Chemical treatments for recovering germination in onion seeds

Carlos Herrera-Corredor^1¶; Guillermo Carrillo-Castañeda¹; Víctor A. González-Hernández¹; José Alfredo Carrillo-Salazar¹; Cecilia Beatriz Peña-Valdivia²; José Rodolfo García-Nava²

¹ Recursos Genéticos y Productividad.

² Botánica, Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo. Montecillo, Estado de México. C. P. 56230, MÉXICO. Tel.: 01(595) 9520200. Correo-e: herrera1@colpos.mx (^¶Autor para correspondencia).

Resumen

Un factor que limita la disponibilidad de la semilla de cebolla para la producción es su rápido deterioro postcosecha. El objetivo de la investigación fue evaluar la recuperación de la capacidad germinativa en semillas de cebolla envejecidas después de la aplicación de sustancias químicas. Las semillas fueron envejecidas artificialmente durante 48, 96 y 144 h. Posteriormente, se colocaron en soluciones: de ácido giberélico (3.46 mg·L^-1), BAP (2.25 mg·L^-1), cloruro de calcio (55.50 mg·L^-1) y nitrato de potasio (50.50 mg·L^-1), por 8 a 12 h de acuerdo con el cultivar. Las semillas embebidas fueron colocadas en condiciones de germinación estándar. El tratamiento con CaCl₂ incrementó el porcentaje de plántulas normales en el cultivar Contessa con 48 h de envejecimiento. Todos los demás tratamientos a la semilla incrementaron el tiempo para alcanzar el T₅₀ y afectaron negativamente la capacidad germinativa. La aplicación de BAP ocasionó la reducción más drástica en el porcentaje de plántulas normales, menor acumulación de biomasa en plántula y consecuentemente pérdida de vigor. Toro y Contessa fueron los cultivares con mayor vigor, Cojumatlán y Crystal white wax mostraron un vigor intermedio y Red burgundy presentó el vigor más bajo.

Palabras clave: Allium cepa L., envejecimiento acelerado, ácido giberélico, BAP, cloruro de calcio, nitrato de pota.

Abstract

A factor limiting the availability of onion seed is its accelerated postharvest deterioration. The research aim was to evaluate the recovery of seed germination in aged onion after application of chemical solutions. The onion seeds were artificially aged for 48, 96 and 144 h. Next the seeds were placed in solutions: gibberellic acid (3.46 mg·L^-1), (BAP (2.25 mg·L^-1), calcium chloride (55.50 mg·L^-1) and potassium nitrate (50.50 mg·L^-1), 8 to 12 h according to cultivar. The imbibed seeds were placed in standard germination conditions. The CaCl₂ treatment in aged seeds (48 h) increased the percentage of normal seedlings in the cultivar Contessa. All other seed treatments increased the time to reach T₅₀ and negatively affected germination. The use of BAP caused the higher reduction in the percentage of normal seedlings, lower seedlings biomass and the consequent loss of vigor. Toro and Contessa were the cultivars with greatest vigor, and Crystal white wax and Cojumatlán presented intermediate vigor, while Red burgundy showed the lowest vigor.

Key words: Allium cepa L., accelerated ageing, BAP, calcium chloride, potassium nitrate.

INTRODUCCIÓN

El deterioro en semillas se manifiesta en la reducción de su capacidad germinativa e incremento de plántulas débiles o de bajo vigor (comúnmente consideradas anormales), características que son evidentes durante el establecimiento de la plántula en campo (Veselova y Veselovsky, 2003). Para contrarrestar los efectos negativos del proceso degenerativo en semillas, se han empleado diversos tratamientos con éxito parcial en diversas especies, como el tratamiento químico antes de la siembra (pre-sowing) y el pre-humedecimiento (pre-soaking) con reguladores de crecimiento para mejorar la capacidad germinativa y el vigor, entre otras técnicas (Butola y Badola, 2004; Afzal et al., 2005).

