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M.D. 2.

Unidad Temática 11: Germinación y Latencia de semillas y yemas

Plan de Estudios 2002

El presente texto didáctico contiene material original y compilación de varios autores, citados como bibliografía consultada al final del texto, y se ajusta a los contenidos de la unidad temática Nº

11 del Programa del Plan de Estudios 2002 y N°12 y 13 del programa del Plan de estudios 1986.

Oro Verde, Paraná, diciembre de 2005

Ing. Agr. Dr. Victor H. Lallana, Prof. Titular Ord. Ing. Agr. José H. Elizalde, Jefe Trabajos Prácticos Ing. Agr. Luz Fabiola García, Auxiliar 1ª Categoría

Cátedra de FISIOLOGIA VEGETAL Facultad de Ciencias Agropecuarias Universidad Nacional de Entre Ríos

Contenido: 1. Germinación 1.1. Ciclo biológico de la planta originada de semilla 1.2. Polinización y fecundación 1.3. Desarrollo y Maduración 1.4. Estructura de las semillas 1.5. Fisiología de la Germinación 1.6. Movilización de reservas en semillas en germinación 1.6.1. Germinación de semillas de cereales 1.6.2. Germinación de semillas de oleaginosas 1.7. Factores que influyen durante la germinación 1.8. Ensayos para viabilidad y vigor de las semillas 2. Dormición de las semillas 2.1. Exógena 2.2. Endógena 2.3. Regulación hormonal de la dormición en semillas. 3. Latencia de yemas 3.2. Modificaciones estructurales para el reposo. 3.3. Modificaciones hormonales y metabólicas.

UT. Nº 11. Germinación y latencia de semillas y yemas – Cátedra de Fisiología Vegetal – FCA-UNER Pág. [2]

1. Germinación Concepto de germinación: cuando las semillas viables en estado de quiescencia se embeben con agua, comienzan una serie de eventos que culminan con la emergencia de la radícula por fuera de las envolturas seminales o del fruto. Esto significa que el proceso de la germinación se cumplió exitosamente. Es importante aclarar que, desde el punto de vista agronómico la germinación queda completada cuando una plántula se establece en condiciones de campo, alcanzando su autotrofía, es decir que puede producir todas las sustancias orgánicas que requiere para su crecimiento y desarrollo.

Matilla (2003) define la germinación como el conjunto de procesos metabólicos y morfogenéticos que tienen como resultado la transformación de un embrión en una plántula capaz de valerse por si misma y transformarse en una planta fotosintéticamente competente. La germinación de una semilla es pues, uno de los procesos más vulnerables por los que atraviesa el ciclo vital de una planta ya que de ella depende el desarrollo de la nueva generación.

Como la misión de la semilla es producir una nueva planta, puede parecer un contrasentido la existencia de la dormición. Sin embargo, este proceso fisiológico confiere a las semillas unas ventajas adaptativas de gran importancia ecofisiológica, ya que permite una adecuada distribución espacial y temporal de la germinación, asegurando que las condiciones medioambientales sean las más adecuadas para que ésta se complete con éxito.

1.1. Ciclo biológico de una planta originada de semillas Inicialmente se forma un cigoto en el ovario de la flor. Esta estructura unicelular crece y aloja

al embrión y endosperma. Durante este período el embrión es parásito de la planta madre. Cuando se dan las condiciones para la germinación, el embrión se desarrolla hasta formar una plántula. A partir de este momento podemos hacer una diferenciación de tres fases. Fase juvenil: Se inicia con la formación de una plántula. La plántula crece produciendo el alargamiento de raíces y tallo. En esta etapa el crecimiento es vegetativo. En este estado transcurre un cierto tiempo y no responde a estímulos inductores de la floración. Fase transicional: Aquí la planta pierde sus características juveniles Fase adulto: La planta florece y ocurre la producción de semillas. En las plantas anuales, durante esta fase se alcanza el tamaño final y la floración, y luego muere. En cambio en las perennes, luego de producir flores, continúa regenerándose mediante la producción de brotes vegetativos.

La iniciación de la floración se produce, cuando varios puntos de crecimiento vegetativo son inducidos y se diferencian para volverse reproductivos. Esto consiste en cambios fisiológicos internos en el punto de crecimiento que preceden a cualquier cambio morfológico. Es durante esta etapa que se produce la formación de las células sexuales, las que se originan luego de la división celular, que comprende la división reduccional de cromosomas -mediante la cual su número se reduce a la mitad-. El número original de cromosomas se restablece con la fecundación (Ejemplos: 8 pares en cebolla, 12 pares en tomate, 16 pares en Eryngium horridum, 23 pares en el hombre).

El tiempo fisiológico para alcanzar la fase adulta varía con las especies Algunas especies de árboles frutales, manzano y peral, a menudo requieren de un crecimiento de 5 a 7 años antes de florecer. Orquídeas y otras plantas de bulbos, no florecen hasta que alcanzan 5 a 7 años de edad. Los árboles de muchas especies forestales no producen semillas hasta que alcanzan los 15 a 20 años de edad. Otras plantas perennes leñosas tienen un ciclo bienal, en el cual las ramas son vegetativas en una estación y reproductivas en la siguiente. Las cosechas anuales (limonero de todo el año) son debido a que otras ramas de la misma planta alternan su ciclo. La reproducción irregular de semillas en árboles forestales puede deberse a: una gran cosecha (muy abundante) en la estación anterior; a falta de humedad, de nutrientes, o a temperaturas en exceso (altas o bajas), o bien por una desfoliación importante provocada por ejemplo por la acción de los insectos o enfermedades.


1.2. Polinización y fecundación La polinización es el traslado del grano de polen desde las anteras hasta el estigma del pistilo.

La fecundación se lleva a cabo una vez que el grano de polen es depositado sobre el estigma. Allí desarrolla el tubo polínico que penetra, recorriendo el interior del estilo hasta el ovario, donde libera el núcleo masculino (generatriz) que al fusionarse con el óvulo, da lugar al cigoto. El otro núcleo generatriz se combina con los 2 núcleos polares para formar el endosperma. Estudios realizados sobre granos de polen, creciendo en un medio de cultivo demostraron que por un efecto de amontonamiento de los granos de polen se provocaría el desarrollo del tubo polínico, presumiblemente por la difusión de una sustancia (calcio) que desencadenaría el proceso. Además el tubo polínico cuenta con elementos nutritivos provistos por el estilo y esto hace que su crecimiento sea continuo e irreversible (ácidos grasos, azúcares).

Una vez que el tubo polínico ha penetrado en el ovario, debe liberar el núcleo generatriz para fecundar al óvulo. El tubo polínico necesita oxígeno para su desarrollo, que lo halla en las zonas altas del pistilo: en el estigma y en las primeras porciones del estilo, luego la disponibilidad de oxígeno disminuye hasta llegar al ovario donde la concentración de gas es nulo, por ello el tubo estalla y libera su contenido citoplasmático. Durante la progresión del tubo polínico, el núcleo vegetativo se encuentra en la extremidad, yendo el núcleo reproductivo más atrasado. Antes de penetrar en el ovario, el primero de ellos se desorganiza y el 2º se divide en dos núcleos reproductivos, uno se fusiona con la oosfera y el otro con dos núcleos polares para dar origen al endosperma.

La germinación del grano de polen ocurre entre 12 y 36 h después de la polinización; estando claramente influenciada por la temperatura ambiental, con un rango apropiado entre 10 y 30 ºC y un óptimo entre 20 y 25 ºC (es inviable la germinación por debajo de 5 ºC y por encima de 35 ºC).

Para la producción de semillas viables es necesario que haya tanto polinización como fertilización. Sin embargo en algunos casos el fruto puede madurar y contener solo cubiertas de semillas arrugadas y vacías, sin embrión o con un embrión delgado y encogido. Esta falta de semilla puede resultar de varias causas: a) Partenocarpia (desarrollo del fruto, sin polinización, fertilización) b) aborto del embrión (muerte durante el desarrollo) y c) incapacidad del embrión para acumular sustancias alimenticias.

