Serotiny and seed germination in three threatened species of Mammillaria (Cactaceae)

SummaryIndividuals of some species of Mammillaria (Cactaceae) store some seeds on the plant over periods exceeding 1 year (serotiny). We examined the phenomenon of serotiny and germination behaviour of three rare and endangered Mammillaria species that occur in central Mexico. The species with the highest seed retention was Mammillaria solisioides, whose individuals kept on average 24% of their total seed crop throughout their observable lifetime. Individuals of Mammillaria napina and Mammillaria hernandezii did not differ in their degree of seed retention (about 5%). In M. solisioides and M. hernandezii, seed germination declined significantly with seed age, whereas in M. napina germination increased slightly. In all three species, over 70% of retained seeds were still alive after 8 years. Increasing fractions of dormant seeds were observed with seed age in M. solisioides and M. hernandezii, whereas in M. napina this fraction followed the opposite trend. All three species showed strict light dependence for germination. Serotiny was positively correlated with the harshness of the environment when species and populations were assumed independent. However, these correlations were not significant at the 5% level when the degree of relatedness of species and populations was taken into account using phylogenetically independent constrasts. We hypothesise that serotiny in these species represents a mechanism by which they can cope with a harsh, unpredictable environment. To our knowledge, this is the first assessment of serotiny in cacti.

ZusammenfassungIndividuen einiger Arten der Mammilaria (Cactaceae) speichern einige Samen über einen Zeitraum von mehr als einem Jahr auf der Pflanze (serotiny). Wir untersuchten das Phänomen „serotiny“ und das Keimverhalten von drei seltenen und gefährdeten Mammilaria Arten, die in Zentralmexiko vorkommen. Die Art, die am meisten Samen zurückbehält, war Mammillaria solisioides, die bis zu 24% der gesamten Samenproduktion über die beobachtbare Lebenszeit zurückbehielt. Die Individuen von Mammillaria napina und Mammillaria hernandezii unterschieden sich nicht im Grad der Samenzurückbehaltung (circa 5%): Bei M. solisioides und M. hernandezii nahm die Samenkeimung signifikant mit dem Samenalter ab, während bei M. napina die Keimung geringfügig zunahm. Bei allen drei Arten waren mehr als 70% der Samen nach acht Jahren immer noch lebendig. Es wurden zunehmende Anteile von ruhenden Samen mit zunehmenden Samenalter bei M. solisioides und M. hernandezii beobachtet, während bei M. napina dieser Anteil dem gegenläufigen Trend folgte. Alle drei Arten zeigten eine strikte Lichtabhängigkeit für die Keimung. Die „serotiny” war positiv mit der Härte der Umwelt korreliert, wenn Arten und Populationen unabhängig voneinander betrachtet wurden. Diese Korrelationen waren jedoch auf dem 5% Level nicht signifikant, wenn der Verwandtschaftsgrad der Arten und Populationen mit berücksichtigt wurde, indem phylogenetisch unabhängige Kontraste benutzt wurden. Wir stellen die Hypothese auf, dass „serotiny” bei diesen Arten einen Mechanismus darstellt, durch den sie mit einem harten, unvorhersagbaren Lebensraum zurechtkommen können. Nach unserem Wissen ist dies die erste Einschätzung von „serotiny” bei Kakteen.