ACONDICIONAMIENTO OSMÓTICO DE SEMILLAS DE TOMATE DE CÁSCARA * OSMOTIC CONDITIONING OF HUSK TOMATO SEEDS ABSTRACT

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1 Agricultura Técnica en México Vol. 33 Núm. 2 Mayo-Agosto 2007 p ACONDICIONAMIENTO OSMÓTICO DE SEMILLAS DE TOMATE DE CÁSCARA * OSMOTIC CONDITIONING OF HUSK TOMATO SEEDS José Marín Sánchez 1, José Apolinar Mejía Contreras 1, Adrian Hernández Livera 1, Aureliano Peña Lomelí 2 y Aquiles Carballo Carballo 1 ¹Producción de Semillas, Recursos Genéticos y Productividad, Colegio de Postgraduados. Km. 35.5, carretera México-Texcoco Montecillo, Texcoco, Estado de México, México. 2 Departamento de Fitotecnia, Universidad Autónoma Chapingo. Autor para correspondencia: josem@colpos.mx RESUMEN Con el objetivo de evaluar el efecto del acondicionamiento osmótico sobre la calidad fisiológica de semillas de tomate de cáscara, se realizó un experimento en el Laboratorio de Análisis de Semillas del Colegio de Postgraduados en Montecillo, Estado de México, México, en el período septiembre de 2004 a mayo de La semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora fue osmoacondicionada con KNO 3, KCl y polietilen glicol-8000 a -5, -10, -15 y -20 atm durante 48, 72 y 96 h y posteriormente se almacenó durante 0, 7, 90 y 180 días. Los parámetros evaluados fueron: porciento de germinación, plántulas anormales, semillas latentes y semillas muertas, tiempo para alcanzar 50% de germinación y peso seco de plántula. El efecto del acondicionamiento osmótico sobre las variables de germinación varió en función del agente osmótico y su potencial, y la duración del tratamiento. El almacenamiento favoreció el porciento de germinación y redujo el de semillas latentes. El acondicionamiento osmótico con KCl a -15 atm durante 48 h o con KNO 3 a -20 atm durante 48 h, mejoraron la calidad fisiológica de la semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora, efecto que persistió hasta por 180 días después del tratamiento. Palabras clave: Physalis ixocarpa Brot., germinación, osmoacondicionamiento, vigorización. ABSTRACT The objective of this study was to evaluate the effect of osmopriming on the physiological quality of husk tomato seeds. The experiment was carried out at the Seed Analysis Laboratory of the Colegio de Postgraduados at Montecillo, State of Mexico, Mexico, during September 2004 to May Husk tomato seeds of cv. Rendidora were osmoprimed with KNO 3, polyethylene glycol 8000 and KCl as osmotic agents, at -5, -10, -15 and -20 atm during 48, 72 and 96 h. After primed, the seeds were stored during 0, 7, 90 and 180 days in order to evaluate the persistence of the osmopriming treatments. Seed physiological quality was evaluated by determining the percentage of germination, abnormal seedlings, latent seeds, death seeds, time to reach 50% germination and seedling dry weight. The osmopriming effects depended on the osmotic agent, the osmotic pressure and the duration of the treatment. Seed storage after osmopriming increased germination and reduced the percentage of latent seeds. Osmopriming with KCl at -15 atm during 48 h or with KNO 3 at -20 atm during 48 h improved the physiological quality of husk tomato seeds cv. Rendidora, improvement that persisted up to 180 days after treatment. Key words: Physalis ixocarpa Brot., germination, invigoration, osmopriming. * Recibido: Agosto de 2005 Aceptado: Abril de 2007

2 116 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 José Marín Sánchez et al. INTRODUCCIÓN La prolongada latencia de la semilla de tomate de cáscara (Physalis ixocarpa Brot.) se debe a la presencia de un embrión inmaduro que requiere de un período corto de almacenamiento para completar su desarrollo y germinar adecuadamente (Orduña 1989). La calidad de la semilla se compone de varios elementos uno de ellos es la calidad fisiológica que se evalúa mediante pruebas de germinación y viabilidad. El acondicionamiento osmótico se ha reportado como un método eficaz para mejorar la calidad fisiológica de la semilla a través de la uniformidad y porciento de germinación. El método consiste en la inmersión de la semilla en una solución de concentración determinada por un período dado; hidratada la semilla, se activa su metabolismo en forma controlada, de tal manera que la germinación no ocurre (Bradford et al., 1990). El grado de hidratación de la semilla se controla por medio del equilibrio osmótico que se presenta entre el potencial hídrico de la solución y el interior de la semilla (Akers y Kevin, 1986), en esta condición, las semillas se mantiene en un estado germinativo avanzado durante el período de osmoacondicionamiento. Como resultado, las semillas con germinación lenta tienden a alcanzar a las rápidas, por lo que cuando las semillas osmoacondicionadas se siembran en campo germinan con mayor rapidez y uniformidad que las no tratadas. Este efecto es más evidente cuando se presentan condiciones adversas como pueden ser las ambientales o las de contenido de humedad en el suelo (Bradford, 1986). En un estudio similar al presente, Tetepa (1997) acondicionó semillas de tomate de cáscara con polietilen glicol 200 a cinco potenciales osmóticos: 0, -5, -10, -15 y -20 atm durante cinco períodos de tratamiento: 0, 8, 16, 24 y 32 h. En los de 0 y -5 atm y 24 y 32 h observó 81% de germinación, lo que superó significativamente al testigo. No obstante estos resultados, se desconoce si los efectos benéficos del acondicionamiento osmótico persisten después de almacenar la semilla de tomate de cáscara a mediano plazo. En este contexto, el presente estudio se estableció con el siguiente objetivo: conocer el efecto y la persistencia del acondicionamiento osmótico con tres agentes osmóticos en tres concentraciones durante cuatro períodos de tratamiento y cinco de almacenamiento posterior, sobre la calidad fisiológica de semillas de tomate de cáscara. MATERIALES Y MÉTODOS El experimento se condujo en el Laboratorio de Análisis de Semillas del Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo, Texcoco, Estado de México, México. Se inició en septiembre de 2004 y se concluyó en Mayo de Se utilizaron semillas de tomate de cáscara cv. Rendidora previamente almacenadas durante un año a 10 C, envases de cristal de 100 ml para el acondicionamiento osmótico, dos bombas de aire pequeñas, termómetro, papel filtro y cajas de petri, cámara de germinación iluminada, refrigerador, estufa de secado y balanza digital; nitrato de potasio KNO 3, cloruro de potasio KCl y polietilen glicol 8000, (PEG-8000); agua destilada para la preparación de las soluciones y las pruebas de germinación, tetrazolio para pruebas de viabilidad y fungicida Captan 500 (i.a. captan) a dosis de 5 gl -1 de agua. El experimento se realizó con un arreglo factorial en un diseño completamente al azar con cuatro repeticiones, los factores de variación fueron: tres agentes osmóticos KNO 3, PEG-8000 y KCl, cuatro potenciales osmóticos -5, -10, -15 y -20 atm y tres períodos de acondicionamiento osmótico 48, 72 y 96 h. Como testigos se incluyeron, agua destilada como agente osmótico, 0 atm y 0 h de período de acondicionamiento. Las soluciones con PEG-8000 se prepararon de acuerdo con la ecuación propuesta por Michel (1983): [PEG]= [4 (5.16 Ψ T 560 Ψ + 16) / (2)] / [2.58 T 280] donde: T= Temperatura de preparación de la solución en ºC Ψ= Potencial osmótico requerido en bares [PEG]= Kilogramos de PEG por litro de agua destilada. Las soluciones de KNO 3 y KCl se prepararon de acuerdo con la ecuación propuesta por Wiggans y Gardner (1959): G= (PVm) / (RT) donde: G= Gramos de soluto a utilizar P= Presión osmótica deseada (atm)

