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Agrociencia

versión On-line ISSN 2521-9766versión impresa ISSN 1405-3195

Agrociencia vol.51 no.1 Texcoco ene./feb. 2017

 

Fitociencia

Imbibición, viabilidad y vigor de semillas de cuatro especies de Opuntia con grado distinto de domesticación

María E. Monroy-Vázquez1 

Cecilia B. Peña-Valdivia1  * 

José R. García-Nava1 

Eloy Solano-Camacho2 

Huitziméngari Campos3 

Eduardo García-Villanueva4 

1Postgrado en Botánica; Colegio de Postgraduados. Carretera México-Texcoco km 36.5. Montecillo, Texcoco, México, 56230. México.

2Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Estudios Superiores Zaragoza, Herbario FEZA. Batalla 5 de Mayo s/n, Ejército de Oriente, Iztapalapa, México, DF, 09230, Mexico.

3Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional Unidad Michoacán, Instituto Politécnico Nacional, Justo Sierra No. 28 Oriente, Jiquilpan, Michoacán 59510, Mexico.

4Postgrado en Recursos Genéticos y Productividad, Fruticultura, Colegio de Postgraduados. Carretera México-Texcoco km 36.5. Montecillo, Texcoco, México, 56230. México


Resumen

En la germinación de las semillas influyen la capacidad de imbibición, la viabilidad y el vigor; estas características ayudarían a explicar la germinación poco exitosa del género Opuntia. El objetivo de este estudio fue evaluar la imbibición, la viabilidad y el vigor de las semillas de nueve variantes de O. streptacantha, O. hyptiacantha, O. megacantha y O. ficus-indica y su relación con la biomasa y tiempo de recolecta. La hipótesis fue que la imbibición, viabilidad y vigor de las semillas en Opuntia son bajos e independientes de la especie y el tiempo de recolección. La imbibición se cuantificó como ganancia de humedad respecto al peso original de las semillas. La viabilidad y el vigor de los embriones se determinaron con la prueba de tetrazolio. El diseño experimental fue completamente al azar, con nueve tratamientos (o recolectas) y un número variable de repeticiones. Los resultados se analizaron con ANDEVA, comparación de promedios con la prueba de Tukey (p≤0.05) y correlación de Pearson. Las nueve variantes embebieron agua aceleradamente las primeras 8 h y la máxima en promedio se mantuvo constante en 29%, por 50 a 68 h, con excepción de una variante de O. megacantha y una de O. ficus-indica, ambas del Estado de México, que embebieron 60%. La imbibición máxima no se relacionó (p>0.05) con la biomasa seminal de la especie silvestre O. streptacantha; en contraste, en O. hyptiacantha cercana a silvestre, O. megacantha, con domesticación mediana, y O. ficus-indica con domesticación mayor, la correlación fue positiva y significativa (r=0.731 a 0.947). Las semillas de las cuatro especies mostraron en promedio 97.6% de viabilidad y 94% de vigor, sin diferencias significativas (p>0.05). Las semillas de las cuatro especies alcanzan imbibición máxima en periodos de horas, su viabilidad y vigor son significativamente altos e independientes de la especie y tiempo de recolección. La capacidad de imbibición de las semillas de Opuntia se modifica con la domesticación.

Palabras clave: Reproducción sexual; biomasa de la semilla; imbibición; vigor; nopal; Opuntia

Abstract

Seed germination is influenced by imbibition capacity, viability and seed vigor; these characteristics could help to explain the few successful germination rate of the genus Opuntia. The aim of this study was to evaluate the imbibition, viability, and vigor of the seeds of nine variants of O. streptacantha, O. hyptiacantha, O. megacantha and O. ficus-indica and its relation to seed biomass and time of collect. The hypothesis was that the imbibition, viability, and vigor of the Opuntia seeds are low and independent of the species and time of harvest. Imbibition was quantified as moisture gain over the original seeds weight. Viability and vigor of the embryos were determined by the tetrazolium test. The experimental design was completely random, with nine treatments (or accessions) and a variable number of repetitions. The results were analyzed with ANOVA, means comparison with the Tukey (p≤0.05) and Pearson correlation tests. The nine variants showed accelerated seed imbibition during the first 8 h. The maximum mean imbibition remained constant at 29%, for 50-68 h, except for one O. megacantha variant and one O. ficus-indica, both from the Estado de México, which imbibed 60%. The maximum imbibition was not directly related (p>0.05) with seed biomass of the wild species O. streptacantha; in contrast, in the nearly wild O. hyptiacantha, the fairly domesticated O. megacantha, and the highly domesticated O. ficus-indica, there was a positive and significant correlation (r=0.731 to 0.947). On average, the four species showed 97.6% seed viability and 94% vigor, with no significant (p>0.05) differences. The seeds of the four species reach maximum imbibition within hours, its viability and vigor are significantly high and independent of the species and harvest time. The imbibition ability of the Opuntia seeds is modified by the domestication process.

