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Agronomía Colombiana

Print version ISSN 0120-9965

Agron. colomb. vol.26 no.2 Bogotá July/Dec. 2008

 

 

FISIOLOGÍA DE CULTIVOS

 

Efecto de campos magnéticos en la germinación de semillas de arroz (Oryza sativa L.) y tomate (Solanum lycopersicum L.)

 

Magnetic fields effect over seeds germination of rice (Oryza sativa L.) and tomato (Solanum lycopersicum L.)

 

Celina Torres1, Jaime E. Díaz2 y Paola Andrea Cabal3

1 Profesora asociada, Departamento de Biología, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, Cali. cetorres@univalle.edu.co
2 Profesor titular, Escuela de Ingeniería de Recursos Naturales y del Ambiente, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, Cali. jaidia@univalle.edu.co
3 Asistente de investigación, Departamento de Biología, Facultad de Ciencias, Universidad del Valle, Cali. ocarina10@gmail.com

Fecha de recepción: julio 10 de 2007. Aceptado para publicación: julio 10 de 2008


RESUMEN

Las semillas vivas que no germinan fácilmente se conocen como latentes y en algunas ocasiones requieren tratamientos especiales para hacerlo. Hay especies para las que se desconoce la manera como logran la germinación e incluso se ignoran con frecuencia los mecanismos que convierten en latentes las semillas de una especie determinada. Con el propósito de desarrollar nuevas tecnologías que contribuyan al mejoramiento de la germinación, este trabajo examinó el efecto de campos magnéticos con intensidades de 5 mT y de 10 mT sobre la germinación de semillas de arroz (Oryza sativa L.) y tomate (Solanum lycopersicum L.). Igualmente se estudió el incremento de biomasa en plántulas de las mismas especies. Semillas de O. sativa y L. esculentum fueron expuestas a los campos magnéticos durante periodos de tiempo de 1, 10, 20 y 60 min, 24 y 48 h. Para los experimentos se utilizaron cajas de Petri y macetas de icopor. Se realizaron 14 tratamientos con 4 repeticiones cada uno para cada especie. Los resultados obtenidos indican efectos positivos en la germinación de las semillas de O. sativa para tiempos de exposición de 1 min y 48 h. En las semillas de S. lycopersicum el tiempo de exposición de 10 min mostró efectos positivos respecto al testigo. Las plántulas de S. lycopersicum presentaron un incremento más rápido de biomasa (longitud y peso) en la segunda semana con los tratamientos T3, T5, T6 y T10.

Palabras clave: biomasa, intensidad magnética, semillas latentes.


ABSTRACT

Seeds that are unable to germinate easily are known as dormant ones and, in some cases, special treatments are required to make them germinate. There are some species, for that the way to achieve germination of seeds is not known and the mechanisms that make seeds become dormant are often ignored. In order to develop the new technologies that may contribute to improvement of germination in dormant seeds, this research examined the effect of magnetic fields with strengths of 5 mT and 10 mT over the germinating process of rice (Oryza sativa L.) and tomato (Solanum lycopersicum L.) seeds. The increase of biomass in seedlings belonging to these species was also studied. The O. sativa and S. lycopersicum seeds were exposed to magnetic fields at periods of time 1, 10, 20, and 60 min and 24 and 48 h. Petri dishes and styrofoam flowerpots were used for the experiments. Fourteen treatments were made with four replicates per species. The results showed positive effects over the seed germination in O. sativa seeds with exposure times of 1 min and 48 h. In S. lycopersicum seeds, a 10 min-exposure showed positive effects as compared with control seeds. The seedlings from these species presented the faster increase on biomass (length and weight) along the second week with treatments T3, T5, T6, and T10.

Key words: biomass, magnetic strength, dormant seeds.


 

Introducción

Un evento esencial dentro de la biología de las semillas es la germinación, proceso en el que ocurren cambios fisiológicos en su interior cuando se rompen las barreras que permiten la difusión del agua y los gases respiratorios. En la mayoría de las semillas, la germinación termina con la emergencia de la radícula a través de las cubiertas seminales.

Para que una semilla germine se requieren ciertas condiciones favorables de humedad, temperatura, luz y oxígeno; cuando una semilla viva no germina en condiciones favorables se considera que está en estado latente (Montes de Gómez, 1990).