3 Acondicionamiento osmótico de semillas de tomate de cáscara 117 V= Volumen en litros m= Peso molecular del soluto R= Constante igual a atm 1 mol -1 K -1 T= Temperatura a la que se prepara la solución ( K). Las soluciones se vaciaron en los envases de vidrio donde fueron sumergidas las semillas durante la duración de los tratamientos. Se utilizó un sistema de oxigenación con dos bombas de aire, manguera de 8 mm de diámetro y micro tubos como lo sugieren Welbaum et al. (1998). Después del acondicionamiento osmótico se evaluó el porciento de semillas germinadas, mismas que se lavaron con agua corriente para eliminar los residuos de los agentes utilizados durante el tratamiento; enseguida, se les asperjó el fungicida como preventivo de enfermedades, secándolas a 18 C y se almacenaron a 10 C por cuatro períodos, 0, 7, 90 y 180 días. Después del período de almacenamiento se realizaron pruebas de germinación. Se tomaron 100 semillas de cada tratamiento, formando cuatro submuestras de 25 semillas cada una, se colocaron en cajas petri con papel filtro húmedo. Se introdujeron en la cámara de germinación a 22 C. Durante la prueba se realizaron dos conteos para evaluar el porciento de germinación, el primero al día 7 y el segundo al día 28 (ISTA, 2004). Las variables evaluadas fueron: porcentaje de germinación, plántulas anormales, semillas latentes, semillas muertas, tiempo (en h) para alcanzar 50% de germinación (G50) y peso seco de plántulas. Se realizó la prueba de viabilidad con tetrazolio al 0.1% (ISTA, 2004) a las semillas que permanecieron sin emitir la radícula para verificar que estaban vivas y considerarlas como latentes. Con los datos obtenidos se realizó un análisis de varianza, contrastes ortogonales entre los tratamientos y el testigo y en aquellas que mostraron diferencia significativa se realizó la prueba de Tukey ( = 0.05) con el uso del paquete estadístico SAS (SAS Institute, 1999). En lo que se refiere a las interacciones, sólo se consideraron las relevantes de acuerdo con los objetivos planteados. RESULTADOS Y DISCUSIÓN No se observaron semillas germinadas durante los períodos de acondicionamiento osmótico en los tratamientos evaluados. Según Akers y Kevin (1986), esto se debe a que la presión osmótica de la solución y semilla llegan a un equilibrio, con lo que se interrumpe el flujo de agua hacia el interior de la semilla y la germinación no llega a ocurrir. Efecto de los agentes osmóticos Para este factor se observaron diferencias significativas en las variables: porcentaje de germinación, porcentaje de plántulas anormales, porcentaje de semillas muertas, tiempo para alcanzar 50% de germinación y peso seco de plántula (Cuadro 1). En general, los tres agentes osmóticos utilizados superaron al testigo en el porcentaje de germinación: mostraron un menor número de plántulas anormales y semillas latentes y mayor peso seco de plántulas. Las semillas osmoacondicionadas con KNO 3 mejoraron en 22% la tasa de germinación, redujeron en 10% el número de plántulas anormales, en 12% las semillas latentes y en 52 h el tiempo para alcanzar 50% de germinación con respecto al testigo; sin embargo, con este agente se observó el valor más bajo de peso seco de plántula respecto a KCl y PEG-8000, aunque superó al testigo (Cuadro 2). Potenciales osmóticos Se observaron diferencias significativas en todas las variables evaluadas correspondientes a este factor (Cuadro 1). En general, todos los potenciales osmóticos utilizados mostraron mayor porcentaje de germinación, menor porciento de plántulas anormales y semillas latentes, mayor rapidez en la germinación y mayor peso seco de plántula que el testigo (Cuadro 3). De los potenciales osmóticos utilizados, el de -15 atm, obtuvo el mayor porcentaje de germinación, los menores porcientos de semillas muertas, latentes y plántulas anormales, además de lograr 50% de germinación en el período más corto. Este resultado difiere de los de Tetepa (1997) quien obtuvo resultados positivos con potenciales más altos (0 y -5 atm); sin embargo, coincide con los de Parera y Cantliffe (1994), quienes determinaron que acondicionar osmóticamente a potenciales bajos permite obtener una germinación más rápida. Período de acondicionamiento osmótico En las siguientes variables: porciento de plántulas anormales, G50 y peso seco de plántula se observaron diferencias significativas (Cuadro 1). Todos los períodos de

4 118 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 José Marín Sánchez et al. Cuadro 1. Cuadrados medios de las variables de germinación en cuatro factores de estudio: agente osmótico, potencial osmótico, período de osmoacondicionamiento y período de almacenamiento y sus interacciones en semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora. Fuente de variación G.L. Germinación (%) Plántulas anormales (%) Semillas latentes (%) Semillas muertas (%) G50 (h) Peso seco de plántulas (mg) Testigo A ** ** ** ** ** B ** ** 24.77* ** ** ** C * ** ** D ** ** ** ** ** AxB ** ** 29.91** ** ** ** AxD ** ** ** ** AxC ** 24.33* 42.45** ** ** ** BxD * ** ** BxC ** ** ** ** CxD * ** ** ** AxBxD ** 38.28* ** ** AxBxC ** ** 20.29** 41.73* ** ** AxCxD ** ** BxCxD ** ** AxBxCxD ** ** Error C.V R² *Significativo al 0.05%; **Altamente significativo al 0.01%; G.L.= Grados de libertad; G50= Tiempo para alcanzar el 50% de germinación; A= Agente osmótico; B= Potencial osmótico; C= Período de osmoacondicionamiento; D= Período de almacenamiento. Cuadro 2. Efecto de agentes de osmóticos en variables de germinación en semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora. Agente osmótico Germinación (%) Plántulas anormales (%) Semillas latentes (%) Semillas muertas (%) G50 (h) Peso seco de plántula (mg) KNO a 2.45 a a a c PEG b 3.70 a b d a KCl c 6.33 b b b b Testigo d c a c d Media G50= Tiempo para alcanzar 50% de germinación. Medias con la misma letra en sentido vertical son iguales (Tukey, 0.05). acondicionamiento osmótico superaron al testigo en todas las variables de germinación evaluadas (Cuadro 4). En el período de 48 h de tratamiento se observaron los mejores resultados en coincidencia con los de Möller y Smith (1998), quienes reportaron que el período de acondicionamiento osmótico debe ser corto; con períodos prolongados existe el riesgo de que los iones de los agentes osmóticos penetren la semilla y dañen el embrión. Estos resultados concuerdan con los de Tetepa (1997), quien al acondicionar osmóticamente semillas de tomate de cáscara obtuvo la mejor calidad fisiológica con 32 h de tratamiento. Por su parte Haigh y Barlow (1986) observaron que al prolongar el período de acondicionamiento osmótico se redujo el porcentaje de germinación con relación al testigo.

5 Acondicionamiento osmótico de semillas de tomate de cáscara 119 Cuadro 3. Efecto de potenciales osmóticos en variables de germinación en semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora. Potencial Osmótico (atm) Germinación (%) Plántulas anormales (%) Semillas latentes (%) Semillas muertas (%) G50 (h) Peso seco de plántula (mg) b 5.75 b 2.55 a 8.50 ab a a b 5.05 b 1.91 a 9.52 ab b c a 2.38 a 1.72 a 8.38 ab a b b 3.47 a 1.63 a b c c Testigo c c b 7.75 a d d Media DSH G50= Tiempo para alcanzar 50% de germinación. Medias con la misma letra en sentido vertical son iguales (Tukey, 0.05). Cuadro 4. Efecto del período de acondicionamiento en variables de germinación en semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora. Tiempo de acondicionamiento osmótico Germinación (%) Plántulas anormales (%) Semillas latentes (%) Semillas muertas (%) G50 Peso seco de plántula (mg) 48 h a 3.85 a 1.97 a 8.89 a b a 72 h a 4.58 a 1.81 a 8.81 a c c 96 h a 4.06 a 2.08 a 9.82 a a b Testigo b b b 7.75 a d d Media DSH G50= Tiempo para alcanzar 50% de germinación. Medias con la misma letra en sentido vertical son iguales (Tukey, 0.05). Períodos de almacenamiento El acondicionamiento osmótico de las semillas es una práctica comercial exitosa que mejora el proceso de germinación (Bruggink et al., 1999); sin embargo, reduce el período de almacenamiento, lo que representa una limitante de esta tecnología. Lo anterior es el resultado de interacciones complejas entre factores físicos y bioquímicos que desestabilizan las proteínas (Wolkers et al., 1999). Además, con el osmoacondicionamiento se incrementa la susceptibilidad del ADN a sufrir daños durante el almacenamiento debido a que se modifica la cantidad de proteínas que codifica (Boubriak et al., 2000 y Chiatante y Onelli, 1993). Gurusinghe y Bradford (2001) coincidieron con lo señalado anteriormente e indicaron que la semilla de varias especies osmoacondicionadas durante períodos cortos reducen el tiempo de almacenamiento. Sin embargo, en esta investigación ocurrió lo contrario, ya que la calidad fisiológica de la semilla de tomate de cáscara mejoró a medida que se prolongó el período de almacenamiento. Los períodos de almacenamiento de 90 y 180 días mostraron el más alto porciento de germinación y el menor porciento de semillas latentes en comparación con el testigo (Cuadro 5). Estos resultados difieren con los de Atherton y Faroque (1983), quienes observaron que los efectos benéficos del acondicionamiento osmótico pueden perderse durante el almacenamiento. Interacciones Agente osmótico x potencial osmótico. En esta interacción se observó que tanto el agente como el potencial osmótico interactúaron sobre las variables de germinación evaluadas, lo cual coincide con lo señalado por Cantliffe (1981).