1.3. Desarrollo y maduración de las semillas El desarrollo del cigoto, implica la formación de varios núcleos libres, alrededor de los cuales

se forman las paredes celulares formando el pro-embrión posteriormente una serie de divisiones celulares darán lugar a la formación de las células embrionales y al suspensor que formaran el embrión.

Una vez formado el embrión, la porción central del gametocito femenino, se transforma en una cavidad hacia la cual el embrión es enviado por la elongación del suspensor. Cuando se desarrolla el endosperma algunos nutrientes son retirados de los tejidos adyacentes mientras otros son sintetizados in situ, a partir de materiales transportados allí. En los cereales es limitada la utilización de las reservas del endosperma durante la maduración del embrión y son sustituidas por los cotiledones, que actúan como órganos de reserva para la germinación. Los tegumentos que rodean al óvulo, cambian durante la maduración de la semilla y se transforman en la envoltura seminal o testa. Finalmente comienza la etapa de desecación, el óvulo pierde agua, la envoltura seminal se esclerifica, transformándose en cubierta protectora que juega un papel importante en la supervivencia de la semilla. En las semillas durante el proceso de maduración se encuentran hormonas vegetales que cumplen diferentes proceso fisiológicos: a) Se acumulan durante la maduración para participar luego en la germinación y crecimiento de la plántula; b) pueden también controlar el crecimiento y desarrollo del fruto (ej.: Pisum sativun, la tasa de crecimiento de la pared del ovario, esta relacionada con el contenido hormonal de la semilla).

El ABA cumple un papel importante en la prevención de la germinación durante el desarrollo de la semilla, el cual aumenta tanto dentro del propio embrión como en las estructuras que lo circundan. Ese rol declina a finales del período de maduración de la semilla (secado). El


impedimento de la germinación de semillas en desarrollo dentro de los frutos frescos causado por el ABA, se lo relaciona con el bajo potencial agua de los tejidos circundantes del fruto. Mutantes vivíparos y germinación precoz: Las mutaciones que ocurren en algunos genes, afectan el desarrollo de las semillas provocan la detención del mismo y permiten que ocurra la germinación sin que se hayan completados los requerimientos para la maduración. Estos son los mutantes vivíparos, cuyas semillas completan la germinación precozmente mientras todavía están en la planta madre. Tales mutantes han sido encontrados en varias especies de cereales como: maíz, trigo, arroz, cebada. También en aquellos que producen semillas en frutos frescos como: limón, naranja, tomate, melón y en Arabidopsis. En maíz se conocen al menos 9 genes vivíparos. Las clases más importantes de mutantes incluyen aquellos cariopses que son deficientes en ABA siendo la mayoría también deficientes en carotenoides.

Maduración: Cuando la diferenciación del embrión en la planta se ha completado y ha cesado el flujo de sustancias de reserva al endosperma o a los cotiledones, comienza una fase de deshidratación. Este proceso es una salida de agua de la semilla para lo cual la planta gasta energía. Este proceso es acelerado por temperaturas elevadas, potenciales agua de la atmósfera muy negativos o vientos fuertes. En este estado se considera que la semilla está fisiológicamente madura. La semilla madura posee un metabolismo muy disminuido. Este estado de reposo se denomina quiescencia y dura hasta que se produzca la rehidratación por imbibición y existan condiciones de temperatura y aireación apropiada para la germinación. Cuando las semillas están secas (10 a 15 % de humedad) la tasa respiratoria es baja. El valor del potencial agua en una semilla seca puede ser menor que –100 Mpa debido a su muy bajo potencial osmótico. Las semillas en almacenamiento a partir de un 16 % de humedad interna comienzan a desarrollar procesos metabólicos.

El secado de maduración es el evento terminal en el desarrollo de muchas semillas, luego del cual las mismas pueden pasar a un estado metabólicamente quiescente. Las semillas pueden permanecer en este estado seco desde varios días a muchos años reteniendo su viabilidad.

Existe una clase de semillas que a la madurez no son capaces de soportar las pérdidas de agua en la magnitud que muestran las especies ortodoxas. Estas semillas son llamadas recalcitrantes o no ortodoxas y deben mantener un contenido de humedad relativamente elevado para permanecer viables. Su período de vida es relativamente corto y sólo ocasionalmente exceden a unos pocos meses. Algunas especies que producen semillas recalcitrantes son: Quercus borealis, Juglans nigra, Cocos nucifera, Coffea arabica, Theobroma cacao.

1.4. Estructura de las semillas La semilla está compuesta de tres partes básicas: (a) el embrión; (b) los tejidos de

almacenamiento de alimentos; y (c) la cubierta de la semilla. El embrión consiste en un eje (Hipocotilo), una raíz rudimentaria (radícula) y un punto

vegetativo caulinar (plúmula) presentando una o más hojas embrionarias (cotiledones) Las células del embrión contienen una gran cantidad de alimentos almacenados (aceites, almidón y proteínas).

El embrión es una nueva planta que resulta de la unión de los gametos masculino y femenino durante la fecundación. Su estructura básica es un eje embrionario, con un punto de crecimiento en cada extremo, uno para el tallo y otro para la raíz, y una o más hojas seminales (cotiledones) adheridas al eje embrionario. Las plantas se clasifican según el número de cotiledones. Las plantas monocotiledóneas (como el cocotero o las gramíneas), tienen un solo cotiledón, las dicotiledóneas (como el poroto y el durazno) tienen dos y las gimnospermas (como el pino o ginkgo), pueden tener hasta quince.

Los embriones difieren en tamaño, reflejando el grado en que se han desarrollado dentro de la semilla.

Las semillas no endospérmicas almacenan alimentos en los cotiledones, los cuales forman las partes dominantes de la semilla. En las semillas endospérmicas, el material de reserva se


encuentra en el endospermo, perisperma, o en el caso de las gimnospermas en el gametofito haploide femenino.

Las cubiertas de las semillas pueden consistir en los tegumentos, los remanentes de la

nucela y del endospermo y a veces, partes del fruto. Las cubiertas de la semilla, o testa, por lo general, una o dos (con rareza tres), se derivan de los tegumentos del óvulo. Durante el desarrollo las cubiertas de la semilla se modifican, de manera que en la madurez presentan un aspecto característico. Las propiedades de la cubierta externa de la semilla pueden ser muy características de la familia a que pertenece la planta. Usualmente la cubierta externa se seca y se vuelve algo engrosada y endurecida, de color pardusco. En ciertas familias, se vuelve dura e impermeable al agua. Por otra parte, la cubierta interna de ordinario es delgada, transparente y membranosa. Dentro de la cubierta interna de la semilla se encuentran los remanentes del endospermo y de la nucela, formando a veces una capa distinta, continua, alrededor del embrión.

En algunas plantas, permanecen adheridas a la semilla partes del fruto, en tal forma que el fruto y la semilla se manejan juntos como “semilla”. En ciertas clases de frutos; por ejemplo, los aquenios, cariópsides, sámaras y esquizocarpos, las capas de la semilla y del fruto son contiguas. En otros, como la bellota, las cubiertas del fruto y de la semilla están separados, pero la cubierta del fruto es indehiscente. Aun en otros, como en los frutos de “hueso” (por ejemplo: duraznos, ciruelas, albaricoques) o en las nueces, la cubierta es la porción endurecida del pericarpio, pero es dehiscente y puede ser removida sin mucha dificultad.

Esquemas de los tipos morfológicos de semillas


Las cubiertas de la semilla proporcionan protección mecánica al embrión, haciendo posible manejar las semillas sin dañarlas, permitiendo así transportarlas a grandes distancias y almacenarlas durante períodos considerables. Las cubiertas de la semilla pueden desempeñar un papel importante al influir sobre la germinación de las mismas.

La germinación solamente puede llevarse a término mediante una degradación de la cubierta por el propio eje embrionario (secreción de enzimas hidrolíticas) o bien mediante agentes microbianos presentes en el suelo. Por otra parte, la impermeabilización impuesta por la cubierta seminal afecta el intercambio gaseoso, impidiendo la entrada de O2 y la salidad de CO2. A veces la cubierta impermeable también puede retener una serie de inhibidores de la germinación.

