gula, mungkin dalam rasio massa yang tepat, terjadi di banyakbiji bandel (Farrant et al, 1993;. Finch-Savage dan Blake, 1994; Lin dan Huang, 1994;. Steadman et al,1996), dan ada kemungkinan bahwa kacamata bisa terbentuk pada dehidrasi. Namun, kacamata ini, jikamereka membentuk, jelas tidak protectants efektif, seperti dehidrasi tidak membunuh bibit bandel.


13/23

To summarise, some species of recalcitrant seeds do have the appropriate sugars and

some have dehydrins. However, it should be pointed out that these mechanisms are thought tooperate and to provide protection at low water contents. On dehydration recalcitrant seeds die atwater contents higher than those at which these protective measures are thought to operate.Whatever the role of LEAs and sugars may be in orthodox seeds, they are not pertinent torecalcitrant seeds. It is now relatively well established that treatments which disturb normalmetabolism can generate free radicals, and protection against these free radicals by anti-oxidantsystems is essential for survival. Highly active anti-oxidant systems are certainly very importantin the protection mechanisms of resurrection plants, both on drying and during rehydration(Oliver and Bewley, 1997). Although not a lot of work has been done, these mechanisms are

present in orthodox seeds.

(.............................)

Untuk meringkas, beberapa spesies benih bandel yang memiliki gula yang sesuai dan beberapa memilikidehydrins. Namun, harus dicatat bahwa mekanisme ini diperkirakan beroperasi dan memberikanperlindungan pada kadar air rendah. Pada dehidrasi benih bandel mati pada kadar air lebih tinggidaripada di mana langkah-langkah perlindungan diperkirakan beroperasi. Apapun peran LEA dan gulamungkin dalam biji ortodoks, mereka tidak berhubungan dengan benih bandel. Sekarang relatif mapanbahwa pengobatan yang mengganggu metabolisme normal dapat menghasilkan radikal bebas, dan

perlindungan terhadap radikal bebas oleh sistem antioksidan sangat penting untuk kelangsungan hidup.Sangat sistem antioksidan aktif tentu sangat penting dalam mekanisme perlindungan tanamankebangkitan, baik pengeringan dan selama rehidrasi (Oliver dan Bewley, 1997). Meskipun tidak banyakpekerjaan yang telah dilakukan, mekanisme ini hadir dalam biji ortodoks.


14/23

During the drying of recalcitrant seeds, stable free radicals do accumulate (Hendry et al.,1992; Finch-Savage et al., 1993, 1994b). There is evidence that anti-oxidant systems also fail(Hendry et al., 1992; Finch-Savage et al., 1993), or they may not be present at sufficient levels.Oxidative damage probably does occur during drying. There have been some new suggestionsconcerning the mechanisms of desiccation tolerance (Hoekstra et al., 1997; Golovina et al.,1998).

(............)

Selama pengeringan biji bandel, radikal bebas stabil yang menumpuk (Hendry et al, 1992;.. Finch-Savageet al, 1993, 1994b). Ada bukti bahwa sistem anti-oksidan juga gagal (Hendry et al, 1992;.. Finch-Savageet al, 1993), atau mereka mungkin tidak hadir pada tingkat yang cukup. Kerusakan oksidatif mungkintidak terjadi selama pengeringan. Ada beberapa saran baru tentang mekanisme toleransi kekeringan(Hoekstra et al, 1997;. Golovina et al, 1998.).

These authors postulate the existence of amphipathic molecules that become integratedinto the membrane as water is lost. It is suggested that these molecules lower the water content atwhich lipid phase changes occur and thus possibly stabilize the integral proteins in themembranes. This is recent work and so far no information is available with regard to the

presence of these molecules in recalcitrant seeds. It is apparent that there is a suite, a collection,of mechanisms that are thought to protect against desiccation damage. Some of these protectivemechanisms probably also operate during rehydration, as well as during drying. The different

protective mechanisms seem to operate in different water content ranges. All these mechanismsmust be operational for desiccation tolerance. Recalcitrant seeds lack some or all of thesemechanisms. It is not apparent whether there is any relationship between the degree ofrecalcitrance of a seed and the extent to which it has or expresses some of these mechanisms.