6 120 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 José Marín Sánchez et al. Cuadro 5. Efecto del período de almacenamiento en variables de germinación en semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora. Almacenamiento Germinación (%) Plántulas anormales (%) Semillas latentes (%) Semillas muertas (%) G50 Peso seco de plántula (mg) 0 d b 4.78 a 3.45 b 9.59 b c c 7 d b 4.02 a 3.29 b 10.21b c c 90 d a 4.08 a 1.13 a 8.90 a b b b 180 d a 4.67 a 1.16 a 7.83 a a a Media DSH G50= Tiempo para alcanzar 50% de germinación. Medias con la misma letra en sentido vertical son iguales (Tukey, 0.05). Los mayores porcentajes de germinación 87.4 y 90.5 y los menores porcentajes de semillas muertas 7.6 y 7.4, se obtuvieron con KNO 3 a -15 y -20 atm, respectivamente, en comparación con PEG-8000 que obtuvo el menor y mayor valor para esas variables, respectivamente (Cuadro 6). Estos resultados difieren con los de Parera y Cantliffe (1994) quienes mencionaron que el polietilen glicol tiene ventajas sobre las sales inorgánicas por ser una substancia inerte sin efectos tóxicos en el embrión, debido a que el tamaño de la molécula del PEG-8000 no le permite entrar en la semilla. Respecto al peso seco de plántula, el valor mayor de 1.14 mg y estadísticamente superior a los demás se obtuvo con PEG-8000 a -5 atm, lo cual coincide con los resultados de Tetepa (1997), quién observó incrementos en el peso seco de plántulas de tomate de cáscara después de tratar las semillas en una solución de PEG-200 a -5 atm. Agente osmótico x período de almacenamiento. Se observó significancia para los porcientos de germinación y semillas muertas, G50 y peso seco de plántula (Cuadro 1). El osmoacondicionamiento de semilla con KNO 3 y su posterior almacenamiento durante 90 y 180 días, mostraron el mayor porcentaje de germinación, el menor porciento de plántulas anormales, semillas latentes y muertas en comparación con el resto de las combinaciones (Cuadro 6). Agente osmótico x período de acondicionamiento. En esta interacción se observó significancia para todas las variables evaluadas (Cuadro 1). El mayor porciento de germinación se observó en el tratamiento con KNO 3 durante 96 y 72 h (Cuadro 6). Período de almacenamiento x período de acondicionamiento. Se observó significancia para las variables porciento de germinación, semillas muertas, tiempo en alcanzar 50% de germinación y peso seco de plántula (Cuadro 1). El mayor porcentaje de germinación se obtuvo con los períodos de almacenamiento de 90 y 180 días para los tres de acondicionamiento evaluados. En general, en la semilla osmoacondicionada durante 48 h y almacenada durante 180 días se observaron los mejores resultados en las variables evaluadas (Cuadro 6). Agente osmótico x potencial osmótico x período de acondicionamiento x período de almacenamiento. Esta interacción permitió detectar con precisión el efecto conjunto de los tratamientos sobre las variables estudiadas. De manera general, la semilla osmoacondicionada con KCl a -15 atm durante 48 h y con 90 y 180 días de almacenamiento; así como, con KNO 3 a -20 atm durante 72 y 180 días de almacenamiento, superaron al testigo en todas las variables estudiadas (Cuadro 7) y en 17% a los resultados obtenidos por Tetepa (1997), quien después de acondicionar osmóticamente semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora con PEG-200 obtuvo como máximo 81% de germinación. En general, se observó mayor calidad fisiológica en semillas acondicionadas que en el testigo. De acuerdo con Szafirowska et al. (1981), el osmoacondicionamiento mejora la movilidad de las reservas de la semillas hacia el embrión, lo cual influye en la uniformidad y velocidad de germinación. McDonald (2000), mencionó que el acondicionamiento osmótico ha sido exitoso en especies de semilla pequeña como zanahoria, pimienta, apio,

7 Acondicionamiento osmótico de semillas de tomate de cáscara 121 Cuadro 6. Efecto de las interacciones: Agente osmótico x potencial osmótico, agente osmótico x período de almacenamiento, agente osmótico x período de acondicionamiento, potencial osmótico x período de almacenamiento y período de almacenamiento x período de acondicionamiento, sobre las variables de germinación en semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora. Interacción Germinación (%) Plántulas anormales (%) Semillas latentes (%) Semillas muertas (%) G50 Peso seco de plántula (mg) Agente de acondicionamiento x potencial osmótico 1. KNO 3 (-20 atm) a 0.00 a 2.00 a 7.41 a a b 2. KNO 3 (-15 atm) a 2.66 a 2.25 a 7.66 a a b 3. PEG (-5 atm) b 4.91 a 1.83 a 9.58 b a a Media DSH Agente de acondicionamiento x período de almacenamiento 1. KNO 3 (90 d) a 2.41 a 1.25 a 4.41 a a a 2. KNO 3 (180 d) a 2.83 a 1.08 a 4.58 a a a Media DSH Agente de acondicionamiento x tiempo de acondicionamiento 1. KNO 3 (96 h) a 2.31 a 1.50 b 5.68 a a a 2. KNO 3 (72 h) a 2.93 a 1.56 b 7.12 b a a 3. KCl (96 h) b 5.68 b 2.25 b b a b Media DSH Período de almacenamiento x tiempo de acondicionamiento 1. 7 d (48 h) b 3.33 a 2.91 a b b b d (48 h) a 3.58 a 1.16 a 6.83 a a b d (72 h) a 4.41 a 0.58 a 9.00 b a b d (96 h) a 3.75 a 0.83 a b a b d (48 h) a 4.16 a 1.00 a 6.91 a a a d (72 h) a 4.50 a 0.75 a 8.75 b a a d (96 h) a 4.25 a 0.91 a 8.00 b a a Media DSH G50= Tiempo para alcanzar 50% de germinación. Medias con la misma letra en sentido vertical son iguales (Tukey, 0.05). tomate, cebolla y lechuga; sin embargo, en especies de semilla grande como soya y maíz no ha sido significativo. También señala que existe evidencia suficiente para afirmar que el osmoacondicionamiento facilita la reparación de daños asociados a perturbaciones en las membranas, oxidación, disfunción mitocondrial, e inactivación enzimática; lo cual ocurrió en esta investigación ya que se observó un menor número de plántulas anormales con el osmoacondicionamiento que en el testigo. Por su parte, Khan et al., (1978) refieren que en semillas osmoacondicionadas se reduce el tiempo de imbibición requerido para iniciar la diferenciación celular y crecimiento, lo que favorece la velocidad de germinación. En esta investigación al osmoacondicionar con KCl se obtuvo mayor uniformidad y rapidez en la germinación (G50), en comparación con el testigo.

8 122 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 José Marín Sánchez et al. Cuadro 7. Efecto promedio de la interacción A x B x C x D, sobre las variables evaluadas en la prueba de germinación en tomate de cáscara cv. Rendidora. A B C D Germinación (%) Plántulas anormales (%) Semillas latentes (%) Semillas muertas (%) G50 Peso seco de plántula (mg) KNO a 0.00a 0.00a 3.00a a b PEG a 3.00a 1.00a 8.00a b a KCl a 0.00a 0.00a 2.00a a b KNO a 0.00a 0.00a 3.00a a b KCl a 0.00a 0.00a 3.00a a b KCl a 8.00a 0.00a 10.00a a b Testigo b 10.00b 16.00b 8.00a b b Media DSH A= Agente osmótico; B= Potencial osmótico; C= Período de acondicionamiento; D= Período de almacenamiento; G50= Tiempo en alcanzar el 50% de germinación. Medias con la misma letra en sentido vertical son iguales Tukey, 0.05). CONCLUSIONES El efecto del acondicionamiento osmótico sobre las variables de germinación estudiadas varió en función del agente osmótico, potencial osmótico y duración del tratamiento. La semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora no germinó durante los períodos de acondicionamiento con los agentes osmóticos y potenciales utilizados. El almacenamiento de la semilla de 90 a 180 días después del acondicionamiento osmótico favoreció el porcentaje de germinación y redujo el porciento de semillas latentes de tomate de cáscara cv. Rendidora. El acondicionamiento osmótico con KCl a -15 atm durante 48 h o con KNO 3 a -20 atm durante 48 h mejoró la calidad fisiológica de la semilla de tomate de cáscara cv. Rendidora, efecto que persistió hasta por 180 días. LITERATURA CITADA Akers S., W. and Kevin H., E SPS: A system for priming seed using aerated polyethylen glycol or salt solutions. Hort Sci. 21: Atherton J., G. and Faroque M., A High temperature and termination in spinach. Effects of osmotic priming. Scientia Hort. 19: Boubriak L.; Vaunemko L. L. and Osborne D. J Loss of viability in rye embryos at different levels of hydration: senescence with apoptotic nucleosome cleavage or death with random DNA fragmentation, pp In: M. Black, K.J. Bradford, and J. Vázquez-Ramos (eds.) Seed biology: Advances and applications. CABI Int., Wallingford, U.K. Bradford K., J Manipulation of seed water relations via osmotic priming to improve germination under stress conditions. Hort Sci. 21(5): Bradford K., J.Steiner J., J. and Trawatha E., S Seed priming influence on germination and emergence of pepper seed lots. Crop Sci. 30: Bruggink G. T.; Ooms J. J. and Van der Toorn Induction of longevity in primed seeds. Seed Sci. Res. 9: Cantliffe D. J Seed priming of lettuce for early and uniform emergence under conditions of environmental stress. Acta Hort. 122: Chiatante D. and Onelli E Nuclear proteins and the onset of cell proliferation in root meristems of Pisum sativum: QP47 a novel acidic protein. Seed Sci. Res. 3: Gurusinghe S. H. and Bradford K. J Galactosylsucrose oligosaccharides and potential longevity of primed seeds. Seed Sci. Res. 11: Haigh M., A. and Barlow R., E. W Field emergence of tomato, carrot and onion seeds primed in an aerated salt solution. J. Amer. Soc. Hort. Sci. 111: Hernández L., A.; Estrada G.; Juárez C. y Ayala G Influencia de la fertilización y del ambiente de almacenamiento en la calidad de semilla de cebolla. Rev. Fitot. Méx. 22:87-97.