1.5. Fisiología de la germinación 1. Imbibición: El paso inicial de la germinación consiste en la imbibición en agua de varios

tejidos de la semilla, lo que generalmente provoca su aumento de volumen. La imbibición es un fenómeno físico por el cual se produce la entrada de agua desde el medio a la semilla. La fuerza impulsora es el gradiente de potencial agua entre la semilla y el ambiente, pero la permeabilidad de la semilla es muy importante para determinar la tasa de flujo del agua. La cantidad de agua que ingresa depende de las especies pero en general es muy alta. En los cereales es entre el 40 y el 60 % del peso de la semilla seca y en algunas leguminosas como la arveja, asciende al 80%. El agua penetra a través de los tegumentos, micropila, paredes y membranas celulares, se liga por uniones hidrógenos a los coloides y a otras sustancias eléctricamente cargadas que se hallan en estado de gel (Esto provoca el hinchamiento de la semilla y genera fuerzas de presión muy importantes, debido al proceso de imbibición –adsorción de moléculas de agua a la superficie de las micelas coloidales). La disponibilidad de agua en el suelo es clave y afecta la imbibición. Un suelo durante una sequía puede llegar a poseer un potencial agua de 300 MPa, y en una semilla seca, a lo sumo se ha medido 100 MPa.

La permeabilidad de la semilla depende de la morfología, estructura, composición, contenido inicial de humedad y temperatura de imbibición de la semilla. La velocidad de penetración del agua es determinante de la germinación: si es muy lenta la germinación se retrasa y se pierde viabilidad y si es muy rápida, las semillas pueden sufrir daño por excesiva imbibición. A medida que las semillas toman agua se produce una liberación de un gran volumen de gases y una rápida pérdida de solutos solubles como azúcares, aminoácidos y ácidos orgánicos. En el suelo estos solutos pueden estimular el crecimiento de patógenos que invaden las semillas y la deterioran. Cuando se embeben semillas de arveja, con la testa removida, se produce una rápida salida de potasio y otros electrolitos, incrementándose la conductividad de la solución que rodea la semilla también se observa una gran salida de azúcares y proteínas. Esta pérdida de solutos inicial dura hasta treinta minutos (Bewley y Black, 1994) y se produce solo desde las capas externas de los cotiledones. Semillas intactas no pierden solutos tan marcadamente. Semillas de ciertas especies como soja, poroto y arveja pierden muy rápidamente su vigor cuando se eliminan los tegumentos seminales; por lo tanto estas cubiertas son una barrera protectora importante durante la imbibición. Por tal motivo, daños mecánicos durante la cosecha y la siembra reducen el vigor de la semilla.

2. La hidratación de enzimas hidrolíticas y sintéticas. Esta entrada de agua en el interior de las semillas da lugar a una dispersión de los coloides necesaria para la vuelta a la vida activa; rehidrata las reservas alimenticias que solo pueden transformarse en sustancias accesibles al embrión en presencia de agua. Con el aumento de la hidratación de las semillas, se activan las enzimas. En las semillas que poseen endosperma, las enzimas aparentemente se mueven del embrión hacia los tejidos endospermicos. Los alimentos previamente almacenados, sea en el endosperma o en los cotiledones, son digeridos, y los productos solubilizados por el proceso digestivo migran hacia los puntos de crecimiento del embrión.

3. Posteriormente ocurre la división y alargamiento celular. Todo esto provoca el aumento del volumen de la semilla, lo cual permite abrir el suelo, para la salida de la radícula y la plúmula. La radícula o la plúmula ejercen presión sobre el tegumento lo que lleva a la emergencia con la ruptura de la testa.


4. Emerge la radícula. En algunas especies como en Salsola, no es la radícula sino el ápice caulinar el órgano que emerge en primer lugar. Una vez fuera, la radícula penetra en el suelo, produce pelos absorbentes y a veces raíces laterales, comenzando los procesos de absorción de nutrientes y agua.

El inicio de cada fase no tiene necesariamente este orden ni inhibe la ocurrencia de la anterior, sino que pueden ser simultáneas.

Emergencia de Enterolobium contorticilicum y de Eryngium horridum (derecha) Durante la formación de la semilla se van acumulando cantidades relativamente grandes de

materiales de reserva que son los que permitirán el crecimiento y desarrollo de la plántula, hasta que ésta pueda establecerse como una unidad fotosintetizadora y comenzar su vida autótrofa independiente. Estas sustancias se almacenan en el embrión (cotiledones) o en los tejidos extraembrionarios como el endosperma o más raramente en el perisperma. También se pueden almacenar en ambos. Las sustancias de reserva durante la germinación son hidrolizadas y transportadas al eje embrionario en crecimiento, lo que lleva aparejado un cambio en las estructuras que la contienen.

El carbohidrato de reserva más importante es el almidón que se encuentra en forma de granos en el citoplasma.

Los lípidos, (constituidos principalmente como grasas neutras) están acumulados en organoides con membrana, llamados esferosomas que se encuentran distribuidos al azar en el citoplasma. Además de los carbohidratos, lípidos y proteínas se encuentran otras sustancias de reserva como fosfato orgánico y varios componentes inorgánicos.

Las proteínas de reserva denominadas de este modo por creerse que no desempeñan función alguna metabólica o estructural, están acumuladas en cuerpos específicos, los denominados cuerpos proteicos que se encuentran distribuidos al azar en el citoplasma. En ocasiones es posible distinguir dos componentes, el cristaloide (cristal de proteína) y el globoide (lugar de deposición de fitinas, sales de potasio, magnesio y calcio del ácido fítico).

Durante la germinación, los cuerpos proteicos sufren un proceso de vacuolización aumentando de tamaño y coalesciendo, al mismo tiempo desaparecen las proteínas de reserva merced a la acción de las enzimas proteolíticas que se localizan en su interior.

1.6. Movilización de reservas en semillas en germinación El grano de cebada es un fruto indehiscente (cariopse) envuelto por las glumas que en la

mayor parte de la variedades, están unidas firmemente al fruto. En la base del mismo se encuentra el embrión (2 a 5% del peso del grano) en el que se pueden distinguir dos partes funcionales: el eje embrionario y el escutelo. La superficie interna de este órgano está cubierta por un epitelio columnar, en contacto con el endosperma, tejido parenquimático con un elevado contenido en almidón constituido por células muertas a excepción de las filas más externas (una a


tres) que constituyen la denominada capa de aleurona que son capaces de sintetizar proteínas aunque no presenten en ningún caso división ni alargamiento celular. El endospermo amiláceo sirve como depósito de reservas (almidón, proteínas, fitato, etc.) que permiten el desarrollo del eje embrionario durante la germinación. La hidrólisis de las reservas está controlada por la actividad del escutelo a través de la síntesis de giberelinas y la capa de aleurona que libera las enzimas alfa y beta amilasas necesarias para la hidrólisis del almidón en el endosperma. Los productos de hidrólisis son absorbidos por el escutelo y transportados al eje embriónico.

1.6.1. Germinación de semillas de cereales El almidón constituye el principal azúcar de reserva del grano de cebada, comprendido entre el

58 y 65 % del peso seco del mismo y localizándose casi en su totalidad en el endospermo. Durante la germinación es degradado por una serie de enzimas, que en su conjunto reciben el nombre de “diastasas”, y que tiene una acción cooperativa en la hidrólisis del almidón. Contribuyen a la actividad enzimática total las enzimas alfa-amilasa, beta-amilasa, así como una alfa-glucosidasa capaz de hidrolizar maltosa, isomaltosa y almidón soluble, y al menos dos enzimas desramificadoras.

El contenido de alfa-amilasa en el grano sin germinar es muy bajo, aumentado gradualmente durante la germinación para alcanzar un valor máximo dependiendo de las condiciones de germinación, alrededor del sexto día.

