EFECTOS DE DIFERENTES CONCENTRACIONES DE CLORURO DE SODIO EN LA GERMINACION Y CRECIMIENTO by BIOSCIENCE

Bio/Sc Vol. 2 N° 1, pp. 14-20 ISSN 2412 – 2224 Depósito legal BNP 2014-13600 Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Nacional del Altiplano, Puno-Perú

Presentado: 04/09/2015 Aceptado: 02/10/2015

EFECTOS DE DIFERENTES CONCENTRACIONES DE CLORURO DE SODIO EN LA GERMINACION Y CRECIMIENTO DE LA QUINUA (Chenopodium quinoa) EFFECTS OF DIFFERENT LEVELS OF SODIUM CHLORIDE CONCENTRATIONS IN QUINOA (Chenopodium quinoa) GERMINATION AND GROWTH Virginia Pacsi Ibañez Estudiante de la Facultad de Ciencias Biológicas,Universidad Nacional del Altiplano, Puno virpacsi@hotmail.com RESUMEN La investigación se realizó durante el mes de julio del 2015 en la Facultad de Ciencias Biológicas, Puno. El objetivo fue evaluar el efecto de diferentes concentraciones de NaCl en el índice de germinación (IG) y crecimiento de la quinua (Chenopodium quinoa). Las concentraciones de NaCl utilizadas fueron: 0.0M, 0.1M, 0.2M, 0.3M y 0.4M. El IG encontrada para cada tratamiento fue 42.34%; 25.58%; 11.76%; 3.01% respectivamente, evidenciándose una clara disminución de este parámetro conforme la concentración de NaCl incrementó. Por otro lado, también se encontró una importante disminución del crecimiento de la plántula en los tratamientos con altas concentraciones de NaCl. El NaCl puede estar afectando a nivel fisiológico, de modo que la semilla o plántula pudo haber sufrido de estrés hídrico, ante la incapacidad de absorber agua a partir del sustrato. Palabras clave: Chenopodium quinoa, germinación, crecimiento, sales. ABSTRACT The research was conducted during the month of July 2015 at the Faculty of Biological Sciences, Puno. The objective was to evaluate the effect of different concentrations of NaCl on the germination index (GI) and growth of quinoa (Chenopodium quinoa). NaCl concentrations used were 0.0M, 0.1M, 0.2M, 0.3M and 0.4M. The IG found for each treatment was 42.34%; 25.58%; 11.76%; 3.01% respectively, demonstrating a clear decrease of this parameter as the NaCl concentration increased. On the other hand, we also found a significant decrease in seedling growth in treatments with high concentrations of NaCl. The NaCl may be affecting physiological level, so that the seed or seedling may have suffered from water stress, at the inability to absorb water from the substrate. Key words: Chenopodium quinoa, germination, growth, salts.

