BIOFIE: Una experiencia positiva en ayuda a las semillas.
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Sumario
Introducción
Los sistemas biológicos toman del sol las energías fundamentales para sus procesos químicos. La radiación solar que llega a la superficie terrestre está compuesta en el 59% de radiación infrarroja (IR), en el 40% de luz visible y en el 1% de radiación ultravioleta (UV). Ello le confiere efectos diversos: fototérmicos, fotoluminosos y fotoquímicos, así como le debe la vida en nuestro planeta.
El lugar donde germina la semilla determina la disponibilidad de luz, agua y nutrientes. Entre esos factores, la luz cumple un papel principal a lo largo del ciclo biológico. Este sirve de carburante en la fotosíntesis, la que posibilita la formación y desarrollo de hojas, tallos, raíces y flores. La radiación solar consta de diferentes colores, acordes con las distintas longitudes de onda en que se transmite. Para captarlos, las plantas poseen receptores especiales, los pigmentos fotosensibles o fotorreceptores. De estos, clorofilas y carotenoides absorben la gama que va del azul al rojo, implicada en la fotosíntesis. No obstante en el control de la fotomorfogénesis participan otros fotorreceptores que captan y transmiten señales de diferentes regiones del espectro: el receptor de UV-B; los que captan UV cercana y azul, además de los que perciben la luz roja y roja lejana (Martínez et al., 2008).]
Actualmente es notable la cantidad de información disponible sobre el efecto de la luz en la germinación. La fotoinducción o fotoinhibición de la germinación es uno de los casos más claros del control de un proceso fisiológico por un factor ambiental.
Son tres las principales bandas del espectro lumínico que tienen acción sobre la germinación: la correspondiente a la franja de los 660 nm (rojo), la de los 730 nm (rojo lejano) y la luz comprendida entre 400 y 500 nm (azul), con efectos mucho menos estudiados, pero de reconocido estímulo bactericida. Tanto el rojo como el rojo lejano son absorbidos por un compuesto denominado fitocromo, que es una cromoproteína que actúa como sensor. Este pigmento en su forma activa es inductor de la germinación, e interviene en procesos de permeabilidad, activación de enzimas y expresión genética. La reacción opuesta ocurre bajo el efecto del rojo lejano. Estas dos formas del fitocromo corresponden a cada uno de sus picos de absorción de luz.
Otro elemento a tener en cuenta es el efecto de sedación que ejerce la luz verde, cuestión a valorar en el caso de las semillas estresadas y que puede aportar nuevos beneficios a la germinación.
Sobre la base de lo anterior y teniendo en cuenta que hoy, unos de los principales problemas que afecta la agricultura es el bajo porcentaje de las semillas, se desarrolló el sistema BIOFIE para el tratamiento a las semillas mediante el empleo de diodos emisores de luz de alto brillo de diferentes de longitudes de onda en los rangos del rojo, azul y verde. Este sistema es el resultado de investigaciones previas desarrolladas en un trabajo de la Cátedra Científica de Ciencias para la Vida, proyecto conjunto del Instituto de Investigaciones de Sanidad Vegetal (INISAV) y el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (ISPJAE).
Características del equipo BIOFIE
BIOFIE es un equipo confeccionado por el Departamento de Prototipos de la Facultad de Ingeniería Eléctrica del ISPJAE, en colaboración con el Instituto Kongang Jim Wanchon (IKJW) de la Ciudad de Pasto, República de Colombia, atendiendo a una solicitud realizada por la Cátedra de Ciencias para la Vida y que reúne las experiencias obtenidas en investigaciones realizadas en el INISAV en el tratamiento de semillas.
Figura 1. Equipo BIOFIE, fabricado en Facultad de Ingeniería Eléctrica del ISPJAE Por su fácil manipulación, sus características constructivas y alimentación por corriente directa con baterías AA, o adaptadores a baterías de 12 volts; es muy útil para la Agricultura, incluso en condiciones de catástrofes, lo que le da posibilidades para su implementación por la Defensa Civil.
Aplicaciones de BIOFIE
- Aumentar la velocidad de germinación de las semillas.