El aumento en la actividad es debido a una síntesis “de novo” de moléculas de enzima, que tienen lugar en el escutelo y fundamentalmente, en la capa de aleurona, de donde son secretadas al endosperma, lugar donde ejercen la acción. Tanto la síntesis de enzimas como su secreción por la capa de aleurona está controlada por el embrión mediante la síntesis de giberelinas (AG3 y AG1 fundamentalmente) desde el escutelo, hormonas que estimulan la síntesis de proteínas en la capa de aleurona, entre ellas las moléculas de alfa-amilasa, proteasa y ribonucleasa. La acción del embrión en la síntesis puede ser sustituida mediante la adición de giberelinas exógenas que en el caso del ácido giberélico (AG3), provoca la síntesis de alfa-amilasa proporcional al logaritmo de la cantidad de hormonas aplicadas, hasta menos de 50 microgramos de AG3 por grano. Este proceso es inhibido tanto por la acción de inhibidores de la síntesis proteica (puromicina, cicloheximida y otros) como por inhibidores de la síntesis de ARN (actinomicina D).

Las giberelinas secretadas a la capa de aleurona se sintetizan en el escutelo a partir de precursores pre-existentes, proceso que es reprimido por la acumulación de azúcares libres. Como el nivel de éstos en el escutelo es regulado “in vivo” por la acumulación de azúcares en el eje embrionario, proceso que depende de su crecimiento, existe por lo tanto un control de la hidrólisis del almidón, por parte del consumo del escutelo, que a su vez, controla la síntesis de giberelinas, hormona que determina la cantidad de alfa-amilasa sintetizada y secretada por la capa de aleurona y, por tanto, la velocidad de hidrólisis del almidón.

EE

C

Esquema de un grano de cebada con sus partes. Ee, epitelio escutelar; Es, escutelo; Co, coleoptilo; R, radicula; Rm, región micropilar; Col, coleorriza; EE, endospermo amiláceo; A, capa de aleurona; T, testa; P, pericarpio; L, lemna; P, pálea; C, cubierta externa


1.6.2. Germinación de semillas de oleaginosas Una modificación importante del ciclo del ácido cítrico se realiza durante la germinación de

semillas que tienen a su disposición exclusivamente grasas como material de reserva. El mecanismo de esta conversión no fue conocido hasta el descubrimiento del ciclo del glioxilato, en la bacteria Pseudomonas, por Komberg y Krebs (1957). Más tarde este proceso se encontró en los glioxisomas de semillas que almacenan almidón en lugar de lípidos; en efecto la actividad del ciclo del glioxilato en las semillas en germinación, se interrumpe tan pronto como las reservas lipídicas han sido consumidas. La existencia de este ciclo también fue verificado en tejidos de plantas superiores que transforman las grasas en carbohidratos.

Las enzimas importantes de este ciclo son la isocitratasa y la malato sintetasa. La primera cataliza la conversión del isocitrato en succinato y glioxilato, y la segunda cataliza la condensación del Acetil-CoA con glioxilato para formar malato.

En presencia de estas enzimas, el Acetil CoA que entra al ciclo de Krebs no es completamente oxidado a CO2 y H2O. Por el contrario se pasan por alto dos pasos de decarboxilación, resultando ello en un acortamiento del ciclo de Krebs.

En semillas ricas en grasa (maní, girasol), el valor máximo de la actividad de la isocitratasa coincide con el período del desdoblamiento máximo de las grasas durante la germinación. La presencia de esta enzima parece estar limitada a tejidos vegetales que contienen grasas y a microorganismos utilizadores de acetato.

Relación entre degradación de grasa, síntesis de sacarosa y actividad de la enzima isocitratasa durante la germinación de Ricinus sp.

Investigaciones en cotiledones de almacenamiento, ricos en grasas, dieron como resultado, que aparentemente las enzimas del ciclo del ácido glioxílico, o sea la isocitratasa y la malato sintetasa no están ligadas a las mitocondrias, sino a otras partículas citoplasmáticas, los glioxisomas. Este resultado indica que el ciclo del ácido glioxílico opera como un complejo reactivo propio, en separación espacial del ciclo del ácido cítrico.

Con la incorporación del ácido glioxílico se ha originado en cierto modo, un camino de reacciones acortado transversalmente a través del ciclo del ácido cítrico, que permite en primer lugar, una síntesis incrementada del ácido oxalacético. Por otro lado, existe una oferta grande de Acetil CoA (producto típico de la degradación de las grasa) que es eliminado a través de la síntesis de oxalacético y malato. La acumulación de ácido oxalacético es importante puesto que es la vía de partida para algunas síntesis importantes. De éstas interesa, en esta ocasión, la formación de hexosafosfato a partir del ácido oxalacético, la que es característica para la explotación de las reservas grasas y su transformación en carbohidratos.

La reacción inicial es la fosforilación del ácido oxalacético por el GTP con descarboxilación simultánea, catalizada por una fosfoenolpiruvato-carboxiquinasa. En una reacción endergónica se forma ácido fosfoenolpirúvico, el cual es transformado en una inversión de la glicólisis, a través del ácido 3-fosfoglicérico y las triosafosfatos, en fructosadifosfato y finalmente en hexosafosfato. Este paso de inversión de la glucólisis se conoce como Gluconeogenesis.

Contenido de las

plantulas


Esquema general de movilización de los recursos nutricionales en una semilla en germinación

Áreas de nuevo

crecimiento

Semilla

Gluconeogénesis


1.7. Factores que influyen durante la germinación Debe tenerse en cuenta que la germinación es un proceso fisiológico controlado por múltiples

factores (temperatura, agua, presión parcial de oxígeno, luz), pudiendo examinarse para cada uno de ellos la homogeneidad fisiológica de las semillas (mínimo, óptimo y máximo). La germinación de una muestra de semillas en determinadas condiciones clasifica a las semillas en dos conjuntos mutuamente excluyentes -las que germinan en esas condiciones y las que no lo hacen. En este sentido, se habla de una evaluación de la homogeneidad fisiológica de esas semillas (Labouriau, 1983).

En muchos casos puede observarse heterogeneidad fisiológica causada por las diferencias en las condiciones ecológicas de maduración o en otros casos, por las condiciones ecológicas en el período de postmaduración de las semillas, causando un fenómeno de “dormición relativa” (Labouriau, 1983).

Un estudio de la capacidad de germinación permite descubrir que factores ambientales influyen en el proceso de germinación y desempeñan un papel central como medida de la homogeneidad fisiológica de las semillas, especialmente en los estudios de dormición (Labouriau, 1983). No obstante ello, la información obtenida por esta vía no es suficiente para un análisis fisiológico del proceso de germinación. Para avanzar en el análisis es preciso considerar a la germinación como un proceso cinético, el cual puede evaluarse midiendo adecuadamente la velocidad de germinación de cada muestra o población estudiada. Varios autores (Amaral, 1979; Popinigis, 1985; Labouriu, 1983, Silva y Nakagawa, 1995) han desarrollado numerosas fórmulas para este cálculo.

Entre los factores intrínsecos que regulan la germinación podemos mencionar: Limitaciones

físicas de los tegumentos que actúan como barrera a la penetración de sustancias, la existencia de bloqueos metabólicos, presencia de inhibidores, la viabilidad y la longevidad.

Viabilidad Este atributo describe si la semilla está o no viva. Es decir se refiere a su capacidad de

germinación y generación de una plántula normal. La viabilidad depende del tipo de semillas, de las condiciones de almacenamiento.

Longevidad Es el tiempo que las semillas pueden permanecer viables. Según este atributo se pueden

agrupar las semillas en tres tipos: semillas macrobiónticas, mesobiónticas y microbiónticas. Las macrobiónticas pueden germinar después de decenas o centenas de años. Se da en semillas con cubierta seminal dura como las leguminosas (Nelumbo nucífera encontradas en Manchuria y con una antigüedad calculada en 250 a 400 años). Las mesobiónticas, son las más frecuentes, tienen una longevidad entre 3 y 15 años (es el caso de la mayoría de los cereales). Las semillas microbiónticas no sobreviven más que algunos días o meses (Acer saccharinum, Salíx japonica, pierden su viabilidad en una semana o Ulmus campestris y Ulmus americana que permanecen viables durante 6 meses).