Aunque no se conocen completamente los procesos que ocurren durante la germinación de la semilla, se pueden resumir en los siguientes: absorción de agua, iniciación de la actividad enzimática con incremento de la velocidad de respiración, asimilación y traslocación de las reservas alimenticias y alargamiento y división celular, dando lugar a la emergencia de la raíz y la plúmula (Hartman y Kester, 1988).

Los campos magnéticos superiores al campo magnético de la Tierra producen efectos sobre los organismos biológicos (Ueno, 1996). De acuerdo con Shimazaki y Shikuoka (1986), las semillas afectadas por campos magnéticos germinan con mayor intensidad. Jristova (1986) y Savelev (1988) propusieron que el efecto biológico del tratamiento magnético en las semillas depende de varios factores, entre los que se mencionan el régimen del tratamiento y la humedad de las semillas a tratar. Por otra parte, otros autores opinan que el efecto estimulador del campo magnético sobre los objetos biológicos puede atribuirse a un incremento de la actividad enzimática (Ghole, 1986; Osipova, 1990) y al aumento de la eficiencia de los procesos relacionados con la división celular (Pittman, 1965); sin embargo, otras opiniones sugieren que es debido a cambios producidos en la permeabilidad de las membranas y a la sensibilidad de los mecanismos de transporte a través de ellas (Newman, 1987; Osipova, 1990).

Con relación a incrementos en la germinación, se han obtenido resultados positivos: en semillas de arroz (Martínez et al., 1999) y cebada (Martínez et al., 2000), trabajando con intensidades de 150 mT y tiempos de exposición de 1, 10, 20, 60 min, 24 h y exposición crónica; en semillas de tabaco (Aladjadjiyan y Ylieva, 2003) y en maíz (Aladjadjiyan, 2002), trabajando con campos de 150 mT; en bellotas de alcornoque (Celestino et al., 2000); en semillas de mostaza, con incrementos en su producción (Edmiston, 1972). Igualmente, se han examinado otras variables fisiológicas para las etapas de crecimiento en distintos cultivos de interés agronómico y forestal (Pittman, 1963 y 1972; Pittman y Ormrod, 1971; Namba et al., 1995), para el crecimiento en plantas de tomate (Dayal y Shing, 1986) e incrementos en su producción (De Souza y Garci,1999; De Souza et al., 2006) y para el algodón (Leelapriya et al., 2003). Muraji et al. (1998) hablan sobre el crecimiento radicular en el maíz. Los efectos sobre frutos inmaduros de tomate han sido estudiados por Boe y Salunkhe (1963).

Los posibles efectos estimulantes de los campos magnéticos sobre el incremento de la germinación de semillas y el aumento de biomasa en plantas de diferentes especies han sido reportados desde hace varias décadas (Audus, 1960). Sin embargo, los mecanismos que producen esos efectos no se han precisado y Phirke et al. (1966) sugieren que, medidas como el incremento en longitud y peso de las plantas, podrían explicarse por cambios bioquímicos y alteraciones en la actividad enzimática. Por otra parte, Takimoto et al. (2001) reportaron que la utilización de campos magnéticos de baja frecuencia en la germinación de semillas puede suprimir los efectos adversos generados por condiciones de altas temperaturas y humedades, pero dependiendo de la intensidad y frecuencia del campo magnético utilizado (Staselis y Duchovskis, 2004).

Los estudios bioquímicos de semillas después de tratamientos magnéticos muestran un incremento en la actividad de α-amilasa, lo que indica un incremento en la producción de la hormona vegetal giberelia y la actividad de la enzima hidrolítica fosfatasa ácida.

La respuesta de semillas a campos magnéticos de intensidad variable demuestra la posibilidad de controles electromagnéticos en los procesos de crecimiento (Kalinin et al., 2005). Sin embargo, el elevado número de factores que intervienen en la interacción campo magnético-ser vivo dificulta el establecimiento de mecanismos de acción, por lo que deben tener mayor comprobación (Carbonell et al., 2005).

