Effect of gamma radiation on Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham.
L. G. Iglesias–Andreu1; L. R. Sánchez–Velásquez1; Y. Tivo–Fernández2; M. Luna–Rodríguez3; N. Flores–Estévez1; J. C. Noa–Carrazana1; C. Ruiz–Bello4; J. L. Moreno–Martínez4
1 Instituto de Biotecnología y Ecología Aplicada. Universidad Veracruzana. Campus para la Cultura, las Artes y el Deporte. Av. de las Culturas Veracruzanas Núm. 101. Colonia Emiliano Zapata, Xalapa, Veracruz, MÉXICO. C. P. 91090. Correo–e: liglesias@uv.mx
2 Gerencia Estatal de la Comisión Nacional Forestal (CONAFOR). Tabasco, MÉXICO.
3 Laboratorio de Alta Tecnología de Xalapa, S. C., Universidad Veracruzana. Calle Médicos Núm. 5 Col. Unidad del Bosque, Xalapa, Veracruz, MÉXICO. C. P. 91010.
]]> 4 Facultad de Ciencias Agrícolas, Universidad Autónoma de Chiapas, Campus IV, Tapachula–Huehuetán, Chiapas. MÉXICO.
Recibido: 23 de junio, 2009
Aceptado: 7 de septiembre, 2009
RESUMEN
La utilización de radiaciones ionizantes ha resultado de utilidad en los trabajos de mejoramiento genético de especies forestales. Sin embargo, su uso debe estar precedido por ensayos que permitan determinar el efecto que tiene sobre el material vegetal utilizado. Se realizó un experimento con el fin de evaluar el efecto de diversas dosis de radiaciones gamma (2, 5, 10, 15 y 20 Gy) comparado con un control sin irradiación, sobre el porcentaje de germinación de semillas de Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham. procedentes del Cofre de Perote, Veracruz, México, así como sobre la variable altura y el número de hojas primarias de los propágulos germinados. Al analizar los datos y compararlos con el control se observó que las dosis produjeron un efecto severo en los caracteres evaluados. La germinación varió de 0 a 39, el control fue de 62 %. Las dosis de 5 Gy, clasificadas dentro del grupo I, por análisis de conglomerado, produjeron un efecto beneficioso en el carácter altura de la planta. No obstante, en estudios futuros que se desarrollen de esta especie, es recomendable evaluar el efecto de varias dosis que incluya valores por debajo de 2 Gy hasta 5 Gy.
Palabras clave: cobalto 60, dosis de radiación, radiaciones ionizantes, semillas, oyamel.
ABSTRACT
]]> The use of ionizing irradiation has been useful for the genetic improvement of forest species. However, its use should be preceded by assays that determine the effect that irradiations have on the plant material. With this objective, an experiment was carried out on Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham .from the Cofre de Perote, Veracruz, Mexico. We tested the effect of five gamma ray doses (2, 5, 10 and 20 Gy) and an unirradiated control on seed germination, seedling height and number of first leaves. Seedling germination and number of first leaves were severely affected by irradiation doses. Cluster analysis revealed that doses of 5 and 10 Gy, classified in group I, were beneficial for plant height. We suggest that future studies evaluate a wider dose range with doses below 2 Gy and up to 5 Gy.Keywords: cobalt 60, radiation doses, ionizing radiation, seeds, oyamel.
INTRODUCCIÓN
Las radiaciones ionizantes constituyen en la actualidad una vía importante que puede usar el mejorador para crear variabilidad genética que no existe en la naturaleza (Ahloowalia y Maluszynski, 2001; Lemus et al., 2002). La determinación de las dosis de radiación que se aplica en los trabajos de mejoramiento genético constituye una tarea imprescindible; así, diversos trabajos han permitido definir los intervalos de radiaciones gamma útiles para muchas especies cultivadas, al determinar la radiosensibilidad de los tejidos por la exposición a diferentes intensidades de radiaciones (De la Fe et al., 1996; Castillo et al., 1997; Fuchs et al., 2002; Lemus et al., 2002; Fuentes et al., 2004; Ramírez et al., 2006). Sin embargo, la mayoría de los estudios realizados se han dirigido a evaluar la respuesta biológica a dosis elevadas de radiaciones, en tanto que en pocos estudios se han usado dosis bajas para estimular procesos fisiológicos (radioestimulación), pese a que la hormesis de las radiaciones ionizantes ha sido ampliamente sustentada (Luckey, 1980).