9 Acondicionamiento osmótico de semillas de tomate de cáscara 123 International Seed Testing Association (ISTA) International rules for seed testing. Bassersdorf, CH-Switzerland. 700 p. Khan A., A.; Tao, K.; Knypl, S. and Borkowska, B Osmotic conditioning of seeds: Physiological and biochemical changes. Acta Hort. 83: McDonald M., B Seed priming. In: Seed technology and its biological basis. M. Black and Bewley (eds). Sheffield Academic Press Ltd. England. pp Michel B., E Evaluation of the water potentials of solutions of polyethylene glycol 8000 both in the absence and presence of other solutes. Plant Physiol. 72: Möller, M. and Smith L., M The applicability of seaweed suspensions as priming treatments of lettuce (Lactuca sativa L.) seeds. Seed Sci. and Technol. 26: Orduña M., O Germinación en tomate de cáscara (Physalis ixocarpa Brot.). Tesis de Licenciatura. Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Fitotecnia. Chapingo, Estado de México, México. p Parera A., C. and Cantliffe D., J Presowing priming. Horticultural Reviews 16: Statistical Analysis System (SAS Institute) The SAS system for windows version eight. Cary, NC, USA. Szafirowska, A.; Khan A., A. and Peck H., N Osmoconditioning of carrot seed to improve seedling establishment and yield in cold soil. Agron. J. 73: Tetepa A., C Acondicionamiento osmótico de semilla de tres especies hortícolas solanáceas. Tesis de Licenciatura. Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Fitotecnia. Chapingo, México. 76 p. Welbaum G., E.; Shen, Z.; Oluoch O., M. and Jett W., L The evolution and effects of priming vegetable seeds. Seed and Technol. 20(2): Wiggans S., C. and Gardner P., F Effectiveness of various solutions for simulating drought conditions as measured by germination and seedling growth. Agron. J. 51: Wolkers W., F.; Tetteroo, F. A.; Alberda, M. and Hoekstra, F. A Changed properties of cytoplasmic matrix associated with desiccation tolerance of dried carrot somatic embryos. An in situ Fourier transforms infrared spectroscopic study. Plant Physiol. 120:

10 Agricultura Técnica en México Vol. 33 Núm. 2 Mayo-Agosto 2007 p CALIDAD FISIOLÓGICA Y DAÑO FÍSICO EN SEMILLA DE MAÍZ SOMETIDA A IMPACTO * PHYSIOLOGICAL QUALITY AND PHYSICAL DAMAGE OF MAIZE SEEDS SUBJECTED TO IMPACT Arturo Mancera Rico 1, Gabino García de los Santos 1, Aquiles Carballo Carballo 1, Carlos Alberto Villaseñor Perea 2, Ángel Martínez Garza 3 y Victoria Estrada Trejo 1 1 Producción de Semillas, Recursos Genéticos y Productividad, Colegio de Postgraduados. Km carretera México-Texcoco Montecillo, Texcoco, Estado de México, México. 2 Departamento de Ingeniería Mecánica Agrícola, Universidad Autónoma Chapingo. 3 Estadística, Instituto de Socioeconomía e Informática, Colegio de Postgraduados. Autor para correspondencia: arturomr87@hotmail.com RESUMEN El daño por impacto a la semilla de maíz es causa de baja calidad física, fisiológica y sanitaria. En este estudio, realizado en el Laboratorio de Análisis de Semillas del Colegio de Postgraduados, Montecillo, Estado de México, México en 2005, se evaluó el daño causado por impacto y envejecimiento acelerado sobre la calidad física y fisiológica de semillas de maíz. Se tomaron muestras de semilla de la porción apical, media y basal de mazorca del híbrido HS-2 con 10 y 23% de contenido de humedad. Éstas se colocaron en una plataforma con el embrión hacia arriba y fueron impactadas con una pieza cilíndrica de hierro de 243 g por caída libre de la misma, equivalente a 0.000, 0.141, y J. Parte de las semillas impactadas se sometieron a envejecimiento acelerado y se determinó la calidad física y fisiológica. La mayor calidad se observó en las semillas con 23% de humedad de las porciones central y basal de mazorca. Las semillas impactadas con 10 y 23% de humedad mostraron 34 y 25% sin daño visible, 80 y 69% de germinación estándar, 74 y 40% de germinación después del envejecimiento acelerado y 23 y 53 μscm -1 de conductividad eléctrica (pérdida de electrolitos por gramo de semilla), respectivamente. Para las semillas ubicadas en las porciones apical, media y basal, los porcentajes de semillas sin daño visible fueron de 25, 31 y 31%; el porciento de germinación estándar fue de 62, 82 y 81, la tasa de germinación posterior al envejecimiento acelerado * Recibido: Septiembre de 2005 Aceptado: Mayo de 2007 fue de 30, 74 y 80%, y la conductividad eléctrica fue de 54, 25 y 23 μscm -1. Los porcentajes de semillas dañadas y la disminución en la calidad fisiológica observados fueron relativamente proporcionales a la energía de impacto aplicada, a excepción de la tasa de germinación. Palabras clave: Zea mays L., contenido de humedad en la semilla, estrato de la mazorca. ABSTRACT Damage caused by physic impacts diminishes the physical and physiological quality of corn seeds. The object of this study was to evaluate the damage caused by an impact and an accelerated ageing test on the physical and physiological quality of corn seeds. The experiment was performed in the Seed Analysis Laboratory at the Colegio de Postgraduados, Montecillo, State of Mexico, Mexico in Seed samples from the apical, middle and basal portion of the cob were collected with 10 and 23% of moisture content. The seeds were placed on a table with the embryo upward and impacted by the free falling of an iron 243 g cylinder equivalent to 0.000, 0.141, and J; subsequently, half of the seeds were subjected to an accelerated ageing test. The highest physical and physiological quality was observed in