Entre los factores extrínsecos consideramos el agua, el dióxido de carbono, el oxígeno, la

temperatura y la luz. Para cada especie y factor existe un rango dentro del cual varía de acuerdo a los límites en que se puede dar la germinación; y un óptimo que es el punto o valor donde se observa el mayor porcentaje de germinación.

Agua La magnitud de la fase de imbibición está determinada por tres factores: la composición

química de la semilla, las semillas ricas en proteína absorben gran cantidad de agua, mientras que las oleaginosas absorben menos. La permeabilidad de la cubierta seminal y la disponibilidad de agua en el medio ambiente. La entrada de agua en el interior de las semillas da lugar a una dispersión de los coloides, necesaria para la vuelta a la vida activa, rehidrata las reservas alimenticias que solo pueden transformarse en sustancias asequibles al embrión en presencia de agua. Los sistemas enzimáticos responsables de la hidrólisis de las sustancias de reserva sólo se activan en presencia de agua que los hidrate (Barceló Coll et al., 1992).


La entrada de agua en el interior de la semilla se debe exclusivamente a una diferencia de potencial hídrico entre la semilla. Este potencial hídrico es mucho más bajo en las semillas secas maduras que en el medio ambiente en condiciones normales. Esta diferencia crea lo que se llama una presión de imbibición (Barceló Coll et al., 1992).

Gases La respiración es un proceso que requiere un consumo considerable de energía. En las

células vivas los principales procesos productores de energía son la respiración y la fermentación. Ambos procesos implican un intercambio de gases CO2 y O2, entre las células y el medio ambiente. La mayoría de las semillas germinan bien con un 20 % de oxígeno y un 0,33 % de CO2. Sin embargo algunas especies como Cynodon dactylon germinan mejor en presencia de un 8 % de oxígeno que en la atmósfera normal. Otras semillas pueden resistir bien las condiciones de anaerobiosis y así el arroz presenta un porcentaje de germinación del 80 % en presencia de un 0,3% de O2 y el trigo en un 5,2 % de O2. Se ha demostrado sin embargo, que estas condiciones de anaerobiosis conducen a la formación de plántulas anormales y que tales anormalidades pueden corregirse por la presencia de oxígeno. (Barceló Coll et al., 1992).

La mayoría de las semillas no pueden germinar si se aumenta la concentración de CO2. Temperatura Las semillas sólo germinan dentro de un cierto rango de temperatura. El óptimo oscila entre 25

y 30 °C. El límite inferior está alrededor de 0 °C (ej. Trifolium repens y Fagus silvática, además de las especies andinas que germinan con temperaturas próximas a 0 °C). El límite máximo se halla entre 40 y 50 °C (Cucumis sativus germina a 48°C). Otras semillas requieren alternancia periódica de temperatura como ocurre en Rumex crispus, Cynodon dactylon, Nicotiana tabacum, Poa trivialis, Eryngium horridum, etc.).

Luz El requerimiento de luz no es general, hay semillas que germinan bien con luz u oscuridad

(ejemplo los cereales). Las que requieren luz se llaman “semillas fotoblásticas”. En los casos que la luz regula la respuesta, si la acción es promotora se llaman “fotoblásticas positivas” y si la acción es inhibidora es “fotoblásticas negativas”.

De la luz interesa la intensidad, duración y composición, condiciones que son específicas de cada especie. Se sabe que está involucrado el sistema del fitocromo y de alta energía, en las fotorespuestas de las semillas.

Existen varias hipótesis acerca de las consecuencias de la estimulación por la luz, en la germinación:

1. La activación del metabolismo de los lípidos 2. El control de la respiración. 3. La activación genética y la consiguiente síntesis de enzimas 4. La síntesis de giberelinas. 5. Los cambios en la permeabilidad de las membranas.

De todo esto el de la síntesis de giberelinas es el que mejor se ha estudiado y se conoce. La

aplicación del acido giberélico en algunas semillas fotoblásticas suple la necesidad de luz para la germinación. Distintas experiencias indicarían que la síntesis de giberelinas está involucrada de alguna manera en el fotocontrol de la germinación, aún cuando aquella no sea el efecto directo del estímulo luminoso.

1.8. Ensayos para viabilidad y vigor de las semillas

Ensayo rápido de viabilidad. Prueba topográfica por Tetrazolio Esta prueba de naturaleza bioquímica permite realizar en forma rápida un diagnóstico muy

completo acerca de la calidad del lote de semillas. El test se basa en la actividad de las enzimas respiratorias (deshidrogenasas) de la semilla y utiliza las propiedades biológicas de la sal de Tetrazolio para comprobar la existencia, -a través de la diferenciación de colores- de los tejidos


sanos, débiles o muertos de la semilla. Esta sal, actúa como indicador de óxido-reducción; al penetrar en las células vivas se reduce produciendo en las semillas una tinción en las partes donde se presenta la actividad enzimática. Las semillas son evaluadas como vivas (tinción rosada) o muertas (sin tinción).

Las semillas se acondicionan para la prueba mediante cortes en la misma, se introducen en una solución 0,1 % de la sal 2, 3, 5 cloruro trifenil tetrazolio preparada en solución buffer (ISTA, 1996). La diferencia de coloración, junto con otras consideraciones, permite establecer la naturaleza de las alteraciones en el embrión y demás partes de las semillas.

Con esta técnica se puede evaluar la presencia, localización y naturaleza de alteraciones en el embrión y otras partes que constituyen la semilla así como el porcentaje de daños, sean de origen mecánico, por humedad o producidos por chinches. También es muy útil para observar la absorción de agua en la semilla de soja. Vigor

El vigor puede definirse como la condición de buen estado sanitario y natural robustez de una semilla, que, luego de sembrada permite que la germinación ocurra rápidamente y se complete bajo un amplio rango de condiciones ambientales (Woodstock, 1973). Las pruebas de vigor son muy empleadas en lotes comerciales de semillas de los principales cultivos (Salinas et al., 2001). Los requerimientos necesarios para la prueba de vigor están establecidos (ISTA, 1985) para muchas especies, siendo una de las cuestiones centrales la que debe haber una buena relación entre los resultados de germinación y el resultado práctico de la prueba de vigor. Este último se refiere a la emergencia en el campo o al potencial de almacenamiento de la semilla, pero también puede ser emergencia en invernáculo o crecimiento de plántulas (Salinas et al., 2001). Por tal motivo, dos lotes de semilla con idénticos niveles de germinación puede comportarse en forma diferente bajo pobres condiciones de campo, debido a diferencias en su vigor potencial. Ensayos de vigor

El análisis de germinación tiene como objetivo principal determinar la potencialidad de los lotes de semillas para desarrollar plántulas normales y producir una implantación rápida y homogénea del cultivo.

La elaboración del concepto de vigor se ha basado en dos ideas fundamentales: • El vigor “per-se” de una semilla, en términos de velocidad de crecimiento y de

tamaño de plántula alcanzado • Susceptibilidad a condiciones de siembra no favorables.

El vigor de las semillas es la suma de aquellas propiedades que determinan el nivel potencial de actividad y de performance de la semilla o de un lote de semillas durante la germinación y la emergencia de plántulas. Las semillas con buen comportamiento serán denominadas de “alto vigor”, las de performance pobre, serán llamadas de “bajo vigor”.

La Association Oficial of Seed Analysts, que representa la escuela norteamericana en tecnología de semillas considera que el vigor de las semillas “comprende todas aquellas propiedades que determinan su potencialidad para una emergencia rápida y uniforme, y para el desarrollo de plántulas normales bajo una amplia gama de condiciones (AOSA, 1983).

Un solo test es insuficiente para indagar en forma consistente el potencial o performance a campo de los lotes de semillas. La estandarización de las condiciones de ensayo se ve dificultada cuando se usa el sustrato suelo, que puede diferir por textura, composición, humedad y patógenos propios.

