Introducción

El deterioro es un proceso que ocurre en la semilla relativamente seca y se expresa durante la rehidratación de la misma. Al respecto, se sugieren tres hipótesis para describir los procesos que determinan el deterioro: 1) acumulación de productos deletéreos relacionados con el rompimiento de macromoléculas que inactivan tanto a enzimas como a los ácidos nucleicos o bien la aparición de membranas no funcionales y la acumulación de sustancias mutagénicas; 2) el deterioro causado por el desgaste natural, en el cual se considera que un incremento en el uso de organelos, células y órganos, causan reducción general de su capacidad de funcionamiento; y 3) mutaciones somáticas que aumentan en frecuencia con la edad de la semilla (^{Burris, 1983}).

El deterioro en las semillas está relacionado con su edad, el contenido de humedad y las condiciones de almacenamiento. El deterioro disminuye el porcentaje de germinación, la velocidad de crecimiento de plántulas débiles o de bajo vigor, características que son evidentes durante el establecimiento de la plántula en campo (^{Veselova y Veselovsky, 2003}) y la tolerancia a condiciones adversas. Los síntomas de la semilla deteriorada incluyen: crecimiento anormal, daños en las estructuras principales de las plántulas, pérdida de compuestos solubles (debido a excesiva permeabilidad de la membrana), reducción de la actividad enzimática, daño oxidativo al ADN y las proteínas, y producción de sustancias tóxicas (^{Basavarajappa et al. 1991}).

Para contrarrestar los efectos negativos del proceso degenerativo en semillas, se han empleado diversos tratamientos con éxito parcial en diversas especies, como el tratamiento químico antes de la siembra (pre-sowing) (^{Grzesik y Janas, 2014}) y la pre hidratación (pre-soaking) con agua o con reguladores de crecimiento esto para mejorar la capacidad germinativa y el vigor (^{Butola y Badola, 2004}; ^{Afzal et al, 2005}; ^{Herrera et al, 2011}).

Al respecto, la imbibición es el proceso de toma de agua por parte de la semilla (^{Moreno et al, 2006}). Esta se da mediante la inmersión de las semillas en soluciones osmóticas o en cantidades determinadas de agua durante cierto periodo de tiempo. La imbibición permite que un mayor número de semillas alcance rápidamente el mismo nivel de humedad y active el aparato metabólico relacionado con el proceso pre-germinativo (^{Burgas y Powell, 1984}). Es por ello, que mediante el proceso de imbibición de la semilla en agua o en soluciones diversas es factible mejorar su calidad fisiológica a través de la uniformidad en el porcentaje de germinación (^{Artola et al., 2003}; ^{Sánchez et al., 2007}). ^{McDonald (2000)}, menciona que en semillas pequeñas como las de cebolla, apio, zanahoria, tomate, pimienta y lechuga, es exitoso el acondicionamiento osmótico. ^{Balaguera et al. (2009)} realizaron un estudio con semillas de tomate (Solanum lycopersicum L.) imbibidas en agua con diferentes concentraciones de ácido giberélico y reportaron, diferencias estadísticas en el área foliar, masa fresca y seca de hojas, tallo y raíces y longitud de raíces. Con base en lo anterior, el objetivo del presente estudio fue evaluar efecto de la imbibición en la calidad fisiológica de semillas de jitomate.

Materiales y métodos

El estudio se llevó a cabo en marzo de 2015, en el laboratorio de Genética Molecular Campus Montecillo del Colegio de Postgraduados, Montecillo, Texcoco, México. Se utilizó semilla de un cultivar comercial de jitomate de la casa Hortaflor: Saladet envejecida naturalmente con un porcentaje de germinación inicial de 60%.

A la semilla se aplicó un pretratamiento (SPT) que consistió en la inmersión de una muestra de cinco gramos de semilla, de la siguiente manera: la muestra de semilla fue colocada en una bolsita de franela que posteriormente, se introdujo a un recipiente de polietileno lleno de agua destilada (con capacidad de 2 L) que fue aireada enérgicamente con la ayuda de una bomba de aire para acuario ELITE® 802 (Rolf C. Hagen Inc.) y una piedra difusora del aire Biozon Fragor a temperatura ambiente durante 20 h. Después del tratamiento pregerminativo, las semillas fueron desecadas sobre papel absorbente, a temperatura ambiente durante 18 horas para eliminar el agua excedente. El tratamiento testigo (ST) fue aquel en donde la semilla no fue sometida al pre tratamiento (SPT).

Las semillas sometidas al pre tratamiento (SPT) y la semilla testigo (ST) fueron germinadas en cajas Petri sobre papel sanita humedecido con 3.5 ml de agua destilada y sobre ellas, se colocaron por cada tratamiento cuatro repeticiones de 25 semillas. Posteriormente, se cubrieron con la tapa de la caja y se colocaron inmediatamente en los desecadores de vidrio para vacío ajustados a 200, 400 y 600 mm de Hg (vacío) donde fueron conservadas 12 días bajo condiciones ambientales de laboratorio con una temperatura de 25±1 °C. Las variables evaluadas fueron: la germinación total en porcentaje (PG), porcentaje de viabilidad (VIA); pesos de la materia seca de la parte aérea (PMSA) y de la radícula (PMSR) expresado en microgramos (mg) después de secadas en una estufa a 70 °C durante 72 h (^{ISTA, 2012}).