 

Materiales y métodos

El proyecto se llevó a cabo en la Universidad del Valle, sede Meléndez-Cali, en los laboratorios de Fitopatología y la estación experimental de Biología, en donde se realizaron ensayos de germinación y de crecimiento.

Las semillas utilizadas para los ensayos, O. sativa y S. lycopersicum (Solanaceae), fueron suministradas por Semillas del Valle, con registros de germinación superiores a 90%.

Se utilizaron imanes de material cerámico de baja intensidad (5 mT y 10 mT), de configuración toroide. Los imanes de 5 mT con diámetro externo de 6 cm, interno de 3,5 cm y altura de 10 mm y los imanes de 10 mT con diámetro interno de 4 cm, externo de 8 cm y altura de 15 mm. Por cada intensidad del campo magnético, se emplearon 6 tiempos de exposición de las semillas (tabla 1). Se usó un testigo o control (C) por cada campo de exposición. Para cada uno de los tratamientos y el control se realizaron 4 repeticiones.

Ensayos de germinación
Se tomó como medida de germinación la emergencia de la radícula. Los ensayos de germinación se realizaron a temperatura ambiente (temperatura promedio 25 °C) y se utilizó como sustrato papel de filtro humedecido con 10-15 mL de agua destilada estéril. Las semillas se colocaron en cajas de Petri de vidrio y 90 mm de diámetro. Para cada uno de las especies estudiadas y de acuerdo con las normas ISTA, en cada caja de Petri se colocaron 25 semillas distribuidas de manera circular y se humedecieron inicialmente durante 2 h en agua destilada, con el fin de partir de condiciones iguales de imbibición; posteriormente se expusieron a tratamientos magnéticos, colocando las distintas cajas de Petri sobre la cara norte de uno de los imanes, que se encontraban distribuidos al azar sobre una superficie plana. Se realizaron 4 repeticiones para cada tratamiento, incluido el control, y en cada uno de los tratamientos se evaluó el porcentaje de germinación. Las semillas germinadas se iban retirando para facilitar conteos posteriores.

Ensayos de crecimiento
Se utilizaron recipientes de icopor con 500 g de suelo, que fueron humedecidos con 50 mL de agua destilada. En cada recipiente se colocaron 6 semillas y se cubrieron con una capa de 3 cm de suelo. Finalmente se añadieron otros 20 mL de agua. Transcurridas 24 h, se colocaron al azar los recipientes sobre la cara norte de un imán. Después de dos semanas de crecimiento, las plántulas se retiraron de los recipientes, teniendo cuidado de no dañar la parte radicular; se lavaron y se hicieron las mediciones de longitud total, longitud del tallo, peso seco total y peso seco del tallo para cada una de las plantas.

Análisis estadístico
Para el análisis estadístico se utilizó el programa SPSS 13.0, que compara los valores obtenidos para cada uno de los tratamientos con el obtenido al tiempo de exposición 0 (control). Se consideraron como significativos los resultados obtenidos para niveles de confianza de 95% y 99%, que corresponden a diferencias muy significativas (P<0,01) y significativas (P<0,05). En los análisis de varianza se utilizó un diseño factorial para dos factores: factor A, tiempos de exposición; factor B, intensidad magnética y la interacción de los dos factores en los tratamientos T1-T12 .

A los análisis de varianza que mostraron diferencias significativas (95% de confianza y P<0,05 y 99% de confianza y P<0,01) se les aplicó la prueba de Tukey, con el fin analizar cada factor de manera independiente. Cuando la interacción de los factores resultó significativa, se realizó la prueba de contrastes ortogonales, para encontrar cuál combinación (tratamientos) de los factores era la más significativa. El modelo factorial cumple con los siguientes supuestos: los residuales siguen una distribución normal, se cumple el principio de independencia y la varianza es constante.

 

Resultados y discusión

Ensayos de germinación para arroz
Para todos los tratamientos con O. sativa los resultados obtenidos señalan mayores porcentajes de germinación que en el control, presentando diferencias significativas a 86 y 116 h de iniciado el ensayo. Los tiempos de exposición magnética en los tratamientos T1, T6, T7 y T12 mostraron las mejores respuestas, independientemente de la intensidad del campo.