Las giberelinas inducen la expresión de genes que codifican proteínas y enzimas que participan en la movilización de reservas almacenadas (almidones, proteínas y lípidos) durante la germinación. Sin embargo, no controlan totalmente el proceso, de lo cual se infiere que pueden existir otros factores implicados (Peng y Harberd, 2002). El tratamiento de semillas de cebolla con ácido giberélico en un sistema de hydro-priming antes de la siembra, reduce la incidencia de plántulas anormales (Tajbakhsh et al., 2004).

La hormona BAP (otras denominaciones: 6-bencilaminopurina (N-(fenilmetil)-1H-Purina-6-amina, Benciladenina) promueve la división celular, el desarrollo y la germinación, además de retrasar el envejecimiento y la senescencia de hojas (Sarasan et al., 2001; CFNP, 2004; González et al., 2009). Por ello ha sido utilizada en el cultivo in vitro de tejidos vegetales, para interrumpir la latencia y promover la germinación de semillas. Bautista-Calles et al. (2008) señalan que el tratamiento con BAP en semillas de papaya incrementa la velocidad y la tasa de germinación.

El calcio es importante en la generación de paredes celulares nuevas, en particular la lámina media de las células en división. La sustitución de Ca²⁺ por Na⁺ de los sitios de enlace de los fosfolípidos de las membranas celulares es un factor que afecta la estabilidad; una baja concentración de Ca²⁺ en el eje embrionario de semillas de maíz puede ser asociado con un crecimiento inicial raquítico en condiciones de salinidad (Ashraf et al., 2001). Adicionalmente es mensajero secundario en condiciones de estrés abiótico, como frío, sequía y salinidad, entre otros (Kyung et al., 2003; White y Broadley, 2003). También se ha encontrado que el cloruro de calcio en semillas mejora la germinación en solución monosalina (Huez et al., 2008).

El KNO₃ está involucrado en la síntesis de proteínas y en el metabolismo de carbohidratos, y por consecuencia en el retraso del envejecimiento de las semillas. Su efecto en semillas de cebolla está relacionado con la disminución del deterioro en las membranas celulares, así como la reducción de la degradación de proteínas en dependencia de las condiciones de almacenamiento (Ilbi y Eser, 2002).

El objetivo de esta investigación fue evaluar la recuperación de la capacidad germinativa y el vigor con la aplicación de soluciones químicas con ácido giberélico, BAP, cloruro de calcio y nitrato de potasio, en semillas de cebolla envejecidas artificialmente. La hipótesis planteada fue que la aplicación de estas soluciones a la semilla durante la imbibición permite la recuperación de calidad fisiológica de acuerdo con el nivel de deterioro.

MATERIALES Y MÉTODOS

Tratamientos de Imbibición con soluciones químicas

Previamente se determinó el tiempo para la imbibición máxima en cada cultivar, tomando como referencia el momento en que hubo indicio de ruptura de la testa o exposición de radícula >1 mm de longitud. El tiempo registrado para los cultivares Cojumatlán, Red burgundy y Toro fue de 8 h, y para Contessa y Crystal white wax de 12 horas.

El tratamiento de imbibición consistió en la inmersión de muestras de 50 semillas envejecidas y sin envejecer (testigo), en las siguientes soluciones químicas: ácido giberélico (3.46 mg·L^-1), BAP (2.25 mg·L^-1), cloruro de calcio (55.50 mg·L^-1) y nitrato de potasio (50.50 mg·L^-1). Como testigo se utilizó un lote de semillas embebidas en agua. Cada solución (1.5 L) fue colocada en un recipiente de polietileno con capacidad de 2 L con aireación constante suministrada por una bomba de aire para acuario ELITE^® 802 (Rolf C. Hagen Inc.) a temperatura ambiente.

Después del tratamiento de imbibición, las semillas fueron desecadas sobre papel absorbente, a temperatura ambiente por 12 h. Finalmente, las semillas fueron germinadas en cajas petri sobre papel absorbente (Wisconsin Park Avenue^©) humedecido con agua destilada y se mantuvieron en una cámara para germinación, a temperatura de 28 ± 5 °C.

