Utilización del índice de eficiencia para estimar la influencia del vigor de las semillas en el crecimiento y desarrollo de plántulas

Utilization of the index of efficiency for estimating the influence of seed vigor on growth and seedling development

Marlen Navarro,^I Gustavo Febles,^II Verena Torres,^II

^I Estación Experimental “Indio Hatuey”. Universidad de Matanzas. Central España Republicana. CP 44280. Matanzas. Cuba

^II Instituto de Ciencia Animal. San José de las Lajas. Mayabeque. Cuba

RESUMEN

Con el propósito de utilizar el índice de eficiencia como medida de integración y elemento estimativo para determinar la influencia del vigor de las semillas en el crecimiento y desarrollo inicial de las plántulas, se aplicó un diseño completamente aleatorizado con arreglo factorial (6 x 13), determinado por los métodos de escarificación (ácido sulfúrico, agua caliente, remojo 24 h, corte de cubierta, pinchazo y el control) y los tiempos de almacenamiento 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 y 12 meses de iniciado el almacenamiento. De acuerdo con la metodología, a los 30 d posteriores a la siembra, se evaluaron en el vivero las variables altura de la plántula, largo del sistema radicular, longitud del hipocótilo, peso fresco del sistema radicular y peso fresco de la parte aérea. En los seis tratamientos experimentales, se destacó la altura de las plántulas como una de las variables de mayor preponderancia en la CP1. Las matrices de eficiencia mostraron que 4 mdia es la evaluación en la que mejor se expresan las variables de mayor preponderancia en los cinco métodos de escarificación; mientras que para el control, fue 0 mdia. Los tratamientos presiembra, que incluyeron el método del remojo en agua a temperatura ambiente y el corte de cubierta, contemplaron los mejor representados en los grupos de vigor alto, con 69.2 y 53.8 % del total de los tiempos de almacenamiento evaluados. El índice de eficiencia permitió estimar que las semillas evaluadas a 4 mdia propician el mejor crecimiento y desarrollo de las plántulas, sin dejar de mencionar la influencia de las evaluaciones a 2 y 3 mdia en el vigor de las semillas en 50 % de los métodos presiembra, incluso el control.

Palabras clave: vigor, albizia, índice de eficiencia, escarificación

ABSTRACT

For utilizing the index of efficiency as integration measurement and estimative element for determining the influence of seed vigor on initial growth and development of the seedlings, a completely randomized design with factorial arrangement (6 x 13) was applied, determined by the scarification methods (sulphuric acid, hot water, soaking 24 h, cover cut, puncture and the control) and storage times (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,9, 10, 11 and 12 months from starting the storage). According to the methodology, 30 days after sowing the variable seedling height, length of the root system length of the hypocotyl , fresh weight of the root system and fresh weight of the aerial part were evaluated in the nursery.  In the six experimental treatments, seedling height outstood as one the variables of highest preponderance in MC1.  The matrices of efficiency showed that 4 mday is the evaluation in which the variables of greater preponderance are expressed in the five scarification methods, while for the control was 0 mday.  Pre-sowing treatments included in the soaking method with water at environmental temperature and cover cut, reflected the best represented in the groups of high vigor, with 69.2 and 53.8 % from the total of storage times assessed. The index of efficiency allowed estimating that seeds evaluated at 4 mday propitiate the best growth and development of the seedlings, without disregarding the influence of the evaluations at 2 and 3 mday on seed vigor in 50 % of the pre-sowing methods, even the control.

Key words: vigor, Albizia, index of efficiency, scarification

Entre los aspectos relacionados con la producción agrícola, el establecimiento de las plántulas es la primera oportunidad real para una evaluación práctica de la calidad de las semillas y del efecto de los procedimientos utilizados en el momento de la siembra (Filho 2015).

El uso de una metodología adecuada para estimar el vigor permite predecir el desempeño de las simientes en las condiciones del campo, lo que reduce los riesgos y las pérdidas, a la vez que permite mejorar la competencia en el mercado, al ofrecer una semilla de mayor calidad. Ante esta situación, se necesitan métodos para evaluar de forma rápida y eficiente la calidad fisiológica de las semillas y, por tanto, propiciar que se tomen decisiones con respecto a la cosecha, procesamiento, almacenamiento y comercialización de las semillas (Braga et al. 2013). Sobre la base de la reciente disponibilidad de tecnologías y hallazgos fisiológicos, los métodos de evaluación mejoran constantemente (Paparella et al. 2015). No obstante, la variedad de modelos puede dar como resultado diferentes interpretaciones del vigor de la semilla.

