Ubicación del sitio experimental y material vegetal

El experimento se llevó a cabo durante el ciclo primavera-verano 2016, en dos invernaderos ubicados en Texcoco, México (19° 27’ 51’’ latitud norte y 98° 54’ 15’’ longitud oeste, a 2,250 msnm). La variedad comercial empleada fue 'Moneymaker' (MM), considerada como referencia mundial en estudios de tomate (^{Biais et al., 2014}; ^{Luengwilai & Beckles, 2009}), y las tres variedades nativas fueron 'Campeche' (C-40), 'Yucatán' (Y-25) y 'Malinalco' (M-430); las cuales pertenecen al Programa de Mejoramiento Genético del Colegio de Postgraduados. MM y M-430 son originarias de climas templados, mientras que Y-25 y C-40 son de climas cálidos.

Manejo del cultivo y condiciones experimentales

La siembra se realizó en charolas de poliestireno de 200 cavidades, y las plántulas se trasplantaron a los 30 días después de la siembra (dds) en bolsas de polietileno (40 x 50 cm) que contenían una mezcla de peat moss (Sunshine^® núm. 3) y tezontle (30:70 v/v). Las soluciones nutritivas empleadas durante el desarrollo del cultivo fueron la de ^{Hoagland y Arnon (1950)} durante la etapa vegetativa, la de ^{Steiner (1984)} en la floración y amarre de fruto, y la de ^{Resh (1981)} en la etapa de maduración de fruto. En todos los casos, la solución se mantuvo a un pH entre 5.5 y 6.0.

En total se establecieron 20 plantas de cada genotipo en un invernadero tipo túnel con ventila cenital y cubierta de polietileno blanco lechoso, el cual posteriormente se empleó para la condición de temperatura control (TC). En dicho invernadero las plantas permanecieron desde la siembra hasta la antesis del cuarto racimo; en ese momento, la mitad de las plantas se trasladaron a otro invernadero similar, pero equipado con calefacción para generar la condición de temperatura alta (TA) y obtener mayor temperatura diurna (de 7:00 a 19:00 h). La temperatura máxima promedio fue de 38 ºC para TA y 34.2 °C para TC (Figura 1). La temperatura del aire dentro de los invernaderos se registró con sensores Hobo^® (Onset Computer Corporation, USA).

Figura 1 Comportamiento de la temperatura diurna (7:00 a 19:00 h) dentro de los invernaderos para los tratamientos control (A) y temperatura alta (B) durante el desarrollo de los frutos del cuarto racimo. 

Los racimos florales se podaron para tener únicamente seis frutos en cada planta. Las semillas se obtuvieron de los frutos del cuarto racimo. La cosecha de frutos se realizó en grado de madurez 6 (donde más de 90 % de la superficie del fruto es color rojo) (^{Wan, Toudeshki, Tan, & Ehsani, 2018}). La separación de las semillas se hizo de forma manual en 20 frutos de cada genotipo tomados al azar; para lo cual, los frutos se dejaron fermentar por 48 h, se lavaron con agua corriente para retirar restos de mucílago y se dejaron secar a temperatura ambiente (25 °C) hasta peso constante. Posteriormente, se resguardaron en bolsas con cierre hermético y se guardaron en un frasco con perlas de sílica gel a temperatura ambiente (25 °C) durante dos meses.

El experimento se llevó a cabo con base en un arreglo factorial mediante un diseño completamente al azar. Los factores estudiados fueron temperatura (34.2 y 38 °C) y genotipo (MM, M-430, Y-25 y C-40), dando un total de ocho tratamientos, y las variables evaluadas fueron: número de semillas por fruto (NSF), contenido de humedad, peso de 1000 semillas (P1000S), largo de semilla (LS), ancho de semilla (AS), porcentaje de germinación (G), velocidad de emergencia de la radícula después del envejecimiento acelerado (VEDEA), conductividad eléctrica (CE) y porcentaje de semillas vanas (SV).

Variables de calidad física de la semilla

De seis plantas seleccionadas al azar se tomó de cada una un fruto del cuarto racimo y se contó el NSF. Después del periodo de almacenamiento de las semillas, se realizaron las pruebas de laboratorio. El contenido de humedad se determinó en una muestra de 0.5 g. Las semillas se secaron en una estufa convencional (3480, Thelco^®, USA) a 103 °C durante 17 ± 1 h, y el contenido de humedad se determinó mediante la diferencia del peso inicial menos el final.