En especies forestales se han desarrollado trabajos aplicando con éxito las radiaciones ionizantes para modificar las características de germinación y supervivencia (Porosova, 1983; Rudolph, 1979; Sokolov et al., 1998). Dobrinov y Atanasova (1967), citado por Ferreira et al. (1980), demostraron que dosis de rayos X de 200, 600 y 900 Rad (2–9 Gy) aumentan el porcentaje de germinación de las especies Picea abies y Pinus mugo, no así para otras especies forestales como Pinus nigra y P. sylvestris.
Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham. (oyamel) es una especie de gran importancia económica, sobre todo como ornamental (árboles de navidad). De la misma se obtiene la trementina, que posee valor medicinal, y la corteza de árboles viejos es utilizada para carbón (Manzanilla, 1974).
El oyamel se desarrolla en el estado de Veracruz, principalmente en los Parques Nacionales del Cofre de Perote y Pico de Orizaba, entre 2,800 y 3,500 m, dentro de los 17°30' a 20°00' de latitud norte y una franja que corre alrededor de los 97°104' de longitud oeste (Sánchez–Velásquez y Pineda–López, 1993).
El oyamel se reproduce con cierta facilidad en los bosques, aun cuando tiende a registrar bajos porcentajes de germinación y un alto porcentaje de semillas vanas. Los bosques de esta conífera han sido drásticamente impactados por el crecimiento urbano. La fragmentación del paisaje ha restringido el movimiento del polen y la dispersión de las semillas, favoreciendo la endogamia. Por otro lado, las campañas de reforestación no siempre han seleccionado semillas provenientes de ecosistemas aledaños, con lo cual han introducido fuentes genéticas de variación presumiblemente no adaptadas a las condiciones locales. Por lo anterior, las experiencias en la plantación y cultivo del oyamel no han sido exitosas en México, y la restauración de sus poblaciones ha estado limitada por medios artificiales a localidades con baja densidad por rodal (Nieto de Pascual–Pola et al., 2003), así como también su uso para plantaciones comerciales (e.g. árboles de navidad).
Pese a la utilidad del empleo de las radiaciones ionizantes para elevar el potencial germinativo y para generar mutaciones útiles en el ámbito forestal (Jain, 2002), no se cuenta con referencias sobre el empleo de este tipo de tratamiento en esta conífera. Por tal motivo, se emprendió el presente trabajo con el fin de evaluar el efecto de las radiaciones gamma sobre la germinación y crecimiento inicial de plántulas de Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham. y conocer posibles dosis de radiación útiles para mejorar la germinación de las semillas y el crecimiento inicial de plántulas de Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham., como primer paso para su uso como método alternativo en futuros trabajos de mejora genética que se desarrollen en esta especie para uso principalmente ornamental.
]]>MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal y característica de la localidad en estudio
Se colectaron masalmente de 25–30 conos de 15 árboles de Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham. en una población que se desarrolla a 3,510 m, localidad "El Conejo", en el Parque Nacional Cofre de Perote, Veracruz, México (19°31' latitud norte y 97°09' longitud oeste) (Figura 1). Esta población se encuentra fragmentada y establecida en pendientes de 45 a 55 %, con cambios importantes en el uso del suelo hacia cultivos agrícolas (Sánchez–Velásquez et al., 1991).