La evaluación del vigor durante la germinación, la emergencia y el crecimiento de las plántulas consta de dos partes: la expresión del vigor puntualmente y el vigor visto en el tiempo mediante almacenamiento. Navarro et al. (2012) lograron conjugar estos aspectos con el desarrollo del  índice de eficiencia, sin necesidad de realizar pruebas de laboratorio complejas.

Este índice se debe interpretar como índice de eficiencia de las variables evaluadas en los tiempos de almacenamiento en su relación con la variabilidad del vigor, debido a que permite conocer la importancia y eficiencia del comportamiento global de las variables para cada tiempo de almacenamiento.

El objetivo de este trabajo fue utilizar el índice de eficiencia como medida de integración y elemento estimativo para determinar la influencia del vigor de las semillas en el crecimiento y desarrollo inicial de las plántulas, independientemente del tipo de escarificación.

MATERIALES Y MÉTODOS

Para el desarrollo de la investigación se utilizó como especie modelo a Albizia lebbeck (L.), debido a que sus semillas son ortodoxas y presentan dormancia física, al igual que sucede en gran número de especies de leguminosas tropicales y subtropicales presentes en los sistemas de producción de la región.

En marzo, durante tres años consecutivos, se colectaron semillas de A. lebbecken en una plantación de las áreas de la Estación Experimental de Pastos y Forrajes “Indio Hatuey”, por lo que el estudio se realizó con los resultados de las tres cosechas de semillas.

Las mediciones para la evaluación del vigor se realizaron durante el crecimiento y desarrollo inicial de plántulas. Todas las variables se midieron a los 30 d posteriores a la siembra, para lo que se seleccionaron 10 plántulas en cada una de las cuatro repeticiones de cada evaluación (tiempo de almacenamiento) para cada método de escarificación presiembra.

Para las siembras se utilizaron bolsas con un sustrato compuesto por una mezcla de suelo ferralítico rojo (Hernández et al. 2015) y materia orgánica, en partes iguales (1:1). Antes de la siembra, se procedió a la aplicación de diferentes métodos de escarificación (tabla 1) y además, se mantuvo un control, en el que las semillas no recibieron ningún tratamiento presiembra.

De acuerdo con los procedimientos descritos por Navarro et al. (2012), se evaluaron las variables altura de la plántula, largo del sistema radicular (LSR), longitud del hipocótilo (LH), peso fresco del sistema radicular (PSR) y peso fresco de la parte aérea (PPA).

Como paso previo a la determinación del índice de eficiencia (Ef), se procedió a la definición de las variables que más se relacionan con la variabilidad del vigor. Los valores de Ef en cada tratamiento presiembra permitieron establecer grupos conformados por diferentes tiempos de almacenaje y posteriormente, definir cuál se corresponde con la expresión mayor o menor del vigor de las semillas y por ende, con su efecto en el crecimiento inicial de las plántulas.

Para el procesamiento de la información obtenida, se utilizó el modelo estadístico propuesto por Torres et al. (2008) mediante la combinación de dos técnicas multivariadas para explicar la variabilidad y la expresión del vigor, de acuerdo con Navarro et al. (2012). Los análisis estadísticos permitieron identificar y seleccionar el orden de importancia de las variables en la explicación de la variabilidad del vigor. Además posibilitaron clasificar las evaluaciones (tiempos de almacenamiento), según los métodos de escarificación presiembra, con el apoyo del índice de eficiencia (Ef) y la definición de los grupos de alto y bajo vigor para cada método presiembra en particular.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El índice de eficiencia fortalece y amplía la interpretación de los resultados en la estimación del vigor. Según Navarro et al. (2012), el Ef depende de las variables de mayor preponderancia, por lo que la primera etapa para la interpretación de los resultados se centra en el análisis de las matrices de preponderancia, proporcionadas por el análisis de componentes principales (tabla 2), y en la selección de las variables con valores de preponderancia por encima de 0.85.