11 126 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 Arturo Mancera Rico et al. seeds with 23% of moisture content and from the middle and basal positions of the cob. In seeds impacted at 23 and 10% of moisture content, the percentages observed without visible damage were 34 and 25, standard germination percentages 80 and 69, germination after accelerated ageing test was 74 and 40% and the electrolyte loss (electrical conductivity per gram of seed) were 23 and 53 μscm -1, respectively. In seeds from the apical, middle and basal portion, the percentages of seeds without visible damage were 25, 31 and 31%, standard germination 62, 82 and 81%, germination after accelerated ageing test 30, 74 and 80% and electrolyte loss 54, 25 and 23 μscm -1, respectively. The percentages of seed damaged and the reduction of physiological quality were proportional to the impact applied, except for germination rate. Key words: Zea mays L., cob seed strata, seed moisture content. INTRODUCCIÓN La resistencia al daño mecánico es una característica de la semilla que debe tomarse en cuenta en el proceso de producción, siembra en campo, beneficio y almacenaje (Desai et al., 1997; Basu, 1994). Usualmente la maquinaria utilizada se ajusta a un régimen de operación para que la semilla sufra el menor daño posible. Por su parte, los fabricantes de equipo lo diseñan con el propósito de que opere de manera eficiente en el consumo de energía y eficaz en lo que respecta a la calidad e integridad física de las semillas (Mohsenin, 1986). El daño por impacto causa bajo vigor, disminuye la calidad física y sanitaria y reduce la vida de almacén de la semilla (Desai et al., 1997). Se ha reportado que el daño causado por el impacto, depende de varios factores: contenido de humedad, grado de madurez y tamaño y forma de semilla; sin embargo, la influencia de dichos factores sobre la magnitud del daño ha sido parcialmente estudiada. Mesquita y Hanna (1993) señalaron que el daño mecánico se incrementó al disminuir el contenido de humedad en semilla de soya. Bilanski y Lal (1965) observaron que la energía necesaria para fracturar semillas de maíz, trigo y soya se incrementó proporcionalmente al contenido de humedad, en correlación lineal en ciertos casos y no lineal en otros. Al respecto, Mohsenin (1986) y Multon (1981) mencionaron que un incremento en el contenido de agua ligada a la matriz de proteína, almidón y pentosas, ocasiona que las semillas sean menos resistentes a la deformación y más resistentes al quebrado. Sin embargo, King y Riddolls (1960) reportaron que conforme se incrementó el contenido de humedad durante la cosecha de trigo, se redujo el daño físico visible pero también el porcentaje de germinación, lo cual podría indicar que el daño fisiológico fue superior al daño mecánico observado. George et al. (2003) mencionaron que aunque el daño mecánico fue más intenso en las semillas de maíz de mayor tamaño, el porcentaje de germinación de éstas fue mayor. En contraste, Moes y Vyn (1988) reportaron que la semilla de maíz redonda y pequeña fue de menor resistencia al daño mecánico; por su parte, Peterson et al. (1995) reportaron que la semilla del estrato basal de mazorca es la de menor resistencia al daño ocasionado por impacto en caída libre. Con base en estos antecedentes, el objetivo de este estudio fue cuantificar el daño causado por impacto y envejecimiento acelerado sobre la calidad física y fisiológica de semilla de maíz. MATERIALES Y MÉTODOS Material genético y producción en campo Se utilizó el híbrido trilineal HS-2 [(CL 11 x CL 12 ) x CL 7 ], proporcionado por el Programa de Semillas del Colegio de Postgraduados. El HS-2 es de grano blanco semidentado, adaptado a condiciones agroecológicas de los Valles Altos de México. La siembra de los progenitores se realizó en el ciclo primavera-verano de 2004 en el campo experimental del Colegio de Postgraduados, Montecillo, Estado de México, México. Se sembraron 5000 m 2 en surcos a 50 y 80 cm entre plantas. La siembra del macho se realizó el 27 de abril y la de la hembra el día 7 de mayo. Al momento de la siembra se fertilizó con la fórmula Después de 25 días de antesis se cosecharon muestras de cinco mazorcas al azar a intervalos de 8 días para determinar la madurez de semilla mediante la presencia de capa negra y línea de leche de acuerdo con la metodología descrita por Afuakwa y Crookston (1984). Factores de estudio Contenido de humedad en semilla. La evaluación de resistencia al impacto se realizó a dos contenidos de humedad en la semilla: 23% (después de la madurez fisiológica), y 10% (después del secado artificial). Una vez aplicados los tratamientos de impacto, la semilla con 23% de humedad se secó a 35 C hasta alcanzar 10%, de acuerdo al método descrito por la ISTA (2004). Posteriormente se almacenaron durante cuatro meses en una cámara a 75% de HR y 20 C.

12 Calidad fisiológica y daño físico en semilla de maíz sometida a impacto 127 Estrato de ubicación en mazorca. Para diferenciar la semilla en función de forma y tamaño, la mazorca se dividió en tres estratos: apical, medio y basal. Los estratos apical y basal, se conformaron por semillas ubicadas en los primeros 4 cm a partir del extremo correspondiente, y el estrato medio por las semillas centrales. Energía de impacto. La semilla se colocó sobre una plataforma con el embrión hacia arriba; el impacto se produjo por medio de la caída libre de un cuerpo cilíndrico de acero de 243 g desde 0 (testigo), 6, 8 y 10 cm de altura, con las que se obtuvieron impactos de 0.000, 0.141, y J, respectivamente. Variables evaluadas Prueba de verde rápido. Esta prueba sólo se aplicó a semillas que resultaron completas después del impacto para detectar cualquier daño exterior difícil de percibir a simple vista y se clasificaron en semillas sin tinción y semillas teñidas. Las semillas sin tinción que presentaron grietas internas, es decir, en el endospermo, se clasificaron como semillas agrietadas. Las semillas que presentaron ruptura del pericarpio, y/o pequeñas fracturas del endospermo se clasificaron como cuarteadas. Las semillas quebradas fueron aquellas que presentaron desprendimiento de porciones del endospermo, o completas que presentaron ruptura en el pericarpio y fracturas severas en el endospermo. Las semillas cuarteadas y quebradas no se sometieron a esta prueba. Prueba de germinación estándar. Para evaluar la calidad fisiológica de semilla se aplicó esta prueba con el método entre papel propuesto por la International Seed Testing Association (ISTA, 2004), la cual consistió en colocar las semillas sobre toallas de papel, enrollarlas, hidratarlas y mantenerlas en una cámara de germinación a 25 ºC durante 7 días, por último, contar las semillas germinadas que desarrollaron plántulas normales. Tasa de germinación. Durante la prueba de germinación estándar, cada 24 h se cuantificó el número de semillas en las que se observó emisión de raíz; la tasa de germinación se calculó con la fórmula propuesta por Maguire (1962) y se expresó en porciento. Envejecimiento acelerado. Se utilizó el método propuesto por la Association of Official Seed Analysts (1983), que consiste en colocar las semillas dentro de cajas herméticas de plástico durante 96 h, a 42 C y 100% de HR. Posteriormente, la semilla se sometió a la prueba de germinación estándar. Pérdida de electrolitos. Con la finalidad de estimar en forma indirecta los daños causados por efecto del impacto, se evaluó la pérdida de electrolitos de semilla. La metodología utilizada fue la descrita por Moreno (1996), a la que se le modificó a 75 ml la cantidad de agua utilizada. Las semillas se colocaron en agua desionizada durante 24 h, posteriormente se retiraron y se midió la conductividad eléctrica de la solución y se expresó en μscm -1 ; el valor de conductividad eléctrica se expresó por gramo de semilla utilizada. Diseño del experimento y análisis estadístico Para analizar el efecto del contenido de humedad de semilla, el estrato de ubicación en mazorca y la energía de impacto, sobre el daño físico, porciento de germinación y tasa de germinación, se utilizó un diseño factorial completamente al azar con tres factores de estudio y se realizó un análisis de varianza y pruebas de comparación de medias de Tukey a un nivel de probabilidad de error α= Se efectuaron tres repeticiones con muestras de 30 semillas. Se realizaron las transformaciones arco seno (%) 1/2 para homogeneizar las varianzas, de acuerdo con Infante y Zárate (1990). Para estudiar el efecto del estrato de ubicación de semilla y energía de impacto sobre la germinación y pérdida de electrolitos después del envejecimiento acelerado, se utilizó un diseño factorial completamente al azar con dos factores de estudio y se realizó un análisis de varianza y pruebas de comparación de medias de Tukey. Se utilizó un diseño experimental similar para estudiar el efecto del contenido de humedad en semilla y la energía de impacto sobre germinación y pérdida de electrolitos. Los datos fueron analizados con la versión 9.0 del Statistical Analysis System (SAS Institute, 1999). RESULTADOS Y DISCUSIÓN Energía de impacto sobre el daño físico El análisis de varianza (Cuadro 1) mostró que la energía de impacto tuvo efectos diferentes en función de contenido de humedad de semilla sobre los porcentajes de semillas quebradas, cuarteadas, teñidas, sin tinción y agrietadas.

13 128 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 Arturo Mancera Rico et al. También se observó diferencia significativa entre los estratos de ubicación de semilla en los porcentajes anteriores, excepto en el porciento de semilla agrietada. Se observaron diferencias significativas por efecto de la energía de impacto en porcentajes de semillas quebradas, cuarteadas, teñidas y sin tinción. Así mismo, se observaron diferencias significativas en los efectos combinados de: contenido de humedad con estrato de ubicación, contenido de humedad con energía de impacto y de estrato de ubicación con energía de impacto (Cuadro 1). fue 44.6% mayor en semillas con 23% de humedad que con 10%, debido a que las semillas con 23% de humedad tuvieron algún daño en el endospermo (Cuadro 1). Los resultados anteriores sugieren que el contenido de humedad en semilla de maíz al momento de la cosecha es importante para reducir el daño físico. Por lo tanto, podría ser conveniente efectuarla con alto contenido de humedad (tan alto como el que se presenta al momento de madurez fisiológica). Sin embargo, esta aseveración difiere con lo Cuadro 1. Cuadrados medios de las variables y efectos principales y combinados de contenido de humedad en semilla, estrato de ubicación en mazorca y energía de impacto, sobre la calidad física de semilla de maíz. Montecillo, Estado de México Fuente de variación G. L. Semillas quebradas (%) Semillas cuarteadas (%) Semillas teñidas (%) Semillas sin tinción (%) Semillas agrietadas ii (%) H ** ** ** ** ** E ** ** ** ** NS I ** ** ** ** ** H*E ** NS NS ** ** H*I ** ** ** ** ** E*I ** NS * * ** H*E*I ** ** ** ** *5 Error C. V Efectos principales H (%) a 4.17 b 5.09 b b 1.85 b b a a a a DMS Estrato Apical a 7.92 b b b a Medio b a a a a Basal b a a a a DMS Impacto (J) Testigo 0.00 d 0.00 c 0.00 d a a c b a 9.89 b a b a b 5.48 bc b a b c 3.29 c b DMS *= Significativo α= 0.05; **= Significativo α= 0.01; NS= No significativo α= 0.05; ii= Evaluado de manera independiente; H= Contenido de humedad en semilla; E= Estrato de ubicación en mazorca; I= Energía de impacto. Medias con misma letra en sentido vertical son iguales (Tukey, 0.05). El porciento de semilla sin tinción fue significativamente mayor en semillas impactadas con 23% de contenido de humedad en comparación con las de 10%, lo cual indica que el contenido de humedad favorece la resistencia al impacto (Cuadro 1). Sin embargo, el porcentaje de semillas agrietadas reportado por Vyn y Moes (1988), quienes reportaron que a menor contenido de humedad en grano de maíz se reduce el número de granos fracturados. Otros autores reportaron que el mayor daño mecánico fue por efecto de cosecha prematura (George et al., 2003). En lo que respecta al