Keywords: Sexual reproduction; seed biomass; imbibition; vigor; prickly pear; Opuntia

Introducción

El género Opuntia (Cactaceae) es originario del continente americano, incluye 188 especies y 78 de ellas son nativas de México (Anderson, 2001). Las plantas de estas especies se conocen como nopales y son un recurso genético valioso por la amplitud de usos de sus cladodios, tiernos y maduros, y frutos en la alimentación para humanos, animales de granja y silvestres, en herbolaria y como hospederas del hemíptero parásito Dactylopius coccus, del que se extrae el pigmento natural carmín (Bravo-Hollis y Sánchez-Mejorada, 1991).

De acuerdo con Callen (1966), Opuntia y Homo sapiens tienen una relación estrecha desde hace más de 9000 años. Las especies domesticadas de Opuntia evolucionaron de las nopaleras silvestres, con recolección continua y sistemática, hasta el manejo como cultivo formal en las plantaciones comerciales, con una etapa intermedia de establecimiento de plantas en huertos próximos a las viviendas. La abundancia de variantes silvestres y cultivares numerosos con características excepcionales, como producir frutos grandes, dulces y suculentos, cladodios turgentes, o favorecer la infección por Dactylopius coccus, permitieron establecer, mediante caracteres morfológicos de planta completa, nopales y frutos, un gradiente de domesticación entre las especies de este género (Reyes-Agüero et al., 2005). Este gradiente se respaldó con estudios biofísicos, bioquímicos y fisiológicos de cladodios tiernos (López-Palacios et al., 2012; García-Nava et al., 2015) y morfológicos de frutos y semillas (López-Palacios et al., 2015).

En Opuntia la propagación vegetativa es común y es la más exitosa (Colunga-García et al., 1986; Reyes-Agüero et al. 2005; Mandujano et al., 2007) en las poblaciones silvestres, los huertos familiares y las plantaciones comerciales (Hamilton, 1970; Sáenz et al., 2006; Lenzi y Orth, 2012). El establecimiento de plántulas de Opuntia en condiciones naturales y de laboratorio es muy reducido; en el primer caso, de 600 000 semillas sólo una originará planta (Mandujano et al., 1996), mientras que Colunga-García et al., (1986) afirman que en huertos familiares pueden desarrollarse plantas a partir de semillas.

Las semillas de Opuntia spp. tienen latencia fisiológica pues necesitan un período de maduración para germinar y presentan una cubierta seminal dura y lignificada que dificulta la germinación. Su testa necesita 0.2 a 4.6 kN, según López-Palacios et al. (2015), o 1.59 a 1.68 kN, según Aguilar-Estrada et al. (2003) y Reyes-Agüero et al. (2005), para fracturarse. Además los embriones tienen potencial bajo de crecimiento (Orozco-Segovia et al., 2007). Métodos de escarificación mecánica, lavado con agua, inmersión en agua caliente o en ácido (HCl, H2SO4 o giberélico), y exposición a frío o calor seco se aplican a semillas de algunas especies de Opuntia, pero no tienen efecto en todas las especies, aumentan en parte la germinación de algunas o tienen efecto negativo en otras (Mandujano et al., 2005; Rojas-Aréchiga et al., 2011). También algunos hongos del género Phoma sp., Trichoderma koningii y Penicillium chrysogenum pueden erosionar la testa y facilitar la emergencia de la radícula (Delgado-Sánchez et al., 2013). En relación con lo anterior, una clasificación de latencia es: 1) latencia exógena o del pericarpo o cubierta seminal, 2) latencia endógena o del embrión y, 3) latencia combinada o simultánea de la cubierta seminal y el embrión (FAO, 1991). De acuerdo con esta clasificación las semillas de la mayoría de las especies de Opuntia muestran latencia combinada.