La germinación se evaluó cada 12 h hasta completar 108 h, y se generó la curva de germinación acumulada para calcular el tiempo en el que germinó 50 % de la población de semillas (T₅₀) como variable respuesta. Se utilizó el programa CurveExpert^® versión 1.38 (http://curveexpert.webhop.net/).

Después de 144 h (6 días) se cuantificó la germinación, y con base en su desarrollo (ISTA, 1993) se obtuvo la proporción de plántulas normales y plántulas anormales respecto al número total de semillas por tratamiento. Además, se cuantificó la biomasa seca (mg) en la fracción de plántulas normales.

Diseño experimental

Se empleó un diseño completamente al azar con arreglo factorial de 5 x 4 x 5 tratamientos con seis repeticiones, cuya unidad experimental consistió de 50 semillas. Esto es, cinco soluciones de imbibición (incluye el testigo en agua), cuatro periodos de envejecimiento (0 [testigo sin envejecimiento], 48, 96 y 144 h) y los cinco cultivares indicados.

Los resultados obtenidos de las variables respuesta se sometieron al análisis de varianza mediante el programa estadístico Statistical Analysis System (SAS) versión 9.0, y las diferencias entre tratamientos se estimaron con la prueba de comparación de medias Tukey con 5 % de probabilidad. Previo al análisis de varianza, la proporción de plántulas normales y plántulas anormales expresadas en porcentaje, se transformaron mediante la función T = arcseno y/100, donde y es el valor a transformar y T el valor de la variable transformada.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se encontraron diferencias significativas respecto al T₅₀ para los factores principales (cultivar, tratamientos de imbibición y envejecimiento), así como en dos de sus interacciones: cultivares x envejecimiento y tratamiento de imbibición x envejecimiento. El 43 % de la variación estimada por tratamientos fue explicada por el factor cultivar, seguido del tratamiento de imbibición con 13 % y el envejecimiento con 7 %, y las interacciones, aunque significativas, apenas explicaron 8.5 % del efecto de los tratamientos

En los porcentajes de plántulas normales y anormales de cultivares de cebolla también hubo diferencias significativas (P<0.05) para los factores principales, y contribuyeron de forma equivalente a la explicación de la variabilidad: tratamiento de imbibición 26 %, cultivar 24 % y envejecimiento 22 %. Las interacciones de segundo orden entre cultivares x tratamientos de imbibición y envejecimiento x tratamientos de imbibición fueron significativas, así como también la triple interacción (cultivares x tratamientos de imbibición x envejecimiento), las cuales contribuyeron a la explicación de la variabilidad con 7, 6 y 11 %, respectivamente.

En la biomasa seca de plántula, el análisis estadístico mostró diferencias significativas para los factores principales (cultivares, envejecimiento y tratamiento de imbibición). Ninguna de las interacciones fue significativa.

Efecto genotípico

El cultivar Toro tuvo la germinación significativa más rápida, pues alcanzó el 50 % de germinación en el tiempo menor (50.46 h), respecto a los otros cultivares. Esto estuvo relacionado con la proporción alta de plántulas normales (57.18 %) y la acumulación mayor de biomasa en raíz (15.93 mg) y tallo (204.41 mg), parámetros que señalan a Toro como el cultivar de mayor vigor. El cultivar Contessa respondió lentamente en la germinación (T₅₀ = 63.19 h), pero a pesar de ello tuvo porcentaje alto de plántulas normales (52.65 %) y el menor de plántulas anormales entre los cultivares (9.06 %), incluso respecto a Toro (11.84 %); además, la acumulación de biomasa seca en la plántula fue la mayor entre los cultivares (raíz, 20.84 mg; tallo, 244.70 mg). Aunque Contessa tuvo germinación lenta y también necesitó más tiempo para llegar a la máxima imbibición (12 h), su vigor puede ser comparable con el de Toro (Cuadro 1).

