Root system morphology of Fabaceae species from central Argentina

Abstract

Summary: Root systems of different Fabaceae genera from central Argentina, are studied in relation to habitat conditions. Species of the following genera were analyzed: Adesmia, Acacia, Caesalpinia, Coursetia, Galactia, Geoffroea, Hoffmannseggia, Prosopis, Robinia, Senna, Stylosanthes and Zornia. Seeds of selected species were collected in each soil geographic unit and placed in glass recipients to analyze root system growth and branching degree during the first months after germination. Soil profiles that were already opened up were used to study subterranean systems of arboreal species. Transverse sections of roots were cut and histological tests were carried out to analyze reserve substances. All species studied show an allorhizous system, whose variants are related to soil profile characteristics. Roots with plagiotropic growth are observed in highland grass steppes (Senna birostris var. hookeriana and Senna subulata), and in soils containing calcium carbonate (Prosopis caldenia). Root buds are found in: Acacia caven, Caesalpinia gilliesii, Senna aphylla, Geoffroea decorticans, Robinia pseudo-acacia, Adesmia cordobensis and Hoffmannseggia glauca. Two variants are observed in transverse sections of roots: a) woody with predominance of xylematic area with highly lignified cells, and b) fleshy with predominance of parenchymatic tissue. The last one is mainly related to water and starch accumulation. The following strategies are observed to increase the parenchymatic zone: formation of big rays (Stylosanthes montevidensis var. montevidensis and Adesmia cordobensis), high production of parenchyma in secondary phloem and phelloderm (Zornia gemella), and differential activity of cambium (Coursetia hassleri). Besides acting as reserve, high starch accumulation produces an increase of cellular osmotic potential when it hydrolyzes into soluble carbohydrates and, consequently, enhances parenchymatic water retention. Zusammenfassung: Wurzelsysteme unterschiedlicher Fabaceen-Gattungen aus Zentral-Argentinien wurden in Bezug auf ihre Standortsbedingungen untersucht. Die Analyse umfasste Arten folgender Gattungen: Adesmia, Acacia, Caesalpinia, Coursetia, Galactia, Geoffroea, Hoffmannseggia, Prosopis, Robinia, Senna, Stylosanthes und Zornia. Samen ausgewahlter Arten wurden mit dem Mutterboden gesammelt und in Glasgefase gegeben, um Wachstum und Verzweigungsgrad des Wurzelsystems wahrend der ersten Monate nach der Keimung zu analysieren. Bereits ergrabene Bodenprofile wurden fur das Studium der unterirdischen Systeme baumformiger Arten genutzt. Fur die Analyse der Reservestoffe wurden Wurzelquerschnitte hergestellt und histologische Tests durchgefuhrt. Alle untersuchten Arten besitzen ein allorhizes System, de ssen Varianten mit Merkmalen der Bodenprofile in Beziehung stehen. Plagiotrop wachsende Wurzeln konnen sowohl in Hochland-Grassteppen gefunden werden (Senna birostris var. hookerina und Senna subulata), als auch auf Boden, die Kalziumcarbonat enthalten (Prosopis caldenia). Wurzelknospen bilden: Acacia caven, Caesalpinia gilliesii, Senna aphylla, Geoffroea decorticans, Robinia pseudo-acacia, Adesmia cordobensis und Hoffmannseggia glauca. In Wurzelquerschnitten konnen zwei Varianten unterschieden werden: a) holzig, mit vorherrschendem Xylem und stark lignifizierten Zellen und b) fleischig mit uberwiegend parenchymatischem Gewebe. Letzteres ist hauptsachlich mit Wasser- und Starkespeicherung verbunden. Um die parenchymatische Zone zu vergrosern, konnen die folgenden Strategien beobachtet werden: Bildung machtiger Strahlen (Stylosanthes montevidensis var. montevidensis und Adesmia cordobensis), starke Produktion von Parenchym in sekundarem Phloem und Phelloderm (Zornia gemella) und eine charakteristische Aktivitat des Kambiums (Coursetia hassleri). Neben der Funktion als Reserve, fuhrt eine starke Starke-Speicherung im Falle einer Hydrolyse zu loslichen Kohlenhydraten zu einer Steigerung des osmotischen Potenzials einer Zelle und erhoht folglich die parenchymatische Wasser-Retention.