El diseño empleado fue completamente al azar con arreglo factorial donde el factor A son los tratamientos de semillas sometidas al pre-tratamiento y las semillas testigo y el factor B son las condiciones de vacío (VAC 200, VAC 400 y VAC 600) con cuatro repeticiones. Los resultados obtenidos de las variables respuesta se sometieron al análisis de varianza mediante el programa estadístico Statistical Analysis System (^{SAS, 2000}) versión 9.0, y las diferencias entre tratamientos se estimaron con la prueba de comparación de medias Tukey con 5% de probabilidad. Previo al análisis de varianza, la proporción de plántulas germinadas por día expresadas en porcentaje, se transformaron mediante la función de T= arcoseno = Ay/100, donde y es el valor a transformar y T el valor de la variable transformada. Adicionalmente, se estimaron las relaciones entre las diferentes variables registradas en este estudio y que fueron descritas por correlaciones simples de Pearson.

Resultados y discusión

En el Cuadro 1 se presenta el análisis de varianza para las variables de calidad fisiológica en donde, se registraron diferencias significativas (p≤ 0.001 y p≤ 0.05) para las semillas sometidas al pre-tratamiento (SPT) y testigo (ST) en las variables de PG, VIA y PMSR mientras, que para las tres condiciones de vacío (VAC) si hubo diferencias significativas (p≤ 0.001) excepto, en el PMSR. En la interacción de semillas SPT y ST por las condiciones de vacío (VAC), no se encontraron significancias estadísticas en todas las variables de respuesta.

Cuadro 1 Cuadrados medios del análisis de varianza para las variables de calidad fisiológica evaluadas en semillas de jitomate. 

±PG= germinación total en porcentaje; VIA= porcentaje de viabilidad; PMSA= peso de la materia seca de la parte aérea; PMSR= peso de la materia seca de la radícula. **, *= significancia estadística al 0.001 y 0.05 de probabilidad; ns = no significativo. CV= coeficiente de variación. JDato transformado con arco seno.

Por otra parte en cuanto a la comparación de medias de Tukey para las semillas sometidas al pre-tratamiento (SPT) y semillas testigo (ST) se observó en la Figura 1, que al emplear SPT estas iniciaron más rápidamente la germinación, viéndose reflejado en una mayor VIA en comparación a las ST. Esto es, para PG se tuvo 74.4% cm en SPT y 69.5% en ST; VIA 74.8% en SPT y 69.7% en ST. ^{Moreno y Jiménez (2013)} encontraron que en semillas de tomate imbibidas en nitrato de potasio porcentajes de germinación de 87.6 a 96.19%, respectivamente. Asimismo, estos resultados demuestran que al producirse el proceso de imbibición hay un incremento muy importante en la intensidad de la actividad metabólica (^{Burgas y Powell, 1984}), siendo la respiración la primera actividad en ser detectada en minutos y por ende se acelera el proceso de germinación y emergencia de las plántulas (^{Bewley, 1997}; ^{Bewley y Black, 1994}).

Figura 1 Comportamiento de la germinación total en porcentaje (PG) y del porcentaje de viabilidad (VIA) en semillas de jitomate sometidas al pre-tratamiento y testigo. Valores con la misma letra en la figura son estadísticamente iguales (Tukey a= 0.05). 

^{Bewley (1997)}; ^{Sánchez et al. (2001)} mencionan que en semillas embebidas en agua, presentan tres fases de la actividad respiratoria plenamente reconocidas. En la fase I que es la más corta en tiempo, la semilla absorbe rápidamente agua, inicia la respiración, se lleva a cabo la reparación del material genético y de las mitocondrias e inicia la síntesis de proteínas a partir de mensajeros preformados. Durante la fase II, la síntesis de proteínas a partir de mensajeros que se sintetizan en esa misma fase II y se generan nuevas mitocondrias. Al final de esta fase II la semilla completa el proceso de germinación y de emergencia, en la fase III inicia el desarrollo de la plántula (fase posgerminativa). Es importante mencionar, que si las fases de imbibición se llegasen a prolongar demasiado estas afectan el proceso de germinación, emergencia y el desarrollo de las plántulas (^{Bewley y Black, 1994}).

Referente al efecto del tratamiento aplicado a las SPT y ST, se observó que al emplear semillas PT hubo mayor PMSA y PMSR con respecto a las semillas testigo (ST) lo cual indica que el pre-tratamiento de imbibición afectó de manera importante en la distribución de biomasa entre la parte aérea y la raíz. Este hecho es muy importante, ya que el vigor inicial depende de la producción de biomasa por la plántula (^{López et al, 2004}) y también de su distribución entre órganos que altera su calidad (Figura 2).