Las pruebas para determinar vigor incluyen aquellas que evalúan directa o indirectamente el "estado actual" de las semillas relacionado con las condiciones de almacenamiento o de siembra, como así también aquellas que procuran verificar la respuesta de las semillas a condiciones de estrés (Marcos Filho, 1999). Las pruebas de tetrazolio, conductividad eléctrica, de respiración, de clasificación de vigor de plántulas, se incluyen en la primera categoría, mientras que las pruebas de frío, o de germinación a bajas temperaturas, de inmersión en soluciones tóxicas, el envejecimiento acelerado y el deterioro controlado incluyen las pruebas indirectas que acondicionan las semillas en situaciones de estrés y sus resultados pueden ser relacionados con el potencial fisiológico (Marcos Filho, 1999).


-4 12 28 44 60 76

Tiempo (h)

-4

19

43

67

90

Ger

min

ació

n (%

)

EA - S11 (167 ddc)

Ensayos de vigor directo Las pruebas de vigor directas, reproducen en el laboratorio las condiciones a campo. Los

factores de estrés que se suponen reducen la emergencia a campo son impuestos bajo condiciones controladas en el laboratorio. Todos los ensayos de vigor –directos o indirectos- se realizan con semillas tomadas de la fracción semilla pura.

Conductividad Eléctrica Una prueba sensible y directa para evaluar la integridad del sistema de membranas es la

conductividad eléctrica (Salinas et al., 2001). La medición de los electrolitos en el agua provee un simple y rápido método para determinar la liberación de solutos desde la semilla durante la primera fase de la germinación. Una mayor liberación de solutos, medidos en mS.cm-1.g-1 o mmhos.cm-1.g-1 indicará algún proceso de deterioro de membranas, daño físico de semillas, daño por envejecimiento o también ser consecuencia de la inmadurez de las semillas (Vieira y Kryzanowsky, 1999). Powell (1988) consideró que la integridad de las membranas celulares determinada por los cambios bioquímicos deteriorativos y la capacidad para reorganizar y reparar daños, sería la causa fundamental de las diferencias en el vigor de las semillas, que son medidas en forma indirecta a través de la lixiviación de electrolitos durante la prueba de conductividad eléctrica (CE).

Ensayo de vigor indirecto

Prueba de Envejecimiento Acelerado La prueba de envejecimiento acelerado (EA) evalúa la calidad fisiológica de la semilla ante

una condición de estrés (alta temperatura y humedad) lo cual provoca serias alteraciones en el metabolismo de las semillas (Basavarajappa y Shetty, 1991; Bernal-Lugo y Leopold, 1992; Das y Sen-Mandi, 1992) desencadenando la alteración de las estructuras y funcionamiento de las membranas celulares (Marcos Filho, 1999). En estos ensayos se somete el lote de semillas a evaluar a condiciones controladas de temperatura (ej. 40 ºC) y humedad (70 a 100 %) y se ensayan distintos tiempos (horas) en estas condiciones. Para la mayoría de las semillas comerciales ya están establecidas las condiciones a las cuales deben someterse las semillas (ISTA, 1985; Hampton y Tekrony, 1995).

Los tiempos utilizados para semillas de interés

comercial varían entre 48 y 144 h según las especies (Hampton y Tekrony, 1995). Un tiempo de 48 h aplicado al un lote de semillas de una maleza (Eryngium horridum) cuyas semillas son muy pequeñas, provocaron un 38 % de germinación, es decir, una disminución del 47,8 % respecto al lote testigo (0 h - 81 %). Estos resultados (Figura izquierda) permitieron comprobar una alta y significativa correlación (r=0,90) entre la disminución del porcentaje de germinación y el aumento del tiempo de exposición a EA, ajustando los valores a una recta de regresión con pendiente negativa (y=76,8685 - 0,7778 X, r2= 0,81). Se observó que a medida que aumentó el tiempo de exposición existió más variación entre las repeticiones. �� Prueba de envejecimiento acelerado (EA) a

distintos tiempos de exposición en cámara húmeda y su relación con la prueba de germinación en E. horridum ("caraguatá"). Se indica el límite de confianza (95 %) de los valores predichos para la recta de ajuste. Tomado de Lallana (2005).


En el presente esquema conceptual (Ref.: ISTA 1995, D.M. Tekrony. Accelerated Ageing) se indica a la humedad de las semillas y la temperatura de envejecimiento como las variables más importantes de la prueba de E.A.. Ambas son influenciadas por varios factores, los cuales deben ser controlados cuando se realizan este tipo de pruebas.

2. DORMICIÓN DE SEMILLAS Una de las propiedades adaptativas más importantes de los vegetales es la capacidad que

presentan las semillas de retener su viabilidad durante períodos prolongados de tiempo, lo que les permite sobrevivir en condiciones adversas. Existen dos formas bajo las cuales pueden manifestar las semillas esta propiedad adaptativa. Una es la incapacidad de germinar, debida a la ausencia de condiciones apropiadas, como es el caso típico de dormición impuesta. El segundo mecanismo es más importante, ya que está relacionado con ciertas condiciones intrínsecas de la propia semilla; ésta es la llamada dormición innata o también dormición orgánica o verdadera. Los factores responsables de esta dormición innata son muy diversos y todos los intentos de clasificación realizados están basados en estos distintos factores.

Matilla (2003) define la dormición como el proceso fisiológico por el cual la semilla tiene inhibida su germinación y clasifica como dormición primaria, cuando este proceso tiene lugar una vez finalizada la última etapa de la embriogénesis zigótica y la semilla se desprendió de la planta madre. Está regulado básicamente por el ABA. La dormición secundaria ocurre cuando una semilla, que es capaz de germinar, no lo hace porque las condiciones medioambientales no son favorables. Esta última desempeña un papel muy importante en el ciclo vital de la planta porque impide la germinación en condiciones ecofisiológicas no adecuadas.

Según Baskin y Baskin, 1998 (Cap. 2) para entender la germinación de semillas en

condiciones de campo es necesario conocer: 1- La fisiología (respuesta a la germinación), morfología (desarrollo del embrión), y el estado

físico (permeabilidad de las cubiertas) de las semillas al momento de maduración. 2- Los cambios en las condiciones fisiológicas, morfológicas y físicos de las semillas que

pueden preceder la germinación. 3- Las condiciones ambientales requeridas para que estos cambios tengan lugar.

Temperatura Humedad

Humedadrelativa

Tipo de cámara Control

Temperatura Puerta cerrada

Tiempo, Temperatura y duración (h) Tipo de semilla

Análisis Interpretación de

Cantidad de semilla Cantidad de agua Condensación Humedad de la

Germinación (Vigor)

Cámara externa

Cámara interna


4- Las condiciones ambientales ocurridas en el hábitat entre el tiempo de maduración y germinación.

Para obtener esta información es necesario realizar observaciones sobre el ciclo biológico de

la especie, especialmente la dispersión de semillas y la fase de germinación, con relación a los cambios estacionales en las condiciones ambientales tales como TEMPERATURA y PRECIPITACIÓN. La información sobre germinación también es importante porque contribuye a un mejor entendimiento de ciertos conceptos biológicos tal como la estrategia reproductiva de las plantas, la historia de los hábitat y los procesos fisiológicos. 2.1. Exógena

• Dormición Física. Las semillas de ciertas familias (Leguminosas, Malvaceas, Quenopodiáceas, Solanaceas, Lileaceas) poseen testas que son impermeables al agua debido a la presencia de cutícula gruesa y a un desarrollo considerable de capas de células en empalizada. Permanecen en el suelo hasta que la actividad microbiana del suelo, junto con las diversas influencias térmicas comienzan a erosionar o ablandar estas cubiertas endurecidas haciéndolas permeables al agua. Este proceso puede durar varios años antes de que las semillas puedan germinar. Para obtener una imbibición rápida y uniforme pueden realizarse algunos tratamientos como la abrasión con arena, tratamiento con ácido sulfúrico concentrado durante períodos muy cortos de tiempo, inmersión en agua hirviendo, cambios bruscos de temperatura. Se ha demostrado también que la testa puede presentar barreras para el paso de O2 (Cucúrbita pepo, Avena fatua, Rumex crispus). Habría alguna reacción de oxidación que intervendría en la germinación.

