INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA"

Virginia Mendoza Espinoza
hace 6 años
Vistas:

1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA SECCIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN DOCTORADO EN COMUNICACIONES Y PARAMETROS DE IRRADIACIÓN LÁSER PARA PRODUCIR EFECTOS DE ESTIMULACIÓN EN SEMILLAS DE MAÍZ (Zea mays L.) T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO DE DOCTOR EN CIENCIAS EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA P R E S E N T A M. EN C. CLAUDIA HERNÁNDEZ AGUILAR DIRECTOR DE TESIS DR. ALEXANDER MICHTCHENKO MÉXICO, D.F. ENERO DEL 2005

2 RESUMEN GENERAL Considerando la necesidad de nuevos métodos ecológicos para emplearse en la agricultura, y en particular de aquellos que buscan mejorar la calidad de la semilla; en esta investigación se plantearon los siguientes objetivos: 1). Determinar el tipo de láser a emplear para producir efectos de estimulación en la semilla de maíz. 2). Determinar los tiempos e intensidades de irradiación láser de baja intensidad que pueden producir efectos benéficos en la semilla de maíz; 3). Determinar si la irradiación con un láser de baja intensidad modifica el vigor de la semilla de maíz, teñida y no teñida con colorante. 4). Analizar la influencia de la irradiación láser de baja intensidad en el contenido de clorofila de las hojas de plántulas provenientes de semilla tratada con dos niveles de intensidad y cuatro tiempos de irradiación emitida por un láser semiconductor de AsAlGa, y 5). Estudiar el efecto de diferentes intensidades y tiempos de irradiación láser, sobre la calidad sanitaria de la semilla de maíz. Los experimentos se llevaron a cabo en la estación experimental, Invernadero y Laboratorios del Colegio de postgraduados, Montecillo, Texcoco, Estado de México. En base a los objetivos planteados el estudio comprendió las siguientes cuatro fases. Fase 1. Considerando que un problema dentro de la industria semillera es la producción de semillas con bajo vigor; se propuso en este estudio mejorar el vigor mediante el empleo de la luz láser de baja intensidad en la semilla de maíz (Zea mays L.) como tratamiento previo a la siembra. Para ello en una primera fase, bajo un diseño factorial empleando como fuente emisora un láser semiconductor de AsAlGa (Arseniuro-Aluminio-Galio), con salida de 30 mw de potencia y longitud de onda de 660nm fueron aplicados 3 intensidades y 6 tiempos de irradiación en semillas del híbrido de cruza simple CL 1 x CL 4, coloreadas previamente con rojo metil. Los resultados obtenidos indicaron, que a determinada combinación de tiempo e intensidad de irradiación láser en la semilla se incrementó significativamente la velocidad de emergencia, peso seco y emergencia de plántulas. La combinación con la cual se obtuvo el mejor resultado fue a una intensidad de 20 mw/cm 2 durante un tiempo de 1 minuto; ya que el incremento fue altamente significativo (p 0.01) en velocidad de emergencia de plántulas (42.89%), en peso seco (63.24%) y en % de emergencia (48.07%) con relación a la muestra de control (no radiada). Fase 2. En una segunda fase se estableció en condiciones de invernadero otro experimento,

3 empleando semilla sin colorear. Se aplicaron 16 tratamientos de luz láser en semillas no coloreadas del híbrido de maíz CL 1 x CL 4, manejando un diseño factorial de 4 intensidades y 4 tiempos de irradiación emitidas por un láser de AsAlGa en una longitud de onda de 660nm. La radiación láser incrementó significativamente la velocidad de emergencia, peso seco y % de emergencia de plántulas. Los resultados puntualizan que la combinación que obtuvo una mejor respuesta fue a una intensidad de 10 mw/cm 2 durante un minuto; tratamiento que originó incrementos significativos (p 0.05) en velocidad de emergencia (33.19%), en peso seco (14.45%) y en % de emergencia (25%) con relación al control (muestras de semillas no irradiadas). Fase 3. Al interactuar la luz láser con la semilla de maíz produce efectos de fotoactivación en los genes responsables del contenido de pigmento en las hojas; de esta forma se condujo un experimento cuyo propósito fue investigar el efecto producido en el contenido de clorofilas en hojas de plántulas de maíz, cuya semilla fue tratada con luz láser emitida por un láser semiconductor de AsAlGa. El espectro de absorción óptico de una porción de las hojas de las plántulas fue obtenido mediante la técnica de espectroscopía fotoacústica. El espectro de absorción de una porción de las hojas fue obtenido para evaluar las diferencias cualitativas en los picos de absorción de las clorofilas a s y clorofilas b s. Los resultados para ambas clorofilas revelaron diferencias significativas (p 0.05) entre los tratamientos evaluados, decrementando hasta un % el nivel de la señal fotoacústica a un tiempo de 30 segundos, e intensidad de 27.3 mw/cm 2 el nivel de clorofila a y aumentando 9.96%, para un tiempo de 5 minutos y un nivel de Intensidad de I 1 = 4.9 mw/cm 2, la clorofila b. Fase 4. Por último la existencia de hongos que deterioran la calidad de la semilla, indujo a conocer qué está pasando con la micoflora asociada a la semilla de maíz. Se empleó un diodo láser semiconductor de 660 nm y P = 27.4 mw, aplicando cinco tiempos de irradiación (30, 60, 180, 300 y 600 segundos) y dos niveles de intensidad de irradiación ( I 1 = e I 2 = 4.65 mw/cm 2 ). Posterior a la irradiación a las semillas se llevó a cabo la prueba de germinación y de sanidad de la semilla, encontrándose que la irradiación láser disminuyó significativamente la cantidad de semilla infestada con el hongo fusarium s.p.. La combinación de I 1 e I 2 a un tiempo de irradiación de 5 minutos dio lugar a una reducción significativa (p 0.05) en la cantidad de semilla infestada con el hongo (66.66%), con relación al control (no radiada).

