Molecular phylogeny of tribe Rhipsalideae (Cactaceae) and taxonomic implications for Schlumbergera and Hatiora

Tribe Rhipsalideae is composed of unusual epiphytic or lithophytic cacti that inhabit humid tropical and subtropical forests. Members of this tribe present a reduced vegetative body, a specialized adventitious root system, usually spineless areoles and flowers and fruits reduced in size. Despite the debate surrounding the classification of Rhipsalideae, no studies have ever attempted to reconstruct phylogenetic relationships among its members or to test the monophyly of its genera using DNA sequence data; all classifications formerly proposed for this tribe have only employed morphological data. In this study, we reconstruct the phylogeny of Rhipsalideae using plastid (trnQ-rps16, rpl32-trnL, psbA-trnH) and nuclear (ITS) markers to evaluate the classifications previously proposed for the group. We also examine morphological features traditionally used to delimit genera within Rhipsalideae in light of the resulting phylogenetic trees. In total new sequences for 35 species of Rhipsalideae were produced (out of 55: 63%). The molecular phylogeny obtained comprises four main clades supporting the recognition of genera Lepismium, Rhipsalis, Hatiora and Schlumbergera. The evidence gathered indicate that a broader genus Schlumbergera, including Hatiora subg. Rhipsalidopsis, should be recognized. Consistent morphological characters rather than homoplastic features are used in order to establish a more coherent and practical classification for the group. Nomenclatural changes and a key for the identification of the genera currently included in Rhipsalideae are provided. (C) 2011 Elsevier Inc. All rights reserved.

Carotenoids profile and total polyphenols in fruits of Pereskia aculeata Miller

Pereskia aculeata Mill. (Ora-pro-nóbis) is a native cactaceae from tropical America, whose leaves have high protein content. In Brazil it is found in all territorial extension between the states of Bahia and Rio Grande do Sul. Most studies have focused on chemical characterization of the leaves of this specie. The objective was to assess the carotenoids profile and the total polyphenols present in the fruits of P. aculeate. Carotenoids were determined by HPLC-PAD (high performance liquid chromatography - photodiode array detector), total polyphenols were determined by Folin-Ciocalteu and vanillin methods. Trans-β-carotene was the main carotenoid, followed by α-carotene, lutein and other minor carotenoids. It was found 64.9 ± 1.1 mg.100g-1 of gallic acid equivalent, 14.8 ± 0.2 mg.100g-1 of catechin equivalent. Carotenoid identification of P. aculeate fruits are presented here by the first time and indicate that these fruits can be researched as source of bioactive substances, especially antioxidant and provitamin A carotenoids.

Wide-band tracheids (WBTs) of photosynthetic and non-photosynthetic stems in species of Cactaceae

ARRUDA, E. AND G. F. A. MELO-DE-PINNA (Departamento de Botanica, Instituto de Biociencias. Universidade de Sao Paulo, Rua do Matao, travessa 14, Cidade Universitaria, Butanta, Caixa Postal 11461, 05422-970. Sao Paulo, SP, Brasil). Wide-band tracheids (WBTs) of the photosynthetic and non-photosynthetic stems in species of Cactaceae. J. Torrey Bat. Soc. 137: 16-29. 2010.-The absence of WBTs and wood polymorphisms in some species of the Caryophyllales may be related to the particular area of plant analyzed. The present research has the objective of studying the photosynthetic and non-photosynthetic stems of different species and stages of differentiation to register wood polymorphisms and to understand the distribution and occurrence of WBTs. Wood polymorphism was observed in the non-photosynthetic stern of young and adult plants of Opuntioideae and Cactoideae and is also found in the photosynthetic stem of young plants of some species of Cactoideae. Cactoideae present WBT/fibrous dimorphic wood that can be related to cambial variation associated with growth habits and plant development. As expected, in the photosynthetic stem of the adult columnar cacti the wood is monomorphic fibrous in which WBTs were not found. This wood contains a great amount of fibers due to necessity of the mechanical support. In contrast, the globular species do not possess fibers in this area of the stem in either adult or young plants. Opuntia monacantha Haw. had non-fibrous wood in which WBTs were observed in the axial system and in the inner parts of the rays. Fiber clusters were present in the axial system. This wood represents a variation in the wood types described for Opuntioideae. Also, in O. monacantha, cells similar to the WBTs were observed in the pith, which can be interpreted as variation in the morphogenic processes during the ontogeny of the plant, probably a case of homeosis. Monomorphic fibrous wood without WBTs was found along the entire stem of Pereskia bahiensis Gurke. This feature has been observed in other pereskias, and in addition to the others, indicates its proximity to the ancestral cacti.

