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“CARACTERIZACIÓN FISIOLÓGICA DE PLANTAS MEXICANAS TOLERANTES

AL ESTRÉS HIDRICO”

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INFORME DE ACTIVIDADES DEL PROYECT O:

“CARACTERIZACIÓN FISIOLÓGICA DE PLANTAS MEXICANAS TOLERANTES AL ESTRÉS HIDRICO”

CLAVE REGISTO SIP PROYECTO: 20070019

Dr. Miguel Angel Villalobos López



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I. Resumen:

La baja productividad agrícola de nuest ro país se debe, entre ot ras cosas, a que mas dos tercios

de nuestro territorio esta constituido por zonas áridas o semiáridas caracterizadas por una escasa

precipitación pluvial. De ahí que la sequía, el frío y la salinidad revistan una gran importancia

para nuest ras indust rias alimenticia, ganadera y agrícola. Para contender con estos factores

abióticos, las plantas disparan una señal ización molecular que tiende a reajustar su metabolismo

a las nuevas condiciones ambientales mediante la regulación de la expresión de muchos de sus

genes. Algunas especies vegetales son capaces de tolerar niveles muy altos de estrés. Un

ejemplo es la especie africana conocida como la planta de la ¨resurreción¨ (Craterostigma

plantagineum) ya que puede permanecer por muchos años totalmente deshidratada y reverdecer

unas cuantas horas después de recibi r agua. Este tipo de plantas tienen un gran potencial

biotecnológico ya que sus genes se han usado para mejorar la tolerancia a estrés salino e hídrico

de plantas sensibles (Vil lalobos et al., 2004, Plant Physiology 135:309-324). En México

poseemos una gran diversidad de plantas silvest res con altos niveles de tolerancia a estrés

hídrico y salino, sin embargo, muy poco se conoce sobre la fisiología de estas. El interés

principal de este t rabajo es realizar una caracterización fisiológica de plantas mexicanas con

altos niveles de tolerancia a estrés por sequía y salinidad. El conocimiento de las respuestas

fisiológicas de estas plantas cuando se encuent ran en condiciones de est rés tendrá un importante

potencial biotecnológico ya que permiti rá entender los mecanismos adaptativos que estas

plantas han desarrollado a través de la evolución para contender con el estrés. En el presente

trabajo se reportan los resultados de la caracterización fisiológica llevada a cabo en algunas

plantas mexicanas tolerantes a est rés abiótico.

II. Introducción:

La desertificación es un fenómeno muy complejo que se relaciona con el

deterioro de los ecosistemas, la reducción del potencial bio lógico y la pérdida de la

productividad del suelo, debido a las variaciones climáticas y las actividades humanas

en las zonas áridas del planeta. Este fenómeno constituye un problema ambiental de

gran importancia mundial y, desde luego, para México que, a su vez, se vincula con

otros de carácter global como son el cambio climático, la disminución de la

biodiversidad y la captura de carbono, la poca disponibilidad de recursos h ídricos, y el

empobrecimiento y la migración de la población [5].



3

México ante el cambio climático, muestra una gran susceptibilidad al ser

afectado por diversos procesos que con llevan a la desertificación, particularmente en las

zonas áridas como consecuencia de su posición geográfica, relieve, inclinación del

terreno, clima, características de los suelos, y condiciones socioeconómicas. Entre las

variaciones climáticas, la sequía es la de mayor relevancia; ésta se considera como una

deficiencia constante de la precipitación que afecta amplias zonas de una determinada

región y se traduce en un periodo de clima anormalmente seco y lo suficientemente

prolongado como para que la escasez de agua dé lugar a un agudo desequilibrio hídrico

(Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente-ORP ALC, 1993, citado en

Oropeza y Alfaro 1994). Aproximadamente 54.43% de la población mexicana habita en

zonas áridas [5].

México, como país donde la agricultura es una fuente importante de empleo y de

ingreso económico, y es alta la dependencia de las actividades agríco las, la

vulnerabilidad de este sector implica un alto riesgo ante la presencia de sequías que han

asolado grandes extensiones y prop iciado severos desajustes a la economía regional y

nacional [6].

