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INTRODUCCIÓN
La tecnología de semillas en el contexto actual y el uso de los métodos físicos para el incremento de la producción vegetal, ofrecen numerosas ventajas sobre los tratamientos convencionales basados en el uso de sustancias químicas. Los efectos de los tratamientos físicos sobre la vigorización en semillas están direccionados en múltiples niveles, que van desde los aspectos morfoestructurales hasta cambios en la expresión genética, las proteínas o el metabolismo (Araujo et al.,2016).
Actualmente los sistemas agrícolas sostenibles a nivel mundial, tratan de encontrar tecnologías compatibles con el ambiente basadas en tratamientos físicos y biológicos para incrementar el vigor de las semillas, el establecimiento de cultivos y la producción agrícola.
A pesar de que la agricultura contemporánea utiliza en gran medida compuestos químicos, el uso de factores físicos podría representar una buena alternativa para aumentar el rendimiento de la producción agrícola (Radhakrishnan, 2019).
Los métodos físicos para revitalizar las semillas ofrecen varias ventajas sobre los tratamientos convencionales basados en sustancias químicas (Lasso-Rivas, 2019 y Radhakrishnan, 2019). En primer lugar, se ha comprobado el efecto positivo de los campos magnéticos en la tolerancia al estrés biótico y abiótico, así como el incremento en los rendimientos de muchos cultivares. Otra ventaja es que también se pueden utilizar métodos físicos para la desinfección de las semillas antes de la siembra y durante el almacenamiento (Vashisth and Nagarajan, 2010).
El uso de campos magnéticos como tratamiento físico para aumentar la germinación de semillas y emergencia de plántulas es uno de los métodos seguros y razonables en los sistemas de producción agrícolas (Digbal et al., 2016 y Golbaz and Kaviani, 2019), de esta forma los campos magnéticos se describen como tecnologías ecológicamente amigables, económicas y no invasivas (Araujo et al.,2016).
Los efectos de los campos magnéticos sobre la fisiología de las plantas aún no están claros. Sin embargo, varios autores describen el efecto positivo del tratamiento magnético en parámetros como el porcentaje de germinación, vigor, crecimiento de los brotes, contenido clorofílico, entre otros (Aladjadjiyan, 2010; Vashisth y Nagarajan, 2010; Digbal et al., 2016 y Golbaz and Kaviani, 2019). Los organismos vegetales responden de diversas maneras ante este efecto físico. Sus respuestas dependen de la intensidad del campo magnético, el tiempo de exposición, la preparación de la semilla y de la especie (Aladjadjiyan, 2010).
Por todo lo anterior el objetivo del presente trabajo es determinar el efecto de un campo electromagnético de frecuencia extremadamente baja (60 Hz) durante la fase de germinación en semillas de habichuela Vigna unguiculata L. en fase de germinación.
MATERIALES Y MÉTODOS
El presente trabajo se desarrolló en el Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado (CNEA) ubicado Santiago de Cuba, Cuba. La experimentación se realizó desde el 17 de mayo hasta el 10 de julio de 2016. El estudio se realizó con semillas certificadas de V. unguiculata, provenientes del Laboratorio de Semillas de la Delegación Provincial de la Agricultura del propio municipio, con 18 meses de almacenamiento en bolsas de plástico recubiertas con papel, a una temperatura de 10 ± 0,1 oC.
La experimentación constó de seis tratamientos, con una inducción magnética (B) de (2,00; 4,00 y 6,00 mT), y tiempo de exposición de nueve minutos. Cada tratamiento, se aplicó en 100 semillas sin embeber (SSI) por tratamiento y la misma cantidad a semillas en imbibición (SCI). Se estableció además un grupo control sin exposición a los campos electromagnéticos para cada grupo de semillas (con y sin imbibición) (Tabla 1).
Tabla 1 Tratamiento magnético aplicado para la germinación de semillas de V. unguiculata, durante nueve minutos de exposición
| Imbibición | Control | B1(mT) | B2 (mT) | B3 (mT) |
|---|---|---|---|---|
| Semillas en imbibición en agua destilada durante 24 horas (SCI) | 0 | 2,00 | 4,00 | 6,00 |
| Semillas sin imbibición en agua destilada (SSI) | 0 | 2,00 | 4,00 | 6,00 |
B: inducción magnética (mT)
Para la aplicación del tratamiento magnético se empleó un dispositivo estimulador electromagnético local para cultivos in vitro (BioNaK-03) (Patente No.22602/1999) (Domínguez et al., 1999) que permitió obtener estas inducciones magnéticas. Este dispositivo construido y diseñando en el CNEA, está situado en un local, donde no existen otras fuentes electromagnéticas ni materiales ferromagnéticos. Consiste en dos bobinas paralelas cuyas dimensiones son las siguientes: 56 cm de diámetro con 363 vueltas de alambre de cobre de 1,1 mm (No. 17 según las Normas AWG). Las bobinas se encuentran acopladas a un generador de señal de onda sinusoidal12. El campo electromagnético generado por las bobinas fue evaluado con un gaussímetro (0,01 mT de resolución; Magnet-Physics, Model FH 54; CWIEME, Berlin, Alemania).
