Population ecology of Cirsium pitcheri on Lake Huron sand dunes. III. Mechanisms of seed dormancy

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Abstract

Growth chamber studies were conducted to examine seed dormancy and germination requirements of Pitcher's thistle (Cirsium pitcheri (Torr. ex Eaton) Torr.&Gray), a threatened species endemic to the shoreline sand dunes of the Great Lakes. We determined the effects of different environmental regimes on breaking seed dormancy of this monocarpic perennial. The data showed that seeds of C. pitcheri possessed innate dormancy that was caused by a hard seed coat as well as inhibitory compounds within the seed. Seed germination requirements were very specific. Exposure of seeds to different temperatures and photoperiods in a growth chamber had little effect on breaking seed dormancy unless the seeds had been pretreated. Pretreatment of seeds by cold stratification and its duration, scarification by sand paper or sulphuric acid, and application of gibberellic acid were also not very effective for breaking dormancy of C. pitcheri. High germination was obtained only when seeds were pretreated either by surgically removing the seed coat or by nicking the seed on the radicle or cotyledonary end. After this pretreatment seeds germinated over a temperature range of 15–30°C, but the highest proportion of seeds germinated when temperatures were above 20°C. Under natural conditions, germination of C. pitcheri seeds occurs in spring after they have overwintered and experienced the pretreatment of stratification and scarification through freezing and thawing of the substrate. Aqueous extract of C. pitcheri seeds had a strong inhibitory effect on germination of Oenothera biennis L. seeds indicating an allelopathic chemical in the seed. There was no relationship between the seed size of C. pitcheri and the germinability of seeds.

Les auteurs ont conduit une étude en chambre de croissance pour examiner la dormance des graines et les besoins pour la germination du chardon de Pitcher (Cirsium pitcheri (Torr. ex Eaton) Torr.&Gray), une espèce menacée endémique des dunes littorales des Grands Lacs. Ils ont déterminé les effets de différents traitements environnementaux sur le bris de la dormance des graines, chez cette espèce monocarpique pérenne. Les données montrent que les graines du C. pitcheri possèdent une dormance innée qui est causée par un tégument séminal dur ainsi que par des composés inhibiteurs à l'intérieur de la graine. Pour germer, la graine a des besoins très spécifiques. L'exposition des graines à différentes températures et photopériodes en chambres de croissance n'a que peu d'effets sur le bris de dormance des graines, à moins que celle-ci ait été préalablement traitée. Le pré-traitement des graines par la stratification au froid et sa durée, la scarification au papier sablé ou à l'acide sulfurique ainsi que l'application d'acide gibbérellique sont également peu efficaces pour briser la dormance des graines du C. pitcheri. On obtient une forte germination seulement en extirpant l'embryon de ses téguments ou en perçant les téguments à l'extrémité radiculaire ou cotylédonnaire. Après ce traitement, les graines peuvent germer dans un éventail allant de 15 à 30°C, mais la majorité des graines germent lorsque la température est au dessus de 20°C. Sous des conditions naturelles, la germination du C. pitcheri se fait au printemps après hibernation, une fois qu'elles ont subi la stratification et la scarification par le gel et le dégel du substrat. L'extrait aqueux des graines du C. pitcheri montre un fort effet inhibiteur sur la germination de l'Oenothera biennis L., ce qui indique la présence de matériel chimique allélopathique dans la graine. Il n'y a pas de relation entre la grosseur des graines du C. pitcheri et leurs capacités germinatives.

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