Cuando se empleó el ácido sulfúrico como método de escarificación, sobresalieron con valores de preponderancia por encima de 0.85 en la CP1 las variables altura, LSR y LH. En la CP2, únicamente PPA fue superior al valor de preponderancia establecido para la selección (tabla 2). Para el agua caliente, las variables más importantes (CP1) fueron altura y PPA. La CP1 (59.93 % de variabilidad explicada) del método de remojo apareció dominada por la altura de las plántulas. Esta variable también se identificó en la CP1 de los dos métodos explicados anteriormente. Para el agua caliente como para el remojo, en la CP2 se destacó la variable PSR.

En la CP2, para los tres métodos (pinchazo, corte de cubierta y control), fue PSR la variable seleccionada que coincidió con el agua caliente y el remojo en agua a temperatura ambiente.

Se destaca que la altura de las plántulas apareció en todos los tratamientos utilizados, incluso en el control (tabla 3). Este comportamiento coincide con lo informado por Paulino et al. (2011) en Jatropha curcas, al determinar que los tratamientos que presentaron las mayores tasas de crecimiento también indicaron la mejor calidad de las plántulas posterior a la emergencia.

Con las puntuaciones factoriales correspondientes a las dos componentes principales seleccionadas, se determinaron los índices de eficiencia de cada método presiembra, con el propósito de realizar su clasificación.

El índice de eficiencia permitió crear una combinación de los tiempos de almacenamiento evaluados en cada método de escarificación (además del control). Es importante resaltar que este índice depende de las variables de mayor preponderancia.

La tabla 4 muestra la eficiencia de las variables seleccionadas en las dos componentes (CP1 y CP2) para la estimación del vigor, cuando las semillas se sembraron a diferentes tiempos de almacenamiento. Los valores positivos más altos indican cuáles tienen más influencia en cada tiempo de almacenamiento particular para cada método presiembra estudiado. Los valores negativos más altos indican lo contrario.

Según los índices de eficiencia, en el método del ácido se observó que en las evaluaciones a 0 y 4 meses de iniciado el almacenamiento (mdia) se expresaron mejor las variables altura, LSR y LH; mientras que en 1 y 5 mdia se expresaron peor. En el método del agua caliente, hubo efecto positivo a 4, 6 y 7 mdia para las variables altura y PPA, mientras que a 3 mdia se registró el peor comportamiento de estas variables. Por su parte, el PSR mostró el mejor desempeño a 9 y 10 mdia. Para el remojo, las evaluaciones en que mejor se expresó la altura fueron 3 y 4 mdia, y en 5 mdia se comportó peor. Por otra parte, la CP2 mostró la mejor eficiencia para 0, 9 y 10 mdia, y la más mala a 5 mdia.

Según los índices de eficiencia, para el método del pinchazo, las variables altura, LSR y LH mostraron comportamiento positivo, al sembrar las semillas a 0 y 4 mdia. Igual comportamiento se observó en el método del ácido. Sin embargo, para 5 mdia, la eficiencia de estas variables en la expresión del vigor fue la más baja. En el corte de cubierta y en el control, ambos métodos con las mismas variables identificadas en la CP1, 2, 3 y 4 mdia para el corte y 0 mdia para el control, fueron los tiempos de almacenamiento en los que mejor se expresaron la altura y LSR. Los peores valores se encontraron en ambos métodos a los 5 mdia. En el caso de la CP2, es decir PSR, se destacaron por la magnitud del índice de eficiencia 9 y 10 mdia en el pinchazo, 0 y 1 mdia en el corte de cubierta y 9 mdia en el control.

Del análisis de las matrices de eficiencia, se deduce que en los cinco métodos de escarificación estuvo presente 4 mdia como tiempo de almacenamiento en el que mejor se expresaron las variables de mayor preponderancia. Por tanto, en esta evaluación, los tratamientos presiembra fueron más eficientes en la expresión del vigor, puesto que mediante las variables evaluadas a los 30 d de la siembra fue posible la estimación del vigor de las semillas y la determinación de la fecha de siembra más apropiada para favorecer la emergencia y el crecimiento inicial de las plántulas.