Para que una semilla genere una plántula debe ocurrir la germinación, lo cual involucra mecanismos metabólicos y morfogenéticos, resumidos en estas fases: 1) imbibición o absorción de agua por la semilla, 2) activación del metabolismo y proceso de respiración, síntesis de proteínas y movilización de sustancias de reserva del embrión y, 3) elongación del embrión y ruptura de la testa a través de la cual se observa la salida de la radícula (Suárez y Melgarejo, 2010). No obstante, la imbibición puede darse aún en semillas no viables y por sí misma no garantiza la germinación (Azcón-Bieto y Talón, 2000). Así, la determinación de la viabilidad de las semillas, entre otras características como cantidad y tipo de reservas, y la ausencia de inhibidores de la germinación, permite conocer su potencial para germinar.

Entre las variables que definen a las semillas para originar una planta nueva están la capacidad adecuada de imbibición, la viabilidad y el vigor altos (Baskin y Baskin, 1977). Estas características son indispensables para la germinación de las semillas y el establecimiento de sus plántulas y en semillas del género Opuntia se han evaluado muy poco, aunque podrían ayudar a explicar su germinación poco exitosa.

El objetivo de este estudio fue evaluar la imbibición máxima, la viabilidad y el vigor de las semillas de nueve variantes de O. streptacantha, O. hyptiacantha, O. megacantha y O. ficus-indica y su relación con la biomasa de las semillas. La hipótesis fue que la imbibición de las semillas, la viabilidad y el vigor de los embriones son notablemente bajos e independientes de las especies y tiempo de recolecta.

Materiales y Métodos

Material vegetal

En este estudio se evaluaron semillas de frutos maduros de nueve variantes correspondientes a cuatro especies de Opuntia, con grado distinto de domesticación (Reyes-Agüero et al., 2005) y tiempo de recolección de 3 a 5 años. El material biológico se obtuvo de: 1) el Banco de Germoplasma del Centro Regional Universitario Centro-Norte, de la Universidad Autónoma Chapingo (CRUCEN-UACh) en Zacatecas, México (22° 44’ 49.6” N, 102° 46’ 28.2” O), clima BS1kw(w), 382 mm de precipitación anual, temporada de lluvias en verano e inviernos fríos (García, 2004); 2) un huerto de traspatio en el municipio de San Salvador Atenco, Estado de México (19° 33’ 30’’ N, 98° 54’ 45’’ O), con clima BSkw(w)(i) semiseco, 604 mm de precipitación anual, temporada de lluvias en verano e inviernos fríos (García, 2004); 3) una huerta comercial del municipio de Teotihuacán de Arista, Estado de México (19° 41’ N, 98° 51’ O), con clima BS1kw(w)(i’)g semiárido, lluvias invernal inferior a 5% y oscilación térmica reducida (García, 2004); 4) una población silvestre en San Luis de la Paz, Guanajuato, México (21° 41’ N, 100° 45’ O), con clima BS0kw semiseco, con 400 mm anuales (García, 2004).

Los frutos se recolectaron entre julio y agosto de 2011, 2012 y 2013 (Cuadro 1). Para obtener las semillas, la pulpa de los frutos se colocó con agua en una licuadora doméstica, las aspas poco afiladas se accionaron 30 s a velocidad baja y la mezcla se tamizó. Las semillas se enjuagaron con agua abundante, se colocaron en charolas de plástico y se secaron 5 d a temperatura ambiente en la sombra (26±1 °C). Las semillas secas se colocaron en sobres de papel a la misma temperatura y se almacenaron hasta su utilización.

Cuadro 1 Variantes y especies de Opuntia evaluadas en el estudio. 

Selección de las semillas

Una clasificación visual de las semillas de las nueve variantes permitió identificar grupos con tamaño pequeño, intermedio y grande, abortivas, con malformaciones, color pardo claro y las que flotan cuando se pusieron en agua (Cerezal y Duarte, 2004). Para el estudio se seleccionaron las semillas normales, las que parecían completamente desarrolladas, sin daños o defectos aparentes, que no flotaran en el agua y de tamaño relativamente uniforme característico de cada especie (López-Palacios et al., 2015).