El método de germinación fue sobre papel de filtro humedecido con 1 ml de agua destilada en placas de Petri (11 x 1,5 cm), con una humedad relativa que osciló entre 60 -70% y temperatura entre los 22-24oC (ISTA, 2020).
Luego de ocho días, se analizó el porcentaje de germinación, la rapidez de la germinación, así como la longitud del brote y la raíz, en todos los grupos experimentales. Para calcular la rapidez de la germinación (X), el número de semillas germinadas fue contada diariamente hasta el día ocho, cuando no se produjo la germinación de más semillas. Para ello se utilizó la siguiente ecuación (ISTA, 2020).
El diseño utilizado fue completamente aleatorizado con tres réplicas para cada tratamiento. Para el análisis de los resultados se realizó un ANOVA de clasificación simple y un test de rangos múltiples para comparar las medias con el paquete StatGraphics Plus 5.1 .
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La Tabla 2 muestra los resultados de la influencia a la exposición de diferentes inducciones magnéticas (2,00; 4,00 y 6,00 mT) de frecuencia extremadamente baja (60 Hz) en el porcentaje y la rapidez de germinación de semillas de la especie V. unguiculata.
Tabla 2 Efecto de la exposición a diferentes tratamientos electromagnéticos de 60 Hz en el proceso de germinación de semillas de V. unguiculata
| Tratamiento | Porcentaje de germinación | Rapidez de germinación (X) |
|---|---|---|
| SCI | ||
| Control | 73 ns | 12,6 ns |
| B1 | 85* | 10,6 ns |
| B2 | 79 ns | 9,8* |
| B3 | 74 ns | 10,6 ns |
| ES (5%) | 2,0 | 1,86 |
| SSI | ||
| Control | 75 ns | 10,4 ns |
| B1 | 82 ns | 10,6 ns |
| B2 | 48* | 5,1* |
| B3 | 80 ns | 9,2 ns |
| ES (5%) | 3,04 | 2,07 |
SCI: Semillas en imbibición en agua destilada durante 24 h; SSI: Semillas sin imbibición en agua destilada; B inducción electromagnética; B1: 2,00 mT, B2: 4,00 mT; B3: 6,00 mT; ES: error estándar; *: diferencias significativas, ns: diferencias no significativas (95% de significación)
El análisis realizado mostró que para las semillas que estuvieron sometidas a un proceso de imbibición durante 24 h antes del tratamiento electromagnético, la inducción de 2,00 mT arrojó diferencias significativas con respecto a los demás tratamientos y el control, con un incremento del 13,3 % de germinación. De igual modo, no se obtuvo diferencias significativas en la rapidez de germinación en las semillas que reciben el tratamiento magnético, excepto para el tratamiento de 4,00 mT, en el que se observó menor velocidad de germinación de las semillas, con diferencias significativas con respecto a demás tratamientos y el control. Resultado que coincide para las semillas sin imbibición.
Durante el proceso de germinación, que se inicia con la absorción rápida de agua por las semillas y culmina cuando emerge la radícula, se producen alteraciones temporales en la permeabilidad diferencial de las membranas, con pérdidas pasivas de diferentes metabolitos de baja masa molar (azúcares, ácidos orgánicos, iones, aminoácidos y péptidos) lo que indica la transformación de los componentes fosfolipídicos de la membrana celular. Se produce incremento de la síntesis de ATP, de la actividad respiratoria y de un amplio rango de enzimas. Se aumenta la síntesis de ADN y con ello la síntesis proteica, así como una alta actividad mitótica (Hsin-Hsiung and Show-Ran, 2008).
Algunos autores observaron que durante la exposición a campos electromagnéticos de frecuencia extremadamente baja los canales y poros de las membranas celulares permanecen abiertos por más tiempo y se produce un incremento en la absorción de nutrientes incrementándose de esta forma el metabolismo celular (Hsin-Hsiung and Show-Ran, 2008). También pueden incidir en una mayor degradación de sustancias orgánicas y en el aumento de la tasa de respiración, lo cual pudiera repercutir en eficiente germinación de los embriones como sucedió en el tratamiento de 2,00 mT. Por lo que el incremento en el porcentaje de la germinación de las semillas de habichuela pudiera relacionarse con este proceso.
Florez et al. (2004) observaron que durante la brotación temprana y las primeras etapas del crecimiento de plantas tratadas de arroz mostraron incremento en la tasa de germinación y en la masa y longitud de las plantas con respecto al control, resultados que coinciden con los obtenidos en este trabajo.