El cultivar Cojumatlán mostró la germinación menor (66 %) en un ensayo preliminar, y durante el presente experimento tuvo una respuesta lenta para llegar al T₅₀ (63.32 h); en consecuencia el porcentaje de plántulas anormales fue el mayor (13.15 %) y su acumulación de biomasa fue baja (10.71 mg y 157.64 mg, en raíz y tallo, respectivamente). Estos resultados en Cojumatlán se atribuyen al deterioro durante la cosecha y poscosecha, pues la semilla se manejó a granel y con las condiciones mínimas de almacenamiento (Cuadro 1).

Red burgundy tuvo el vigor significativamente menor, el que estuvo relacionado directamente con el porcentaje menor de plántulas normales (33.36 %); esto indica que la calidad fisiológica de su semilla es baja. El cultivar Crystal white wax tuvo vigor intermedio entre todos los otros cultivares (Cuadro 1).

La interacción significativa entre cultivares y tratamientos de imbibición, indicó que el tratamiento con BAP afectó similarmente todos los cultivares. Contessa con el tratamiento de imbibición con cloruro de calcio, fue el único que superó el porcentaje de plántulas normales del testigo. La interacción entre los cultivares y el tiempo de envejecimiento resultó significativa (P<0.05), lo cual se atribuyó a que el cultivar Contessa mostró una disminución en el T₅₀ con el envejecimiento por 144 h; este resultado es inexplicable, ya que es de esperar que el deterioro de la semilla se acentúe al prolongar el periodo de envejecimiento.

Tratamiento químico a la semilla

Todos los tratamientos químicos durante la imbibición de la semilla tuvieron un efecto negativo en la velocidad de germinación, ya que el tiempo para alcanzar el 50 % de germinación se incrementó con la aplicación de las soluciones químicas (T₅₀ menor en el testigo, 53.87 h). También redujeron el porcentaje de plántulas normales, pues el testigo embebido en agua mostró el porcentaje mayor (59.21 %), aunque la acumulación de biomasa no fue afectada, con excepción del tratamiento con BAP en el que se redujo en la raíz de la plántula. El efecto negativo del tratamiento con BAP se vio en la disminución del porcentaje de plántulas normales (34.55 %) y el incremento de las anormales (21.29 %), y en consecuencia la reducción de la acumulación de biomasa en la raíz de 18.46 mg en el testigo a 6.49 mg en promedio del resto de los tratamientos. Esto indica que la aplicación de la hormona BAP induce un efecto negativo en el metabolismo de la plántula, con la consecuente pérdida de su vigor, y que la raíz es la parte más sensible de la plántula (Cuadro 1).

Según Alizaga et al. (1992), la inmersión de semillas en solución con BAP al 5 % por periodos mayores de 15 minutos en cacahuate (Arachis hypogaea L.) inhibe el desarrollo de la plántula debido a la absorción alta; incluso a una concentración de 0.25 % por cinco minutos puede causar malformaciones en el hipocótilo; no obstante, la inmersión entre uno y cinco minutos incrementa la tasa de germinación. En semillas de trigo (Triticum aestivum L.), el tratamiento con BAP (150 mg·L^-1) afectó negativamente el rendimiento de grano (Iqbal et al., 2006), y en plántulas de maíz (Zea mays L.) el efecto inhibitorio persistió a temperatura ambiente, mientras que con temperaturas bajas el efecto se anula (Stefanov et al., 2007). El efecto de BAP en semillas de cebolla fue contundente en todos los periodos de envejecimiento, ya que el porcentaje de plántulas anormales se incrementó más del doble del promedio de las soluciones restantes (Figura 2), lo que demuestra su efecto adverso en el vigor de plántulas bajo las condiciones de envejecimiento y bajo las concentraciones químicas aquí usadas.