INCREASED WATER STORAGE CAPACITY IN CACTUS WOOD: A STUDY IN THE TRIBE CEREEAE (CACTOIDEAE, CACTACEAE)

Secondary xylem of fibrous cactus wood is characterized by short narrow vessel elements with both simple perforation plates and large intervessel pits, libriform septate fibers, and large rays. These are present in basal cactus taxa, as well as in many other groups of the family. In Cactoideae, the most diversified and most derived subfamily, there are remarkable variations found in the secondary xylem, with the more highly derived taxa containing the greatest water storage capacity. Unlignified parenchyma is one specialization found in the fibrous wood of cacti. We observed this tissue in the secondary xylem at the base of the sterns of several Brazilian endemic species of Arrojadoa, Melocactus, and Stephanocereus, all members of the tribe Cereeae. In Arrojadoa and Melocactus the unlignified parenchyma occurs in lines and bands amongst the axial and radial xylem elements, while in Stephanocereus it is mainly restricted to the rays and does not form bands. We address the adaptive importance of the unlignified parenchyma in the fibrous wood in tribe Cereeae and the family Cactaceae as a whole.

Flower morpho-anatomy in Epiphyllum phyllanthus (Cactaceae)

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Cactaceae do Vale do Rio Jequitinhonha (Minas Gerais)

Durante as primeiras coletas relacionadas ao Projeto Cactaceae no Brasil Oriental, ficou provada a grande diversidade de espércies dessa família na região do vale médio do Rio Jequitinhonha, tendo sido visitadas as localidades de Itinga, Itaobim e Pedra Azul. Foram coletadas 21 espécies distribuídas entre os gêneros Pereskia, Opuntia, Tacinga, Pseudoacanthocereus, Arrojadoa, Brasilicereus, Cereus, Coleocephalocereus, Melocactus, Pilosocereus e Selenicereus, representando as três subfamílias de Cactaceae, cujas afinidades taxonômicas e padrões de distribuição geográfica são discutidos a seguir.

Influence of light and temperature on seed germination of Cereus pernambucensis Lemaire (Cactaceae)

The objective of the present study was to evaluate the effects of light and temperature on germination of Cereus pernambucensis seeds, a species of columnar cactus native to Brazil and naturally incident in the restinga. Cereus pernambucensis seeds were incubated under different temperatures, from 5 to 45 °C, with 5 °C intervals, and under alternating temperatures of 15-20 °C, 15-30 °C, 20-25 °C, 20-30 °C, 20-35 °C, 25-30 °C, 25-35 °C, and 30-35 °C, both under continuous white light and dark. The seeds were also incubated in a gradient of phytochrome photoequilibrium at 25 °C. The highest percentage germination in this species was between 25 and 30 °C. The minimum temperature was between 15 and 20 °C and the maximum between 35 and 40 °C. Alternating temperatures did not affect the percentage of seed germination, but it did alter the rate and synchronization indexes. Seeds incubated in the dark did not germinate under any of the conditions tested, indicating that this species when cultivated present light sensitive seeds controlled by phytochrome. The seeds can tolerate a lot of shade conditions, germinating under very low fluence response of phytochrome.

Germinação in vitro e desenvolvimento pós-seminal de plântulas de Pilosocereus aurisetus (Werderm.) Byles & G.D. Rowley (Cactaceae)

Pilosocereus aurisetus é uma espécie de cactos de importância econômica e ambiental que se encontra em risco de extinção. A propagação em áreas naturais ocorre, principalmente, de forma sexuada; entretanto, não há registro da germinação e viabilidade de sementes e morfologia pós-seminal de plântulas dessa espécie. Assim, objetivou-se avaliar a germinação de sementes e descrever a morfologia do desenvolvimento pós-seminal de plântulas de P. aurisetus. Para isso, sementes, armazenadas em condições ambientais por 19 meses, foram submetidas aos tratamentos: embebição em água por 24 horas; pré-resfriamento; imersão em solução de giberelina, nas concentrações de 250 mg L-1 e 500 mg L-1; e um tratamento controle. As sementes foram colocadas para germinar em meio de cultura MS, por 30 dias, quando se avaliou a percentagem de germinação. O delineamento estatístico foi o inteiramente casualizado, com cinco tratamentos e quatro repetições, sendo dispostas 25 sementes por parcela. A caracterização pós-seminal foi realizada por um período de 60 dias, utilizando-se microscópio binocular, com base nas Regras para Análise de Sementes. Maior percentagem da germinação de sementes ocorreu no controle, ou quando embebidas por 24 horas, sendo observados 90% e 83%, respectivamente. A morfologia do desenvolvimento pós-seminal indicou que a germinação é do tipo epígea, com hipocótilo de reserva; suas plântulas sofrem modificações na região do colo, para a emissão de raízes, e apresentam cerdas no ápice caulinar, mesmo na fase inicial da expansão cotiledonar. A diferenciação e início da formação das costelas iniciam-se aos 60 dias após a germinação, com o desenvolvimento do epicótilo.