Para el control, las variables de mayor preponderancia exhibieron el mayor desempeño a 0 mdia. Este es un resultado acertado, ya que las semillas no recibieron ningún tratamiento para atenuar o eliminar el estado dormante característico de esta especie y, obviamente, a 0 mdia, momento que coincide con la entrada de las simientes al almacén, la cubierta seminal aún no ha llegado a su máxima expresión de impermeabilización (Sano et al. 2016).

El análisis subjetivo del índice de eficiencia pudiera indicar que realizar las siembras a 4 mdia, con previa aplicación de la escarificación, permite mayor eficacia en la expresión del vigor por el comportamiento de las variables evaluadas durante el crecimiento inicial; mientras que a 5 mdia se obtienen los resultados menos confiables, puesto que ambos tiempos de almacenaje mostraron los valores más negativos en 66.7 y 50 % de los tratamientos experimentales, respectivamente.

Para verificar esta consideración, fue necesario un análisis de conglomerados que agrupara los tiempos de almacenamiento, según el mejor o peor comportamiento de las variables. A partir de aquí se conformaron grupos y, en cada uno, se analizó la expresión de estas variables. A este nivel, se puede elegir, de manera global e integral y con mayor grado de confiabilidad y lógica, qué tratamiento presiembra específico se debe dar o no a un lote de semillas, lo que se explica por la relación de esta selección con el vigor.

El análisis de los resultados ratifica que el Ef indica, mediante instrumentos matemáticos multivariados, la relación entre el desenvolvimiento de las variables medidas y los períodos de almacenamiento. La eficiencia de los tratamientos presiembra utilizados también proporciona la información acerca del comportamiento del vigor, luego de la aplicación de uno u otro indistintamente. No obstante, a partir de los índices de eficiencia, se procedió a analizar la existencia de tiempos de almacenamiento con comportamientos similares para que la respuesta a los métodos presiembra fuera lo más eficaz y eficiente posible en la estimación del vigor de las semillas. El método utilizado fue el análisis de agrupamiento, en cuyo proceso de aglomeración se decidió realizar el corte para un valor determinado del coeficiente de disimilitud (tabla 5), con vistas a la clasificación del período de almacenamiento y la formación de los grupos.

La tabla 5 muestra la conformación de los grupos formados para cada método presiembra, en función de los tiempos de almacenamiento evaluados.

Las semillas de mayor vigor fueron aquellas que, en los tiempos de almacenamiento, presentaron las mejores expresiones de las variables identificadas como de mayor preponderancia en el ACP. Es decir, aquellas que presentaron los valores positivos más altos para el índice de eficiencia, así como los promedios más altos de dichas variables en el grupo en que se ubicaron, según el análisis de conglomerados.

En el grupo I, se encontró el valor promedio más alto para las variables altura, LH y PSR, además del segundo mejor valor para LSR (tabla 6). Las dos primeras están entre las identificadas en la CP1 como las de mayor variabilidad para el método del ácido sulfúrico, al igual que la última variable mencionada; mientras que los mayores valores positivos del índice de eficiencia (Ef) se observaron a 0 y 4 mdia, evaluaciones pertenecientes al grupo I.

El grupo II comprendió los tiempos de almacenamiento en que las plántulas no solo fueron de menor altura, sino también exhibieron los hipocótilos más pequeños (tabla 6). Además, en este grupo se registró el segundo peor valor para LSR, PSR y PPA. Los tiempos de almacenamiento 1 y 5 mdia manifestaron índices de eficiencia considerados los peores, entre los negativos, del método del ácido. Por lo antes expuesto, se considera que en el grupo II las semillas expresan el vigor más bajo.

El grupo III presentó los peores valores para las variables LSR, PSR, y PPA. De igual manera, los índices de eficiencia para las evaluaciones que componen al grupo se consideraron bajos. Todo este comportamiento conduce a considerar al grupo III muy cercano al II, por lo que también se valoró como de vigor bajo.

El análisis realizado permitió determinar que cuando se aplicó el ácido como método de escarificación presiembra a 0 y 4 mdia, se expresó el vigor más alto de las semillas.

En el grupo II coincidieron los valores promedio más bajos para todas las variables medidas, excepto para PPA, aunque este valor (0.15 g) no distó mucho de lo registrado por la variable mencionada en el grupo III (0.02 g).  En este se registró el menor valor del estudio. En la tabla 4 se identifica a 3 mdia como la evaluación de mayor valor negativo del índice de eficiencia. No obstante, los valores a 1, 5, 11 y 12 mdia también se pueden valorar como índices negativos, lo que se manifestó en los peores comportamientos para las variables de mayor preponderancia.