Biomasa y porcentaje de humedad de las semillas

La biomasa promedio de las semillas de las nueve recolectas se determinó en 100 semillas y cada semilla se pesó en una balanza analítica (Scientech SA120, EE.UU. con precisión de ±0.0001 g).

La humedad se determinó individualmente en 25 semillas de cada recolecta. Las semillas se secaron 4 d en una estufa (Riossa digital E-71, México), a temperatura constante (70±1 °C), en obscuridad (Roberts et al., 1988). Los pesos iniciales y finales se registraron en una balanza analítica (Scientech SA120, EE.UU.; con precisión de ±0.0001 g) y la humedad de la semilla se expresó como porcentaje de la pérdida de peso respecto al peso inicial (International Seed Testing Association, 2010).

Imbibición

Las semillas de las nueve variantes, de las cuatro especies de Opuntia, se colocaron en cajas Petri con soporte de algodón y papel filtro, se humedecieron con agua destilada y se mantuvieron en una cámara con ambiente controlado (Seedburo ATTGPT-B, EE.UU.), a temperatura constante (30±1 °C) y en obscuridad. Tres repeticiones de cada variante se evaluaron, con 10 semillas cada una (n=30). El peso inicial se registró cada 4 h durante 48 h, y un registro final se hizo después de 72 h del inicio. La imbibición se expresó como porcentaje de incremento del peso de la semilla, por absorción de agua, con respecto al peso inicial.

Viabilidad y vigor

La viabilidad y el vigor de las semillas se cuantificaron con la prueba de tetrazolio descrita por International Seed Testing Association (2010) y Maldonado-Peralta et al. (2016), en cinco variantes, con asignación aleatoria, de las nueve incluidas en el estudio e incluyó al menos una de cada especie (G, Z1, EM, EM1 y EM2; Cuadro 1). Cinco repeticiones con 10 semillas por variante se mantuvieron en cajas Petri con soporte de algodón y papel filtro completamente humedecido, por 18 d, a 30±1 °C y oscuridad en una cámara con ambiente controlado (Seedburo ATTGPT-B, USA). Luego la cubierta seminal se removió (con un alicate), y los embriones se extrajeron. Estos se colocaron en cajas Petri, se sustituyó el agua por una solución de tetrazolio (2,3,5 cloruro de trifenil tetrazolio) al 1% en agua (p:v) (Altare et al., 2006) y se mantuvieron en las mismas condiciones dentro de la cámara por 24 h. Luego, los embriones se enjuagaron con agua destilada y se observaron con un microscopio estereoscópico (Leica Microsystems EZ4, Suiza).

Los embriones se clasificaron según su coloración (International Seed Testing Association, 2010; Maldonado-Peralta et al., 2016) en: 1) vivos con vigor alto, cuando estaban totalmente teñidos de rojo intenso, 2) vivos con vigor bajo, cuando su coloración era rojo pálido o con secciones descoloridas y, 3) no viables, cuando permanecieron incoloros (la versión impresa muestra tonos grises y la versión electrónica muestra los colores originales de los embriones). La viabilidad se expresó como porcentaje de embriones vivos del total de evaluaciones de cada recolecta. La suma de la clase 1 y 2 representó la proporción de embriones viables, la clase 1 representó a los embriones con vigor alto y la clase 2 a los de vigor bajo. Los valores se expresaron en porcentaje.

Diseño experimental y análisis estadístico

El diseño experimental para evaluar la dinámica de imbibición fue completamente al azar, con cuatro tratamientos o especies, nueve muestras o variantes, y 30 repeticiones por variante, cada una representada por una semilla. El diseño experimental para cuantificar la viabilidad y el vigor fue completamente al azar con cinco tratamientos (cinco variantes) y cinco réplicas de 10 embriones cada una.

Los resultados se analizaron con ANDEVA, comparación múltiple de promedios con la prueba de Tukey (p≤0.05) y correlación de Pearson.