(......................)

Para penulis ini mendalilkan adanya molekul amphipathic yang menjadi terintegrasi ke dalam membransebagai air hilang. Disarankan bahwa molekul-molekul ini menurunkan kadar air di mana perubahan fasalipid terjadi dan dengan demikian mungkin menstabilkan protein integral dalam membran. Ini adalahkarya terbaru dan sejauh ini tidak ada informasi yang tersedia berkaitan dengan kehadiran molekul-molekul dalam biji bandel. Hal ini jelas bahwa ada suite, koleksi, mekanisme yang dianggap untukmelindungi terhadap kerusakan pengeringan. Beberapa mekanisme perlindungan ini mungkin jugaberoperasi selama rehidrasi, serta selama pengeringan. Mekanisme perlindungan yang berbeda yangberoperasi dalam rentang kadar air yang berbeda. Semua mekanisme ini harus operasional untuktoleransi kekeringan. Benih bandel kekurangan beberapa atau semua mekanisme ini. Hal ini tidak jelas


15/23

apakah ada hubungan antara tingkat kekeraskepalaan benih dan sejauh mana ia memiliki ataumengungkapkan beberapa mekanisme tersebut.

THE IMPORTANCE OF DEHYDRATION RATE

Dehydration rate is perhaps one of the most confusing issues in recalcitrant seed physiology. When whole seeds are dried relatively slowly - over several days - viability isgenerally lost at embryonic axis water contents in the range of 1.0 - 0.5 g water/g dry mass (50 -35% wet mass basis). However, if isolated embryonic axes are dried rapidly (minutes to hours)they survive to much lower water contents - 0.45 to 0.25 g/g and possibly even lower (e.g.Pammenter et al., 1991). Thus the effect of dehydration depends upon the rate of dehydration.This makes it extremely difficult to assess or measure desiccation tolerance - the responsedepends upon how the tissue is dried.

(......................)

Tingkat Dehidrasi mungkin salah satu masalah yang paling membingungkan dalam fisiologi benih bandel.Ketika seluruh biji kering relatif lambat - selama beberapa hari - kelangsungan hidup umumnya hilangpada embrio kadar air sumbu dalam kisaran 1,0-0,5 g air / g berat kering (50-35% basis massa basah).Namun, jika sumbu embrio terisolasi dikeringkan dengan cepat (menit sampai beberapa jam) merekabertahan untuk kadar air jauh lebih rendah - 0,45-0,25 g / g - dan mungkin bahkan lebih rendah(misalnya Pammenter et al, 1991.). Jadi efek dehidrasi tergantung pada tingkat dehidrasi. Hal inimembuat sangat sulit untuk menilai atau mengukur toleransi pengeringan - respon tergantung padaseberapa jaringan dikeringkan.

However, this approach could be criticized because of the experimental protocol; theeffect could be due to different drying rates, or it could be due to the fact that different tissueswere used to achieve the different drying rates (embryonic axes for rapid drying and whole seedsfor slow drying); thus for rapid drying the embryonic axis has been removed from the influenceof the rest of the seed. To resolve this question we undertook studies on whole seeds of


16/23

Ekebergia capensis (Pammenter et al., 1998). This species produces seeds about the size of a peanut with a hard endocarp. If the endocarp is removed the seeds can be dried by burying insilica gel to an axis water content of around 0.2 g/g (dry mass basis) in about 48 h (Figure 2a). Ifthe endocarp is left intact it takes about 10 d for axis water content to reduce to 0.5 g/g(Figure 2b). We also manipulated the drying technique to achieve what we describe as anintermediate drying rate.

(......................)