EFECTO DEL CLORURO DE SODIO SOBRE LA GERMINACIÓN Y CRECIMIENTO DE QUINUA Enero – Junio, 2015

INTRODUCCIÓN La salinidad en los suelos es un factor muy importante ya que limita la productividad (Ruiz- Ramírez et al. 2012) y el crecimiento de la planta (Aguilar et al. 2004). Aproximadamente 800 millones de hectáreas se encuentran afectadas por la alta presencia de sales (Hernández & Soto 2014), causando considerables pérdidas en el rendimiento de una amplia variedad de cultivos alrededor del mundo (Carranza et al. 2009; Pares & Basso 2013). La presencia de iones salinos en los tejidos de las plantas, a niveles de concentración superiores a los tolerados, origina lesiones características en ellas, dependiendo de la naturaleza y concentración de los iones. En el caso del estrés por salinidad, actúan directamente sobre la morfología e integridad de las subestructuras celulares (Sam 2007). La respuesta dada a los iones puede resultar beneficiosa en el caso de las halófitas, siempre que se mantengan en unos niveles determinados de concentración (Aguilar et al. 2004). El agua de riego determina la salinidad de los suelos efectos fisiológicos (Larico et al. 2014; Torres & Acevedo 2008) Las plantas que crecen en ambientes salinos se denominan halófilas como las Chenopodiaceae, que presentan dos problemas fundamentalmente: el perjuicio directo causado por las altas concentraciones de NaCl y el perjuicio indirecto causado por los potenciales osmóticos (Barcelo et al. 1995), afectando la absorción de agua por las semillas a altas concentraciones salinas. Este estrés hídrico es atribuido al alto potencial osmótico que se crea en el medio, lo que provoca un alargamiento en el inicio de la germinación, disminución de la velocidad y del porcentaje final del proceso (Argentel et al. 2006), a la vez que provoca disminución del rendimiento en grano y de materia seca (Pérez et al. 1990; Sven et al. 1997; Chilo et al. 2009). La quinua Chenopodium quinoa, se produce bajo condiciones ecológicas extremas como estrés de sequía y salinidad (Bosque et al., 2000), porque debe ajustarse osmóticamente como resultado de la acumulación de solutos en la vacuola (Vacher et al. 1994; Sven et al. 1997; Chilo

et al. 2009). Una concentración por encima de 150 mM se considera venenosa, ya que afectaría al metabolismo y la síntesis de proteína (Sven et al. 1997). Un efecto secundario es la formación de especies reactivas del oxígeno o radicales libres (Chávez et al. 2009). La reducción de la conductancia estomática implica el cierre de los estomas, reduce el ingreso de CO2 inhibiendo la fotosíntesis y con ello se limita el desarrollo normal de la planta; y en consecuencia, se disminuye la producción de biomasa (Carranza et al. 2009). La quinua es considerada como una halófila facultativa y algunas variedades son capaces de hacer frente a niveles tan altos (Arias et al. 2014), por su amplia variabilidad genética y, además, por su alto valor alimenticio, nutritivo y por su adaptación a diferentes pisos agroecológicos (Bosque et al. 2000; Chilo et al. 2009). Existen evidencias indirectas que indican su alta capacidad para reducir la toxicidad metabólica del Na+, como resultado de su capacidad para competir con K+ por los sitios de enlace para la función celular. Más de 50 enzimas son activadas por el K+, y el Na+ no ha podido sustituirlo en estas funciones (Aguilar et al. 2004). Las vacuolas de líneas transgénicas de tabaco que sobre expresan el gen GmCLC1 o GmNHX1 que localizan en el tonoplasto, indicando que estos transportadores funcionan en el secuestro de iones para reducir sus efectos tóxicos en el citosol (Herranz et al. 2004). Sobre la base de estos antecedentes, se planteó la siguiente hipótesis: la germinación y crecimiento de C. quinoa disminuirá conforme la concentración de NaCl aumente en el sustrato. METODOLOGÍA Área de estudio. La investigación se realizó durante el mes de julio del 2015, en el laboratorio de ecología de la Facultad de Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional del Altiplano Puno, a una altitud de 3800 msnm

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Variables registradas Las variables que se evaluaron fueron el índice de germinación con las fórmulas matemáticas propuestas por Rodríguez et al. (2014). GRS(%) =

N° de semillas germinadas por tratamiento X100 N° de semillas germinadas (testigo)

CRR(%) longitud promedio de la radicula por tratamiento = X100 longitud promedio de la radícula (testigo)

IG(%) =

GRS X CRR 100

Donde: GRS (%): Germinación relativa de semillas CRR (%): Crecimiento relativo de radícula IG (%): Índice de germinación Se consideró como semilla germinada aquella en la cual la radícula emergió de la cubierta. La medición de la radícula fue cada dos días, con ayuda de una escuadra milimetrada.