La aplicación de KNO₃ sólo tuvo efecto en el porcentaje de plántulas normales con un comportamiento intermedio (44.57 %). Marín et al. (2007) señalaron la ausencia de respuesta con la aplicación de KNO₃ y otros productos químicos en el acondicionamiento osmótico de semillas de cebolla, pues los tratamientos químicos no superaron al testigo en vigor y germinación; estos autores indican que el producto puede ser nocivo si penetra al embrión. Los resultados en el presente estudio concuerdan con los de los autores citados, aun cuando la concentración de KNO₃ y el tiempo de exposición fueron menores.

En el presente estudio no se detectaron diferencias estadísticas en la acumulación de biomasa en la raíz y el tallo de las plántulas por efectos de la aplicación de cloruro de calcio, y el valor de T₅₀ no disminuyó como ocurrió en el trabajo de Bautista-Calles et al. (2008); sin embargo, se observó una tendencia positiva en el porcentaje de plántulas normales con la aplicación de calcio (Figura 2). El efecto del ácido giberélico se observó como una reducción en la proporción de plántulas normales a un nivel intermedio (52.01 %), según los resultados presentados en el Cuadro 1.

Se observaron diferencias significativas en la respuesta al tiempo de envejecimiento; como podría esperarse, la germinación disminuyó con el incremento del tiempo. Sin embargo, los resultados del periodo de 144 h fueron comparables con el periodo de 48 h, en el que existió menos deterioro. El T₅₀ presentó un comportamiento idéntico en el periodo de 144 h, pues mostró el valor menor (55.72 h) respecto al testigo (57.87 h), según se observa en el Cuadro 1. Este comportamiento es difícil de explicar, ya que el deterioro es un proceso progresivo que se incrementa con el tiempo de envejecimiento.

La acumulación de biomasa en raíz no fue afectada con el tiempo de envejecimiento, a diferencia del tallo, en el que la acumulación de biomasa fue mayor en el periodo de 48 h (215.69 mg) y estadísticamente similar a la respuesta del testigo (223.84 mg). Esto parece indicar que las condiciones de humedad relativa alta y temperatura alta durante el envejecimiento afectan de manera importante la distribución de biomasa entre la parte aérea y la raíz. Este hecho es importante, ya que el vigor inicial depende de la producción de biomasa por la plántula (López et al., 2004) y también de su distribución entre órganos que altera su calidad.

Las interacciones significativas entre tiempo de envejecimiento x imbibición (Figura 1), se debieron a que el tratamiento con cloruro de calcio generó mayor porcentaje de plántulas normales (69.70 %) y superó al testigo sin envejecimiento (62 %), lo que puede ser considerado como una respuesta positiva de las semillas al tratamiento con calcio. Después de 48 h de envejecimiento, la respuesta de interacción de estos dos factores en las plántulas normales con cloruro de calcio (58.65 %) fue estadísticamente igual al testigo (61.78 %), en contraste con el resto de los tratamientos, los cuales causaron una reducción significativa, así como en el periodo subsiguiente (96 h).

CONCLUSIONES

Se observó una tendencia hacia la recuperación de la capacidad germinativa en términos de porcentaje de plántulas normales, con la aplicación de cloruro de calcio (CaCl₂) en semillas con 48 h de envejecimiento en el cultivar Contessa, lo que indica que el calcio probablemente tiene efecto positivo durante la imbibición. La aplicación de ácido giberélico, BAP y nitrato de potasio durante la imbibición de las semillas, tuvo efectos negativos en el vigor de las plántulas en todos los cultivares de cebolla y tiempos de envejecimiento. El efecto del tratamiento con BAP fue el más perjudicial porque afectó en mayor grado la calidad fisiológica de las semillas, atribuible a la absorción rápida de esta hormona durante la imbibición.

AGRADECIMIENTOS

El autor principal, agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) el apoyo recibido para realizar estudios de Doctorado en el Colegio de Postgraduados.

LITERATURA CITADA

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