Selección de las dosis y procedimiento de irradiación
Para realizar la irradiación, se extrajeron las semillas de los conos y se mantuvieron bajo condiciones controladas a una humedad relativa del 8 %. Dos réplicas de 100 semillas se sometieron a cinco dosis (2, 5, 10, 15 y 20 Gy) de rayos gamma (60Co) durante 10, 24, 48, 72 y 96 minutos, respectivamente. Las muestras a irradiar se colocaron a una distancia de 80 cm (para un campo de 30 x 30 cm), con la ayuda de un cabezal de la Unidad de Cobalto 60 (Theraton 780E) del Centro Estatal de Cancerología de Xalapa, Veracruz, y una charola de plástico que se aseguró en una canastilla a 50 cm de distancia de la fuente radioactiva (Figura 2).
Posteriormente, las semillas irradiadas y el tratamiento control se sembraron, bajo condiciones de invernadero, en bandejas que contenían una mezcla de suelo del bosque y arena, en proporción 1:1. Se utilizó un diseño completamente aleatorizado con dos repeticiones para sembrar un total de 1,200 semillas (200 por tratamiento).
Evaluación y análisis estadístico
]]> Se evaluó el número de plantas emergidas durante un periodo de 90 días y se calculó por cada dosis el número de semillas germinadas. De igual forma se determinaron a los 45 días, la altura y el número de hojas primarias en 10 plántulas por tratamiento. La altura se determinó con una regla milimétrica desde la base del tallo hasta el extremo apical. Usando una prueba de X2, se compararon los valores de germinación y el número de hojas primarias por cada dosis aplicada, versus los valores esperados de acuerdo al tratamiento control. Para conocer si hubo un efecto radioestimulatorio de las dosis 2 y 5 Gy sobre el porcentaje de germinación de las semillas se utilizó la prueba no paramétrica de Wilcoxon. Para comparar si había diferencias en la altura de las plantas por cada dosis, se utilizó la prueba de Kruskal–Wallis. La clasificación de las dosis con base en la respuesta observada para las tres variables evaluadas, se efectuó mediante un análisis de conglomerados (Sneath y Sokal, 1973), empleando la distancia de Manhattan y el algoritmo UPGMA (Unweighed pair group arithmetic average). Todos estos análisis fueron efectuados en el programa STATISTICA (versión 7) (Statsoft, Inc. 1998).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Efecto sobre la capacidad germinativa
El efecto de las diferentes dosis de radiación gamma sobre la capacidad germinativa de las semillas de Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham. se presenta en la Figura 3.
Se encontraron diferencias significativas en el porcentaje de germinación de Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham. a diferentes intensidades de radiación gamma (x2 = 93.23>9.48; P<0.05). De acuerdo con estos resultados, las dosis de radiación por encima de 5 Gy tuvieron un efecto adverso en la germinación de las semillas. A dosis de 20 Gy no se detectaron semillas germinadas. Las pocas plántulas que lograron germinar a elevadas dosis de radiación (15 Gy) mostraron raíces cortas y engrosadas, por lo que resultaron ser menos vigorosas y no lograron sobrevivir.
Estos resultados concuerdan con lo detectado por diversos autores (Nwachukwu et al., 1994; Lemus et al., 2002; Amjad y Akbar, 2003; Bhargava y Khalatkar, 2004) y con lo esperado, si se tiene en cuenta que la inhibición de la división celular es una de las reacciones inmediatas a la irradiación, que aparece en seguida, aunque su grado y duración varían con la dosis. Si bien la inhibición de la mitosis puede resultar pasajera, la lesión radiológica que la misma produce a nivel génico y cromosómico puede ser letal para las células en división, que en conjunto son muy sensibles a la radiación (Viccini y de Carvalho, 2001).
No hubo un efecto radioestimulatorio significativo de las dosis de 2 y 5 Gy sobre la germinación de Abies religiosa (Prueba de Wilcoxon: Z=1.60, p=0.108). Esto contrasta con lo observado por Rudolph (1979) y Sokolov et al. (1998) al trabajar con semillas de Pinus banksiana y P. sylvestris, respectivamente. Se ha indicado (Ramírez et al., 2006) que la estimulación de este indicador generalmente se logra cuando la semillas presentan problemas de dormancia o están sometidas a condiciones estresantes que retrasan o inhiben su germinación.
