Introducción

La latencia de semillas se considera como una estrategia adaptativa que comúnmente desarrollan las plantas que habitan en ambientes impredecibles, tales como las zonas áridas y semiáridas. La latencia es una propiedad de la semilla que define las condiciones ambientales en las cuales es capaz de germinar (^{Vleeshouwers et al., 1995}).

La latencia por el tiempo en el que se desarrolla se divide en dos tipos: primaria o innata y secundaria o inducida. La primaria o innata se presenta desde el momento en que las semillas son liberadas de la planta madre, y la latencia secundaria o inducida se desarrolla después de ésta cuando las semillas se exponen a condiciones adversas del medio y dicha latencia no concluye aun cuando se remueven estas condiciones (^{Márquez-Guzmán et al., 2013}). Algunas condiciones desfavorables para la germinación pueden ser, temperaturas no adecuadas, falta de oxígeno o luz, déficit de agua, etc. (^{Khan y Karssen, 1980}).

PPor lo tanto, la latencia secundaria puede ser de varios tipos según el factor que la induce, por ejemplo, la termolatencia se refiere a la latencia secundaria inducida cuando las semillas se exponen a temperaturas desfavorables, usualmente a altas temperaturas. Así, en Avena sativa las semillas pueden volverse latentes con las altas temperaturas, mientras que las semillas de Phacelia dubia desarrollan latencia en temperaturas por debajo de la mínima para su germinación (^{Baskin y Baskin, 1973}).

La latencia que se desarrolla cuando las semillas que requieren de luz para germinar se incuban a una temperatura óptima en la oscuridad por un periodo prolongado, se denomina eskotolatencia (^{Gutterman, 2002}). Es decir, se produce una reducción de la sensibilidad a la luz en las semillas que requieren de luz para germinar. En este tipo de latencia hay una reversión del pigmento fitocromo de su forma activa a su forma inactiva lo que inhibe la germinación (^{Khan y Karssen, 1980}). Esta latencia ha sido reportada tanto en especies silvestres como en cultivadas, por ejemplo, en semillas de Lactuca sativa (^{Bewley, 1980}; ^{Thanos y Georghiou, 1988}, ^{Hsiao y Vidaver, 1989}) y L. serriola (^{Small y Gutterman, 1992}). El grado de eskotolatencia puede incrementarse si se prolonga el periodo de incubación en la oscuridad (^{Baskin y Baskin, 1998}, ^{Hsiao y Vidaver, 1989}). Las semillas que desarrollan latencia secundaria no germinarán cuando sean transferidas a condiciones en las que podrían germinar normalmente (^{Kȩpczýnski, y Bihun, 2002}) y pueden requerir algún otro tratamiento como aplicaciones de etileno, giberelinas o citocininas o la acción del frío para romper la latencia. ^{Bewley (1980)} reporta que la eskotolatencia en semillas de lechuga se elimina con una combinación de un tratamiento con luz roja y benciladenina. Realmente hay poca información sobre este proceso fisiológico ya que los mecanismos que inducen la latencia secundaria aún son muy poco explorados para muchas familias de plantas (^{Taiz y Zeiger, 1998}).

En ambientes áridos y semiáridos, además de la disponibilidad de agua, la luz puede ser un importante regulador de la germinación cuando las semillas se encuentran a una profundidad óptima en el suelo (^{Gutterman, 2002}). La respuesta de las semillas a la luz es importante para prevenir el proceso germinativo en el lugar y tiempo inadecuados para su posterior establecimiento. Desde un punto de vista ecológico, la importancia del requerimiento de luz para la germinación es: 1) la detección por la semilla de la profundidad del enterramiento con el consecuente efecto sobre su supervivencia y, 2) la detección de la presencia o ausencia de una cubierta vegetal.

Las semillas que se encuentran en la superficie del suelo están más expuestas a la luz, siendo este hecho de gran importancia para las especies que poseen semillas fotoblásticas positivas, ya que las plántulas pueden deshidratarse más rápidamente en la superficie del suelo. El requerimiento de luz maximiza la probabilidad de germinar a la profundidad más favorable en correlación con la disponibilidad de agua en el suelo (^{Gutterman, 2002}). ^{Tester y Morris (1987)} indicaron que la cantidad de luz para efectos fisiológicos significativos rara vez penetra más de 4-5 mm de profundidad en el suelo y ^{Bliss y Smith (1985)} demostraron para algunas especies que, a una profundidad mayor de 4 mm en suelos arenosos, característico de zonas áridas, la germinación disminuye considerablemente.