Resultados y Discusión

Biomasa y humedad de las semillas

La biomasa de las semillas mostró diferencias significativas (p≤0.05) entre las nueve variantes. Las semillas de O. ficus-indica cv. Atlixco (EM1) fueron las menos pesadas del grupo de variantes y en promedio representaron 39.37% de las más pesadas, que fueron las de Amarilla Olorosa de O. hyptiacantha (Z2). Las semillas de las otras variantes mostraron valores intermedios entre esos extremos. Las diferencias en la biomasa seminal también fueron significativas (p≤0.05) dentro y entre las especies. En la especie silvestre O. streptacantha se detectó la diferencia menor (9.4%) entre sus variantes y en O. ficus-indica, la especie con grado mayor de domesticación, el contraste fue el mayor (p≤0.05); en esta última la biomasa de las semillas de la variante Atlixco (EM1), representó 48% de la correspondiente a Copena V1 (EM2) (Figura 1).

Figura 1 Biomasa de las semillas (±e.e.) de nueve variantes de cuatro especies de Opuntia recolectadas en el Estado de México (EM), Guanajuato (G) y Zacatecas (Z), México; (n=50). 

López-Palacios et al. (2015) cuantificaron y caracterizaron físicamente las semillas de 89 variantes de cinco especies de Opuntia y observaron un gradiente de biomasa de semillas con el grado de domesticación: las semillas de O. streptacantha fueron pequeñas y su biomasa promedio fue la menor (13.11 mg) del gradiente y entre las más pesadas estuvieron las de O. ficus-indica (15.91 mg). Nuestros resultados son diferentes porque no mostraron relación directa de la biomasa de las semillas con el grado de domesticación de la especie, pero la biomasa promedio de las semillas estuvo en el intervalo documentado por esos autores. Es probable que la variabilidad de la biomasa, o tamaño, de semilla del género Opuntia sea una característica que además de estar relacionada con el nivel de domesticación de la especie o variante (López-Palacios et al., 2015), dependa de la multiplicación vegetativa reiterada, común y exitosa de las plantas de este género, los procesos de selección para la multiplicación de estructuras vegetativas (cladodios) o reproductivas (frutos), de interés para los humanos, y la interacción de estos factores. Pero, con la información actual no es posible identificar cual o cuales factores tienen efectos mayores en las semillas de las variantes en el gradiente de domesticación, porque tanto la reproducción sexual como la propagación asexual parecen haber contribuido al éxito ecológico y evolutivo del género. La multiplicación vegetativa parece ser más eficiente que la reproducción sexual en plantaciones y en poblaciones silvestres. La reproducción principalmente vegetativa de las especies del género Opuntia está bien documentada; y O. ficus-indica, la especie con grado mayor de domesticación, se reproduce sexualmente pero se propaga vegetativamente y la multiplicación con cladodios es la técnica de cultivo más utilizada (Barbera et al., 1994; Reyes-Agüero et al., 2005).

La multiplicación con fines de producción de estructuras vegetativas impide la obtención de frutos y semillas, pues los cladodios o nopales jóvenes se cosechan antes de que alcancen las etapas reproductivas. La propagación vegetativa substituye a la reproducción sexual, al menos parcialmente, y parece indispensable por la latencia propia de las semillas del género Opuntia, independiente de la especie (Barbera et al., 1994; Reyes-Agüero et al., 2005; López-Palacios et al., 2015). Además, las variantes de una especie pueden tener semillas normales con anchura y espesor homogéneos, como en O. megacantha y O. ficus-indica, o heterogénea como en O. streptacantha y O. hyptiacantha y estas tendencias influyen en el peso individual de las semillas, independientemente de su proporción en el fruto (López-Palacios et al., 2015). Estas variaciones en la biomasa de las semillas entre las especies y variantes, además de las ya expuestas, también pueden deberse a las condiciones agroclimáticas diferentes de los sitios de crecimiento de las plantas de las que se obtuvieron las semillas, la madurez de los frutos de los que se obtuvieron las semillas y el tiempo de maduración de la semilla después de la cosecha.