]]> Efecto sobre la altura de la planta y el número de hojas primariasLos resultados del efecto de las dosis empleadas en las variables altura de la plántula y número de hojas primarias en relación al tratamiento control se muestran en las Figuras 4a y 4b. Para ambas variables se observó una reducción de los valores conforme se aumentaba la dosis de radiación. Este efecto fue más pronunciado para la variable número de hojas primarias (Figura 4b).
Las dosis 2, 5 y 10 Gy presentaron valores medios para el número de hojas primarias por planta que variaron de 3.3 – 6.8, muy inferior al valor medio del control el cual fue de 27.7. Los resultados del análisis de X2 (x2=30.04>9.48; P<0.05) indicaron que hubo diferencias estadísticamente significativas entre las dosis de este indicador.
En cuanto a la variable altura de la planta, los resultados del análisis de Kruskal Wallis (H=14.179; p=.0145) revelaron diferencias significativas entre las dosis aplicadas. La reducción del crecimiento de plántulas generadas a partir de las dosis altas de radiaciones gamma obtenidas en este estudio, concuerda con lo encontrado por diversos autores (Cheema y Atta, 2003; Akgün y Tosun, 2004).
La reducción del crecimiento de plántulas generadas a partir de semillas tratadas con dosis altas de radiaciones gamma, se ha indicado que se debe fundamentalmente a daños en el proceso de división y elongación celular (Iqbal, 1969). Sin embargo, no se detectó un efecto radioestimulatorio para este indicador, ya que en el ligero incremento detectado en la altura de las plántulas provenientes de la dosis de 5 y 10 Gy, la altura promedio (4.9 cm) no resultó significativamente diferente a la obtenida por el tratamiento control (4.7 cm).
Clasificación de las dosis por análisis de conglomerado
El análisis de conglomerados usando las variables porcentaje de germinación, altura de planta a 45 días y número de hojas primarias, clasificó a las dosis empleadas en este estudio en dos grupos (Figura 5). El primer grupo estuvo conformado por las dosis más bajas (2, 5 y 10 Gy) y el segundo por las dosis más elevadas (15 y 20 Gy). Este último grupo provocó afectaciones muy severas en el material evaluado. Estos resultados concuerdan con lo indicado por Yamaguchi et al. (2008), quienes indican que con bajas dosis de radiación (2–10 Gy) se produce un daño menor en el genoma de la planta.
Los resultados expuestos corroboran que la radiosensibilidad en las plantas varía de acuerdo a las dosis de irradiación absorbida, entre otros factores, La exposición a irradiación prolongada a rayos gamma produjo un efecto severo en casi todas las variables evaluadas; este efecto fue mayor en las semillas irradiadas con 15 y 20 Gy (Grupo II).
]]> El rango de dosis medias–altas, como las usadas en este trabajo, y las lesiones radioinducidas pueden llegar a dar lugar a una respuesta radiobiológica que a nivel celular puede llegar a alterar la viabilidad e incluso producir la muerte celular (Ward, 1988), como sucedió en este trabajo, por afectaciones severas en características relacionadas con la germinación y el crecimiento de las plántulas.Por otro lado, no todas las variables se vieron impactadas en el mismo sentido. No obstante, al analizar integralmente estos resultados se recomienda explorar en estudios futuros el efecto de dosis por debajo de 2 Gy, en virtud de la sensibilidad mostrada por esta especie, a las radiaciones gamma. Por ello se sugiere considerar estos resultados en la mejora genética de esta especie y para explotar el posible efecto radioestimulatorio que el empleo de bajas dosis de radiaciones ionizantes pudiera tener en la práctica productiva de este valioso recurso forestal.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo fue apoyado por los Fondos Sectoriales de CONAFOR–CONACYT, clave: 2002–C01–6163, y la Fundación PRODUCE–Ver (PRODUVER) a través del proyecto: Plantaciones, ecología y demografía de Abies religiosa (Kunth) Schltd. et Cham. y A. hickelii: dos especies potenciales para la producción de árboles de navidad en el Cofre de Perote.
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