Namun, pendekatan ini dapat dikritik karena protokol eksperimental; efeknya bisa disebabkan tingkatpengeringan yang berbeda, atau bisa juga karena fakta bahwa jaringan yang berbeda digunakan untukmencapai tingkat yang berbeda pengeringan (sumbu embrio untuk pengeringan cepat dan biji utuhuntuk pengeringan lambat); sehingga untuk pengeringan cepat sumbu embrio telah dihapus daripengaruh sisa benih. Untuk mengatasi pertanyaan ini kita melakukan studi secara keseluruhan bijiEkebergia capensis (Pammenter et al., 1998). Spesies ini menghasilkan benih seukuran kacang denganendocarp keras. Jika endocarp akan dihapus benih dapat dikeringkan dengan cara mengubur dalamsilika gel ke kadar air sumbu sekitar 0,2 g / g (basis massa kering) di sekitar 48 jam (Gambar 2a). Jikaendocarp dibiarkan utuh dibutuhkan sekitar 10 d kadar air sumbu untuk mengurangi sampai 0,5 g / g(Gambar 2b). Kami juga dimanipulasi teknik pengeringan untuk mencapai apa yang kita gambarkansebagai laju pengeringan menengah.

The response of final germination to water content using the three drying treatments is

seen in Figure 3. Seeds that were dried slowly started to lose viability at an axis water content ofabout 1.3 g/g and were all dead at 0.6 g/g. Seeds that were dried rapidly retained 90% viability toa water content of 0.5 g/g, and were all dead at 0.2 g/g. Seeds dried at an intermediate rateshowed an intermediate response to desiccation. The rate of drying does have a marked effect onthe water content tolerated; the effect is not one of removing the axis from the seed. Why shouldthis be the case?

(......................)

Respon perkecambahan akhir untuk kadar air menggunakan tiga perlakuan pengeringan terlihat padaGambar 3 Biji yang kering perlahan-lahan mulai kehilangan viabilitas pada kadar air sumbu sekitar 1,3 g /g dan semua mati pada 0,6 g / g. Biji yang dikeringkan dengan cepat ditahan 90% viabilitas ke kadar air0,5 g / g, dan semua mati pada 0,2 g / g. Benih dikeringkan pada tingkat menengah menunjukkan responmenengah untuk pengeringan. Tingkat pengeringan memang memiliki efek yang ditandai pada kadar airditoleransi; pengaruhnya tidak salah menghapus sumbu dari benih. Mengapa ini harus terjadi?


17/23

The cells of embryonic axes of the seeds dried at different rates showed very differentultrastructural responses to dehydration (see Berjak and Pammenter, this volume). In seeds thatwere dried slowly to the extent that considerable viability loss occurred, there was advanced

degradation of membrane structures, particularly in the plastids, and an abnormal appearanceof the lipid bodies, particularly a darkening of the surface. Seeds that had been dried rapidlyto a slightly lower water content, but still were mostly viable, generally showed well preservedmembranes and nuclei. Although membrane damage did ultimately occur on rapid drying, therewas very marked degradation at high water contents in slowly dried material. This ultrastructuralevidence suggests that different deteriorative processes may be occurring at the different dryingrates.

(......................)

Sel-sel embrio sumbu dari biji kering pada tingkat yang berbeda menunjukkan respon ultrastructuralsangat berbeda dengan dehidrasi (lihat Berjak dan Pammenter, buku ini). Dalam benih yang dikeringkanperlahan-lahan sampai-sampai kehilangan viabilitas cukup terjadi, ada degradasi maju strukturmembran, khususnya di plastida, dan penampilan abnormal dari tubuh lipid, khususnya gelappermukaan. Biji yang telah dikeringkan dengan cepat untuk kadar air sedikit lebih rendah, tapi masihsebagian besar layak, umumnya menunjukkan membran terawat dan inti. Meskipun kerusakanmembran itu akhirnya terjadi pada pengeringan yang cepat, ada penurunan yang sangat nyata pada

kadar air yang tinggi dalam bahan perlahan-lahan kering. Bukti ultrastructural ini menunjukkan bahwaproses kerusakan yang berbeda dapat terjadi pada tingkat pengeringan yang berbeda.