Respuestas de las plantas frente a las d istintas condiciones de estrés.

Las p lantas están continuamente expuestas a estímulos am bientales que influyen

en su desarro llo y crecimiento, y determinan su productividad. El déficit de agua es el

factor ambiental más común que produce estrés, así como un factor limitante para la

productividad en las plantas. Sin embargo, las plantas sufren estrés h ídrico no só lo en la

sequía y altas concentraciones de salinidad, sino también en condiciones de baja

temperatura [13].

La habilidad de la plantas para tolerar el déf icit de agua está determinado por

múltiples vías bioquímicas que facilitan la retención y/o adquisición de agua, que

protegen las funciones de los cloroplastos, y mantienen la homeóstasis iónica. Las rutas

esenciales incluyen aquéllas que conducen a la síntesis de metabolitos osmóticamente

activos y de proteínas específicas que controlan el flujo de iones y de agua, que actúan



4

ante especies de oxígeno reactivo que causan daño celular o pueden actuar como

chaperonas [7].

Las plantas muestran ante el estrés hídrico respuestas que tienden a evitarlo o

bien mecanismos o adaptaciones que permiten tolerarlo, y ambas estrategias coexisten

en cualquier tipo de sistemas. El est udio de las respuestas de las plantas al estrés

permite conocer cómo éstas funcionan en sus ambientes naturales y cuáles son los

patrones que determinan su distribución, supervivencia y crecimiento (Kramer y Boyer

1995, Lambers et al. 1998, Ackerly et al. 2002) [8].

Cuando una p lanta está sometida a unas condiciones sign ificativamente

diferentes de las óptimas para la vida se dice que está sometida a estrés, si bien las

diferentes especies o variedades difieren en sus requerimientos óptimos y por tanto en

su susceptibilidad a un determinado estrés (Hsiao 1973, Levitt 1980). Además, hay

períodos o etapas del desarro llo, como el estadío de plántula, donde las especies pueden

ser particularmente sensibles (o insensibles) a un estrés determinado. El conocimiento

de los mecan ismos de resistencia al estrés permite comprender los procesos evolutivos

implicados en la adaptación de las plantas a un ambiente adverso como el del territorio

mexicano y predecir hasta cierto punto la respuesta vegetal al incremento de la

adversidad asociada en muchos casos al cambio global. [8]

La sobrevivencia ante el estrés hídrico durante un período corto es importante

para todas las plantas y caben tres respuestas posibles: escapar, evitarlo o tolerarlo.

Levitt (l972) propuso que las plantas pueden tanto escapar como resistir la sequía

evitando (“Avoiding”) una reducción de su estado de agua y mediante la tolerancia a tal

reducción. Todas las estrategias de tolerancia generan una limitación mayor o menor del

crecimiento. Fig. 1. [12].



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FIGURA 1. MECA NISMOS DE R ESI STEN CIA AL ESTRÉS HI DRICO.

Las p lantas pueden escapar a la sequía a través de la germinación cuando llega la

lluvia, creciendo rápidamente, floreciendo y produciendo semillas antes de que el

suministro de agua se haya agotado. Esta estrategia es usada por plantas como cactus y

agaves. Las plantas anuales, por lo tanto escapan a las temporadas secas como semillas,

las cuales son órganos muy tolerantes a la desecación. Una pequeña feno logía asociada

con la falta de sensibilidad al fotoperíodo, y plasticidad del desarro llo que permite la

floración en cualquier etapa del desarrollo de la planta, contribuyen al escape de la

sequía [12].

Por otro lado las plantas perennes, contrario a las anuales, que florecen año tras

año, escapan de la temporada seca mediante la degeneración de la reserva de raíces, la

cual tienen o no una pequeña pérdida de agua. Si las plantas no pueden escapar a la

sequía, ellas deben resistirla mediante la evasión a la desecación o mediante la

tolerancia a la deshidratación. Éstas pueden evitar la deshidratación aumentando la toma

de agua, reduciendo la pérdida de la misma o ambas. Las plantas que toleran la

deshidratación , tienen la habilidad de sobrevivir en un estado mínimo de agua en sus

tejidos, como las plantas de resurrección (Gaff, 1989). Además el ajuste osmótico puede

aumentar la tolerancia a la desh idratación, disminuyendo el potencial hídrico en hojas,

Evasión



6

en el cual el contenido relativo de agua crítico es alcanzado. (Flower and Ludlow, 1986)

[12].

