BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA

Transcripción

1 BIOLOGÍA EN AGRONOMÍA Volumen 1, No. 1 Marzo de 2011 CONFERENCIA: TÉCNICAS DE PREACONDICIONAMIENTO EN SEMILLAS Ms. Sc. Silvia Elena Killian. Cátedra de Fisiología Vegetal. Dpto. Biología. Facultad de Ciencias Agrarias. Universidad Nacional de Catamarca. Avda. Belgrano y Maestro Quiroga. C.P Catamarca Argentina. Tel Fax: martinezkillian@yahoo.com.ar CONSIDERACIONES GENERALES Sobre todo en zonas áridas y semiáridas la emergencia, el establecimiento de las plantas y el rendimiento de los cultivos están restringidos por las temperaturas extremas, el déficit hídrico, la salinidad y la alta irradiancia. Las técnicas biotecnológicas, como la transgénesis representan un gran avance, pero deber ir acompañadas de conocimientos sobre manejo de las semillas consideradas delivery de la tecnología. Las grandes empresas que producen semillas manejan técnicas de presiembra que optimizan la germinación y la emergencia y a las que consideran secreto comercial. La germinación de las semillas es un proceso complejo que involucra cambios físicos, bioquímicos, anatómicos y fisiológicos. El primer cambio que se produce es la hidratación, sin la cual los otros procesos no ocurrirían. Las semillas maduras contienen entre 5 y 10% de agua. Este estado de deshidratación facilita el almacenamiento, pero impide la realización plena de todas las actividades celulares. Instantes después de ser colocada la semilla en condiciones de incubación en una solución, con fines experimentales, sembrada a campo o si se trata de una semilla que pertenece al banco del suelo y se ha producido una precipitación pluvial, puede ocurrir que: Universidad Nacional de Catamarca Secretaría de Ciencia y Tecnología Editorial Científica Universitaria ISSN:

2 - Se hidrate a gran velocidad debido a presentar tegumento tenues y sustancias mucilaginosas (albahaca, lesquerella, lino rojo ornamental), o daño como en el caso del cebil o la soja. - Se hidraten rápidamente, alrededor de 100% de peso fresco antes de las 24 horas de incubación, debido al alto contenido de proteínas, como por ejemplo en haba. - Se produzca hidratación moderada que no supere el 100% de incremento de peso fresco a las 24 horas de incubación como en semillas berenjena y pepino. - No se produzca absorción de agua debido al estado de dormición impuesto por la dureza tegumentaria por ejemplo algarrobos y acacias Durante la fase I de la germinación, las proteínas son sintetizadas sobre la base de la información del marn pre-existente, además el ADN y las mitocondrias son reparados. En la fase II hay un lento incremento en el contenido de agua de la semilla, pero la actividad fisiológica con la germinación se inicia, incluyendo la síntesis de proteínas a partir de un nuevo transcripto, marn, y síntesis de nuevas mitocondrias. En la fase III se produce una rápida absorción de agua y se completa el proceso de germinación con la protrusión radicular. Las fases I y II son las fases fundamentales durante las cuales la dinámica de absorción de agua es relevante para el proceso germinativo. En la semilla madura, previo a la hidratación de las estructuras celulares, como membrana plasmática, vacuolas y mitocondrias se encuentran desorganizadas espacialmente. Al producirse la hidratación a gran velocidad se puede producir daño imbibicional y como consecuencia extrusión de sustancias de las células. Es posible minimizar el daño imbibicional disminuyendo la velocidad en la absorción de agua implementando técnicas de presiembra. Entre las técnicas de presiembra se mencionan las de preacondicionamiento hídrico y osmótico. El preacondicionamiento hídrico se realiza con agua en estado líquido, como en coco o en atmósfera saturada de vapor de agua, como en arvejilla. El osmo-preacondicionamiento consiste en la preincubación de semillas en soluciones de bajo potencial hídrico que permiten retrasar el ingreso de agua a las células de la semilla y el posterior secado hasta peso inicial. 108