El contenido de humedad de las semillas mostró diferencias significativas (p≤0.05) entre las variantes. En seis de las nueve variantes, incluyendo O. streptacantha, O. hyptiacantha, O. megacantha EM y O. ficus-indica Rojo Vigor (Z), las semillas promediaron 4.97% de humedad y dos variantes de O. ficus-indica promediaron la humedad mayor (6.94%) del grupo (Figura 2). De acuerdo con el análisis de correlación de Pearson el contenido de humedad de las variantes no tuvo relación significativa con la biomasa seminal (r: 0.064 a 0.285; p>0.224). La humedad ligeramente mayor de las variantes de O. ficus-indica puede resultar del tiempo menor de almacenamiento, pues al menos una de ellas fue la última en cosecharse (Cuadro 1).

Figura 2 Humedad de las semillas (±e.e.) de nueve variantes de cuatro especies de Opuntia recolectadas en el Estado de México (EM), Guanajuato (G) y Zacatecas (Z), México; (n=50). 

Imbibición

La imbibición dependiente del tiempo de las semillas mostró diferencias y semejanzas entre las variantes, y también dentro y entre las especies. La similitud principal fue que las semillas de las nueve variantes embebieron agua aceleradamente las primeras 8 h, aunque en O. megacantha EM y O. ficus-indica EM2 (Copena V1) se extendió otras 4 u 8 h. Además, después de esa etapa acelerada la imbibición promedio permaneció constante durante las siguientes 50 a 68 h, en ocho de las nueve variantes. La excepción fue O. ficus-indica EM1 que continuó la ganancia de humedad, aunque menos acelerada que en las primeras 4 h. La imbibición máxima promedio de las semillas de siete de las variantes (las dos de O. streptacantha y de O. hyptiacantha, O. megacantha Z y de O. ficus-indica EM2 y Z) fue 29% (p>0.05) de humedad respecto a su biomasa inicial (Figura 3A-D ). En contraste, las semillas de las otras dos variantes (O. megacantha EM y O. ficus-indica EM1) mostraron imbibición máxima promedio de 60% (Figura 3C-D).

Figura 3 Imbibición acumulada (±e.e.) de agua por semillas de nueve variantes de cuatro especies de Opuntia. Variantes de (A) O. streptacantha Guanajuato (○) y Zacatecas (●), (B) O. hyptiacantha de Zacatecas (▫ y ▪), (C) O. megacantha del Estado de México (∆) y Zacatecas (▲) y (D) O. ficus-indica del Estado de México (◊ y ⸎) y Zacatecas (♦). 

Estos resultados coinciden con los obtenidos por Monroy V. et al. (2016) en un estudio de germinación de semillas de O. streptacantha G, O. megacantha EM y O. ficus-indica EM1 y EM2. Según ellos, después de 48 h las semillas silvestres embebieron la cantidad menor (p≤0.05) de agua (23%), las de O. megacantha con grado de domesticación intermedia embebieron 28%, y las de O. ficus-indica con grado mayor de domesticación, 31%. Pero, 160 h después las semillas de las tres especies en promedio habían embebido una cantidad similar de agua (35%; p>0.05); en ese tiempo, 1% y 10% de las semillas de O. ficus-indica y O. streptacantha germinó, pero las semillas germinadas tenían humedad un poco mayor que la media (47 y 55%).

Así, en las condiciones de evaluación las semillas de las nueve variantes e independiente del año de recolección, de O. streptacantha, O. hyptiacantha, O. megacantha y O. ficus-indica, embebieron aceleradamente y en las primeras horas obtuvieron la imbibición máxima. Esto coincide con lo descrito por Orozco-Segovia et al. (2007), quienes reportan que las semillas de O. tomentosa tienen la capacidad de embeber ya que su cubierta seminal carece de estratos de macroesclereidas que podrían dar impermeabilidad de la cubierta seminal. Además, documentan la formación de una válvula de germinación y un canal de agua en la región hilo-micropilar durante la desecación y el almacenamiento de las semillas, y propusieron que en el género Opuntia hay probabilidad baja de latencia física por impermeabilidad de la cubierta seminal. Pero, las características de varias especies del género Opuntia y la reacción positiva a los métodos para eliminar su latencia concuerdan con la clasificación de la FAO (1991) de semillas con latencia combinada o simultánea de la cubierta seminal y el embrión.