Las semillas de O. sativa comenzaron a germinar 62 h después de iniciado el experimento, finalizando su proceso germinativo a las 122 h. Los resultados obtenidos para porcentajes de germinación muestran que las semillas de arroz alcanzaron a las 86 h porcentajes de germinación superiores al control entre 6%-11%. A las 116 h la germinación de los tratamientos continuó siendo mayor que el control, pero la diferencia en los porcentajes de germinación entre las semillas tratadas y el control se redujo a 3% y 7%, respectivamente.

El análisis de varianza para la germinación de las semillas de arroz muestra que no existen diferencias significativas entre las dos intensidades (5 mT y 10 mT), pero sí que se presentan diferencias en los resultados, respecto al tiempo de exposición a la intensidad del campo magnético (tablas 2 y 3). Los análisis muestran que no existen diferencias significativas al interactuar los diferentes factores, es decir, al exponer las semillas por determinado tiempo a una intensidad de campo magnético.

Los resultados obtenidos coinciden con lo reportado por Martínez et al. (1999) y Carbonell et al. (2000), quienes encontraron incrementos en el porcentaje de germinación en semillas de O. sativa, utilizando campos magnéticos de 150 mT y 250 mT. El tratamiento crónico a una exposición magnética de 150 mT incrementó el porcentaje de germinación en 18%; también se obtuvieron diferencias significativas para semillas expuestas a exposiciones magnéticas de 250 mT por 20 min, con un aumento reportado de 12% (Carbonell et al., 2000).

Al comparar los resultados obtenidos en el presente estudio con los presentados por Martínez et al. (1999) y Carbonell et al. (2000), se aprecia que al aumentarse la intensidad del campo magnético, se incrementa la diferencia en los porcentajes de germinación, con respecto al control. En las figuras 1a y 1b se observan los porcentajes de germinación de O. sativa para todos los tratamientos usados en el proceso.

Para las semillas de O. sativa los tratamientos más significativos a las 86 h fueron T1 y T6, con los que se obtuvieron porcentajes de germinación de 71% y 70%, respectivamente; a las 116 h, para estos mismos tratamientos se presentó un porcentaje de germinación de 95% y 98%, respectivamente. En ambos casos hubo diferencias signifi cativas con respecto al control. También se observó a las 86 h un porcentaje de germinación de 73% para el T7 y de 69% para el T12, mientras que el control tuvo un 65%. A las 116 h, estos mismos tratamientos obtuvieron porcentajes respectivos de germinación de 96% y 99%, mientras que para el control fue de 92%.

Para verifi car los datos obtenidos en el Anova y determinar cuáles tratamientos presentaron diferencias signifi cativas, se realizó un test de Tukey, que determinó una diferencia signifi cativa para el tiempo de exposición de 1 min (T1 y T7). También se observaron diferencias signifi cativas para el tiempo de exposición de 48 h (T6 y T12), con un nivel de confi anza de 95%.

Ensayo de germinación para tomate
Las semillas de S. lycopersicum comenzaron a germinar a las 48 h, terminando su proceso germinativo a las 140 h (tablas 4 y 5). Los resultados obtenidos muestran que las semillas de S. lycopersicum presentaron diferencias signifi cativas a 72, 94, 98 y 121 h de llevarse a cabo el ensayo (figura 2). El mayor porcentaje de germinación fue para el T2 a las 94 h, con un porcentaje de germinación de 66%; este mismo tratamiento a las 72 h presentó un porcentaje de germinación de 54%. Para el T7, el mayor aumento en el porcentaje de germinación frente al control fue a las 94 h, y a las 121 h mostró un porcentaje de germinación de 94%. Para el tiempo de exposición de 48 h, el T6 presentó mayores incrementos con 94 y 121 h, y un porcentaje de germinación de 61% y 93%, respectivamente.

Los tratamientos T2, T6 y T8 mostraron la mejor respuesta. El porcentaje de germinación más alto fue para el T2 a las 94 h, con un porcentaje de incremento de 17% frente al control. El porcentaje se mantuvo casi constante para este tratamiento hasta las 72 h.