• Dormición Mecánica. Este tipo de dormición se atribuye a semillas con pericarpio duro que por su resistencia mecánica impide que el embrión pueda romperlo (Eleagnus angustifolia es uno de los pocos ejemplos). Para acelerar la germinación, el pericarpio puede ser eliminado o sometido a diferentes tratamientos térmicos.

• Dormición Química. Se observa fundamentalmente, en plantas de regiones tropicales y subtropicales, en las que los inhibidores impiden la germinación en las estaciones secas. Tales inhibidores se encuentran en el pericarpio, son de naturaleza fenólica (como el ácido salicílico, ácido p. hidroxibenzoico y ácido cinámico). La eliminación del pericarpio o la lixiviación de los frutos es suficiente para que se inicie la germinación de las semillas. En condiciones naturales esto se logra en la estación lluviosa. 2.2. Endógena

La dormición endógena responde a causas propias de la semilla.

• Dormición Morfológica. Se debe a un subdesarrollo del embrión y la germinación no tiene lugar hasta que el embrión haya completado su desarrollo (familias como Palmáceas, Magnolaceas). Con la estratificación a temperaturas adecuadas en algunos días o meses se logrará la germinación.

• Dormición Fisológica. Se debe a una disminución en la actividad de los embriones. Se puede salir de este estado de dormición mediante un almacenamiento seco o bien por un tratamiento frío (prerrefrigerado) o por un determinado tratamiento luminoso.

Las semillas de muchas especies son incapaces de germinar, aun cuando tengan el embrión maduro, cuando se siembran inmediatamente después de la cosecha. Si se almacenan en un sitio seco y a temperatura ambiente, van perdiendo gradualmente la dormición y logran luego germinar. Este tipo de dormición es frecuente entre los cereales como cebada, trigo, avena y arroz; también aparece en varias especies cultivadas de lechuga y trébol. Aún no se conocen las causas que las provocan.


Hay semillas que no germinan si se siembran bajo condiciones templadas. La práctica habitual es “estratificarlas”, previa a la imbibición en agua, permanecen así un período de varias semanas entre capas de arena y se dejan así todo el invierno. Luego en primavera germinaran, ej. Fraxinus excelsior (fresno), Picus spp.; Rosa spp. Las temperaturas más efectivas son las de 0 a 5ºC.

La luz es necesaria para que ciertas semillas puedan germinar (tabaco, lengua de vaca, ciertas variedades de lechuga, y muchas especies de malezas –ej. Eryngium horridum). En un número menor de especies la luz inhibe la germinación (Nemophila insignis, Phacelia tanocetifolia y Phlox drumondii). El requisito indispensable para que las semillas respondan a la luz es que estén embebidas en agua. El período de luz necesario suele ser corto, ej. Semillas de lechuga 1 o 2 minutos bastan, Lythrum salicario : 0,1seg.

Las semillas que adquieren una dormición dependiente del sistema fotocromo requieren la absorción de un mínimo de luz roja lejana (Pfr) para desprenderse de la misma. Cuando la luz que llega a la semilla durmiente posee una relación alta rojo / rojo lejano se promueve la formación de Pfr. La cantidad de Pfr necesaria para la ruptura de la dormición depende de las condiciones medioambientales y del grado de dormición, variando entre las diferentes especies. Si la germinación es estimulada por luz y posteriormente inhibida en la oscuridad por algún otro factor ambiental, se precisa una nueva exposición lumínica para romper la dormición. Esto se debe a la desaparición paulatina de Pfr en la oscuridad (Matilla, 2003). Este mecanismo explica también el porqué ciertas semillas son inicialmente no dependientes de luz y luego se transforman en dependientes una vez que pasan al banco de semillas del suelo. Todas estas respuestas a la luz se engloban en las denominadas LFR (low fluence response).

Por otra parte, existen algunas semillas que rompen la dormición a dosis de luz mucho más bajas que las LFR (3-4- veces menos). Se enmarcan dentro de las VLFR (very low fluence response). Ambas repuestas LFR y VLFR, pueden aparecer en las mismas semillas y la transición entre uno y otro estado varia durante el enterramiento en el suelo.

Por último, algunas semillas pueden ver inhibida su germinación una vez expuestas a la luz durante largos períodos de tiempo. El efecto inhibidor se acrecienta conforme aumenta la irradiancia (máximo entre 710 y 720). Este efecto se denomina HIR (high irradiance response) pero el mecanismo no se conoce en su totalidad (Mantilla, 2003). Las semillas cuya germinación es impedida por la luz (fotoblásticas) tienen fuertemente desarrollado el HIR. Baja irradiancia y exposiciones cortas no son inhibidoras; puede incluso que sean estimuladoras en algunas semillas.

• Dormición morfofisiológica. Suele darse una combinación de inmadurez del embrión con

algún problema fisiológico.

Por último, en una gran cantidad de casos, las semillas muestran una dormición combinada (endógena y exógena) por ejemplo endocarpio duro y dormición fisiológica (Crataegus y Rosa spp). Para romper esta dormición se requieren tratamientos más complejos.

Tipo, causas y características de la dormición de semillas

Tipo Causa(s) de la dormición Características de la semillaFisiológica La semilla está en dormición por un proceso

fisiológico Totalmente desarrollada;

durmiente Física La cubierta seminal es impermeable al agua Totalmente desarrollada;

No durmiente Morfológica La semilla no está bien desarrollada No desarrollada del todo;

No durmiente Combinada Cubierta seminal impermeable;

Inhibición por procesos fisiológicos Totalmente desarrollada;

Durmiente Morfofisiológica Desarrollo pobre de la semilla;

Inhibición por procesos fisiológicos No desarrollada totalmente;

durmiente


2.3. Regulación hormonal de la dormición en semillas Aplicación exógena de hormonas: la dormición de muchas semillas puede ser superada

mediante la aplicación de giberelinas, citoquininas y/o etileno. Semillas que muestran un requerimiento de almacenamiento en sitio seco, o bien requerimiento de frío o períodos luminosos, generalmente responden bien a la aplicación de giberelinas. Un número menor de tipos de dormición puede ser superado por las citoquininas. El etileno puede estimular la germinación en algunas especies como lechuga y aumenta también el porcentaje de germinación respecto al obtenido sólo con citoquinina o giberelinas. Aplicaciones con ácido Abcísico inhiben la germinación y el crecimiento de muchas especies vegetales. Se han observado cambios en los niveles endógenos de hormonas promotoras que aumentan tanto las Giberelinas como citoquinas, cuando las semillas reciben los tratamientos adecuados de luz, frío o almacenamiento en seco.

Se ha observado también que la regulación de la dormición de las semillas, no solo reside en la ausencia o no de promotores, sino también por la presencia de inhibidores. Así las citoquininas tienen la capacidad de aliviar los efectos provocados por varios inhibidores (ácido abscísico, cumarina) en las semillas y otros órganos vegetales.

3. LATENCIA DE YEMAS El ambiente sufre cambios cíclicos por lo que las estaciones favorables para el crecimiento

están separadas por períodos en los cuales el desarrollo de las plantas debe ser prácticamente detenido. Entonces son necesarias para sobrevivir no solamente la capacidad de un vegetal para resistir las condiciones de un clima adverso, sino también la habilidad para sincronizar sus ciclos de crecimiento y reproducción con el paso de las estaciones. Es vital para un organismo entrar en períodos de inactividad que a su vez exigen la formación de estructuras especiales de protección. Estos períodos están representados por los diferentes estados de reposo.

A lo largo de los últimos 20 años se han hecho muchos intentos para tratar de definir con

precisión que se entiende por dormición; una de las definiciones mas precisas es la formulada por Wareing, que la define como un estado en el que el crecimiento de una planta completa o de un determinado órgano vegetal queda temporalmente interrumpido.