- Aumentar el porciento de germinación de las semillas.
- Mejorar las dimensiones de las plántulas.
- Obtener plantas y frutos más robustos.
Efectos biológicos en las semillas y plántulas
- Aumento de la calidad.
- Mayor resistencia a la sequía.
- Resistencia al ataque de plagas.
La investigación consistió en el tratamiento de semillas de habichuela (Vigna unguiculata L. var. Cantón) y pepino (Cucumis sativus L. var. Puerto Padre) con un sistema de diodos de luz roja, durante diferentes tiempos; se utilizaron como testigo semillas del mismo lote sin tratar. Se empleó un diseño completamente aleatorizado con cinco réplicas por tratamiento y 10 semillas en cada una. Los resultados obtenidos fueron sometidos a un análisis de varianza y las medias se compararon por el test de significación de Tukey. El estudio se dividió en dos fases: una de siembra y germinación en placas Petri en un local con control de temperatura y luz; y otra, post-germinación. En esta segunda fase se midió la altura de la plántula (cm) y la longitud de la raíz principal (cm).
Efectos de los tratamientos en las semillas de habichuela
Las semillas de habichuela tuvieron un alto porcentaje de germinación (95%), por lo que no hubo diferencias significativas entre las irradiadas con luz roja con respecto al testigo, no obstante, se apreció mayor velocidad de germinación en las irradiadas durante 25 minutos
Figura 2. Germinación de las semillas de habichuela (%)
Con relación a la altura de las plántulas, para las semillas de habichuela, se observan diferencias significativas entre el testigo y las demás variantes, las cuales no difirieron entre sí. En el indicador longitud de la raíz, se obtienen diferencias significativas en los tratamientos, manifestándose los mejores resultados en los tratamientos de 20 y 25 minutos de exposición (tabla 1).
Tabla 1. Dimensiones del tallo y la raíz de las plántulas de habichuela tratadas con luz roja con diferentes tiempos de exposición
| Tratamientos | Longitud del tallo (cm) | Longitud de la raíz (cm) |
|---|---|---|
| Testigo | 14.7526 b | 4.9316 c |
| 5 min | 17.8205 a | 6.4568 bc |
| 10 min | 17.9415 a | 6.6083 bc |
| 15 min | 18.1711 a | 6.7053 bc |
| 20 min | 18.8111 a | 8.7206 a |
| 25 min | 19.0912 a | 9.2073 a |
Medias con letras diferentes difieren estadísticamente para un nivel de significación de p<0,05, según Test de Tukey.
Efectos de tratamiento en las semillas de pepino
En el caso de las semillas de pepino, que sí presentaban un bajo porciento de germinación (<50%), se pudo apreciar una diferencia significativa entre las irradiadas con luz roja y el testigo
Figura 3. Germinación de las semillas de pepino (%)
En correspondencia con estos resultados, De Souza et al. (1999); Ramírez, (2006); Álvarez et al. (2011) informaron un comportamiento similar al tratar semillas de hortalizas con métodos físicos estimulantes como son las bajas dosis de radiaciones ionizantes, los campos magnéticos y el láser de baja potencia. Estos autores plantean que las semillas con alto poder germinativo (superior al 85 %) reaccionan de forma débil al tratamiento con métodos físicos y que la estimulación de este indicador, generalmente se logra cuando las semillas presentan problemas de latencia o están sometidas a condiciones estresantes que retrasan o inhiben su germinación. Al comparar la altura de la plántula en los diferentes tratamientos se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre las irradiadas y el testigo, con mayores dimensiones entre los 20 y 25 minutos. Sin embargo, las dimensiones de las raíces no difirieron del testigo, aunque los mayores valores estuvieron entre los 20 y 25 minutos (tabla 2).
