Germinación total

En las unidades experimentales de cada tratamiento se contó el número total de semillas germinadas, consideradas así cuando la emergencia de la radícula tuvo una longitud ≥ 3 mm. El valor en porcentaje se obtuvo con la ecuación propuesta por ^{Sampayo-Maldonado et al. (2017)}.

Dónde: n, número de semillas germinadas; N, número total de semillas por unidad experimental.

Velocidad de germinación

Las unidades experimentales se revisaron cada 2 h y se contabilizó, sin reemplazo, el número de semillas germinadas. En los tratamientos de 15 a 40 °C, el registro concluyó cuando transcurrieron 6 h sin emisión de radícula, en los de 45 y 50 °C cuando las semillas aumentaron su volumen y explotaron al tocarlas y en los de 5 y 10 °C cuando se colapsaron y endurecieron. La velocidad de germinación se obtuvo con la ecuación propuesta por ^{Calzada-López et al. (2014)}.

Dónde: VG, velocidad de germinación; Gi, número de semillas germinadas en el tiempo i; Ni, tiempo i (horas) desde que las unidades experimentales se colocaron en las incubadoras.

Germinación media o t₅₀

En las cajas Petri de cada tratamiento se registró el número de horas transcurridas desde la imbibición de las semillas hasta que se alcanzó el 50 % de la germinación. El Software TableCurve 2D v.3 fue utilizado para ajustar los modelos sigmoides y obtener el valor de t₅₀ por interpolación (^{Ordoñez-Salanueva et al., 2015}).

Temperaturas cardinales: temperatura base (Tb), temperatura óptima (To), temperatura máxima (Tm).

Temperatura base (Tb). Con el software TableCurve 2D v.3, en las unidades experimentales de cada tratamiento, se calculó en percentiles con intervalos de 10, el tiempo de germinación de las semillas de Chenopodium quinoa variedades Suyana o Tunkahuan. El inverso del tiempo de germinación se graficó como función de la temperatura para observar la tendencia de los datos, ubicar el punto de inflexión y determinar las temperaturas subóptimas. Posteriormente, se ejecutó la regresión lineal para obtener los parámetros de cada percentil de germinación (^{Ellis et al., 1986}). Se calculó el valor medio de la intercepción x (β₀) y se utilizó para ejecutar una segunda regresión lineal de cada percentil de germinación, se obtuvo otra β₀, el promedio de ambos valores representó la temperatura base de germinación para cada variedad de quinoa.

Temperatura máxima (Tm). Con el software TableCurve 2D v.3, se determinaron las temperaturas supraóptimas, con ellas se realizó una regresión lineal para obtener los parámetros para cada porcentaje de germinación. Se obtuvo el valor promedio de β₀, con el cual se realizó una segunda regresión lineal y se obtuvo nuevamente el valor promedio de β₀, que fue el valor de temperatura máxima (^{Hardegree, 2006}).

Temperatura óptima (To). Una vez obtenidas las temperaturas base y máxima, las ecuaciones de la segunda regresión se igualaron a cero. El valor obtenido fue la temperatura óptima (^{Hardegree, 2006}).

Germinación total

La germinación total de Chenopodium quinoa Suyana fue significativamente mayor (de 91 a 99.4 %) cuando las semillas se expusieron entre 15 y 35 °C, mientras que a 5, 10 o 40 °C, los porcentajes de germinación fluctuaron de 73 a 87 % y fueron similares entre sí. Sin embargo, con temperaturas de 45 o 50 °C la germinación disminuyó drásticamente hasta 20.2 y 6.4 % respectivamente. En Chenopodium quinoa Tunkahuan la germinación significativamente mayor, con valores entre 94 y 100 %, se registró entre 5 y 40 °C y con 45 o 50 °C la germinación fue de 40 %, sin diferencias por efecto de las temperaturas de imbibición (Tabla 1).

