Subnivean embryo development in the alpine herb Caltha leptosepala (Ranunculaceae)

Tara A. Forbis and Pamela K. Diggle

Abstract: Caltha leptosepala D.C. (Ranunculaceae) is a perennial herb of alpine wet meadows. Seeds of this species have morphophysiological dormancy; they contain a rudimentary embryo that must undergo further development prior to germination. The embryo itself is also dormant and requires a physiological cue for resumption of development. We ask how C. leptosepala can break embryo dormancy and complete embryo development, germination, and seedling growth under the constraint of the extremely short alpine wet meadow growing season. Seeds were stratified at 2.5°C and collected at regular intervals for germination trials and histological analysis. At dispersal, the embryo occupies approximately 7% of the length of the seed and is dormant. Embryo development resumes within 1 month of stratification. Embryos grow to fill the seed over a 4- to 7-month period. Germination rates are positively correlated with stratification time and reach 50% at 4 months and 70% at 7 months. Because embryo development requires a time period longer than the snow-free period prior to germination in the alpine wet meadow, we conclude that embryo development in C. leptosepala takes place beneath alpine snowbanks. Morphophysiological dormancy in Caltha is not uniquely derived, but the ability of Caltha embryos to develop and germinate at low temperatures may be an adaptation to their environment.

Key words: alpine, rudimentary embryo, Ranunculaceae, seed, dormancy, germination.

Résumé : Le Caltha leptosepala D.C. (Ranunculaceae) est une plante herbacée pérenne des prairies alpines humides. Les graines de cette espèce ont une dormance morphophysiologique; elles contiennent un embryon rudimentaire qui doit compléter son développement avant de germer. L'embryon lui-même possède une dormance et nécessite un signal physiologique pour reprendre son développement. La question se pose à savoir comment le C. leptosepala peut briser la dormance embryonnaire et compléter le développement de l'embryon, la germination et le développement de la plantule sous la contrainte de la saison de croissance extrêmement courte de la prairie alpine humide. Les auteurs ont stratifié des graines à 2,5°C et les ont récoltées à intervalles réguliers pour des essais de germination et analyses histologiques. Au moment de la dispersion, l'embryon dormant occupe environ 7% de la longueur de la graine. Le développement de l'embryon reprend après moins d'un mois de stratification. Les embryons se développent au point d'emplir la graine, sur une période de 4 à 7 mois. Les taux de germination sont positivement corrélés avec la durée de la stratification, et atteignent 50% à 4 mois, et 70% à 7 mois. Parce que le développement de l'embryon requiert une période de temps plus longue que la période sans neige, avant de germer dans la prairie alpine humide, les auteurs concluent que le développement de l'embryon, chez le C. leptosepala, s'effectue sous les congères alpines. La dormance morphophysiologique du Caltha n'est pas uniquement dérivée, mais la capacité des embryons du Caltha à se développer et à germer à basses températures apparaît comme une adaptation à leur environnement.

Mots clés : alpin, embryon rudimentaire, Ranunculaceae, graine, dormance, germination.

[Traduit par la Rédaction]