Particularmente para la familia Cactaceae se han reportado semillas fotoblásticas positivas e indiferentes (^{Rojas-Aréchiga y Vázquez-Yanes, 2000}; ^{Rojas-Aréchiga et al., 2013}). El requerimiento de luz para germinar puede ser una desventaja en ambientes desérticos si pensamos que las semillas con este tipo de fotoblastismo solo pueden germinar al encontrarse sobre la superficie del suelo donde están más expuestas a una rápida deshidratación y a una mayor depredación. Por el contrario, las semillas indiferentes a la luz que se entierran a poca profundidad pueden ser capaces de germinar a pocos milímetros de la superficie del suelo donde se mantiene la humedad por un periodo más prolongado lo que también les confiere una mayor protección frente a las altas temperaturas y de los depredadores (^{Rojas-Aréchiga y Batis, 2001}). Pero, ¿qué sucede en aquellas semillas que permanecen enterradas por un periodo prolongado donde ya no penetra la luz? El destino de estas semillas es variable, algunas de estas semillas pueden envejecer, por ejemplo, Mammillaria huitzilopochtli (^{Flores-Martínez et al. 2008}), o perderse por la acción de depredadores y patógenos en el suelo, pero también pueden desarrollar algún tipo de latencia y/o permanecer en un banco de semillas.

Las semillas en un banco, pueden experimentar ciclos en diferentes grados de latencia por periodos variables. Generalmente, los niveles de latencia cambian durante el curso de meses (^{Hilhorst, 1998}). Bajo cualquier grado de latencia las semillas continuamente están entrando y saliendo de ese estado produciendo cambios metabólicos reversibles en las semillas. La latencia secundaria puede perderse y volver a desarrollarse repetidamente hasta que las condiciones requeridas para la germinación sean adecuadas, lo cual ha sido observado en Lolium multiflorum por ^{Schafer y Chilcote (1970)}. Se ha demostrado que la eskotolatencia puede ser inducida durante el enterramiento de semillas (^{Wesson y Wareing, 1969}) y se ha asociado principalmente con el banco de semillas (^{Hilhorst, 1998}). Este tipo de latencia se ha reportado en varias especies de Cactaceae (^{Flores et al. 2006}) y Mammillaria parkinsonii (G. Jiménez, comunicación personal).

Se estudió el proceso germinativo de cinco especies de la tribu Cacteae con el objetivo de determinar si las semillas de cactáceas desarrollan este tipo de latencia. Se evaluó su capacidad germinativa bajo condiciones de luz controlada y oscuridad y después de haber estado incubadas en la oscuridad durante un mes, simulando su enterramiento en el suelo.

Materiales y métodos

Para la realización de los experimentos de germinación, en 2014 se colectaron frutos en la República Mexicana de al menos 10 individuos diferentes en una población por especie. La colecta se hizo en las localidades indicadas a continuación: Echinocactus platyacanthus (Jardín Botánico de Zapotitlán de las Salinas, Puebla), Ferocactus peninsulae (Loreto, Baja California Sur), Turbinicarpus gielsdorfianus (Rio Verde, San Luis Potosí), Mammillaria compressa y Strombocactus disciformis (Cadereyta de Montes, Querétaro). Las semillas se extrajeron de los frutos, se contaron y se guardaron en bolsas de papel a temperatura ambiente (20ºC ± 2ºC) hasta el momento de llevar a cabo los ensayos de germinación. Para dos especies (Mammillaria compressa y Turbinicarpus gielsdorfianus) se determinó el tamaño de las semillas siguiendo el protocolo utilizado por ^{Rojas-Aréchiga et al. (2013)} y para las otras tres especies se tomó el dato de la cita anterior. Aproximadamente un mes después de la colecta, se sembraron para cada tratamiento 10 réplicas con 20 semillas para E. platyacanthus, F. peninsulae y S. disciformis, 5 réplicas con 20 semillas para M. compressa y 10 réplicas de 10 semillas para Turbinicarpus gielsdorfianus. Lo anterior de acuerdo a la disponibilidad del número de semillas para cada especie. Todas las semillas se sembraron en cajas de Petri con agar al 1% y se incubaron en una cámara de germinación (Lab-Line 844L) a una temperatura constante de 25°C. Las semillas en el tratamiento de luz se incubaron bajo un fotoperiodo de 12 h luz: 12 h oscuridad, y para el tratamiento en oscuridad las cajas de Petri se envolvieron en una doble capa de papel aluminio y se mantuvieron así hasta el final del experimento. Se consideró una semilla germinada al emerger la radícula. El registro de la germinación se realizó cada dos días durante 30 días para los experimentos de luz y para los de oscuridad sólo se hizo un registro al final del experimento. Las semillas no germinadas en la oscuridad, se pasaron a la luz a una temperatura constante de 25°C y con un fotoperiodo de 12 h y se registró su germinación cada dos días durante otros 30 días.