El P1000S se estimó en cuatro repeticiones conformadas por ocho muestras (correspondientes a cada tratamiento) de 100 semillas (^{International Seed Testing Association [ISTA], 2012}). Se promediaron las repeticiones de cada tratamiento y el resultado se multiplicó por 10; el resultado se expresó en g. Para determinar esta variable se empleó una balanza analítica (PA2202, Ohaus^®, China) con precisión de 0.001g,

El LS y AS se midieron en cuatro repeticiones de 100 semillas mediante procesamiento de imágenes con el programa Image J^®; para ello, las semillas se escanearon en una impresora multifuncional (HP2200, Hewlett Packard, USA), donde se capturaron imágenes de 1200 dpi. Ambas variables se expresaron en mm.

Variables de calidad fisiológica de la semilla

Para determinar el porcentaje G se sembraron cuatro repeticiones de 25 semillas (de cada tratamiento) en cajas de plástico (11 x 11 x 3.5 cm) sobre una capa de toallas de papel, y se colocaron en una cámara de germinación (SD8900, Seedburo^®, USA) a 25 °C y luz constante. Después de 14 días, se calculó el porcentaje G, para lo cual se tomó en cuenta el número de plántulas normales, sanas y sin malformaciones; con ello además se estimó el porcentaje de SV (^{ISTA, 2012).}

La CE se determinó a partir del promedio de cuatro repeticiones de 50 semillas previamente pesadas, las cuales se sumergieron en 50 mL de agua desionizada por 24 h a 25 (C. Después de la imbibición, se midió la CE de la solución con un conductímetro (72729, Oakton^®, Singapur). Los valores medidos se expresaron en μS·cm^-1·g^-1 de semilla, para estandarizar el peso.

La prueba de envejecimiento acelerado (^{Delouche & Baskin, 1973}) se estableció con cuatro repeticiones de 25 semillas colocadas en cajas de plástico (11 x 11 x 3.5 cm) que contenían 120 mL de agua destilada, y se sometieron a 45 °C y 100 % de humedad relativa por 72 h en estufa convencional (3480, Thelco^®, USA). Después de este periodo, las semillas se sembraron en arena de río esterilizada. Al iniciar la emergencia, se hicieron conteos diarios. Con los valores obtenidos se calculó el índice de velocidad de emergencia de plántulas (plántulas·d^-1) a los 6 dds (VEDEA6) y a los 14 dds (VEDEA14), de acuerdo con la fórmula de ^{Maguire (1962)}.

Análisis estadístico

Con los datos obtenidos se realizó un análisis de varianza y una prueba de comparación múltiple de medias de Tukey (P ≤ 0.05) para los factores principales y su interacción. Para lo anterior se utilizó el paquete estadístico Statistical Analysis System (^{SAS Institute, 2003}). Finalmente, con el objetivo de normalizar los datos de las variables medidas en porcentaje, previo al análisis de varianza, se transformaron los resultados mediante la función arco seno √X/100.

Características físicas de la semilla producida

El contenido de humedad de las semillas fue en promedio de 7.3 ± 0.3 % (datos no mostrados) en todas la variedades, valor que no interfiere con el resto de variables físicas, fisiológicas y bioquímicas, ya que en semillas secas los procesos biológicos son más lentos que en las húmedas (^{Ayala-Villegas, Ayala-Garay, Aguilar-Rincón, & Corona-Torres, 2014}). Después de la cosecha, el contenido de humedad de la semilla disminuye hasta ponerse en equilibrio dinámico con el ambiente que lo rodea (^{Rodríguez-Burgos, Ayala-Garay, Hernández-Livera, Leal-León, & Cortez-Mondaca, 2011}).

Por su parte, el NSF mostró diferencias (P ≤ 0.01) entre genotipos y condiciones de temperatura, así como en su interacción (P ≤ 0.05). Para el resto de variables de calidad física, los resultados del análisis de varianza mostraron efectos altamente significativos por parte de los genotipos, temperaturas y su interacción (Cuadro 1).

Las variedades MM y M-430 tuvieron el mayor NSF (145 y 116 semillas·fruto^-1, respectivamente), en contraste, mientras que Y-25 presentó tan solo 50 semillas·fruto^-1. Por su parte, el tratamiento de TA fue estadísticamente mayor en el NFS (133 semillas·fruto^-1) que el TC (77 semillas·fruto^-1) (Cuadro 2).

El P1000S fue diferente estadísticamente en todos los genotipos, donde la semilla más pesada fue la de M-430 (3.94 g) y la menos pesada fue la de MM (3.12 g). En la temperatura, el P1000S fue 0.16 g superior en la condición de TA que en la TC. En cuanto al LS, las variedades MM (3.93 mm), M-430 (3.80 mm) y Y-25 (3.99 mm) no difirieron estadísticamente y fueron superiores (P ≤ 0.05) a C-40 (3.68 mm). Esta última variedad presentó la semilla más pequeña, además, fue inferior (P ≤ 0.05) en cuanto al AS (2.84 mm) junto con la variedad MM (2.92 mm). En el AS, la condición de TA fue 0.2 mm mayor que la de TC (Cuadro 2).