To understand the effect of drying rate we have to appreciate that some damaging processes are aqueous based. Slowly dried material will spend a long time at the intermediatewater contents where damage from these aqueous based processes can accumulate. However, ifmaterial is dried rapidly, only a short time is spent at these intermediate water contents, so littledamage accumulates. Thus the faster the drying, the less damage that accumulates and the lower

the water content that can be tolerated. However, there is a lower limit - no matter how fastrecalcitrant seeds are dried, they cannot tolerate the low water contents typical of orthodox seeds.

(......................)


18/23

Sel-sel embrio sumbu dari biji kering pada tingkat yang berbeda menunjukkan respon ultrastructuralsangat berbeda dengan dehidrasi (lihat Berjak dan Pammenter, buku ini). Dalam benih yang dikeringkanperlahan-lahan sampai-sampai kehilangan viabilitas cukup terjadi, ada degradasi maju strukturmembran, khususnya di plastida, dan penampilan abnormal dari tubuh lipid, khususnya gelappermukaan. Biji yang telah dikeringkan dengan cepat untuk kadar air sedikit lebih rendah, tapi masih

sebagian besar layak, umumnya menunjukkan membran terawat dan inti. Meskipun kerusakanmembran itu akhirnya terjadi pada pengeringan yang cepat, ada penurunan yang sangat nyata padakadar air yang tinggi dalam bahan perlahan-lahan kering. Bukti ultrastructural ini menunjukkan bahwaproses kerusakan yang berbeda dapat terjadi pada tingkat pengeringan yang berbeda.

We visualise two types of damage that can occur during drying. As a consequence ofdisturbed metabolism, free radical-mediated oxidation processes can proceed. These reactionsare aqueous-based and occur at intermediate water contents. The protection mechanisms against

this type of damage are the switching-off of metabolism, de-differentiation of organelles, andefficient anti- oxidant systems. The second type of damage we envisage is due to the biophysicaldisruptions caused by the removal of water from macromolecular and membrane surfaces. Theseoccur at low water contents. Protection mechanisms against this type of damage include LEAs,vitrification by sugars, and possibly the amphipathic molecules suggested to migrate betweencytosol and membranes on dehydration and rehydration.

(......................)

Kami memvisualisasikan dua jenis kerusakan yang dapat terjadi selama pengeringan. Sebagaikonsekuensi dari metabolisme terganggu, proses oksidasi radikal-dimediasi gratis dapat melanjutkan.Reaksi-reaksi ini adalah air berbasis dan terjadi pada kadar air menengah. Mekanisme perlindunganterhadap jenis kerusakan yang switching-off metabolisme, de-diferensiasi organel, dan efisien sistemoksidan anti. Tipe kedua kerusakan kita membayangkan ini disebabkan oleh gangguan biofisikdisebabkan oleh penghapusan air dari permukaan makromolekul dan membran. Ini terjadi pada kadarair rendah. Mekanisme perlindungan terhadap jenis kerusakan termasuk LEA, vitrifikasi oleh gula, danmungkin molekul amphipathic disarankan untuk bermigrasi antara sitosol dan membran pada dehidrasidan rehidrasi.


19/23

EVOLUTIONARY STATUS OF RECALCITRANT SEEDS

In vegetative tissue desiccation sensitivity is probably the ancestral state, but toleranceevolved independently a number of times, including more than once in the angiosperms (Oliverand Bewley, 1997). Any attempt at a similar phylogenetic analysis using seed desiccationresponse as a character state fails - both tolerance and sensitivity occur in all major clades ofextant seed plants. However, it is probable that sensitivity is the ancestral state, but toleranceevolved independently a number of times (von Teichman and van Wyk, 1994; Pammenter andBerjak, 2000). This raises the interesting question as to whether the mechanisms of tolerance arenecessarily the same in all seed species.