Tabla 1. Estrategias para cada una de las tres respuestas de resistencia a la sequía.

Meca nismo de Escape Meca nismo de Evación (“A voidance”)

Meca nismo de Tolera ncia

• Desarrollo fenológico rápi do (adaptar su ciclo vital a las condiciones ambientales más favorables)

• Adaptación de las semillas (dormancia)

• Plastici dad del desarrollo.

• Mant ener la absorción de agua: (Aumenta en pro fundidad y densidad d e las raíces).

• Redu cción d e la pérdida d e agua

Resistenci a estomática

Aument a la resistencia cuticular

Redu cción del área foliar

Redu cción de la radiación absorbid a

• Mantien en la tu rgenci a (l a mayoría d e plant as superiores)

Ajuste os mótico u os morregulación Disminución d el tamaño celular.

Incremento de la elasticidad.

• Pérdida de turg encia (capaces de deshidratars e, marchitars e)

Toleran cia protoplas mática.

Sustancias protectoras

Fundamentos Genéticos de la Resistencia a la Sequía.

Estas respuestas se manifiestan a nivel celular, f isiológico y en el desarrollo de

la planta (Levitt, 1980); son caracteres de variación continua («cuantitativos»),

controlados por un importante número de genes aditivos y probablemente sinérgicos

(Bohnert y col., 1995). [12]

Los genes inducidos bajo condiciones de estreses abióticos, tales como las bajas

temperaturas, la salinidad y la sequía, codif ican proteínas que tienen funciones de

señalización, transducción de señales y protección celular [13].

La hipótesis de señalización actual postula que las señales ambientales son

percibidas primero por receptores específicos, que con su activación inician o supr imen



7

una cascada de transducción de señales intracelulares y, en muchos casos, activan

factores de transcripción nucleares, que inducen la expresión de grupos específ icos de

genes. [9]

Se ha demostrado que en este proceso estarían involucrados dos sistemas de

señales: uno mediado por la hormona ácido abscísico (ABA) y otro que actuar ía a n ivel

genético (Baker et al., 1994; Bohnert et al., 1994). Con relación a este último, la

variabilidad genética en respuesta al estrés, se debe principalmente a la expresión

diferencial de los genes sensibles al estrés (Krishman et al. 1989; Joshi et al. 1997). [15]

La hormona del estrés, ABA al parecer tiene un papel que desencadena factores

implicados en la tolerancia a la desecación en una gran cantidad de especies. Esta

hormona (ABA) parece act uar como un desencadenante en el incremento en ciertos

azúcares, mientras se adquiere la tolerancia a la desecación, produciendo cambios

fisiológicos que tienen lugar en tejidos de plantas de distintas especies [18].

Un gran número de genes que responden a la sequía, han sido descr itos a nivel

transcripcional y los mecan ismos de respuesta molecular frente al estrés hídrico en

plantas superiores, de igual manera han sido analizados mediante el est udio de las

expresión de genes que responden a la sequia y otros estreses abióticos. (Bohnert et al.

1995; Ingram and Bartels, 1996; Bray 2002, 2004; Shinozaki and

Yamaguchi_Shinozaki 1997, 1999, 2000; Seki et al. 2001, 2002; Watkinson et al. 2004;

Oono et al. 2003; Boominathan et al. 2004). [15]

Los productos de estos genes se clasifican en dos grupos. El primer grupo

incluye proteínas que probablemente funcionan en la tolerancia a la desecación:

proteínas mediadoras del transporte de agua a través de la membrana, enzimas

requeridas para la biosíntesis de diversos osmoprotectantes (azúcares, Pro, and Gli-