3 Esta hidratación controlada, que impide la protrusión radicular, permite la reactivación de los procesos bioquímicos y la reorganización de las estructuras celulares. Entre los efectos registrados, atribuibles al preacondicionamiento es posible mencionar: - Reorganización de membranas plasmáticas, activación de ATPasa y acuaporinas. - Dos acuaporinas de (Brassica napus L.). (BnPIP1 y Bngamma-TIP2) se detectaron más temprano durante la germinación en semillas preacondicionadas. La BnPIP1 se relaciona con el transporte de agua requerido por el metabolismo enzimático del almacenamiento de nutrientes en los primeros estadios de la germinación. El preacondicionamiento con ABA induce alto nivel del transcripto de BnPIP1 que permanence despúes de un subsecuente secado de la semilla. El preacondicionamiento induce síntesis e inicia la activación de enzimas catalizadoras de la ruptura y movilización de las reservas almacenadas. En la planta modelo Arabidopsis thaliana se identificaron proteínas que aparecen antes y se produce degradación de proteínas de reserva (12S-cruciferina β-subunidad) En remolacha azucarera se registró acumulación del producto de la degradación de la subunidad B de la globulina durante el preacondicionamiento, por la acción de una endo-proteinasa sobre la subunidad A. Esto sugiere que las enzimas involucradas en la movilización de las reservas proteicas son sintetizadas o activadas durante el preacondicionamiento. Otra movilización enzimática de reservas, tales como los hidratos de carbono (α y β amilasas) y la movilización de los lípidos. Enzimas como la isocitrato liasa son también activadas. Se registró acumulación de la subunidad β de la tubulina relacionada con la reactivación del ciclo celular. El hidro-preacondicionamiento incrementó el nivel de una isoforma de la catalasa. Además de la catalasa se incrementa el nivel de la superóxido dismutasa enzimas clave del sistema antioxidante. 109

4 En equinacea tanto el preacondicionamiento en vermiculita húmeda o en polietilenglicol incrementaron el porcentaje y la velocidad de emergencia. También se incrementó la actividad de enzimas antioxidants y disminuyó el nivel de malondialdehido y la acumulación de peroxidasas totales. Además, se cuantificó incremento en la actividad de las enzimas isocitrato liasa y malato sintetasa. Se modificó el contenido de prolina y sacarosa en plántula de Prosopis. Los cambios estructurales, a nivel celular, y los bioquímicos determinan cambios en respuestas fisiológicas como por ejemplo: ruptura del estado de dormición, incremento en el porcentaje y velocidad de germinación, aumento de la emergencia y crecimiento de plántulas, incremento de la tolerancia a estrés abiótico (hídrico, salino, térmico). También, se registran incremento en rendimiento en órganos de cosecha y adelanto de la floración. Se debe tener en cuenta varios aspectos: - El preacondicionamiento se puede realizar utilizando sustancias como polietilenglicol, manitol, sacarosa, sorbitol, ácido ascórbico, o sales como NaCl, KCl, KNO 3 ó KH 2 PO 4, en soluciones monosalinas o combinadas. Para la elección de las sales a utilizar se debe tener en cuenta que las sales usadas durante el preacondicionamiento son elicitores de respuestas subcelulares específicas, como ocurre con el sodio y el potasio. La utilización de extractos naturales ha dado resultados positivos en el cambio de la relación vástago/raíz (V/R). La disminución de la relación V/R en longitud aumenta el porcentaje de éxito después del transplante y durante el establecimiento de las plantas a campo. En otros casos se induce mayor nivel de síntesis de metabolitos como la dopamina en habas provenientes de semillas preacondicionadas en soluciones con extracto de orégano. La dificultad de trabajar con extractos naturales es, por una parte la estandarización y la conservación. - La duración de los tratamientos puede variar, por lo general, desde 15 minutos a 14 días. Esta dispersión se debe por un lado, al tamaño de la semilla y por otro a la dureza tegumentaria. Los pretratamientos en cámaras de atmósfera saturada de vapor de agua son, en general de corta duración para evitar inducción de envejecimiento. - La temperatura modifica la velocidad de difusión de las sustancias de la solución de preacondicionamiento y también la tasa de los procesos metabólicos. 110

5 - El contenido de oxigeno de la solución disminuye significativamente durante los tratamientos prolongados. Esto ocurre con mayor frecuencia en soluciones de PEG, por la baja difusibilidad del oxígeno. - La presencia de radiación lumínica tanto en calidad, intensidad y duración puede potenciar los efectos del preacondiciomamiento. Con el objeto de facilitar la aplicación de los tratamientos de preacondicionamiento se han realizado ensayos con sales comerciales de bajo costo y que no representen dificultad para la obtención y preparación de las soluciones. 111