Morphological variation of the leaves of Aechmea distichantha Lem. plants from contrasting habitats of a Chaco forest: a trade-off between leaf area and mechanical support

Abstract

Several authors have reported phenotypic plasticity for bromeliad plants growing in contrasting habitats. Morphological and physiological differences at the leaf level seem to be an adaptation to water and light use, but there is also a compromise between carbon gain and the costs of sustaining static and dynamic loads. We hypothesized that plastic responses to habitat at the leaf level represent a trade-off between photosynthetic area for light capture and mechanical support. In this study, we measured morphological and architectural variables on central and basal leaves of Aechmea distichantha plants from understory and forest edges, as well as anatomical variables for plants from each habitat. Understory plants had longer leaves, larger blade area and greater length/width ratios than forest-edges plants. Blades of understory plants were less erect, less succulent, had thicker fiber tissue surrounding the vascular bundles and higher curvature index than blades of forest-edge plants. Thus, understory plants increased their flexural stiffness by modifying their tissue structure as well as the shape of their leaves. On the other hand, blades of forest-edge plants had higher stomatal density and higher trichome density on their adaxial side than understorey plants. These patterns could be adaptations to higher gas exchange and to reduce vulnerability to photoinhibition in sun than in shade plants. Finally, most of the morphological and architectural variables were significantly different between positions. These results support our view that there is a trade-off at the leaf level between photosynthetic leaf area (for light capture and water use) and mechanical support.

(Variações morfológicas de folhas de plantas de Aechmea distichantha Lem. de habitats contrastantes de uma floresta do Chaco: uma compensação entre área foliar e suporte mecânico).Diferenças morfológicas e fisiológicas em nível foliar parecem ser uma adaptação ao uso da água e luz, mas também existe uma compensação entre o ganho de carbono e os custos de sustentar cargas estáticas e dinâmicas. Nossa hipótese é que as respostas plásticas ao habitat no nível foliar representam uma compensação entre a área fotossintética para a captação de luz e apoio mecânico. Neste estudo, medimos variáveis morfológicas e arquitetônicas nas folhas centrais e basais de plantas de Aechmea distichantha, de sub-bosque e das bordas da floresta, assim como as variáveis anatômicas de plantas de cada habitat. Lâminas foliares de plantas do sub-bosque foram menos eretas, menos suculentas, com contendo fibras de pearedes espessadas em torno dos feixes vasculares e índice de curvatura maior do que as plantas das bordas da floresta. Assim, plantas de sub-bosque aumentaram sua rigidez à flexão, modificando sua estrutura de tecidos, bem como a forma de suas folhas. Por outro lado, as lâminas foliares de plantas de borda da floresta apresentaram maior densidade estomática e maior densidade de tricomas em sua face adaxial do que as plantas de sub-bosque. Esses padrões podem ser adaptações para um intercâmbio maior de gás e redução da vulnerabilidade a fotoinibição no sol do que em plantas de sombra. Finalmente, a maior parte das variáveis morfológicas e arquitetônicas foram significativamente diferentes entre as posições. Estes resultados suportam nossa opinião de que há uma compensação, no nível da folha, entre a área foliar fotossintética (para a captação de luz e uso da água) e suporte mecânico.Palavras-chave: anatomia foliar, biomecânica, bromélias, morfologia foliar, plasticidade fenotípica.