Cactaceae of the boundary / by George Engelmann.

v.2 pt.1:Cactaceae

ESTUDIOS CITOGENÉTICOS EN CACTACEAE Y SOLANACEAE: MAPEO FÍSICO DE SECUENCIAS DE ADN REPETITIVO POR HIBRIDACIÓN IN SITU FLUORESCENTE (FISH)

En este proyecto propone aplicar técnicas de citogenética molecular analizando principalmente patrones de distribución de secuencias de ADN repetitivo, en especies sudamericanas de Cactaceae (Notocacteae, Trichocereeae, Hylocereae y Rhipsalideae) y Solanaceae (Cestroideae, Nicotianoideae, Petunioideae, Schizanthoideae, Schwenckioideae y Solanoideae). Las tres familias presentan importantes centros de diversificación en Sudamérica y un enorme interés desde el punto de vista económico, biológico y ecológico. Para lo cual serán utilizadas técnicas de coloración convencional y de hibridación in situ fluorescente (FISH) en especies de diferentes tribus y subfamilias. Estos estudios cariotípicos, en especial la distribución de secuencias de ADN repetitivo, permitirán explorar nuevos aspectos de la diferenciación cromosómica, aportando marcadores cromosómicos que podrían ser utilizados en estudios de evolución cariotípica y ser importantes para robustecer la comprensión de relaciones sistemáticas y filogenéticas. Los estudios citogenéticos en estas familias son esenciales para contribuir al conocimiento de su origen, diversificación y evolución, como así también para colaborar con el diseño de estrategias de mejoramiento genético de especies cultivadas y conservación de especies amenazadas.

Características físicas, químicas e organolépticas de quipá (Tacinga inamoena, Cactaceae)

A Opuntia ficus-indica tem-se destacado como principal produtora de frutos e forragens, motivo pelo qual tem sido bastante pesquisada. Além desta espécie, no semi-árido do Nordeste é encontrada a Tacinga inamoena, planta nativa, cujo fruto, embora também utilizado pelo agricultor como alternativa alimentar, não foi objeto de nenhuma pesquisa até o momento, justificando este trabalho para avaliar seu potencial nutricional e industrial, por meio das características organolépticas, químicas e físicas, conteúdo nutricional e composição mineral. O quipá apresenta características organolépticas similares às de frutos de mesmo gênero, com rendimento da porção comestível, polpa e pericarpo carnoso de 62,87% do peso total do fruto. No que diz respeito à composição química, a polpa difere significativamente do pericarpo carnoso, com superioridade deste último, que apresenta maior teor de minerais, destacando-se dentre estes o cálcio, o magnésio e o potássio que apresentaram valores de 587,04mg, 257,02mg e 318,01mg, respectivamente. Os resultados evidenciam que o quipá é adequado para consumo in natura e apresenta potencial para aproveitamento industrial.

Anatomia dos órgãos vegetativos de Cactaceae da caatinga pernambucana

Secções de raízes e cladódios de cinco espécies de Cactaceae ocorrentes em uma região de caatinga de Pernambuco (Harrisia adscendens (Gürke) Britton & Rose; Melocactus × horridus Wedermann Notizbl.; M. zenhtneri (Britton & Rose) Luetzelb.; Tacinga inamoena (Schumann) Taylor & Stuppy e T. palmadora (Britton & Rose) Taylor & Stuppy), foram analisadas para verificação de caracteres diagnósticos e adaptativos. As secções foram coradas com safranina e azul de astra e montadas em glicerina. As observações feitas mostraram que a estrutura interna das raízes é bastante similar não sendo observados caracteres diagnósticos. No xilema secundário das raízes ocorrem amplos raios pericíclicos representando um importante caracter adaptativo. O cladódio apresenta os seguintes caracteres diagnósticos e adaptativos: tipos de espinho; tipo e posição dos estômatos; estrutura da hipoderme; tipo e posição das estruturas mucilaginosas; aspecto geral do sistema vascular; ocorrência de feixes corticais e medulares; presença de cristais na epiderme e hipoderme e presença de parênquima aqüífero. Os resultados deste trabalho mostram que as espécies estudadas são cactos típicos apresentando caracteres, que podem ser responsáveis pelo sucesso destas plantas em ambientes adversos como a caatinga.