Las semillas producidas en condiciones de TA mostraron, en promedio, un aumento en el P1000S en la mayoría de los genotipos. Del mismo modo, bajo esta condición se observó una mayor LS (P ≤ 0.05), con excepción de C-40 (Cuadro 3). Únicamente en las variedades nativas C-40 y Y-25, el AS no sufrieron efectos estadísticamente significativos por los tratamientos de temperatura. En general, esta variable se considera como una característica importante para evaluar la calidad de las semillas. En algunas especies puede ser un parámetro para medir vigor, ya que se considera que semillas más grandes y voluminosas contienen más reservas, por lo que es probable que expresen mayor poder germinativo que las semillas más pequeñas (^{Pepper, Corbett, & Kang, 2002}).

Se ha demostrado que en algunas ocasiones el tamaño de la semilla afecta la germinación, la tasa de emergencia, y el éxito del establecimiento, crecimiento y desarrollo de la planta (^{Bewley & Black, 1994}). Sin embargo, semillas más grandes no necesariamente producen plántulas más vigorosas. En general, en la semilla hay reservas acumuladas en mayor cantidad que las necesarias para germinar. Cuando el proceso de germinación concluye, en los cotiledones o el endospermo, quedan reservas que solo se utilizarían en condiciones estresantes o severas de germinación (^{Baskin & Baskin, 2014}). Es por ello que semillas pequeñas pueden producir plántulas igualmente vigorosas que semillas grandes (^{Ayala-Garay, Pichardo-González, Estrada-Gómez, Carrillo-Salazar, & Hernández-Livera, 2006}).

Las variables peso y tamaño de semilla están muy relacionadas, lo que se pudo observar en la condición de TA. De acuerdo con ^{Taiz, Zeiger, Møller, y Murphy (2015)}, la velocidad y magnitud de los procesos fisiológicos en las plantas incrementan conforme la temperatura aumenta hasta llegar a un máximo, después del cual tienden a disminuir, a ésta se le denomina temperatura máxima fisiológica, y su valor puede ser diferente para cada proceso vegetal. Es posible que en el presente experimento la temperatura no fue lo suficientemente alta como para superar la máxima fisiológica y provocar daños en los procesos de formación y crecimiento de la semilla; por lo que no se presentó una disminución de los atributos físicos, incluyendo el NSF, sino que ocasionó un aumento respecto a la TC. Por otra parte, de acuerdo con ^{Gautier et al. (2008)} y ^{Florido-Bacallao y Álvarez-Gil (2015)}, las plantas expuestas a temperaturas moderadamente altas en una etapa inicial adquieren cierta tolerancia; a esto se le conoce como termotolerancia adquirida. Es posible que en esta investigación haya existido un periodo de tiempo de aclimatación que provocara la termotolerancia en las plantas.

Calidad fisiológica de la semilla

El análisis de varianza mostró que el porcentaje de G y la CE fueron altamente significativos por efecto del genotipo, la temperatura y la combinación de éstos. Mientras que en la VEDEA6 únicamente el efecto de la interacción genotipo x temperatura fue altamente significativo; lo contrario a lo ocurrido en la VEDEA14, donde el efecto de dicha interacción no fue significativo (Cuadro 1). Por otro lado, el efecto de los tratamientos y su interacción no fue significativo para el porcentaje de SV.

El porcentaje de G fue estadísticamente superior con la TC que en la condición de TA (Cuadro 2). Las variedades MM (89 %) y Y-25 (89.5 %) tuvieron los valores más bajos y C-40 tuvo el valor más alto (97.5 %). Esta última fue estadísticamente similar al valor de germinación de M-430.

En la Figura 2, se puede observar que los genotipos MM, M-430 y Y-25, producidos bajo TA, presentaron porcentajes de G inferiores a 90 %, mientras que en las semillas de la variedad nativa C-40, la TA no afectó la germinación. Lo anterior se puede deber a que la variedad C-40 es originaria de una región cálido-húmeda (Campeche), al sur-este de México, por lo que puede adaptarse a condiciones de TA; aunque no ocurrió lo mismo con la variedad nativa Y-25, que también es originaria de regiones tropicales.

Figura 2 Porcentaje de germinación de tres variedades nativas y una comercial, producidas bajo dos condiciones de temperatura. TC = temperatura control (34.2 °C), TA = temperatura alta (38 °C). MM = 'Moneymaker', M-430 = 'Malinalco 430', Y-25 = 'Yucatán 25', C-40 = 'Campeche 40'. Las barras verticales representan la desviación estándar (n = 4). 