Entre 5 y 40 °C, las semillas de Chenopodium quinoa Tunkahuan tuvieron 94 % de germinación, mientras que a 45 o 50 °C, los valores fueron 2 o 6 veces mayores comparados con los de Suyana, cuya germinación en esas temperaturas fue de 20.2 y 6.4 % respectivamente. Las respuestas a la germinación diferentes de estas dos variedades sugieren que Tunkahuan podría cultivarse en áreas frías, templadas o cálidas, no así Suyana, que su cultivo se restringiría a zonas templadas y frías. Entre especies diferentes o cultivares de la misma especie, el porcentaje de semillas germinadas puede variar con la temperatura, por ejemplo, ^{Steckel et al. (2004)} mencionan que de nueve especies de Amaranthus, ocho de ellas tienen porcentajes de germinación entre 72 y 82 % a 30 °C, excepto Amaranthus blitoides que responde mejor entre 20 y 25 °C. Semillas de Physalis philadelphica cultivares Diamante, Chapingo y Tecozahutla tuvieron valores de germinación mayores que 80 % entre 15 y 35 °C, mientras que las de P. philadelphica cv. Cerro Gordo tuvieron más restricción por efecto de la temperatura ya que el mismo porcentaje de germinación lo mostraron entre 20 y 35 °C (^{Calzada-López et al., 2014}). En Chenopodium quinoa, las semillas de los cultivares Sajama, Santamaría o Titicaca tienen germinación ≥ 70 % cuando se imbiben entre 5 y 40 °C. Particularmente, las del cultivar Titicaca destacan porque desde 5 hasta 35 °C su germinación es mayor que 97 % y a 40 °C apenas disminuye a 88 % (^{Mamedi et al., 2017}). En el mismo intervalo de temperaturas (de 5 a 40 °C), las semillas de Chenopodium quinoa Suyana, evaluadas en esta investigación, tuvieron mayor porcentaje de germinación que las de Ch. quinoa cv. Sajama o Santamaría, mientras que las semillas de la variedad Tunkahuan, que también se evaluaron en esta investigación, sobresalieron entre las otras cuatro, ya que incluso a 5 o 50 °C su germinación fue de 94 y 37 % respectivamente. Por esta razón Chenopodium quinoa Tunkahuan puede considerarse como una opción viable en un programa de selección de genotipos tolerantes a temperaturas extremas. Con la condición de que durante la fase de floración la temperatura del ambiente no sobrepase los 35 °C, de lo contrario, las panojas no formarán granos (^{Hinojosa et al., 2018}).

Velocidad de germinación

La velocidad de germinación mayor (7.4 semillas h^-1) ocurrió a 30 °C en Chenopodium quinoa Suyana, mientras que Tunkahuan tuvo su tasa mayor (6.6 semillas h^-1) en el intervalo de 30 a 40 °C. A 5 °C la velocidad de germinación disminuyó a 0.35 en ambas variedades, pero a 50 °C, en Suyana fue 59 % menor comparada con Tunkahuan donde germinaron 2.7 semillas h^-1. En el intervalo de temperatura que va de 0 a 25 °C, la germinación se mantuvo entre 2 y 5 semillas h^-1 sin importar la variedad (Figura 1).

Figura 1 Tasa de germinación de Chenopodium quinoa Suyana (A) o Tunkahuan (B). Cada dato es la media de 5 repeticiones ± error estándar. Letras diferentes en cada temperatura evaluada indican diferencias significativas (Tukey, α ≤ 0.05). 