Biologia reprodutiva de Melocactus glaucescens Buining & Brederoo e M. paucispinus G. Heimen & R. Paul (Cactaceae), na Chapada Diamantina, Nordeste do Brasil

Foi estudada a biologia reprodutiva de Melocactus glaucescens e M. paucispinus (Cactaceae) no Município de Morro do Chapéu, Chapada Diamantina, Bahia, sendo abordados aspectos da fenologia, biologia floral, polinização e sistema reprodutivo. Foram registrados os períodos de floração e frutificação, visitantes florais, freqüência e tipo de visitas, além de estratégia e comportamento dos visitantes às flores. Foram realizadas polinizações experimentais para verificar o sistema reprodutivo das espécies. As duas espécies de Melocactus estudadas apresentaram sobreposição de floração ao longo do período de estudo. Os atributos florais de ambas as espécies são típicos da síndrome da ornitofilia: cores atrativas, estrutura tubulosa e produção de néctar com baixa concentração de solutos, entre 20% e 30%. O beija-flor Chlorostilbon aureoventris Boucier & Mulsant (1948) foi o visitante mais freqüente, com 82% e 89% do total de visitas para M. paucispinus e M. glaucescens, respectivamente. Outras espécies de beija-flores e borboletas também visitaram as flores das espécies. A sobreposição no período de floração e a similaridade na composição da guilda de polinizadores destas e demais espécies simpátricas de Melocactus favorece a hibridação no gênero, como foi observado na região. Melocactus glaucescens apresentou auto-incompatibilidade e alogamia, enquanto M. paucispinus é auto-compatível e autogâmica, porém com menor frutificação em autopolinização do que em polinização cruzada, possivelmente devido à ocorrência de depressão endogâmica. Polinizações interespecíficas indicam a ocorrência de inter-compatibilidade entre M. paucispinus e M. concinnus Buining & Brederoo, sustentando hipóteses correntes de hibridação entre estas espécies.

Reproductive phenology of Melocactus (Cactaceae) species from Chapada Diamantina, Bahia, Brazil

This paper discusses the phenological strategies of Melocactus glaucescens Buining & Brederoo, M. paucispinus G. Heimen & R. Paul, M. ernestii Vaupel and M. ×albicephalus Buining & Brederoo, species from Chapada Diamantina, northeastern Brazil. Melocactus glaucescens, M. ernestii and M. ×albicephalus occur sympatrically in an area of "caatinga"/"cerrado" vegetation, and M. paucispinus in an area of "cerrado"/"campo rupestre". The superposition of flowering in these sympatric taxa was compared and analyzed. The phenology of M. paucispinus was correlated with both abiotic and biotic factors. Flowering of M. glaucescens and M. ×albicephalus were observed to be continuous (though with moderate peaks of activity), while fruiting was sub-annual. Melocactus ernestii exhibited an annual pattern of both flowering and fruiting; while in M. paucispinus the same patterns were sub-annual. These sympatric taxa showed 40% overlap of flowering periods, reaching to more than 50% in paired combinations of taxa, considering both the number of specimens flowering, as well as the quantity of resources being offered. Available information indicates that these taxa share pollinators, but phenological data rejects the hypothesis of shared pollinators and supports the hypothesis of hybridization in the study area. Rainfall was negatively correlated with flowering in M. paucispinus, but positively correlated with fruiting. Flowering of M. paucispinus in dry periods of the year avoids that erect flowers positioned in terminal cephalium, exposed in open areas of the vegetation, be damaged for the rains, while fruiting in rainy periods can be favorable to the dispersion and germination of this species.

Dinâmica espaço-temporal de Melocactus ernestii subsp. ernestii (Cactaceae) no Nordeste do Brasil

Melocactus ernestii Vaupel subsp. ernestii ocorre em afloramentos rochosos descontínuos no leste do Brasil. O presente estudo investigou o padrão espaço-temporal dos eventos de mortalidade e sobrevivência de plântulas da M. ernestii e a relação com as plantas perenes, a partir da utilização de parcelas, alocadas com auxílio de trenas, onde foram tomadas as coordenadas cartesianas do centróide dos estádios de desenvolvimento, com posterior análises de padrões de ponto baseado na função K de Ripley. Foram mapeados nas parcelas 686 indivíduos da M. ernestii. O padrão espacial variou em função da escala, do estádio de desenvolvimento e do grau de intemperização dos afloramentos. Os eventos de recrutamento e mortalidade foram espacialmente estruturados e influenciados por pulsos de precipitação sazonais. As plântulas emergiram a ca. 50 cm do centróide dos adultos. Das 136 plântulas monitoradas em 18 meses, 84% morreram. Os resultados mostraram que microsítios inicialmente eficazes na manutenção de sementes e promotores da germinação não necessariamente podem ser eficazes para o estabelecimento das plântulas. A magnitude das interações bióticas em ambientes estressantes é espécie-específica e indica que associação positiva entre plantas adultas e sobrevivência de plântulas não é consistente com o tempo. Este tipo de modelagem populacional permite melhor compreensão sobre o papel das interações positivas e negativas como forças estruturadoras de comunidades e pode ajudar a entender a complexidade das interações bióticas em gradientes ambientais severos.