El análisis de correlación de Pearson mostró que la imbibición máxima de las semillas de las especies no tuvo relación significativa con su humedad inicial. Además, la imbibición máxima tampoco se relacionó significativamente con la biomasa seminal de la especie silvestre O. streptacantha. En contraste, en O. hyptiacantha que es la especie cercana a la silvestre, O. megacantha con domesticación mediana, y O. ficus-indica con la domesticación mayor, la imbibición máxima tuvo relación directa y significativa con la biomasa de las semillas (Cuadro 2).

Cuadro 2 Coeficiente de correlación de Pearson, y su probabilidad, del peso medio e imbibición máxima de semillas de cuatro especies de Opuntia

El análisis incluyó dos variantes de O. streptacantha, de los estados de Guanajuato (G) y Zacatecas (Z), dos de O. hyptiacantha de Z, dos O. megacantha del Estado de México (EM) y Z y tres de O. ficus-indica de EM y Z

Estos resultados indican que la capacidad de imbibición de las semillas de Opuntia se modifica con la domesticación (Cuadro 2). Otras características de las semillas de este género reconocidas como modificaciones promovidas por la domesticación son anchura, longitud y dureza, que son menores en O. streptacantha respecto a O. ficus-indica; además, esos cambios mostraron un gradiente directo con el grado de domesticación (López-Palacios et al., 2015).

Viabilidad y vigor

La prueba con tetrazolio mostró que las semillas de las cuatro especies, independientemente del año de recolecta, tuvieron en promedio 97.6% de viabilidad y sin diferencias significativas entre ellas (p>0.05) (Cuadro 3). El vigor de los embriones, de acuerdo con el patrón y nivel de tinción (Figura 4) no fue diferente (p>0.05) entre las especies y en promedio el vigor alto y bajo fue 92 y 5.6% (Cuadro 3).

Cuadro 3 Viabilidad y vigor de los embriones de cuatro especies de Opuntia

G: recolecta de San Luis de la Paz, Guanajuato; EM: recolectas del Estado de México; Z: recolecta del estado de Zacatecas; n=50.

Figura 4 Coloraciones típicas y ausencia de cambio de color en los embriones de Opuntia, según su viabilidad y vigor, tratados con tetrazolio. Este ejemplo corresponde a embriones de la variante Amarillo Olorosa de O. hyptiacantha (A) viable con vigor alto, (B) probablemente viable con vigor bajo y (C) no viable, y longitudes promedio de 3.75 mm (coeficiente de variación: 9.30). 

La prueba del tetrazolio (cloruro de 2,3,5,-trifenil-tetrazolio) se utiliza para evaluar la viabilidad de las semillas con base en la actividad respiratoria (en las mitocondrias) de los tejidos; específicamente, en la actividad de la cadena de electrones. La reacción bioquímica de esa prueba es un proceso de reducción química del compuesto, en el cual las células vivas toman el hidrógeno liberado por las enzimas deshidrogenasas y forman un derivado del cloruro de 2,3,5,-trifenil-tetrazolio (incoloro) a un compuesto rojo, estable y no difusible, conocido como trifenil-formazan (Victoria et al., 2006). Así, la coloración rojo intenso indica la presencia de células vivas del embrión (Figura 4A); la actividad de los sistemas enzimáticos decrece con el deterioro de la semilla, por lo que una coloración rosa o rosa pálido indican viabilidad baja (Figura 4B) y la ausencia de coloración (permanencia del color original) indica que el tejido embrionario está muerto (Figura 4C). Por lo tanto, la proporción de zonas teñidas se toma como una medida del vigor de la semilla (Moreno M., 1996; International Seed Testing AssOciation, 2010). Los patrones topológicos de tinción en regiones esenciales como radícula, plúmula, eje embrional y cotiledones se relacionan con la probabilidad alta o baja de germinación, como se documenta en embriones de especies con importancia comercial, Calendula officinalis (caléndula) y Anethum graveolens (eneldo) (Victoria et al., 2006). Esos patrones pueden establecerse en especies cultivadas en escala menor, cuya importancia se reconoce desde tiempos prehispánicos, como Malpighia mexicana y Byrsonima crassifolia (nanche) (Maldonado-Peralta et al., 2016). De acuerdo con lo anterior, los resultados de nuestro estudio son evidencia confiable de que las semillas de las cuatro especies de Opuntia que embebieron aceleradamente contenían embriones viables y vigorosos, independiente de la variante, la especie y el año de recolecta (Cuadro 3).