14 Calidad fisiológica y daño físico en semilla de maíz sometida a impacto 129 proceso de desgranado un mayor contenido de humedad en semilla, podría reducir el daño mecánico. Es importante tomar en cuenta que a mayor contenido de humedad en las estructuras de unión entre semilla y olote, mayor será la energía necesaria para separarlas (Bosoi et al., 1991). Lo anterior propone un procedimiento diferente para desgrane, que iniciaría con el secado de mazorca hasta minimizar la fuerza de unión de semilla con el olote; posteriormente, se podría humectar la semilla al momento de tratarla contra plagas y enfermedades, de tal manera que el desgrane se podría efectuar con menor consumo de energía y bajo riesgo de daño mecánico. Es importante mencionar que esta técnica no ha sido probada y se desconoce su repercusión en costos de producción. El mayor daño por impacto se observó en semilla ubicada en el estrato apical de mazorca (Cuadro 1) en comparación con semilla de los estratos medio y basal en los parámetros de: porciento de semilla quebrada, cuarteada, teñida y sin tinción. No obstante la diferencia en forma y tamaño de semilla entre estratos medio y basal, no se observó diferencia entre ellos (parámetros no analizados). Estos resultados fueron similares a los reportados por Moes y Vyn (1988), en los que semilla redonda y pequeña fue de menor resistencia a fracturarse; en contraste, los resultados reportados por George et al. (2003) señalaron lo contrario. Puesto que en ambos trabajos se utilizaron máquinas desgranadoras, es probable que los resultados contradictorios se debieran a los ajustes en la operación de las mismas. Resultados similares a los observados en este estudio los reportaron Peterson et al. (1995), quienes aplicaron el impacto mediante la caída libre de semillas; observaron que las de mayor resistencia fueron las de estrato medio, seguidas por las de estrato apical y finalmente las de basal; es probable que el daño en semillas de estrato apical en comparación con el basal se debió a su menor peso, lo que resultó en una menor energía de impacto. Por su parte, Bosoi et al. (1991), reportaron que semillas del estrato medio de mazorca maduran primero, por lo que pierden humedad antes que las de basal y el apical. En consecuencia, la energía necesaria para desprender las semillas del estrato medio sería menor que para las del ápice y de la base. Esto sugiere el uso de desgranadoras con tambor trillador cónico con alimentación de mazorca por el extremo de menor diámetro donde se desgranarán semillas de estrato medio y/o las débilmente sujetas al olote y en el extremo de mayor diámetro (con mayor velocidad tangencial) se desgranarían semillas más fuertemente unidas al olote. El porciento de semilla quebrada se incrementó proporcionalmente a la energía de impacto, mientras que el porcentaje de semilla sin tinción fue inversamente proporcional (Cuadro 1). Con la energía de impacto de J, el porcentaje de semilla sin tinción fue de 9.8% y el porcentaje de semilla completa fue de 47% (suma de semillas teñidas más semillas sin tinción) en comparación con el testigo que en ambos parámetros fue de 100%. El porcentaje de semilla agrietada observado en el testigo fue 32.2% y el promedio de semillas impactadas fue 21.4%, por lo que el estrés por secado y manejo influyó en este parámetro, particularmente en semillas cosechadas con 23% de humedad (Cuadro 1). En este estudio, el daño físico causado por la menor energía de impacto evaluada (0.141 J) fue superior al reportado por otros investigadores. Peterson et al. (1995) no reportaron fracturas en semillas impactadas 10 veces en caída libre desde 10 m de altura (equivalente a J aproximadamente). En otro estudio se reportó fractura de semilla (Moes y Vyn, 1988); sin embargo, los porcentajes no fueron tan altos como los observados en este trabajo, lo que indica la conveniencia de estudiar energías de impacto menores a las utilizadas en esta investigación. Efecto de la energía de impacto en calidad fisiológica El análisis de varianza para las pruebas de germinación estándar (Cuadro 2) indicó que el contenido de humedad en semilla produjo un efecto altamente significativo sobre el porcentaje de germinación (plántulas normales), mientras que para la tasa de germinación no fue significativo. El estrato de ubicación en mazorca tuvo efectos significativos en porcentaje de germinación y en tasa de germinación, lo cual indica que la resistencia de semilla al daño fisiológico producido por impacto difiere con la ubicación en mazorca. La energía de impacto también produjo efectos significativamente diferentes en porcentaje de germinación y en tasa de germinación. Se detectó diferencia significativa para el porciento de germinación en los efectos combinados de contenido de humedad con el estrato de ubicación y del estrato de ubicación con la energía de impacto. Cabe señalar que el tipo de daño más frecuentemente observado fue la fractura o cuarteadura paralela al eje embrionario en las semillas impactadas (datos no mostrados), que coincide con lo reportado por Moreira et al. (1999).

15 130 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 Arturo Mancera Rico et al. Cuadro 2. Cuadrados medios y efectos principales y combinados del contenido de humedad en semilla, estrato de ubicación en mazorca y energía de impacto sobre el porciento de germinación, tasa de germinación, porciento de germinación después de envejecimiento acelerado y pérdida de electrolitos. Montecillo, Estado de México Fuente de variación G. L. Germinación (%) Tasa de germinación (%) EAN (%) Pérdida de electrolitos C. E. (μscm -1 ) Cuadrados medios H ** 5.12 NS E ** ** ** ** I ** 7.88 *I ** ** H*E ** ** H*I NS ** E*I ** ** ** ** H*E*I ** ** Error C.V. (%) Efectos principales H (%) b 17.22a a 17.75a DMS Estrato Apical b c b a Medio a b a b Basal a a a b DMS I (J) Testigo a ab a c b a b b c b c b c ab c a DMS *= Significativo con α= 0.05; **= Significativo con α= 0.01; NS= No significativo con α= 0.05; EAN= Germinación después del envejecimiento acelerado; H= Contenido de humedad en la semilla; E= Estrato de ubicación en la mazorca; I= Energía de impacto. Medias con misma letra en sentido vertical son iguales (Tukey, 0.05). El mayor porcentaje de germinación 80.3 se obtuvo en semillas con 23% de humedad, en comparación con 69.4% en las semillas con 10% de humedad (Cuadro 2). Este resultado concuerda con la prueba de verde rápido (Cuadro 1), en la que semilla más resistente al impacto fue la que contenía 23% de humedad. Esto sugiere la conveniencia de cosechar la semilla cuando el contenido de humedad, posterior a madurez fisiológica, es mayor, para mantener su calidad física y fisiológica. Los resultados reportados por George et al. (2003) indican que los menores porcentajes de germinación se obtuvieron cuando la cosecha se efectuó antes de la madurez fisiológica, (por tanto con mayor contenido de humedad), lo cual probablemente se debió a que los tejidos que imparten la resistencia a daño mecánico no estaban plenamente desarrollados, o bien, la calidad fisiológica de las mismas, particularmente el vigor, fue baja. Moes y Vyn (1988) observaron el mayor daño mecánico en semillas cosechadas con alto contenido de humedad. Este resultado se debió a que la fuerza de enlace entre semilla y olote fue mayor al momento de desgranado como lo indicaron Bosoi et al. (1991). El porciento de germinación fue significativamente mayor en los estratos medio y basal, que en el apical, con 81.6,

