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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.
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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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.
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
1.6.1. 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.
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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.
Contenido
de las
plantulas
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.
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Gluconeogénesis
Áreas de nuevo
crecimiento
Semilla
Esquema general de movilización de los recursos nutricionales en una semilla en germinación
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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).
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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
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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).
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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).
Germinación (%)
Los tiempos utilizados para semillas de interés
comercial
varían entre 48 y 144 h según las especies
EA - S11 (167 ddc)
(Hampton y Tekrony, 1995). Un tiempo de 48 h
90
aplicado al un lote de semillas de una maleza
(Eryngium horridum) cuyas semillas son muy
pequeñas, provocaron un 38 % de germinación, es
67
decir, una disminución del 47,8 % respecto al lote
testigo (0 h - 81 %). Estos resultados (Figura
43
izquierda) permitieron comprobar una alta y
significativa correlación (r=0,90) entre la disminución
del porcentaje de germinación y el aumento del
19
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
-4
-4
12
28
44
60
76
medida que aumentó el tiempo de exposición existió
más variación entre las repeticiones.
Tiempo (h)
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).
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Temperatura
Cámara
externa
Humedad
Humedad
relativa
Tipo de cámara
Control
Temperatura
Puerta cerrada
Cámara
interna
Cantidad de semilla
Cantidad de agua
Condensación
Humedad de la
Tiempo, Temperatura y duración (h)
Tipo de semilla
Análisis Interpretación de
Germinación (Vigor)
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.
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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.
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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 semilla
Fisiológica
La semilla está en dormición por un proceso
Totalmente desarrollada;
fisiológico
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;
Totalmente desarrollada;
Inhibición por procesos fisiológicos
Durmiente
Morfofisiológica Desarrollo pobre de la semilla;
No desarrollada totalmente;
Inhibición por procesos fisiológicos
durmiente
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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
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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
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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.
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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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