El análisis estadístico mostró diferencias signifi cativas para los tiempos de exposición de 72, 94, 98 y 121 h. En la prueba de Tukey se puede observar que el tiempo de exposición que mostró mayor diferencia fue el de 10 min (T2 y T8). De Souza y Garci (1999) estudiaron el efecto del tratamiento magnético de semillas de tomate sobre la germinación y el crecimiento de las plántulas en condiciones controladas, con tres niveles de intensidad de campo magnético constante (80, 100 y 170 mT) y tiempos diferentes de exposición (1, 3, 5, 10, 15, 20 y 25 min), observando aumentos en los porcentajes de germinación a los 5 d. En la germinación, los análisis de varianza mostraron que no existen diferencias signifi cativas.

Ensayos de crecimiento para arroz (O. sativa) Aunque en apariencia los resultados mostraron diferencias signifi cativas de biomasa (peso y longitud total de las plántulas) con respecto al control, el análisis estadístico indica que estas diferencias no son signifi cativas. El tiempo de exposición, la intensidad del campo o la interacción de ambos no presentaron diferencias signifi cativas en el crecimiento o el peso total de las plantas. Es posible que las intensidades de campo magnético utilizadas no sean sufi cientemente altas para estimular el aumento de la biomasa de las plantas de O. sativa.

Ensayos de crecimiento para tomate
El análisis de varianza de la longitud total en S. lycopersicum mostró que sólo la interacción de los factores intensidad del campo magnético y tiempo de exposición presentó diferencias estadísticamente signifi cativas, con 99% de confi anza. El análisis post-Anova indica que los tratamientos T3, T5, T6, y T7 lograron superar las medidas de longitud total obtenidas en el control. Para estos tratamientos los porcentajes de incremento variaron entre 8% y 18%, con respecto al control.

La evaluación independiente del tiempo de exposición y la intensidad de los imanes no mostró diferencias significativas. Por el contrario, la evaluación conjunta de ambos factores presentó resultados similares a los obtenidos por De Souza y Garci (1999), quienes al estudiar el crecimiento de plántulas de tomate encontraron estímulos positivos entre 5% y 25%, para 12 de 21 tratamientos estudiados, señalando que la acción conjunta de niveles de intensidad del campo y tiempo de exposición permite mejores desarrollos en el crecimiento de las plántulas.

Los tratamientos T5 y T10 mostraron un incremento en el peso total de 18%, con respecto al control. El aumento de biomasa en algunos tratamientos de S. lycopersicum coincide con lo reportado en otros trabajos sobre plantas de especies diferentes; Martínez et al. (2002) encontraron incrementos en longitud y peso en las plantas de Triticum aestivum, a las que les aplicaron dos intensidades de campo magnético (6.217 y 24.868 J·m-3) durante 1, 10, 20, 60 min y 24 h, obteniendo diferencias significativas para el tratamiento crónico, que presentó incrementos en longitud y peso con relación al control. Para la primera intensidad magnética, en cuanto a la longitud se alcanzó un incremento de 7,3% y en peso, de 17,6%; para la segunda intensidad magnética, la longitud aumentó en 30,9% y el peso, en 29,9%.

 

Conclusiones

Los resultados obtenidos en este experimento muestran que los campos magnéticos estacionarios de pequeña intensidad (5 mT y 10 mT) estimulan la germinación de las semillas de arroz y tomate, al igual que el crecimiento de plántulas de tomate. El tiempo de exposición fue el factor de mayor incidencia en la germinación de las semillas de O. sativa y Solanum lycopersicum. La interacción de los dos factores (tiempo e intensidad) sólo resultó ser significativa en las plantas de S. lycopersicum.

La exposición a los campos magnéticos de 5 mT y 10 mT tuvo efecto positivo en la germinación de O. sativa para tiempos de exposición de 1 min y 48 h.

La mayor incidencia de los campos magnéticos sobre la germinación de S. lycopersicum se presentó cuando las semillas se expusieron durante 10 min y 48 h.

Durante las dos semanas del ensayo, en las plantas de S. lycopersicum se presentó un incremento de la biomasa (longitud y peso total de las plantas) entre 8%-18%, comparado con el control, para los tratamientos T3, T5, T6 y T10.

Los campos magnéticos de baja intensidad mostraron incidencia en el aumento de la germinación de las semillas de tomate y arroz y un incremento mayor de la biomasa en las plantas de tomate.

 

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