La velocidad de germinación puede cambiar con la temperatura de imbibición de las semillas y con las características que cada cultivar adquirió durante su proceso de domesticación. Por ejemplo, en Physalis philadelphica, los cultivares Diamante, Chapingo, Tecozautla o Cerro Gordo tienen velocidad de germinación mayor (17.3 a 21.6 semillas h^-1) entre 20 y 35 °C, mostrando siempre P. philadelphica Diamante los valores más altos (^{Calzada-López et al., 2014}). En investigaciones realizadas con quinoa, ^{Boero et al. (2000)} mencionan que en semillas de Chenopodium quinoa variedades Kamiri, Robura, Sajama y Samaranti, colocadas en cajas Petri a 8 °C, la velocidad de germinación fluctúa entre 0.1 y 0.5 semillas h^-1. Respuesta similar se observó en Ch. quinoa Suyana o Tunkahuan, a 5 °C. Por otro lado, ^{Hinojosa et al. (2018)} mencionan que en cultivares andinos de Chenopodium quinoa como Chucapaca, Surumi, Kamiri, Juganda y Jiwaki entre otros, la velocidad de germinación disminuye conforme lo hace la temperatura, ya que requieren de 3 h, a partir de la imbibición, para que sus semillas viables germinen cuando se exponen a 20 °C, pero el tiempo se incrementa a 11 h cuando se imbiben a 5 °C y a más de 22 horas a 2 °C. En este experimento, el tiempo requerido para la germinación de las semillas de Ch. quinoa Suyana o Tunkahuan, expuestas a 5 °C, fue de 122 h. La diferencia de 100 horas podría atribuirse al preacondicionamiento inducido ambiente donde se desarrollaron las variedades Suyana o Tunkahuan (entre 22 y 27 °C), comparada con los cultivares de la región andina que se desarrollan con temperaturas cercanas a los 0 °C.

Germinación media (t₅₀)

Las semillas de Chenopodium quinoa Suyana que se colocaron entre 20 y 35 °C requirieron, en promedio, 8.1 h para obtener la t₅₀, mientras que las de Tunkahuan la obtuvieron en 7.1 h y el intervalo de temperaturas fue de 20 a 40 °C. En ambas variedades los tiempos más cortos para obtener t₅₀ fueron de 6 horas y ocurrieron a 30 °C. Por debajo de 20 °C el tiempo para obtener t₅₀ se incrementó y por arriba de 40 °C la germinación media no fue alcanzada por ninguna de las dos variedades (Figura 2).

Figura 2 Tiempo requerido para la germinación media o t₅₀ de cada temperatura. Chenopodium quinoa (A) Suyana (5 °C, 143.5 ± 2.6 h; 10, 21.7 ± 2.6; 15, 18.7 ± 1.4; 20, 8.1 ± 1.3; 25, 8.6 ± 2; 30, 6.2 ± 1.5; 35, 9.5 ± 2.7; 40 °C, 14.7 ± 2.7 h). (B) Tunkahuan (5 °C, 138.2 ± 1.6 h; 10, 21.0 ± 2.9; 15, 17.1 ± 2.0; 20, 8.3 ± 1.5; 25, 7.7 ± 2.0; 30, 5.9 ± 1.1; 35, 6.1 ± 2.7; 40 °C, 7.3 ± 3.5 h) a 45 o 50 °C, t₅₀ no se obtuvo para ninguna variedad. 

^{Bois et al. (2006)} mencionan, que variedades de Chenopodium quinoa que se cultivan en los Andes como Surumi, Kamiri y Juganda entre otras, la temperatura para que ocurra el 100 % de germinación oscila entre 18 y 23 °C. Para las variedades Suyana o Tunkahuan, cuyas semillas fueron cosechadas de plantas que se desarrollaron entre 22 y 27 °C, el 100 % de germinación y los valores de t₅₀ con tiempos más cortos se obtuvieron 30 °C. Lo anterior sugiere que el sitio donde se desarrollan los cultivos podría preacondicionar las semillas para que su mayor germinación ocurra en temperaturas cercana a su ambiente de desarrollo. Durante la imbibición y reactivación del metabolismo, fase I y II de la germinación, la exposición de las semillas a bajas (≤ 5 °C) o altas (≥ 35 °C) temperaturas puede provocar la muerte del embrión, ya que se afectan eventos como síntesis de ácido giberélico o formación de mRNA que participan en la activación de enzimas que degradan los compuestos de reserva y translocan energía al embrión (^{Bove et al., 2001}; ^{Rosa et al., 2004}; ^{Taiz y Zeiger, 2010}). Semillas de Chenopodium quinoa Suyana o Tunkahuan expuestas a 5 °C, durante las fases I y II de la germinación, requirieron de 140 horas para reactivar su metabolismo, obtener el valor de t₅₀ y una germinación final de 73 y 94 % respectivamente. A 40 °C, los valores de t₅₀ fueron 7.3 y 14.7 h, con germinación final de 95 y 80 % para las variedades Tunkahuan y Suyana respectivamente. Estos resultados indican que, en las semillas de ambas variedades, los eventos que ocurren durante las fases I y II de la germinación se ralentizan con bajas temperaturas (5 °C), pero no afectan la germinación final, particularmente en la variedad Tunkahuan. En el otro extremo, las altas temperaturas (≥ 40 °C) disminuyen significativamente la germinación, quizá debido a la desnaturalización de las membranas celulares o mitocondriales que participan en la generación de energía (ATP) para la reactivación del embrión (^{Taiz y Zeiger, 2010}). Además, las semillas de la variedad Suyana son más sensible que las de Tunkahuan cuando se exponen a altas temperaturas durante el proceso de germinación.