Por otro lado, también se evaluó el crecimiento (altura) de las plántulas. En este caso, se consideró como plántula emergida cuando ésta mostró los cotiledones perpendiculares al hipocótilo. Para este procedimiento se utilizó un vernier MODEL 19976 Digital Caliper. Análisis de datos Se utilizó un Análisis de Varianza para comparar el índice de germinación y crecimiento de la quinua entre los diferentes tratamientos. Previo a la aplicación de la prueba, se verificó el cumplimiento de los supuestos. Cuando se encontró diferencias significativas, se aplicó la prueba de contraste de Tukey. Todos los análisis se realizaron en el software Infostat. RESULTADOS Y DISCUSIONES Índice de germinación (IG%) Se encontró diferencias significativas del IG de C. quinua entre los tratamientos aplicados (F3,12 = 20.99; P = 0.004). Con el tratamiento de menor concentración de NaCl, se registró una significativa mayor germinación en comparación a los otros tratamientos, habiendo una significativa reducción de germinación con la dosis de mayor concentración de NaCl (Figura 2). Al final del experimento, en el grupo testigo hubo 23 semillas germinadas, mientras que en el tratamiento con 0.4M de concentración NaCl sólo dos semillas germinadas. ÍNDICE DE GERMINACIÓN (IG)

Diseño experimental Las semillas fueron monitoreadas en una caja germinadora de triplay durante 14 días. Se tuvo cinco tratamientos: 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, y 0.4 M de cloruro de sodio (ClNa) en el sustrato. Por cada tratamiento se tuvo tres repeticiones (recipientes); de modo que, se tuvo en total 15 recipientes cuyas dimensiones fueron: 10 cm de diámetro y 6 cm de altura. En cada recipiente se agregó tierra con arena, y se sembró 25 semillas de quinua C. quinoa variedad INIA salcedo. La asignación de las semillas a cada tratamiento fue bajo un diseño completamente al azar. Las semillas fueron colectadas desde la provincia de Yunguyo.

48.99

37.07

25.15

BC 13.22

C 1.30

Figura 1. Sección longitudinal media del grano de quinua (Prego et al. 1998). PE: Pericarpio, SC: Cubierta de la semilla, EN: Endosperma; C: Cotiledones, H: Hipocotilo; SA: Apice del meristemo; R: Radicula, P: Perisperma; F: Funiculo.

T2 T3 Tratamientos

Figura 2. Valores (media±1EE) del índice de germinación (IG) de C. quinoa sometida a diferentes concentraciones de NaCl (T1= 0.1M; T2 = 0.2M; T3 = 0.3M; T4 = 0.4M). N por cada barra = 3. Letras diferentes significa diferencias significativas (P < 0.05). 16

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Crecimiento Se encontró diferencias significativas del crecimiento de plántulas de quinua entre los tratamientos aplicados (F = 25.02; P<0.0001). Como era de esperar, el grupo control mostró un significativo mejor crecimiento en comparación a los tratamientos. No se evidenció diferencias del crecimiento entre las diferentes concentraciones de NaCl aplicadas (Figura 3).

6.78

5.11

Talla(cm)

La salinidad por debajo de 0.3M produce la muerte de hasta un 75%, el 25% restante llega a sobrevivir, brindando evidencia de que la quinua se comporta como una especie halófita y que los niveles de la germinación en función al estrés salino permite entender las estrategias de las distintas variedades de quínoa (Chilo et al. 2009). Este bajo nivel de geminación puede deberse al alto potencial osmótico creado por el NaCl (Argentel et al. 2006). El máximo nivel de germinación de semillas de quinua en agua destilada se alcanzó entre 12 a 14 horas. Así mismo, en la máxima concentración de NaCl (0.4M) la germinación se produjo más tarde en comparación al grupo control, por lo que la extensión de retardo depende de la concentración de sal utilizada. Entonces, efectivamente se evidenció una significativa disminución del índice de germinación conforme la concentración de sal incrementaba en el sustrato (Herranz et al. 2004; Meza et al. 2007). Sin embargo, los efectos varían dependiendo del estadio de crecimiento y de la duración del estrés (Sesan 2013); así como de la variedad de quinoa (Chilo et al. 2009). Según estudios realizados por Aguilar et al. (2004), el porcentaje de germinación de la quinua, se encuentra por encima del 50%.