Según Sívori et al. (1980), el estado de dormición o de reposo es aquel estado fisiológico

durante el cual las yemas y semillas no brotan ni germinan debido a causas intrínsecas, aun cuando se las coloque bajo la gama de condiciones ambientales que cada una de ellas requiere para hacerlo.

El termino latencia es usado indistintamente también como reposo, dormición o letargo.

Pueden presentar latencia, las semillas, yemas de árboles, bulbos, tubérculos, rizomas, raíces modificadas. La detención y reactivación del crecimiento sincrónicamente con las estaciones sugiere que las señales del ambiente pueden interpretarse y emplearse para el control del desarrollo y metabolismo. Sin embargo un organismo no entra en reposo verdadero como respuesta inmediata al cambio de clima, sino que empieza a prepararse con mucha antelación, forma nuevas vías de acumulación de reservas, aparición de estructuras reproductoras y desviación de los procesos del desarrollo hacia las estructuras protectoras. Así las yemas de invierno de los árboles de los climas templados se forman en condiciones que podemos pensar son aptas para el crecimiento normal y despiertan del reposo después de los fríos de invierno.

Esto significa que el reposo es un estado en el cual, incluso cuando existen condiciones

favorables de temperatura, agua adecuada y aireación, el crecimiento y desarrollo no tiene lugar hasta que se experimenta una serie determinada de condiciones y modificaciones estructurales y fisiológicas.

Algunos autores hacen distinción entre el reposo verdadero (concepto que se acaba de definir)

y quiescencia, que es la prevención del crecimiento por la ausencia de algunas de las condiciones básicas para el crecimiento normal (como ausencia de agua). Las semillas de las plantas


cultivadas (de gran importancia económica) tienen estas características, es decir no tienen reposo verdadero y por ello son frágiles y poco adaptadas a sobrevivir en condiciones adversas.

Las plantas conocidas como anuales de invierno, son características de las áreas que

presentan un verano seco y caluroso y un invierno fresco y húmedo. Sus semillas se forman y dispersan en primavera y permanecen en reposo durante el verano, época que haría muy difícil el arraigamiento de las delicadas plántulas a la superficie seca del suelo. Se podría pensar que su inactividad está relacionada a la ausencia de agua. Pero incluso si aparecen las lluvias fuera de estación, no germinarían, permaneciendo en reposo hasta las lluvias otoñales. Si las semillas germinaran con demasiada antelación, las plántulas no podrían establecerse en el suelo seco. Por otra parte si las semillas germinaran tardíamente en el otoño, podrían quedar mal constituidas o no desarrollar resistencia al frío en la etapa posterior a la germinación, pereciendo en las heladas invernales. Otras familias de plantas son sensibles a la Tº. Las Caryophyllaceae (claveles y saponaria) germinan con temperaturas frescas, lo que permite a las plántulas evitar la seca y calurosa estación estival. Las especies responden a Tº más elevadas, permitiendo que las plántulas se establezcan en verano, época en que el agua es abundante.

Además de los factores agua y temperatura, la planta que se cría en condiciones climáticas de

otras latitudes manifiesta una respuesta a la longitud del ciclo diario de iluminación o fotoperíodo. Los árboles cultivados en latitudes septentrionales a partir de semillas producidas más al sur, no empiezan a prepararse para el invierno hasta muy entrada la estación, cuando la correcta duración del día para la variedad empieza a experimentarse. 3.1. Modificaciones estructurales para el reposo.

Las yemas de una planta son centros de crecimiento de gran actividad de división celular, presentan una elevada tasa metabólica durante el crecimiento activo. Las paredes celulares son necesariamente muy delgadas y en consecuencia, el tejido es delicado. Los meristemas del tallo dan lugar a los órganos aéreos de la planta. Las células que forman el tallo todavía no han sufrido crecimiento en extensión, y por ello el meristema y los primordios foliares están protegidos contra la pérdida excesiva de agua y el daño mecánico por varias hojas envolventes. Estos centros formadores de órganos son las yemas, que persisten durante toda la vida de la planta.

Esquema de una yema


Durante la formación de una yema de invierno, el alargamiento celular del tallo cesa y la formación de hojas vegetativas puede cambiarse para dar a luz a una corta serie de escamas que quedan fuertemente adpresas alrededor de la yema. Después que el número de escamas requerido se haya formado, el meristema forma inmediatamente una sucesión de primordios de hojas vegetativas o florales, que permanecen dentro de la yema de invierno como órganos en miniatura, reemprendiendo su crecimiento después que despierta la yema del reposo invernal. En algunas especies, todas las hojas que serán activas en la próxima estación están preformadas en la yema hibernante. Algunas plantas presentan escamas gemáceas marcadamente modificadas y otras tan sólo las hojas jóvenes sin desarrollar quedan adpresas alrededor del extremo del brote, en el período de reposo. 3.2. Modificaciones metabólicas y hormonales Regulación metabólica

Una de las hipótesis es aquella que supone que el ciclo de las pentosas fosfato juega un papel importante en la regulación de la dormición.

En estudios realizados en arroz se encontró que la pérdida de la dormición dependía de alguna reacción oxidativa. Una posibilidad era que tal reacción oxidativa fuera la ruta respiratoria normal. Sin embargo, el hecho de que algunos inhibidores respiratorios, tales como cianuro potásico, monóxido de carbono, sulfuro de hidrógeno o hidroxilamina, no solo no prolongaban la dormición, sino que además, eran agentes muy efectivos en la eliminación de la misma, hizo pensar que alguna otra reacción oxidativa distinta de la ruta glucolítica-Ciclo de Krebs era la responsable de la eliminación de la dormición. Ha sido demostrado por Roberts (1972) que los inhibidores químicos que bloquean el ciclo de los ácidos tricarboxílicos (ciclo de Krebs) son efectivos para romper el reposo en las semillas de cebada. La respiración se desvía al ciclo de las pentosas fosfato, que se ha demostrado como necesaria en la germinación normal de los granos de cebada. El hecho de que ninguno de estos inhibidores actuara sobre la oxidación de la glucosa-6-fosfato a través de la ruta de las pentosas fosfato, hizo pensar que ésta podría ser la ruta oxidativa implicada en la eliminación de la dormición (Barceló Coll et al., 1992).

La respiración durante el reposo se reduce a su mínima expresión tanto en semillas como en yemas. Regulación hormonal del reposo

Existe cada vez más evidencia acerca del rol que juegan las hormonas vegetales tanto en la regulación de la dormición de las yemas como de las semillas y otros órganos vegetales.


El ácido abscísico, las giberelinas y citoquininas se comportan como antagonistas en muchos test biológicos. Esto ha posibilitado la hipótesis de que la dormición está regulada por la interacción entre inhibidores y promotores del crecimiento. Experimentos realizados mediante la aplicación exógena de hormonas han demostrado que la dormición de las yemas puede ser vencida por las giberelinas y citoquininas. Así, la aplicación de ácido abscísico en hojas y regiones apicales de Betula pubescens provocaba la formación de yemas terminales durmientes bajo condiciones de día largo.

En cuanto a los niveles hormonales endógenos y su relación con un determinado estado de

dormición, podemos considerar 2 posibilidades no excluyentes una de otra: a) Deficiencia en algunas sustancias promotoras del crecimiento. Las giberelinas cumplen

un rol importante como agente regulador de la dormición. Así, se ha demostrado que en Acer pseudoplatanus y en Ribes nigrum hay un aumento en el nivel de giberelinas endógenas durante el transcurso del invierno. De forma similar la salida de la dormición en las yemas de patata va acompañada de un aumento de los niveles de giberelinas endógenas en los tubérculos.

En relación a las citoquininas diversos estudios indican un aumento en el contenido de citoquininas de las yemas antes de la brotación de las mismas en primavera.

b) Presencia de sustancias inhibidoras del crecimiento. Los niveles endógenos de sustancias inhibidoras del crecimiento disminuyen en el transcurso del invierno tanto en tubérculos de patata como en yemas de Fraxinus excelsior. En varias especies leñosas como Betula pubescens la concentración de inhibidores extraídos de hojas y yemas es mayor bajo condiciones de día corto que de día largo.

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