La información de la viabilidad y el vigor de las especies del género Opuntia es escasa pues, de las 188 que lo conforman (Anderson, 2001), se ha documentado sólo en algunas, y no puede generalizarse. Pero los resultados de viabilidad de nuestro estudio fueron similares a los de semillas de O. maxima y O. stricta (97%) (Gimeno y Vilà, 2002) y O. ficus-indica (100%) (Altare et al., 2006).

Los resultados de nuestro estudio también coincidieron con los obtenidos por Monroy V. et al. (2016) quienes evaluaron el efecto de tratamientos en semillas de tres especies de Opuntia que, en promedio, mostraron 97.5% de viabilidad. A pesar de ese porcentaje de viabilidad las semillas de O. streptacantha, O. megacantha y O. ficus-indica, en condiciones diversas de escarificación, temperatura, fotoperiodo y presencia de ozono como agente oxidante, mostraron 3 a 76%, 0 a 38% y 0 a 48% de germinación. En nuestro estudio, aunque no era parte del objetivo, se consideró conveniente complementar la información de germinación de las semillas. Después de evaluar la imbibición se observó que en 50 d germinó 23 y 33% de las semillas de O. streptacantha G y Z, respectivamente, y 6.7% de las de O. hyptiacantha; pero ninguna semilla de las otras seis variantes germinó en ese tiempo. Estos resultados mostraron un gradiente de germinación relacionado con el de domesticación, en el cual una proporción de las semillas de la especie silvestre y cercanamente silvestre rompieron su latencia después de mes y medio, en contraste con las reconocidas con grado bajo y mayor de domesticación que no mostraron ruptura de latencia.

La intensidad de la coloración de los embriones (viabilidad), su relación con el vigor y la proporción alta de ambos valores indicaron que la prueba de tetrazolio puede ser concluyente para evaluar estas características de las semillas de Opuntia. Otros métodos de expresión del vigor, como la siembra profunda, en suelo compacto o con humedad limitada, y otros (Copeland y McDonald, 2001), combinados con la cuantificación del tiempo de retardo para la emergencia, la longitud del vástago y la raíz, la acumulación de biomasa fresca y seca del vástago y la raíz, proporcionan información de la capacidad de establecimiento de las plántulas (International Seed Testing Association, 2010). Estos métodos se aplican a semillas de especies silvestres y domesticadas en las cuales la escarificación asegura la germinación y emergencia de las plántulas (Celis-Velázquez et al., 2008a, 2008b; Celis-Velázquez et al., 2010), pero este no es el caso de las semillas de Opuntia, ya que su latencia y dureza de la testa (Orozco-Segovia et al., 2007) impiden al embrión emerger fácilmente. Por lo anterior, la prueba con tetrazolio parece la más adecuada para conocer la viabilidad y el vigor de los embriones de Opuntia.

Los resultados de nuestro estudio confirmaron que las semillas de las cuatro especies evaluadas eran viables, vigorosas y podían embeber humedad; todos estos son elementos necesarios para la germinación de las semillas y el establecimiento de sus plántulas. Las dificultades para la germinación de las semillas de Opuntia fue documentada por Pilcher (1970) y Baskin y Baskin (1977) y se atribuyeron a la latencia de las semillas (Rojas-Aréchiga y Vázquez-Yanes, 2000) y a la dureza de la cubierta seminal (Sánchez-Venegas, 1997; Mandujano et al., 2005; Olvera-Carrillo et al., 2009; Romo-Campos et al., 2010).

Conclusiones

La capacidad de imbibición de las semillas de Opuntia se modifica con la domesticación. La viabilidad y el vigor de los embriones del género Opuntia son significativamente altos e independientes de la especie.

Agradecimientos

Los autores agradecen la donación de las semillas de cuatro variantes al Banco de Germoplasma del Centro Regional Universitario Centro-Norte, de la Universidad Autónoma Chapingo (CRUCEN-UACh).

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Recibido: Junio de 2016; Aprobado: Agosto de 2016

*Autor de correspondencia: cecibetipv@gmail.com, cecilia@colpos.mx

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