El tratamiento bajo luz simula las semillas que quedan en la superficie del suelo, el tratamiento en la oscuridad simula las semillas enterradas y el tratamiento de oscuridad-luz simula las semillas que estuvieron enterradas por un lapso de tiempo corto y que salen a la superficie del suelo por acción de la erosión por el viento, arrastre del agua o por remoción del suelo por animales.

Para determinar la existencia de diferencias estadísticamente significativas en la germinación entre tratamientos para cada especie se realizó un análisis de varianza (ANOVA) de una vía y una prueba post hoc de Tukey. Antes de realizar el ANOVA (^{Sokal y Rohlf, 1995}) a los porcentajes de germinación obtenidos se le aplicó una transformación arcoseno para su normalización.

Resultados

En el cuadro 1 se muestran los valores medios del número de semillas por fruto y del tamaño de las semillas de las cinco especies estudiadas.

Las semillas de las cinco especies estudiadas son fotoblásticas positivas (i.e., no germinaron en la oscuridad). Todas las semillas incubadas bajo luz germinaron por encima del 55% (fig. 1).

Fig. 1. Porcentaje de germinación obtenido para Strombocactus disciformis, Echinocactus platyacanthus, Turbinicarpus gielsdorfianus, Ferocactus peninsulae y Mammillaria compressa bajo los tratamientos utilizados. En el tratamiento de oscuridad no se obtuvo germinación para ninguna de las especies estudiadas. Media ± D.E.  

Tres de las cinco especies estudiadas (E. platyacanthus, S. disciformis y F. peninsulae) alcanzaron una germinación similar en la luz y cuando fueron transferidas de la oscuridad a la luz, y dos de ellas (M. compressa y T. gielsdorfianus) mostraron una mayor germinación bajo condiciones de luz que cuando fueron transferidas de la oscuridad a la luz (fig. 1), lo que indica que una fracción de las semillas de M. compressa y T. gielsdorfianus desarrollaron eskotolatencia cuando se incubaron en la oscuridad.

Los resultados del análisis de varianza indican que no hubo diferencias significativas en E. platyacanthus, S. disciformis y F. peninsulae que alcanzaron una germinación similar en luz con respecto a las semillas incubadas en luz después del periodo de oscuridad (F _(1,18) = 0.715; p = 0.408; F _(1,18) = 0.101; p = 0.759, F _(1,18) = 7.64; p = 0.12, respectivamente, lo cual indica que no desarrollaron una latencia secundaria. Por el contrario, para las otras dos especies M. compressa y T. gielsdorfianus, que obtuvieron una germinación mayor en luz con respecto a las semillas incubadas a la luz después del periodo de oscuridad, sí se encontraron diferencias significativas: F _(1,8) = 4.97; p= 0.056 y F _(1,18) = 8.615; p = 0.008, respectivamente, lo cual sugiere el desarrollo de una latencia secundaria (eskotolatencia). Para estas últimas dos especies, el porcentaje de germinación obtenido en el tratamiento de luz resultó superior al 75%, mientras que el porcentaje obtenido cuando fueron transferidas de la oscuridad a la luz fue inferior al 60% (fig. 1).

Discusión

El fotoblastismo positivo obtenido para las cinco especies estudiadas coincide con el patrón de respuesta fotoblástica reportada para la tribu Cacteae por ^{Rojas-Aréchiga et al. (2013)}.

Una fracción de las semillas de M. compressa y T. gielsdorfianus desarrollaron eskotolatencia al estar incubadas durante un mes en la oscuridad a 25 º C donde no se obtuvo germinación y después de ser transferidas a la luz. De la misma manera ^{Small y Gutterman (1992)} reportan que las semillas de Lactuca serriola desarrollaron eskotolatencia al estar incubadas en la oscuridad durante 12 días a 25ºC. Para cactáceas este hecho ha sido reportado por ^{Flores et al. (2006)} para dos especies de Mammillaria y cuatro subespecies de Turbinicarpus y también para Mammillaria parkinsonii por G. Jiménez (comunicación personal). Esto podría representar una estrategia adaptativa de las semillas ante un ambiente impredecible y podría jugar un papel importante en el mantenimiento de un banco de semillas ya sea de tipo transitorio o persistente (^{Rojas-Aréchiga y Batis 2001}; ^{Finch-Savage y Leubner-Metzger, 2006}; ^{Flores-Martínez et al., 2008}).