Pesos de la materia seca de la parte aérea (PMSA) y de la radícula (PMSR) evaluadas en semillas de jitomate sometidas al pre-tratamiento y testigo. Valores con la misma letra en la figura son estadísticamente iguales (Tukey a= 0.05).

Figura 2 

En la comparación de medias para las condiciones de vacío (VAC) se observó, que al someter la semilla en el VAC 200 se obtuvieron los mayores valores de PG y VIA con 82.9% en PG y 83.9% en VIA en comparación, con el tratamiento de VAC 600 que tuvo 51.2% de PG y VIA. Según ^{Artola (2002)} y ^{Artola et al. (2003)} a medida que se incrementa el vacío, se disminuye la capacidad de germinación de la semilla (Cuadro 2). Estos resultados demuestran que el oxígeno es uno de los factores principales que afectan el proceso de germinación, siendo el sustrato requerido por la respiración para producir la energía, la cual es necesaria para que ocurra la germinación (^{Taylor, 1997}).

Cuadro 2 Comparación de medias para los tratamientos de condiciones de vacío (VAC) en las variables de calidad fisiológica evaluadas en semillas de jitomate. 

± PG= germinación total en porcentaje; VIA= porcentaje de viabilidad; PMSA= peso de la materia seca de la parte aérea; PMSR= peso de la materia seca de la radícula. Medias con la misma letra en cada columna son estadísticamente iguales (Tukey α= 0.05).

En cuanto a los valores de peso de materia seca de las diferentes estructuras de la planta osciló de 0.009 a 0.024 mg para PMSA y de 0.004 a 0.006 mg para PMSR siendo también la condición de vacío VAC 200 la que presentó los valores más altos en estos dos parámetros, por lo que puede considerarse que la prueba de VAC fue la adecuada para diferenciar a las semillas por su vigor (Cuadro 2).

En cuanto a las combinaciones generadas entre semillas con pre-tratamiento y sin pretratamiento por condiciones de vacío (SPT x VAC) a través de las variables PG, VIA, PSMA y PMSR, se obtuvo mayor respuesta en las semillas pre tratadas y sin pretratamiento con VAC 200 siendo la condición óptima para establecer la condición de vigor de la semilla de jitomate. La variación observada en las combinaciones para PG fue de 49.9 a 83.3%, VIA de 49.9 a 84.6 %, PMSA de 0.007 a 0.024 mg y para PMSR de 0.003 a 0.007 mg (Cuadro 3).

Cuadro 3 Comparación de medias para los tratamientos de condiciones de vacío (VAC) en las variables de calidad fisiológica evaluadas en semillas de jitomate.  

±PG= porcentaje de germinación total; VIA= porcentaje de viabilidad; PMSA= peso de la materia seca de la parte aérea; PMSR= peso de la materia seca de la radícula. Medias con la misma letra en cada columna son estadísticamente iguales (Tukey α= 0.05).

Con base en los resultados mostrados en el Cuadro 3, se infiere que entre semillas con pre-tratamiento y sin pretratamiento por condiciones de vacío altas (VAC 600) se disminuyó la actividad respiratoria esto debido a la falta de oxígeno siendo la principal causante de la reducción drástica de la germinación, viabilidad y acumulación de la materia seca de las plántulas de jitomate.

Por otra parte, al aplicar el coeficiente de correlación de Pearson a los datos obtenidos en esta investigación se encontró que, la germinación total en porcentaje (PG) está positivamente correlacionada con las variables peso de la materia seca de la parte aérea (PMSA) (r=0.81; p≤ 0.0001) y de radícula (PSMR) (r = 0.33; p≤0.06). Estos resultados demuestran que por el tipo de análisis estadístico a que se sometieron las variables evaluadas en la calidad fisiológica, el grado de sensibilidad y precisión del pre-tratamiento de imbibición así como de la condición de vacío, los criterios importantes para diferenciar lotes de semilla con base en su valor potencial de la semilla para siembra fueron el PG y PSMA. Al respecto, ^{Thomson (1979)} indica que a mayor germinación de semillas darán como resultado plántulas más grandes que tendrán una mayor acumulación de materia seca cuando germinan en condiciones favorables (^{Pérez et al., 2006}). Esta respuesta se explica con base en una alta producción de energía en forma de ATP debido a un elevado contenido de proteína en las mitocondrias (^{McDaniel, 1973}).

Conclusiones

La semilla sometida al pretratamiento de imbibición en agua germinó más rápido que en la semilla sin imbibición. Mediante la prueba de vacío VAC 200 se pudo diferenciar entre lotes de semilla de jitomate por la condición de vigor de sus semillas siendo este un criterio importante para determinar el valor potencial de la semilla para su siembra. El pretratamiento de imbibición y en combinación con la condición de VAC 200 acentúan las diferencias para establecer la condición de vigor de la semilla de jitomate.