Temperaturas cardinales

En Chenopodium quinoa Suyana, las ecuaciones que se obtuvieron para las temperaturas subóptimas y supraóptimas fueron: y = 0.006625X + (-0.022028); y = -0.009213 + 0.457407 y explican la variación de la tasa de germinación en 86 y 65 % respectivamente. Para la variedad Tunkahuan las ecuaciones y porcentajes con los que se explica la variación en la tasa de germinación fueron: y = 0.006178X + (-0.0175544), 93 %; y = -0.009213 + 0.457407, 81 % que corresponden a las temperaturas subóptimas y supraóptimas respectivamente. Las temperaturas base, óptimas y máximas fueron: 2.3 y 1.8; 30.2 y 33.2; 48.8 y 62.2 °C para Chenopodium quinoa Suyana y Tunkahuan respectivamente (Figura 3).

Figura 3 Tasa de germinación en percentiles para cada temperatura en el rango de temperaturas cardinales de Chenopodium quinoa Suyana (A) o Tunkahuan (B). Tb, temperatura base; To, temperatura óptima; Tm, temperatura máxima. 

Para una especie o cultivar, el conocimiento de las temperaturas cardinales resulta importante para predecir sus áreas de distribución con posibilidades de éxito (^{Singh et al., 2008}). El intervalo de temperatura donde ocurre la germinación óptima es único en cada cultivar y la exposición a temperaturas subóptimas o supraóptimas podría afectar negativamente la germinación de las semillas. Sin embargo, aquellas que mantengan porcentajes altos de germinación en temperaturas alejadas de las óptimas podrían tener mayor capacidad para sobrevivir en ambientes cálidos o fríos (^{Mamedi et al., 2017}).

En este caso, las temperaturas base y óptimas fueron similares para ambas variedades, sin embargo, la máxima fue de 48.8 °C para Suyana y de 62.2 °C para Tunkahuan, lo que sugiere que el cultivo de esta última variedad puede ser exitoso en climas cálidos o secos y que ambas pueden prosperar en climas fríos, como los cultivares Sajama, Santamaría, Titicaca, Sayaña o Almida cuyos valores de Tb van de -2 a 2 °C (^{González et al., 2017}; ^{Mamedi et al., 2017}).

En Chenopodium quinoa, la procedencia de los genotipos puede estar relacionada con las temperaturas de germinación de sus semillas, por ejemplo en genotipos provenientes de tres regiones de Chile, los de la zona norte mostraron temperaturas base menores (9.4 °C), pero óptimas (30 °C) y máximas (50.6 °C) mayores que los de la zona centro o sur cuyas Tb, To y Tm fueron de 10.6, 27.8 y 44.9 °C respectivamente (^{Ayala-Pérez, 2018}). Los valores de Tm mayores en los genotipos de la zona norte o región de Tarapacá podrían estar relacionados con temperaturas anuales mayores (de 11 a 19 °C) que se presentan en esa zona comparado con el intervalo anual (de 5.5 a 15.3) que se presenta en las regiones de O’Higgins o de los Lagos. En el caso Chenopodium quinoa Tunkahuan, el intervalo amplio (de 5 a 40 °C) con germinación ≥ 94 % y su Tm de 60.5 a 63.8 °C, indican que esta variedad puede cultivarse y establecerse en zonas frías y templadas, pero también en zonas árida y cálidas como en el norte de la república mexicana, mientras que Suyana podría establecerse mejor en zonas templadas como en el centro de la república mexicana.