4 De este conjunto de resultados se desprende que la aplicación de la luz emitida por láseres semiconductores o diodos láser puede convertirse en una alternativa potencial para el manejo de la calidad de la semilla de maíz. PALABRAS CLAVE : Zea mays, semillas de maíz, radiación láser, vigor de la semilla, clorofila, espectroscopia fotoacústica, hongos, fusarium, diodo láser.

5 GENERAL SUMMARY High seed quality is absolutely necessary in the context of modern crop production systems, and it is a specific requirement because affects crop establishment, growth and yield, therefore, the development of a technique for improved quality is very important, considering the world problem at present and in the future, For this proposes, the effects of low intensity laser irradiation on Zea mays L. The experiments were conducted in the experimental station, greenhouse and laboratories of the Post- graduated College. A factorial of three intensities and six times of GaAlAs laser radiation, with an output power of 30 mw and wavelength of 660 nm, was applied in pre-sowing to seeds from a single cross hybrid: the seeds were soaked in the dye methyl red. The laser seed irradiation significantly increased seedling emergence rate, seedling dry weight and emergence in soil. Due that laser irradiation originated positive and negative bio-stimulations in seed vigour, it was very important to estimate the specific combination of parameters. In this study, the optimum combination was an intensity of 20 mw/cm 2 during one minute; this treatment originated highly significant (p 0.01) increases in seedling emergence rate (42.89%), in dry weight (63.24%) and emergence (48.07%) with relation to the control (without irradiation). On the other hand a factorial of four intensities and four times of AsAIGa laser radiation at a wavelength of 660 nm was applied in pre-sowing to seeds from a single cross hybrid. The laser seed irradiation significantly increased seedling emergence rate, seedling dry weight and emergence in soil. The results of our study point to that, the optimum combination was an intensity of 9.7 mw/cm 2 during 1 minute; this treatment originated highly significant (p 0.05) increases in seedling emergence rate (33.19%), in dry weight (14.45%) and emergence (25%) with relation to the control (without irradiation). Other experiment was when the seeds were exposed to different laser intensities and radiation times. The optical absorption spectra of their seedling leaves was obtained, by using photoacoustic spectroscopy, in order to obtain qualitative differences in the chrolorophyll a and b absorption peaks. A randomized complete block experimental design with 3 replications was utilized. The experimental unit was 10 seeds, from which we randomly choose three seedlings. Data were subjected to variance analysis (anova) using the SAS GLM procedures (SAS, 1998 version) The least

6 significant difference test (LSD) at the 5% probability level was studied for comparing treatments (3). The anova for both chlorophylls revealed highly significant (p 0.05) differences among treatments. In chlorophylls a and b at 30 seconds of irradiation time and 27.3 mw/cm2 of laser intensity, the PA signal decreases 22.75% and 16.2% respectively, when compared with the PA signal amplitude of control sample. In other study we investigated about the effects of the low intensity laser irradiation on the Mycoflora content in corn seeds. Also the effects on the germination, grown and morphology of the seedlings, under controled confitions, were studied. Five irradiation times were applied (30, 60, 180, 300 and 600 seconds and two intensity levels (( I 1 = e I 2 = 4.65 mw/cm 2 ) by using a diode laser ( = 660nm and power of 27.4 mw). After of the seed irradiation studies of germination and seed healthy were developed. Laser irradiation significantly diminish the quality of seeds infested with Fusarium s.p. fungi. The combination of I 1 and I 2, at five minutes of irradiation time, diminish (p 0.05) the quantity of infested seeds with the fungi up to 38.88% when compared with the control seed (no irradiated) From these results the laser irradiation seed enhancement technology deserves further investigation in maize. Key words: Zea mays L., laser irradiation, laser semiconductor, diode laser, seed vigour, seed enhancement, seedling emergence. Chrolorophylls, fungi, fusarium.

Documentos relacionados

RAFAEL SANTIAGO HENAO TORRES OSCAR MAURICIO MUÑETÓN RESTREPO

EFECTO DEL SISTEMA DE ACOLCHADO PLÁSTICO Y DIFERENTES DOSIFICACIONES DE FÓSFORO (P 2 O 5 ) EN LA PRODUCCIÓN DE ARVEJA (Pisum sativum L.) EN LA GRANJA EL JAZMÍN UNISARC RAFAEL SANTIAGO HENAO TORRES OSCAR