Este comportamiento indica que las semillas tratadas con agua caliente y aglomeradas en el grupo II, al llegar a la etapa de plántulas crecieron y se desarrollaron débilmente. Esto pudiera estar asociado a que, en los tiempos de almacenamiento de este grupo, el agua a 80 °C durante tres minutos dañó las reservas alimenticias contenidas en los cotiledones. También se pudiera relacionar con que el daño se produjo en el embrión propiamente dicho, lo que ha sido explicado por Navarro et al. (2010a, 2010b). El grupo II se clasificó como el de vigor más bajo para las semillas tratadas con agua caliente.

Los resultados analizados permiten afirmar que el vigor más alto corresponde a aquellas simientes que se sembraron a 0, 2, 4, 6, 7 y 8 mdia (grupo I), luego de permanecer tres minutos en agua a 80 °C.

El grupo II representó los tiempos de almacenaje en los que el hipocótilo era más largo y PPA fue mayor (tabla 6). Además, resulta oportuno destacar que el valor registrado para la variable altura de la plántula fue el segundo mayor para el método (5.83 cm, DS=0.35) y no distó del grupo I, considerado el valor más alto (6.43 cm, DS=2.36). La altura como PSR se correspondieron con las variables seleccionadas en la CP1 y CP2. Este grupo lo integraron, entre otras evaluaciones, los tiempos de almacenaje 3 y 4 mdia, considerados por el índice de eficiencia como los valores más altos positivos. En valores igualmente positivos se encontró el resto de los tiempos de almacenamiento que, por su semejanza, se agruparon en el grupo II.

El grupo IV presentó el máximo valor para LSR y PPA, lo que representó un equilibrio adecuado entre los dos ejes de las plántulas. Aunque estas variables no se corresponden con las identificadas por la CP1 y la CP2, 9 y 10 mdia presentaron altos valores positivos para la EfCP2. Por ello, este grupo se puede considerar como de vigor medio o cercano al de vigor alto.

Por su parte, el grupo III, o lo que es lo mismo, 5 mdia, presentó los mínimos valores para todas las variables en estudio (tabla 6), excepto para PPA, aunque su valor no estuvo distante del mínimo registrado por el grupo I (2.73 vs. 1,84 cm), puesto que evidenció una desviación estándar de 0,76. De igual manera, a 5 mdia se manifestaron peor las variables de la CP1 y la CP2, lo que se reafirmó por los valores de la EfCP1 y la EfCP2. Esto permite afirmar que a 5 mdia se produjeron plántulas débiles, por lo que el vigor de las semillas fue más bajo.

En cuanto a la expresión del vigor, se puede especular que el grupo II fue el del vigor más alto. Esto se explica porque 82 % de los tiempos de almacenamiento agrupados aquí manifestaron los mejores índices de eficiencia para las variables identificadas en el análisis de componentes principales.

En el grupo I se concentraron las evaluaciones con mayor altura de plántulas y LH (tabla 7), dos de las variables seleccionadas por el ACP. Al mismo tiempo, los índices de eficiencia más altos positivos para las variables de mayor preponderancia, se observaron a 0 y 4 mdia, ambos tiempos de almacenaje integraron el grupo I. De lo anterior se deduce que este grupo fue el de mejor vigor de las semillas para el método del pinchazo.

En el grupo III se registró el menor valor promedio para las variables altura y LH, así como el segundo valor más bajo para LSR. Los resultados del índice de eficiencia muestran a 5 mdia como la evaluación en la que peor se expresaron las variables procedentes de la CP1 (EfCP1). Toda esta explicación confirma que las semillas del grupo III exhibieron el vigor más bajo para el pretratamiento del pinchazo en la región dorsiventral.

Las variables altura y LH tuvieron los mejores valores en el grupo I, aunque es de señalar que solo la primera se identificó como de mayor preponderancia. A su vez, este grupo mostró el peor comportamiento para    PSR y el segundo valor más bajo para LSR (34.05 cm; DS=1.65), que estuvo cercano al menor (27.22 cm; DS=10.61) registrado por el grupo IV. LSR y PSR fueron variables contenidas en la CP1 y la CP2 respectivamente, por lo que su desfavorable comportamiento señala al grupo I como el de vigor bajo.