Tabla 2. Dimensiones del tallo y la raíz de las plántulas de pepino tratadas con luz roja con diferentes tiempos de exposición
| Tratamientos | Longitud del tallo (cm) | Longitud de la raíz (cm) |
|---|---|---|
| Testigo | 5,3750 c | 4.60 a |
| 5 min | 5,6978 bc | 4.74 a |
| 10 min | 5,9537 abc | 4.86 a |
| 15 min | 6,1524 ab | 5.35 a |
| 20 min | 6,5895 a | 5.69 a |
| 25 min | 6,6405 a | 5.89 a |
Medias con letras diferentes difieren estadísticamente para un nivel de significación de p<0,05, según Test de Tukey.
Conclusiones
Los resultados anteriores confirman que, de los parámetros estudiados, la altura de las plántulas es la magnitud más apropiada para evaluar el efecto biológico relacionado con la estimulación del crecimiento de las plántulas mediante luz roja en condiciones de laboratorio, resultado que concuerda con los obtenidos por De Souza et al. (1999) utilizando el campo magnético como agente físico estimulante. El efecto estimulador de la luz roja sobre las estructuras biológicas ha sido atribuido a diferentes mecanismos, tales como: el incremento de la actividad enzimática (De Souza et al. 1999, Torres et al. 2008) y el aumento de la eficiencia de los procesos relacionados con la división celular (Pittman, 1977). Sin embargo, la mayoría de los autores coinciden en afirmar que esto se debe a cambios que se producen en la permeabilidad de las membranas y en la sensibilidad de los mecanismos de transporte a través de las mismas (Ghole, 1986). Los resultados alcanzados, al irradiar con luz roja de 660 nm con diodos de alta eficiencia, en tiempos y condiciones ambientales controladas mostraron en las semillas irradiadas una mayor velocidad de germinación; incrementos en los porcentajes de germinación en las semillas con problemas de latencia o estrés; así como incrementos en altura de la plántula y longitud de la raíz, en las semillas irradiadas de las dos especies de plantas estudiadas.
Bibliografía
- Álvarez, A.; Ramírez, R.; Chávez, L.; Camejo, Y.; Licea, L.; Porras, E.; García, B. (2011). Efecto del tratamiento de semillas con láser de baja potencia, sobre el crecimiento y rendimiento en plantas de tomate (Solanum lycopersicum L.). Revista ITEA. Información técnica económica agrarian, 107 (4), 290-299.
- De Souza, A. y D. Garci. 1999. Efecto del tratamiento magnético de semillas de tomate (Lycopersicon esculentum Mill.) sobre la germinación y el crecimiento de las plántulas. Investigación Agronómica de Protección Vegetal 14(3), 437- 444.
- Ghole VS. 1986. Effect of magnetic field on ascorbic acid oxidase activity. I. Z. Naturforsch. 41c: 355-358.
- Martínez, J.F.; Monte, E. y Ruiz, F.J. (2008). Fitocromos y desarrollo vegetal. Disponible en: http://www.madrimasd.org/blogs/universo/2008/03/10/86307 Consultado: 9 de septiembre de 2012.
- Morejón C. Ll. (2012). Sistema para el Tratamiento de Semillas con Diodos Emisores de Luz de Alto Brillo. Tesis de Grado. Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría (CUJAE). La Habana, Cuba.
- Pittman, U. J. (1977). Effects of magnetic see treatment on yields of barley, wheat, and oats in southern Alberta. Canadian Journal of Plant Science. 57 (1), 37-45. Disponible en: http://pubs.aic.ca/doi/abs/10.4141/cjps77-006 Consultado: 13 de noviembre de 2013.
- Ramírez, R. (2006). Efecto del tratamiento de semillas con dosis estimulantes de rayos X en el cultivo del tomate (Lycopersicon esculentum Mill.). Tesis presentada en opción al Grado de Doctor en Ciencias Agrícolas. INCA. La Habana. 130 pp.
- Torres, C.; Díaz, J.E. y Cabal, P.A. (2008). Efecto de campos magnéticos en la germinación de semillas de arroz (Oryza sativa L.) y tomate (Solanum lycopersicum L.). Universidad Nacional de Colombia. Agronomía Colombiana, 26 (2), 177-185. Disponible en: http://www.scielo.org.co/scielo.php?pid=S0120-99652008000200002&script=sci_arttext .