Un requerimiento de luz para la germinación es una de las características que poseen las semillas para poder formar un banco de semillas y, además las semillas con eskotolatencia pueden permanecer latentes aun cuando sean desenterradas y posiblemente puedan ir rompiendo su latencia con el tiempo y/o por la acción de otros factores como pueden ser fluctuaciones de temperatura, lo cual es común en zonas áridas. Asimismo, se ha demostrado que las variaciones en el contenido de humedad en el suelo bajo condiciones naturales pueden afectar el estado de latencia en los bancos de semillas (^{Batlla y Benech-Arnold, 2006}).

También se ha demostrado que el tamaño de las semillas influye en su capacidad para formar un banco de semillas (^{Rojas-Aréchiga y Batis 2001}). Las semillas redondeadas de las cinco especies estudiadas y de tamaño muy pequeño y pequeño (Strombocactus disciformis y Mammillaria compressa, respectivamente; cuadro 1) (^{Barthlott y Hunt, 2000}), pudieran tener una mayor probabilidad de enterramiento dadas sus características morfológicas y esto, aunado al hecho de que presentan fotoblastismo positivo pudiera impedir la germinación bajo condiciones subóptimas.

Las cinco especies estudiadas son fotoblásticas positivas, pero no hay información sobre la existencia de bancos de semillas para estas especies. Se ha comprobado el banco de semillas aéreo para las semillas fotoblásticas positivas de Echinocactus platyacanthus (^{López-López, 2006}) y para algunas especies de Mammillaria (i.e, serotinia, ^{Rodríguez-Ortega et al., 2006}). Otros trabajos reportan un banco de semillas en el suelo para algunas especies del género Ferocactus (^{Bowers 2000}, ²⁰⁰⁵). Las semillas de una de las especies estudiadas (M. compressa) que desarrollaron eskotolatencia son de tamaño pequeño (^{Barthlott y Hunt, 2000}), lo que constituye también una característica importante para formar bancos de semillas (^{Rojas-Aréchiga y Batis, 2001}). Esto coincide con otros trabajos en donde semillas pequeñas de cactáceas son las que forman bancos de semillas en el suelo, por ejemplo, Trichocereus pasacana (^{De Viana, 1999}), Myrtillocactus geometrizans (Cano-Salgado et al., 2013) y Mammillaria grahamii (^{Bowers, 2005}). Sin embargo, la especie Ferocactus wislizeni, con semillas de tamaño grande (^{Rojas-Aréchiga et al., 2013}) también forma banco de semillas en el suelo (^{Bowers, 2005}).

Los resultados obtenidos en este estudio y los reportados por ^{Flores et al. (2006)} y G. Jiménez (comunicación personal) sugieren que posiblemente hay géneros en la tribu Cacteae (Turbinicarpus y Mammillaria) que pueden ser capaces de desarrollar eskotolatencia como una estrategia adaptativa en ambientes xéricos cuando las condiciones no son las óptimas para germinar. Aunque hasta el momento el significado ecológico de la eskotolatencia sigue sin entenderse (^{Koutsovoulou y Thanos, 2010}).

La fracción de semillas que no germinan después de los tratamientos de oscuridad-luz, son semillas que pueden mantenerse en un banco de semillas. Se ha sugerido que la inducción de la eskotolatencia es una de las estrategias de supervivencia bajo condiciones adversas y al mismo tiempo las semillas con este tipo de latencia son capaces de retener estados intermedios del fitocromo hasta que la latencia sea removida por factores ambientales (^{Hsiao y Vidaver, 1989}). De acuerdo con ^{Pons (1991)} la eskotolatencia previene la germinación de semillas en el suelo y ésta puede ser inducida con el enterramiento.

Es importante entender el comportamiento de semillas en el suelo que requieren luz para germinar que están continuamente sujetas a periodos de oscuridad ya sea en parcial o en total hidratación (^{Khan y Karssen, 1980}), ya que este germoplasma contribuye a la dinámica de la población en un futuro a corto o largo plazo. Sería muy interesante determinar el desarrollo de eskotolatencia con periodos de oscuridad de diferente duración con el objeto de determinar si se desarrollan diferentes grados de eskotolatencia e investigar sobre los mecanismos para romper este tipo de latencia bajo condiciones naturales y tratar de entender su significado ecológico. Contrario a la latencia primaria, los estudios en eskotolatencia a la fecha son escasos.

Conclusiones

Las semillas de las cinco especies estudiadas son fotoblásticas positivas y dos de ellas, Mammillaria compressa y Turbinicarpus geilsdorfianus desarrollaron eskotolatencia.