3.44

1.76

0.09

ControlT1

Tratamientos

Figura 3. Valores (media±1EE) del índice de germinación (IG) de C. quinoa sometida a diferentes concentraciones de NaCl (T1= 0.1M; T2 = 0.2M; T3 = 0.3M; T4 = 0.4M). N por cada barra = 3. Letras diferentes significa diferencias significativas (P < 0.05). El limitado crecimiento de las plántulas de quinua en los tratamientos con mayores concentraciones de NaCl, puede deberse al daño de la membrana celular que las plántulas sufren (Hernández & Soto 2014), a la absorción excesiva de Na y Cl, ocasionado un desequilibrio nutricional debido a la interferencia de estos iones (Zhu 2001; Pares & Basso 2013) y a un menor crecimiento de la raíz (Pérez et al. 1990). Así mismo, se provoca la imbibición del agua, activación y/o síntesis de enzimas; el alto potencial osmótico que se crea en el medio provoca un alargamiento en el inicio de la germinación, disminución de la velocidad y del porcentaje final del proceso (Argentel et al. 2006), traduciéndose en un efecto negativo sobre el crecimiento (Pares & Basso 2013). Si además de la salinidad, adicionamos a la temperatura como factor de estrés, a 10 ºC y 20 ºC y con una salinidad por debajo de 0.4M, no se produce la muerte del embrión; sino que retrasa los mecanismos fisiológicos y bioquímicos implicados en la etapa inicial de la germinación (Chilo et al. 2009); sin embargo, en el caso de la variedad salcedo INIA, hubo semillas muertas.

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CONCLUSIONES Se concluye que las altas concentraciones de NaCl alteran el proceso germinativo, disminuyendo el IG, y afectando en forma negativa, el crecimiento en altura de la quinua de variedad INIA salcedo. Estos efectos negativos, puede deberse a alteraciones a nivel radicular o fisiológico. AGRADECIMIENTOS Agradezco al Dr. Ángel Canales por la iniciativa de hacer que los estudiantes hagan investigación, y a los docentes del área de ecología de la FFCCBB los que hicieron posible este trabajo de investigación. LITERATURA CITADA AGUILAR, M.X.; LÓPEZ, A.R.; GÓMEZ, A.G.; MURILLO, A.B. & RODRÍGUEZ, Q.G. 2004. Efecto del estrés salino en germinación y crecimiento vegetativo inicial en chile Capsicum annum L. y coquia Kochia scoparia L. Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste. ARGENTEL, L.; GONZÁLEZ, L.M. & PLANA, R. 2006. Efecto de altas concentraciones salinas sobre la germinación y el crecimiento del trigo (Triticum aestivum) variedad Cuba-C-204. Cultivos Tropicales, 27(3):45–48. ARIAS, M.E.; AGUIRRE, M.G.; LUQUE, A.C. & ESCOLA, P. 2014. Caracterización anatómica de tallos de Chenopodium (Chenopodiaceae). Aportes al estudio de restos Arqueológicos. Intersecciones en Antropología, (15)1:265–276. BARCELO, J.; NICOLÁS, G.; SBATER, B. & SÁNCHEZ-TAMÉS, S. 1995 Fisiología vegetal. Ediciones Pirámide S.A, Madrid. 662pp. BOSQUE, H.; LEMEUR, R. & VAN DAMME, P. 2000. Análisis ecofisiólogico del cultivo de la quinua (Chenopodium quinoa) en condiciones de estrés d sequía y la salinidad. Tropicultura, 10(4):198– 202.

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ANEXOS

Figura 5. Rótulo de los contenedores Figura 2. Caja germinadora

Figura 6. Las semillas germinadas Figura 3. Contenedores en los que se germinó las semillas de quinua.

Figura 7. El crecimiento de la semilla Figura 4. Envase con el sustrato