( ............................)

kedua sifat kepekaan dan sensitivitas terjadi pada semua klade utama dari benih tanamanyang masih ada.

Dalam sensitivitas pengeringan jaringan vegetatif mungkin adalah keadaan leluhur, tetapi toleransiberkembang secara independen beberapa kali, termasuk lebih dari sekali dalam angiosperma (Oliverdan Bewley, 1997). Setiap usaha pada analisis filogenetik serupa dengan menggunakan benih responpengeringan sebagai negara gagal karakter - baik toleransi dan sensitivitas terjadi pada semua cladesutama bibit tanaman yang masih ada. Namun, besar kemungkinan bahwa sensitivitas adalah keadaanleluhur, tetapi toleransi berkembang secara independen beberapa kali (von Teichman dan van Wyk,

1994; Pammenter dan Berjak, 2000). Hal ini menimbulkan pertanyaan menarik, apakah mekanismetoleransi yang tentu sama pada semua spesies benih.


20/23

ECOLOGICAL CONSIDERATIONS

A characteristic of recalcitrant seeds is their limited lifespan, and this will placeconstraints on the range of environmental conditions in which regeneration via seeds can occur.However, when we try to get detailed information on the seed ecology of species producingrecalcitrant seeds, we have a major problem in the past ecologists and seed scientists have notoften communicated. Ecologists study the composition of soil seed banks, the lifespan of seeds inthese banks, and environmental conditions initiating germination, but often have no informationas to the water content of the seeds of interest. Seed physiologists, on the other hand, have agood knowledge of only a few species, mostly economically important ones (either crop speciesor weedy invaders), and only occasionally become involved in ecological considerations.

( Karakteristik benih rekalsitran adalah umur simpannya yang pendek danterkendala terhadap kondisi lingkungan, dimana benih bisa saja berkecambah saatpenyimpanan. )

Karakteristik biji bandel adalah umur yang terbatas, dan ini akan menempatkan kendala pada kisarankondisi lingkungan di mana regenerasi melalui benih dapat terjadi. Namun, ketika kita mencoba untukmendapatkan informasi rinci tentang ekologi benih spesies memproduksi benih bandel, kami memilikimasalah besar - dalam ekologi masa lalu dan ilmuwan benih belum sering dikomunikasikan. Para ahli

ekologi mempelajari komposisi bank benih tanah, umur benih di bank-bank, dan kondisi lingkunganmemulai perkecambahan, tetapi sering tidak memiliki informasi mengenai kadar air benih bunga.Fisiologi benih, di sisi lain, memiliki pengetahuan yang baik dari hanya beberapa spesies, sebagian besaryang ekonomis penting (baik spesies tanaman atau penjajah naga), dan hanya kadang-kadang terlibatdalam pertimbangan ekologi.


21/23

Recalcitrant seeds are common in mesic tropical forests. These conditions generallywould be favourable for germination and seedling establishment, and so there has been no

pressure driving the evolution of desiccation tolerance, or the characteristic has been secondarilylost. Seed ecologists will tell us that seeds of climax species of these ecosystems are not oftenfound in the soil seed bank their lifespans are low, whereas seeds of gap specialists are wellrepresented in the soil seed bank. The seeds of climax species generally show no dormancy,germinate rapidly (unless they have a hard covering), are absent from the soil seed bank andthese species persist as a seedling bank. They are generally large and not wind dispersed. Theseare the characteristics that one would expect from recalcitrant seeds, and it is highly probable

that most of these seed species are indeed recalcitrant, although this has been confirmed for onlya limited number of species.

( Benih reklsitran umumnya berasal dari hutan tropis, kondisi lingkungan ditempat ini umumnya menguntungkan bagi proses perkecambahan dan perkembanganbibit karena resiko terjadinya proses desikasi/kehilangan air pada benih dapatdiminimalkan. Karakteristik dari benih-benih jenis ini umumnya tidak memiliki masadormansi kecuali pada benih yang memiliki kulit penutup yang keras, selain itu ukurandari benih rekalsitran relatif besar dan tidak dapat tersebar oleh tiupan angin.)