De los tres grupos que se formaron para el control, I y III mostraron comportamiento similar en cuanto a los valores promedio de las variables estudiadas, en especial se destacaron LSR y PPA (tabla 7). No obstante, es conveniente destacar que para altura y LH, el grupo I fue superior. En esta misma agrupación sobresalieron dos de las tres variables seleccionadas en la CP1 y la CP2; mientras que para los tiempos de almacenamiento del grupo I, los índices de eficiencia de la CP1 exhibieron los únicos valores positivos para el control. Entre ellos se encontraba 0 mdia, considerado el más alto positivo. De este análisis se puede plantear que el I es el grupo de vigor más alto.

En el grupo II (5 mdia), todas las variables en estudio presentaron valores bajos, tres de ellas con los más bajos, y dos con los segundos más bajos para el control. Además, el índice de eficiencia identificó a 5 mdia como el tiempo de almacenamiento en el que peor se expresaron las variables altura y LSR (EfCP1) y PSR (EfCP2). Los razonamientos anteriores conducen a identificar al grupo II como el de vigor más bajo.

Los efectos del nivel de vigor pueden persistir e influir en el crecimiento de la planta adulta, la uniformidad de la cosecha y el rendimiento de la especie (Yue-Ming et al. 2013). Sin embargo, no se pueden calcular como una simple propiedad medible (como la germinación), sino que son un concepto que describe varias características asociadas con diversos aspectos del desempeño de las semillas en el campo (Ambika et al. 2014). Por esta razón, se calcularon e interpretaron cinco de los índices que, según el criterio independiente de algunos autores, determinan el fenómeno llamado vigor de la semilla o están muy relacionados con la estimación de dicho indicador.

Los tratamientos presiembra, que incluyeron el método del remojo y el corte de cubierta, estuvieron mejor representados en los grupos de vigor alto, con   69.2 y 53.8 % del total de los tiempos de almacenamiento evaluados. Una comparación entre ambas escarificaciones muestra la superioridad del remojo en el crecimiento a los 30 d y por ende, en la expresión del vigor, ya que provocó la presencia de una menor cantidad de evaluaciones en los grupos de vigor bajo (7.7 vs. 30.5 %). Por otra parte, el peor comportamiento fue para la aplicación del H₂SO₄ durante 15 min. y el pinchazo en la región dorsiventral de las semillas, ambos métodos con 15.4 % del total de los tiempos de almacenamiento, aunque el ácido provocó un comportamiento bajo del vigor en 69.2 % de las evaluaciones. De esto se deduce la escasa aplicabilidad de este método.

Las semillas almacenadas a 4 mdia aparecen en los grupos de vigor alto de todos los métodos presiembra evaluados, además del control. No obstante, se pudieran considerar 2 y 3 mdia como tiempos de almacenamiento en los que las semillas expresan de igual manera un vigor alto para agua, remojo y control en la primera evaluación mencionada, y para remojo, corte y control en la segunda,  debido a que en cada uno de estos métodos, 2 y 3 mdia aparecen en el mismo grupo que 4 mdia.

Los tratamientos de remojo, en agua a temperatura ambiente durante 24 h, y el corte de cubierta mostraron el mejor comportamiento del vigor de las semillas. Entre estos dos, el remojo mostró evidente superioridad en la expresión del vigor. Las simientes, en las que se aplicó H₂SO₄ durante 15 min, así como se manipularon con el pinchazo en la región dorsiventral, manifestaron vigor bajo cuando se evaluó durante la etapa de crecimiento inicial de las plántulas (30 d).

El índice de eficiencia permitió estimar que las semillas evaluadas a 4 mdia propiciaron el mejor crecimiento y desarrollo de las plántulas, lo que conduce a afirmar que las simientes almacenadas cuatro meses después de la cosecha expresan el vigor más alto. Del mismo modo, la secuencia matemática utilizada permitió determinar la influencia de las evaluaciones a 2 y 3 mdia en el vigor de las semillas en 50 % de los métodos presiembra, con la inclusión del control.

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Recibido: 18/1/2016

Aceptado: 6/12/2016