Los resultados obtenidos también son coherentes a los mostrados en el mejoramiento de la germinación, índice de germinación tiempo medio de germinación e índice de vigor superior en un 54,52 % en semillas de Albizia lebbeck (Tanvir et al., 2015) y de Coffea arabica L. (Isaac et al.,2014).
En la Figura se muestran los resultados del efecto de la exposición a diferentes inducciones electromagnéticas en el crecimiento de las plántulas de habichuela, luego de la germinación de las semillas.
(95% de significación) (Las barras indican el error estándar)Figura Efecto de la exposición a diferentes tratamientos electromagnéticos de 60 Hz en el crecimiento de plántulas de V. unguiculata a partir de semillas imbibidas (SCI) y sin imbibición (SSI) luego de 8 días de iniciado el proceso de germinación
Al analizar los resultados se obtuvo que los mayores valores de longitud del brote se lograron para las inducciones de 2,00 mT y 6,00 mT con diferencias significativas con respecto al control y al tratamiento de 4,00 mT, en las semillas sin imbibición. Mientras que, para las semillas que estuvieron en imbibición antes del tratamiento electromagnético no presentaron diferencias significativas entre los tratamientos, pero si con respecto al control.
Los resultados obtenidos son similares a los encontrados por Isaac et al. (2019), que evaluaron diferentes dosis de exposición en cinco especies hortícolas: Cucumis sativus L.(pepino), Solanum melongena L. (berenjena), Allium sp. (cebollino), Lactuca sativa L. (lechuga) y Rhaphanus sativus L. (rábano). Estos autores demuestran que la germinación de las semillas bajo el efecto de un campo electromagnético de 60 Hz no es directamente proporcional a la dosis aplicada. Estos bioefectos pudieran deberse a que el campo electromagnético obtenido por el BioNak-03 no es homogéneo y se generan armónicos de segundo orden. Estos armónicos probablemente son los que inciden en el proceso de germinación y crecimiento de las semillas y plántulas obtenidas (Isaac et al., 2014).
Los resultados de la longitud de la radícula, sin embargo, en las semillas sin imbibir mostraron los mayores valores para el tratamiento de 2,00 mT sin diferencias significativas con el control, pero si con los tratamientos de 4,00 mT y 6,00 mT. En el caso de las semillas que se encontraban en fase de imbibición no se obtuvieron diferencias significativas entre los tratamientos y el control excepto para el tratamiento de 6,00 mT.
Se debe considerar que el proceso de germinación se desencadena con la adsorción y absorción del agua por las semillas, aunque varios autores han mostrado el efecto positivo que ejerce el tratamiento electromagnético en la estimulación de procesos bioquímicos y fisiológicos de las semillas (Martinez et al., 2017; Kornarzynskiet et al., 2018 y Radhakrishnan, 2018).
Los resultados obtenidos, sugieren que es el campo electromagnético en sí lo que juega un papel fundamental en el proceso de crecimiento de las plántulas de habichuela, más que en el proceso de germinación.
Al respecto, es de destacar que la dirección de la expansión celular está regulada por la orientación de microfibrillas de la celulosa en las paredes celulares. Este cambio a su vez está controlado por la orientación de los microtúbulos corticales (Binhi and Savin, 2002) y se plantea que un campo electromagnético variable en el tiempo induce cambios en la orientación celular y arquitectura de los tejidos (Cakmak et al., 2010). Al parecer el campo electromagnético promueve la orientación transversa de los microtúbulos y por tanto se acelera la elongación celular y con ello el incremento en la longitud del brote de las plántulas en esta etapa. Estos resultados coinciden con los obtenidos en Phaseolus vulgaris L. para inducciones de (2 ó 7 mT).
Aunque los efectos del uso del campo electromagnético casi siempre resultan en el incremento de las variables evaluadas, también se han obtenido disminuciones en algunos de estos parámetros. Este resultado se obtuvo para la longitud de la raíz en el tratamiento de 6,00 mT. La explicación a esta respuesta pudiera relacionarse con el llamado efecto dosis, en el que el factor tiempo de exposición juega un papel fundamental cuando se relaciona con la inducción magnética.
Los mecanismos mediante los cuales las plantas perciben los campos magnéticos y regulan las vías en la transducción de la señal no están dilucidados. Ghodbane et al. (2013) sugirieron que la percepción/señalización en plantas está mediada por los fotoreceptores de luz azul - criptocromos. Sin embargo, algunos autores refieren que estos aspectos de magnetobiología aún requiere de una profunda investigación.
CONCLUSIONES
Los resultados, aunque no son del todo concluyentes, evidencian que la aplicación de un tratamiento magnético de 2,00 mT durante 9 minutos mejoró el porcentaje y rapidez de germinación, así como el crecimiento de los brotes en semillas de V. unguiculata. Sin embargo, para la inducción de 4,00 mT se obtuvo una reducción del porcentaje de germinación por lo que se se deberá seguir profundizando en los mecanismos mediante los cuales las semillas responden ante los efectos de un campo electromagnético
