Cambios físico-químicos durante la germinación del maíz*

Physical-chemical changes during maize seed germination

Ma. Isabel Sánchez-Pérez¹, Carmen Yazmín Muñoz-Mejía¹, Jesús Di Carlo Quiroz-Velásquez¹, Netzahualcoyotl Mayek-Pérez¹ y José Luis Hernández-Mendoza^1§

¹ Centro de Biotecnología Genómica. Instituto Politécnico Nacional. Blvd. del Maestro s/n. Esq. Elías Piña. Col. Narciso Mendoza. C. P. 88710. Reynosa, Tamaulipas, México. Tel. 01 555 7296000 y 01 899 9243627. Ext. 87749 y 87714. (msanchezp0700@ipn.mx), (jquiroz@ipn.mx), (nmayekp@ipn.mx). ^§Autor para correspondencia: jhernandezm@ipn.mx.

* Recibido: marzo de 2009
Aceptado: marzo de 2010

Resumen

Se determinaron los cambios físico-químicos que ocurren en el medio de germinación de la semilla de maíz (Zea mays L.) in vitro. Se colocaron 10 semillas del híbrido 83G66 en cajas petri con 9 mL de agua desionizada estéril e incubadas para su germinación. A la solución resultante después de la germinación se determinó el pH y los contenidos de triptófano, kinetina, benciladenina, ácido indolacético, ácido antranílico y ácido giberélico por medio de cromatografía de líquidos de alta presión. Durante la germinación el pH del medio se redujo de 6.9 a 4.8 y se produjo triptófano y pequeñas cantidades de ácido indolacético, ácido antranílico, kinetina, ácido giberélico y benciladenina. La presencia de los compuestos detectados podría favorecer el crecimiento inicial al maíz.

Palabras clave: Zea mays L., ácido antranílico, ácido indolacético, crecimiento vegetal, triptófano.

Abstract

The aim of this research was to determine the physical-chemical changes that occur in the medium during the germination of maize seed (Zea mays L.) in vitro. Ten seeds of the hybrid 83G66 were incubated to germination in petri dishes with 9 mL of deionized sterile water. During germination pH changes, indolacetic acid, anthranilic acid, kinetin, giberelic acid and benciladenine content were determined in the solution by liquid high-resolution chromatography. During germination the pH of the medium was significantly reduced from 6.9 to 4.8. Tryptophan and small quantities of indolacetic acid, anthranilic acid, kinetin, giberelic acid and benciladenine were detected. The presence of the compounds detected might favor early maize growth.

En la región norte del estado de Tamaulipas, México se cultivan entre 80 000 y 100 000 ha con maíz (Zea mays L.) (SIAP, 2008). En esta región los suelos predominantes son alcalinos y el pH del agua de riego es alto. El agua modifica las propiedades físico-químicas de la rizósfera y el pH de la solución del suelo donde germinan las semillas (De Mendonça et al., 2005). Los iones cloruro inhiben la germinación y síntesis de proteínas del maíz, trigo (Triticum aestivum L.) y ajonjolí (Sesamum indicum L.) (Román-Palacios, 2000). Como estrategia para reducir los daños por salinidad y otros factores adversos, aproximadamente 10% de la superficie se inocula con hongos micorrízicos (HM) (Glomus intrarradicens) o con la rizobacteria promotora del crecimiento vegetal (RPCV) Azospirillum brasilense (García-Olivares et al., 2008). Los HM y las RPCV incrementan de 12 a 36% y de 15 a 35% respectivamente, el rendimiento de grano del maíz en comparación con plantas no inoculadas (Díaz-Franco et al., 2005; García-Olivares et al., 2007). Además, los HM y las RPCV favorecen la movilización de P y la fijación de N y reducen la necesidad de fertilizantes químicos.

Durante la germinación de la semilla se liberan exudados radiculares que favorecen la asociación de la planta con los microorganismos del suelo. Estos a su vez liberan en la rizósfera auxinas y citocininas que son promotoras del crecimiento vegetal (Walker et al., 2003; Kamilova et al., 2006). El éxito de la asociación entre las plantas y los microorganismos está influenciada de manera determinante por la relación agua-suelo-planta-microorganismos y de ella depende la productividad de los cultivos. En esta investigación se analizaron los cambios físico-químicos del medio durante la germinación de semilla de maíz in vitro.

En el primer experimento, se colocaron en un tubo de ensayo de 18*150 mm dos semillas del híbrido 83G66 (Pioneer^®) y se agregó 3 mL de agua desionizada estéril. Posteriormente, se registró la cantidad de agua embebida y se midió el pH del agua con un potenciómetro modelo pHmeter 440 (Corning^®) durante cuatro días. El equipo se calibró con los amortiguadores comerciales de pH= 4 y pH= 7 (Micro Essential Laboratory; Brooklyn, EUA). En el segundo experimento se colocaron 10 semillas de maíz en una caja petri con 9 mL de agua desionizada estéril y el pH del medio se determinó durante cuatro días.