16 Calidad fisiológica y daño físico en semilla de maíz sometida a impacto y 62.3, respectivamente lo que indica que semillas ubicadas en el estrato apical tuvieron menor resistencia al impacto (Cuadro 2), lo que probablemente se debió a la forma y tamaño de semillas de acuerdo con lo reportado por Batistella et al. (2002). También es probable que los porcentajes de germinación observados estuvieran relacionados con la integridad física de semillas, ya que en la prueba de verde rápido (Cuadro 1) semillas de los estratos medio y basal fueron más resistentes al impacto. Sobre este tema, George et al. (2003) reportan mayor porciento de germinación en semillas de tamaño grande y mediano que en pequeñas, a pesar de haber sido aquéllas las más severamente dañadas mecánicamente. En cuanto al efecto de energía de impacto sobre el porciento de germinación, se observaron 98.3, 76.3, 62.9 y 61.9 para 0.000, 0.141, y J, respectivamente (Cuadro 2). La tasa de germinación de semilla proveniente de estrato basal 80.1%, fue significativamente mayor que la de estratos medio y apical con 74.3 y 30.4%, respectivamente (Cuadro 2), por lo que es probable que el daño físico causado por el impacto haya afectado el proceso de germinación. La energía de impacto afectó la tasa de germinación: con J se observó mayor tasa de germinación, mientras que con la de J, la menor (Cuadro 2). Se deduce que J fue suficiente energía para dañar la cubierta seminal, lo que permitió una rápida imbibición sin llegar a afectar la germinación. En general, se considera que este parámetro no tuvo la capacidad de discriminar el potencial fisiológico después del daño mecánico inducido, ya que no se observó una proporcionalidad con la energía de impacto. Después del envejecimiento acelerado, el estrato de ubicación de semilla y la energía de impacto tuvieron efectos significativos en lo individual sobre el porcentaje de germinación y pérdida de electrolitos; en ambos casos se observaron diferencias significativas en efectos combinados (Cuadro 2). En semilla de estratos medio y basal se observaron mayores porcentajes de germinación y menores valores de pérdida de electrolitos, después del envejecimiento acelerado (EAN) (Cuadro 2). Estos resultados coinciden, en parte, con los reportados por George et al. (2003) quienes observaron que las semillas de mayor tamaño presentaron mayor porcentaje de germinación después de un período de almacenamiento de 14 meses. Lo anterior se podría atribuir más a la calidad fisiológica que a la resistencia mecánica, ya que las semillas de los estratos medio y basal fueron las que mayor daño físico presentaron en la prueba de verde rápido. En esta investigación, los testigos no impactados de los estratos apical, medio y basal no presentaron diferencia significativa entre sí en cuanto al porcentaje de germinación (datos no mostrados) después del envejecimiento acelerado, los cuales fueron 90, 83 y 82%, respectivamente. En general se observó que semillas de mayor tamaño fueron de mayor vigor (expresado como porciento de germinación), lo cual coincide con Moreno et al. (1998). En el testigo sin impactar se obtuvo mayor porcentaje de germinación después del envejecimiento acelerado, así como la menor pérdida de electrolitos. Los indicadores de vigor fueron afectados de manera proporcional al daño físico ocasionado en semillas impactadas (Cuadro 2). El contenido de humedad de semilla y energía de impacto así como su interacción afectaron significativamente el porcentaje de germinación y pérdida de electrolitos después del envejecimiento acelerado (Cuadro 3). El mayor porciento de germinación se obtuvo con 23% de humedad en semilla (Cuadro 3), lo que se atribuye a la resistencia a daño mecánico, como se observó en la prueba de verde rápido (Cuadro 1). En semillas de estrato medio, el porcentaje de germinación no mostró efecto diferencial por los tratamientos de impacto (datos no mostrados). La pérdida de electrolitos aumentó a medida que se incrementó la energía de impacto (Cuadro 3). No obstante los altos porcentajes de semillas cuarteadas y quebradas observados, los porcentajes de germinación estándar, así como los obtenidos después del envejecimiento acelerado, no se vieron afectados en la misma proporción, lo cual se debió a que, a pesar de que el escutelo se fracturó por efecto del impacto, las semillas tuvieron la capacidad para realizar las actividades metabólicas necesarias para la germinación de plántulas normales, tal como lo mencionaron Moreira et al. (1999) y Cicero et al. (1998).

17 132 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 Arturo Mancera Rico et al. Cuadro 3. Cuadrados medios y efectos principales y combinados del contenido de humedad en semilla y energía de impacto sobre el porciento de germinación y pérdida de electrolitos después del envejecimiento acelerado. Montecillo, Estado de México, México Fuente de variación G. L. EAN (%) Pérdida de electrolitos C. E. μscm -1 Cuadrados medios H ** ** I ** ** H*I ** ** Error C. V. (%) Efectos principales H (%) 10% b a 23% a b DMS I(J) Testigo a d b c b b b a DMS **= Significativo con α= 0.01; EAN= Porciento de germinación después de envejecimiento acelerado; CE= Conductividad eléctrica; H= Contenido de humedad en semilla; I= Energía de impacto. Medias con misma letra en sentido vertical son iguales (Tukey, 0.05). CONCLUSIONES La semilla de maíz con 23% de contenido de humedad presentó el menor daño físico, mayor porciento de germinación (antes y después del envejecimiento acelerado) y menor pérdida de electrolitos. La semilla del estrato apical fue de menor resistencia al daño por impacto. En semillas del estrato medio, la pérdida de electrolitos permitió una adecuada evaluación de efecto de las energías de impacto utilizadas en este estudio. La tasa de germinación no fue un indicador apropiado para evaluar la calidad fisiológica de semilla en este experimento, ya que no se correlacionó con las energías de impacto aplicadas. LITERATURA CITADA Afuakwa, J. J. and Crookston, R. K Using milk line to visually monitoring grain maturity in maize. Crop Sci. 24: Association of Official Seed Analysts Seed Vigor Testing Handbook. (Contribution, 32), 88 p. Basu, R. N Seed viability. p In: Basra, A. S. (ed). Seed Quality: Basic mechanisms and agricultural implications. Food Products Press: An imprint of the Haworth Press, Inc. New York, USA. Batistella, filho, F.; Vitto Mộro, F. and De Carvalho, N. M Relationship between physical, morphological, and physiological characteristics of seeds developed at different positions of the ear of two maize (Zea mays L) hybrids. Seed Sci. & Technol. 30: Bilanski, W. K. and Lal, R The behavior of threshed materials in a vertical wind tunnel. Transactions of the ASAE. p Bosoi, E. S.; Verniaev, O. V.; Smirnov, I. I. and Sultan- Shakh, E. G Theory, construction and calculations of agricultural machines. Volume Two. Jaganmohan A. Translation to English from an original Russian version. India. p Cicero, S. M.; Van der Heijden, G. W. A. M.; Van der Burg, W. J. and Bino, R. J Evaluation of mechanical damage in seeds of maize (Zea mays L.) by X-ray and digital imaging. Seed Sci. & Technol. 26:

18 Calidad fisiológica y daño físico en semilla de maíz sometida a impacto 133 Copeland, L. O. and McDonald, M. B Principles of seed science and technology. 2nd. Ed. Burgess Publishing Company. Minneapolis Minnesota, USA. 170 p. Desai, B. B.; Kotecha, P. M. and Salunkhe, D. K Seeds Handbook. Marcel Dekker. New York, USA. p , , George, D. L.; Gupta, M. L.; Tay, D. and Parwata I. G. M. A Influence of planting date, method of handling and seed size on supersweet sweet corn seed quality. Seed Sci. & Technol. 31: George, R. A. T Vegetable seed production, 2nd. ed. CABI publishing. Cambridge, UK. pp Infante, G. S. y Zárate, L. G. P Métodos Estadísticos: Un Enfoque Interdisciplinario. Ed. Trillas. México. p: , International Seed Testing Association (ISTA) International rules for seed testing. Ed Bassersdorf, CH-Switzerland, 243 p. King D. L. and Riddolls A. W Damage to wheat seed and pea seed in threshing. J. Agr. Eng. Res. 7(2):90. Maguire, J. D Speed of germination, aid in selection and evaluation of seedling emergence vigor. Crop Sci. 2: Mesquita, C. M. and Hanna, M. A Soybean threshing mechanics: II Impact. Amer. Soc. Agr. Eng. 36: Moes, J. and Vyn, T. J Management effects on kernel breakage susceptibility of early maturing corn hybrids. Agron. J. 80: Mohsenin, N. N Physical properties of plant and animal materials. Gordon and Breach Science Publishers. 2nd. ed. New York, USA. p Moreira-de Carvalho, M. L.; van Aelst, A. C.; van Eck, J. W. and Hoekstra, F. A Pre-harvest stress cracks in maize (Zea mays L.) kernels as characterized by visual, X-ray and low temperature scanning electron microscopical analysis: effect on kernel quality. Seed Sci. Res. 9: Moreno, M. E.; Vázquez-Badillo, M. E.; Rivera, A.; Navarrete, R. and Esquivel-Villagrana, F Effect of seed shape and size on germination of corn (Zea mays L.) stored under adverse conditions. Seed Sci. & Technol. 26: Moreno, M. E Análisis físico y biológico de semillas agrícolas. 3a. ed. Universidad Nacional Autónoma de México. México, D. F. p Multon, J. L.; Bizot, H.; Doublier, J. L.; Lefebvre, J. and Abbott, D. C Effect of water activity and sorption hysteresis on rheological behavior of wheat kernels, p In: L. B. Rockland and G. F. Stewart (Eds.) Water activity: influences on food quality. New York: Academic Press. Peterson, J. M.; Perdomo, J. A. and Burris, J. S Influence of kernel position, mechanical damage and controlled deterioration on estimates of hybrid maize seed quality. Seed Sci. & Technol. 23: Salhuana, W. and Smith, S Maize breeding and genetic resources. p In: Agricultural values of plant genetic resources. Eds. Evenson R. E.; Gollin, D. and Santaniello, V. Cabi Publishing. Wallingford, UK. Vyn, T. J. and Moes, J Breakage susceptibility of corn kernels in relation to crop management under long growing season condition. Agron. J. 80:

19 Agricultura Técnica en México Vol. 33 Núm. 2 Mayo-Agosto 2007 p DESARROLLO PARTICIPATIVO DE HÍBRIDOS SINTÉTICOS DE MAÍZ Y PRODUCCIÓN DE SEMILLA POR AGRICULTORES * PARTICIPATORY DEVELOPMENT OF MAIZE SINTHETIC HYBRIDS AND SEED PRODUCTION BY FARMERS Roberto Valdivia Bernal 1, Francisco de Jesús Caro Velarde 1, Margarito Ortiz Catón 1, Alberto Betancourt Vallejo 1, Alejandro Ortega Corona 2, Víctor Antonio Vidal Martínez 3 y Alejandro Espinosa Calderón 4 1 Unidad Académica de Agricultura, Universidad Autónoma de Nayarit. Carretera Tepic-Compostela Km Xalisco, Nayarit, México. 2 Campo Experimental Valle del Yaqui, INIFAP. 3 Campo Experimental Santiago Ixcuintla, INIFAP. 4 Campo Experimental Valle de México, INIFAP. Autor para correspondencia: beto49_2000@ yahoo.com.mx RESUMEN Un grupo de agricultores de la región productora de maíz del municipio de Santa María del Oro, Nayarit, México, aplicó el modelo productor-experimentador (P-E) para desarrollar semilla híbrida de maíz para auto abasto y reducir costos de producción. El modelo P-E es un proceso participativo entre productor e investigador, en el que se realiza investigación, transferencia de tecnología y adopción. Las actividades se llevaron a cabo de en la comunidad de Buckingham y otras aledañas. En 1996 los productores sembraron diez híbridos comerciales de maíz para compararlos con dos híbridos sintéticos obtenidos de cruzas entre híbridos comerciales F 1. Las características agronómicas superiores de los híbridos sintéticos y su alto rendimiento motivo a los agricultores a producir ocho nuevos híbridos sintéticos a partir de cruzamientos entre los híbridos comerciales: HV-313, D-880, C-385 en F 2, P-3028, A-7573, D-867 y Ciclón. Los productores seleccionaron un nuevo híbrido al que denominaron B-2002, cuyo rendimiento fue similar al de los híbridos comerciales cultivados en la región: P-3028, A-7573 y H-359; por lo que la semilla del B-2002 tuvo una creciente demanda. En 1998, 1999 y 2000 se sembraron 1000, 1500 y 3500 ha, respectivamente. La aplicación del modelo productor-experimentador demostró que, con asesoría del investigador, los productores están aptos para desarrollar híbridos sintéticos de maíz a partir de híbridos comerciales y producir su propia semilla a un menor costo en comparación con la de híbridos comerciales. Palabras clave: Zea mays L., experimento en franjas, generaciones avanzadas, mejoramiento participativo, productor-experimentador. ABSTRACT The model Farmer-Researcher (F-R) was applied by a group of farmers in Santa María del Oro, Nayarit, Mexico with the aim of developing their own maize hybrids and its seed production, in order to reduce production costs. The F-R model is a participatory process between farmers and researchers that involves research, technology transfer and adoption activities. The model was applied during at Buckingham and neighborhood communities. In 1996, the farmers compared 10 commercial maize hybrids with two synthetic hybrids obtained from crosses between commercial F 1 hybrids. The agronomic characteristics and yield shown by the synthetic hybrids convinced the farmers to form eight new synthetic hybrids from crosses among the commercial hybrids: HV-313, D-880, C-385 in the generation F 2, P-3028, A-7573, D-867 and Ciclón. * Recibido: Enero de 2006 Aceptado: Julio de 2007

20 136 Agric. Téc. Méx. Vol. 33 Núm. 2 Mayo - Agosto 2007 Roberto Valdivia Bernal et al. The farmers selected one hybrid and named it B The performance of B-2002 was similar to the best commercial hybrids sown at the region: P-3028, A-7573 and H-359; therefore, the seed of B-2002, produced by farmers, had an increasing demand. In 1998, 1999 and 2000, B-2002 was used in 1000, 1500 and 3500 ha, respectively. The application of the farmer-researcher model demonstrated that farmers, advised by a researcher, were able to develop maize hybrids and to produce their own seed at a lower cost than the commercial hybrid seed. Key words: Zea mays L., advanced generations, farmerresearcher, on farm strip trails, participatory plant breeding. INTRODUCCIÓN En el estado de Nayarit se cultivan alrededor de ha de maíz al año. Se estima que la mayoría se siembra con semilla certificada (Valdivia et al., 2000). Sin embargo, la Asociación Mexicana de Semilleros, A. C. (AMSAC) informó que en este estado se vende semilla híbrida de maíz para ha, el resto de la superficie, que representa hasta 50%, se siembra con variedades mejoradas de polinización libre y diversos tipos de generaciones avanzadas de híbridos comerciales F 2 (Valdivia y Vidal, 1995). El uso de semilla F 2 reduce en más de 20% el rendimiento en comparación con la F 1 (Ramírez et al., 1986; Espinosa et al., 2005); no obstante, los productores siguen sembrándola principalmente por los altos costos de la semilla certificada. Actualmente los productores siembran híbridos simples y trilineales de maíz que, cultivados con dosis adecuadas de fertilizantes y aplicación de agroquímicos para el control de plagas y maleza, les permite obtener altos rendimientos y afrontar problemas de rentabilidad del cultivo. Sin embargo, el uso de híbridos causa dependencia tecnológica y la pérdida gradual de la cultura de trabajo del agricultor, ya que la participación de éste en el desarrollo, evaluación y adopción de tecnologías adecuadas a su sistema de producción es limitada. Ante esta problemática, se requieren nuevos modelos de producción orientados hacia una agricultura sustentable y alternativas de abastecimiento de semillas. Es necesario que el agricultor se involucre en el proceso de producción que le permita tomar decisiones en la definición de las tecnologías adecuadas para su sistema de producción y para el desarrollo de sus insumos. Un modelo apropiado a esta realidad es el denominado productor-experimentador (Valdivia et al., 2000). De acuerdo con Villarreal (2001), el desarrollo del modelo productor-experimentador (P-E) es el resultado de un largo proceso de investigación-acción, tendiente a dar respuesta a un problema que, por primera vez, se planteó en 1974 al Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas (INIA), antecesor del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), en relación a la transferencia y adopción de tecnología. En los primeros trabajos de diagnóstico socioeconómico, realizados a través del Centro de Investigaciones Agrícolas de Tamaulipas (CIAT), se observó que en todas las regiones agrícolas de Nuevo León y Tamaulipas existían agricultores y ganaderos que obtenían el doble de rendimiento promedio de la región. A esta diferencia en productividad se le asignó el nombre de Oportunidad de Investigación, a la cual se considera precursora del modelo P-E, mismo que ha evolucionado en su supuesto a medida que se conoce mejor el proceso de transferencia de tecnología. En 1974 la hipótesis inicial fue: el INIA cuenta con la tecnología para duplicar la producción nacional de alimentos en la superficie agrícola actual; lo único que hacía falta es desarrollar un método efectivo para que esta tecnología llegue a los agricultores. A los trabajos realizados en 1978 por el INIA sobre este tema se les denominó investigación en transferencia de tecnología. El modelo P-E es una estrategia alternativa para transferir tecnología a los pequeños productores (Villarreal, 2001). Se fundamenta en la participación individual y comunitaria en la toma de decisiones durante el desarrollo de las actividades de investigación y transferencia tecnológica, a través de una comunicación de productor a productor. El éxito de este modelo depende de la capacidad y voluntad del técnico extensionista (o investigador) para asociarse con productores y lograr la participación de los hijos de éstos en la toma de datos. Una ventaja evidente del modelo P-E, respecto al modelo convencional de transferencia de tecnología, es que se trata de un procedimiento que estimula al productor para formarse como experimentador empírico; además establece el compromiso de los participantes (técnico o investigador y productores) de trabajar conjuntamente por la comunidad, es decir, por el bien común más que para el beneficio individual. El proceso y forma de trabajo es de aprendizaje práctico y teórico para ambos, todos aprenden en el trabajo y para el trabajo.