Benih bandel yang umum di hutan tropis mesic. Kondisi ini umumnya akan menguntungkan bagiperkecambahan dan pembentukan bibit, sehingga belum ada tekanan yang mendorong evolusi toleransikekeringan, atau karakteristik telah sekunder hilang. Ekologi benih akan memberitahu kita bahwa benihspesies klimaks dari ekosistem ini tidak sering ditemukan di bank benih tanah - rentang hidup merekarendah, sedangkan benih spesialis gap terwakili dengan baik di bank benih tanah. Benih-benih spesiesklimaks umumnya tidak menunjukkan dormansi, berkecambah cepat (kecuali mereka memiliki penutup


22/23

keras), yang absen dari bank benih tanah dan spesies ini bertahan sebagai bank bibit. Mereka umumnyabesar dan tidak angin tersebar. Ini adalah karakteristik yang diharapkan dari biji bandel, dan sangatmungkin bahwa sebagian besar spesies benih ini memang bandel, meskipun hal ini telah dikonfirmasiuntuk hanya sejumlah spesies.

Although recalcitrant seeds are common in mesic tropical forests, they are by no meansconfined to these systems. Species producing recalcitrant seeds do occur in more seasonalhabitats, and a number of strategies have evolved to permit successful seedling establishment.Many temperate recalcitrant seeds are shed in autumn and over-winter as seeds. A necessary

prerequisite for this, of course, is chilling tolerance. Because of the low temperatures, rates ofgermination will be slow, and will not be completed before the arrival of spring. In fact somespecies such as Aesculus hippocastanum actually have a chilling requirement for germination(Pritchard et al., 1996). Low temperatures and general dampness will also slow water loss,

reducing the risk of death by desiccation. As a generalisation, recalcitrant species of temperateregions are generally more desiccation tolerant and have longer life spans than those of tropicalorigin.

( Meskipun benih rekalsitran umumnya dijumpai di daerah hutan tropis, tetapi adabeberapa spesies yang dapat memproduksi benih rekalsitran saat musim gugur atau saatakhir musim dingin, sebagai contoh benih dari spesies tanaman Aesculus hippocastanu.Benih ini memiliki toleransi terhadap kerusakan akibat suhu rendah ( Chilling injury,bahkan beberapa spesies dari tanaman ini memerlukan suhu yang rendah untuk bisaberkecambah. Saat suhu dan kelembaban rendah, kehilangan air benih serta laju

perkecambahan akan berjalan lambat sehingga akan mengurangi resiko terjadinya prosesdesikasi. Secara umum benih rekalsitran dari daerah yang beriklim rendah memiliki umurhidup yang lebih lama dibandingkan dengan benih rekalsitran yang berasal dari daerahtropis.)

Meskipun biji bandel yang umum di hutan tropis mesic, mereka tidak berarti terbatas pada sistem ini.Spesies memproduksi benih bandel memang terjadi lebih habitat musiman, dan sejumlah strategi telahberevolusi untuk memungkinkan keberhasilan pembentukan bibit. Banyak benih bandel beriklim adalahgudang di musim gugur dan musim dingin over-sebagai bibit. Sebuah prasyarat yang diperlukan untukini, tentu saja, adalah toleransi dingin. Karena suhu rendah, tingkat perkecambahan akan lambat, dantidak akan selesai sebelum datangnya musim semi. Bahkan beberapa spesies seperti Aesculushippocastanum benar-benar memiliki persyaratan dingin untuk perkecambahan (Pritchard et al., 1996).Suhu rendah dan kelembaban umum juga akan memperlambat kehilangan air, mengurangi resikokematian karena pengeringan. Sebagai generalisasi, spesies bandel dari daerah beriklim umumnya lebihtoleran dan pengeringan memiliki rentang hidup lebih lama dibandingkan dengan asal tropis .


23/23

Rekal Translate

Documents