En los dos experimentos, cada tratamiento se repitió 10 veces, mismas que se incubaron con un fotoperiodo de 12 h luz-obscuridad a 25 ± 2 ºC. A la solución resultante después de la germinación de las semillas se le determinaron las cantidades presentes de triptófano, kinetina, benciladenina, ácido indolacético (AIA), ácido antranílico (AA) y ácido giberélico (AG) por medio de cromatografía de líquidos de alta presión (HPLC, Hewlett Packard^® modelo 1100, Ramsey, EUA) de acuerdo con el procedimiento de Hernández-Mendoza et al. (2008), que consiste en tomar 4 mL de solución de cada caja petri y filtrarla con acrodiscos^® LC PVDF con membranas de 0.45 µm de porosidad y 25 mm de diámetro interno.

Posteriormente, la muestra se inyecta al HPLC previamente acondicionado y calibrado con concentraciones conocidas de cada una de los metanolitos por analizar. Para ello, se utilizó una columna RP-18 de 150 mm de largo, 4.6 mm de diámetro interno y tamaño de partícula de 5 µm. La fase móvil fue acetonitrilo-fosfato 30/70 y se usó un volumen de inyección de 20 µL. El detector se ajustó a una longitud de onda de 220 nm. A los valores observados se les calculó la media ± error estándar por fecha de muestreo. La información se sometió al análisis de regresión lineal simple donde la variable independiente fue el tiempo de incubación y la dependiente, el pH del agua.

Las semillas de maíz se embebieron con agua e incrementaron su peso fresco durante las primeras 48 h en incubación. El peso fresco más alto se observó a las 24 h. El volumen de agua retenido por la semilla alcanzó hasta 200 µL a las 48 h en incubación; en contraste, el peso seco total de la semilla se redujo debido a la utilización de las reservas del endospermo para la germinación, las líneas verticales indican el promedio de diez repeticiones ± error estándar (Figura 1). A continuación, la semilla inició la germinación con el crecimiento de la radícula y del coleóptilo (Figura 2), durante este proceso disminuyó el pH del medio (Figura 3). El análisis por cromatografía (Figura 4) mostró la presencia de triptófano a las 24 h en incubación y pequeñas cantidades de AIA, AA, kinetina, benciladenina y AG (Cuadro 1).

En esta investigación se detectaron triptófano y pequeñas cantidades de otros cinco metabolitos (AIA, AA, kinetina, BA y AG), almacenados en el endospermo de la semilla (Mendoza-Elos et al., 2006) y en su mayoría auxinas y citocininas promotores del crecimiento vegetal y de la asociación entre las plantas con los microorganismos benéficos del suelo (Walker et al., 2003; Kamilova et al., 2006).

Durante la imbibición de la semilla, entran solutos disueltos en la solución del suelo y el agua es retenida principalmente por las proteínas, celulosa y sustancias pépticas. El almidón aunque presente, no absorbe o retiene agua en las mismas proporciones (Román-Palacios, 2000).

El estrés salino o la inoculación con hongos no fitopatógenos, como el Penicillium notatum incrementan la exudación de carbono soluble y de metabolitos que podrían favorecer el crecimiento vegetal en Lolium perenne L. Las RPCV como la A. brasilense producen fitohormonas (auxinas, giberelinas, citocininas, ácido abscísico) que promueven el crecimiento vegetal (Walker et al., 2003; Bais et al., 2006). De Mendonça et al. (2005), observaron que con presencia de nitrógeno en forma de nitratos, el pH de la solución nutritiva donde se sembró con arroz (Oriza sativa L.) se alcalinizó, pero la presencia de nitrógeno en forma de amonio la acidificó. Las variedades de arroz tolerantes a la toxicidad por aluminio absorben más protones de la solución nutritiva en presencia de nitrato y menos protones en presencia de amonio, de manera que el balance de protones y el cambio del pH permiten asimilar poco aluminio y tolerarlo. Los iones cloruro inhiben en mayor proporción la germinación y síntesis de proteínas del maíz, trigo y ajonjolí que los acetatos (Román-Palacios, 2000).

Entre las causas probables de la acidificación del medio durante la germinación de la semilla del maíz podría incluirse la liberación de metabolitos tales como: triptófano, AIA, AA y AG, así como otros ácidos orgánicos (Kamilova et al., 2006; Mendoza-Elos et al., 2006). Para las condiciones de cultivo del maíz en el norte de Tamaulipas, México; donde existe alta prevalencia de suelos alcalinos (Díaz-Franco et al., 2005; García-Olivares et al., 2008), la liberación de metabolitos podría favorecer la acidificación de la rizósfera y facilitar el proceso de germinación, desarrollo inicial del cultivo, así como el rendimiento biológico final del cultivo (Biasutti y Galiñanes, 2001; Laynez-Garsaball et al., 2007). Por lo tanto, es probable que las RPCV favorezcan el establecimiento de las asociaciones planta-microorganismo promotores del crecimiento vegetal.

AGRADECIMIENTOS

Trabajo financiado por el Instituto Politécnico Nacional (IPN) y el Patronato para la Investigación, Fomento y Sanidad Vegetal A. C. Ma. Isabel Sánchez-Pérez y Carmen Yazmín Muñoz-Mejía fueron becarias PIFI-IPN y CONACYT. José Luis Hernández-Mendoza y Netzahualcoyotl Mayek-Pérez fueron becarios COFAA-IPN y EDI-IPN. Así como el último autor es becario del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

LITERATURA CITADA

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