Los resultados anteriores muestran que la variabilidad encontrada en los recursos genéticos vegetales, en este caso representados por las tres variedades nativas, puede mitigar los efectos del cambio climático global, como lo indicó la ^{FAO (2015)}. El único genotipo en el que no se alteraron ni sus características físicas (Cuadro 3) ni su germinación fue la variedad nativa C-40 (Figura 2), por lo que se recomendaría como un candidato para resistir TA.

Al considerar el efecto de TA sobre las variables de calidad física (peso y tamaño) de las semillas y su comportamiento en la G se muestra un efecto contrario. De manera general, la TA incrementa el valor de las características físicas de la semilla, pero disminuye el de G. Como ya se mencionó, cada proceso vegetal podría tener una temperatura máxima fisiológica diferente (^{Taiz et al., 2015}). Por lo que aquí se demostraría que el proceso de acumulación de reservas, que da como resultado el peso de la semilla, es menos susceptible a la TA que el de la adquisición de la capacidad germinativa. De acuerdo con ^{Otho, Stone, y Harada (2007)}, el desarrollo de la semilla se divide en tres fases principales: histodiferenciación, acumulación de reservas y adquisición de la tolerancia a la desecación, y para lograr la máxima calidad de semillas las tres fases deben transcurrir de manera óptima (^{Bewley, Bradford, Hilhorst, & Nonogaki, 2013}).

En este trabajo, el valor de la correlación entre los valores del P1000S y G fue de -0.15^ns (datos no mostrados), lo que indica la nula correlación entre estas variables. Por su parte, la CE de las semillas de los genotipos MM y M-430 producidos bajo TA presentaron valores más altos comparados con los obtenidos con el TC (Cuadro 3). Lo anterior significa que dichas semillas tuvieron mayor permeabilidad de membrana, lo que equivale a un menor potencial fisiológico (^{Soto-González & Valiengo-Valeri, 2011}), y explicaría el bajo potencial germinativo de las otras variedades comparadas con C-40, la cual mostró menor permeabilidad de membrana, tanto en TA (10.68 µS·cm^-1·g^-1) como en TC (12.60 µS·cm^-1·g^-1). Asimismo, este genotipo fue uno de los que presentó mayor poder germinativo (Figura 2), dejando ver la relación inversa entre la CE de la semilla y su poder germinativo.

Los valores de germinación bajos se pueden explicar por la pérdida de permeabilidad de la membrana. ^{Dumas, Dadomo, Di Lucca, y Grolier (2003)} mencionan que la actividad antioxidante en el interior del fruto desarrollado en TA aumenta, lo que afecta la estabilidad de las membranas celulares. Como consecuencia de una menor estructura y selectividad de dichas membranas, las semillas de menor potencial fisiológico liberan mayor concentración de iones lixiviados (^{Filho, Carvalho, Cícero, & Demétrio, 1987}). El valor de la correlación (r²) entre los valores de G y CE fue de -0.73*; lo cual pudo deberse a que la TA influyó en la estructura de las membranas de las semillas, lo que alteró la CE y redujo la capacidad germinativa (datos no mostrados).

En cuanto al vigor de la semilla, en la variable VEDEA se observaron diferencias (P ≤ 0.05) entre genotipos (Cuadro 2). La variedad MM germinó más lento que el resto, y sus valores son inferiores tanto a los 6 días como a los 14 días; aunque en la segunda fecha, el valor obtenido es estadísticamente similar a Y-25 y M-430. De acuerdo con las recomendaciones de la ^{ISTA (2012)}, la duración de la prueba de germinación en tomate debe ser de 14 días; sin embargo, en el presente experimento, al realizar el conteo diario se observaron diferencias que con el tiempo se perdieron. Al comparar los resultados de VEDEA6 y VEDEA14, se pudo observar que la TA provocó un valor estadísticamente mayor en la primera determinación (Cuadro 2).

Así entonces, las semillas de los genotipos que crecieron en TA germinaron más rápido, lo que podría indicar que, bajo esta condición, las semillas adquieren mayor tolerancia a condiciones extremas de temperatura, aunque este aspecto tendrá que ser estudiado en investigaciones posteriores. Pese a que, el proceso de germinación es un evento que está altamente relacionado con factores internos (estado de madurez) y externos de la semilla, se dice que una semilla es madura cuando alcanza su desarrollo completo, tanto morfológico como fisiológico (^{Taiz et al., 2015}). Entre los factores externos que intervienen en la germinación se encuentra la humedad y la temperatura (^{Bewley et al., 2013}), como fue el caso.