Betaína), proteínas que pueden proteger macromoléculas y membranas (proteínas

protectoras como las de tipo LEA, proteínas anticongelantes, chaperonas), proteasas y

enzimas desintoxicantes como la catalasa y la ascorbato peroxidasa. [13]

El segundo grupo contiene proteínas que son factores implicados en la

regulación y la transducción de señales y la expresión de genes que probablemente



8

funcionan ante la respuesta a estrés: proteínas cinasas, factores transcr ipcionales, PLC

(fosfolipasa C que produce dos segundos mensajeros, inositol 1,45-triofosfato (IP3) y

1,2-diacil-glicerol) y 14-3-3 proteínas. [13]

Relacionando las adaptaciones fenotípicas con las repuestas moleculares es

posible evaluar el papel de los cam bios inducidos por la sequía durante la adaptación.

Ciertamente, vinculando la expresión de un gen a un alto grado de tolerancia sugiere un

posible papel para este gen en la adaptación (Ouvard et al. 1996) [15].

Los genes inducidos por estrés incluyen genes de respuesta temprana y genes de

respuesta tardía. Los primeros son inducidos en pocos minutos y a menudo

transitoriamente. Su inducción no requiere de síntesis de nuevas proteínas, ya que estos

componentes de señalización serían constitutivos. En contraste, los genes de respuestas

tardías son activados más lentamente (en horas) y su expresión es generalmente

sostenida durante el tiempo en que el estrés se encuentra actuando. Los genes tempranos

codifican factores de transcripción que activan a los genes de respuesta tardía, que

constituyen la vasta mayoría de los genes inducidos por estrés. [9]

Los diferentes patrones de la acumulación de transcritos inducidos ante el estrés,

podrían ser situados en tres principales categorías: a) lo s transcritos que se han

acumulado abundantemente y persisten durante toda la desecación, pero desaparecen

durante la rehidratación (Bartels, 1990), b) los transcritos que se han acumulado de

manera transitoria muy tempranamente durante la desecación (Bockel et al. 1998) y c)

los transcritos, cuya regulación disminuye durante la desecación (Bernacch ia et al.

1996) [16].

Las plantas dedican una gran porción de la capacidad de su genoma a la

transcripción, en el genoma de Arabidopsis más de 1500 factores de transcr ipción son

codificados. Estos factores de transcripción pertenecen a un gran número de familias,

que en algunos casos son únicos en plantas. [17]



9

El estudio del fenómeno de la Desecación en Plantas.

Aunque todav ía está lejos de un completo entendimiento el daño causado por

sequía u otros mecanismos de tolerancia en plantas, se han ido sumando datos

moleculares a través de los últimos años. El conocimiento actual de las redes

reguladoras que gobiernan las respuestas ante el estrés hídrico es también inconcluso.

Sin embargo, las señales de transducción, vía ABA, y módulos de promotores de

diversos genes en respuesta a este fenómeno, comienza a elucidarse [14].

Un planteamiento del estudio fisiológico en la tolerancia a la desecación, ha sido

usar estructuras específicas o especies que pueden soportar una desecación severa. Un

elemento destacado en esta categoría son ciertas semillas, pero las especies tolerantes a

la desecación tales como las plantas de resurrección (Angiospermas), musgos

(particularmente Tortulia ruralis) y helechos, están también incluidos. Ambas, semillas

y la planta de resurrección C. Plantegineum, sobreviven a una deshidratación severa;

por lo tanto, los análisis moleculares detallados de estos sistemas deberían revelar genes

expresados que contengan la información genética para la tolerancia a la desecación

[14].

El fenómeno de desecación casi total es común en estructuras reproductivas de

plantas, como granos de polen, esporas y semillas. Sin embargo, es poco común

encontrar plantas completas con la capacidad para sobrevivir a la deshidratación. Para

que una planta sobreviva a un proceso de desh idratación, se propone que ésta tenga la

capacidad para proteger sus estructuras celulares durante la deshidratación y pueda

llevar a cabo el proceso de reparación celular durante la hidratación (Oliver, 1991; Platt

et al., 1994) [9].

Plantas Mexicanas como modelo de estud io.

De acuerdo a la situación geográfica que presenta nuestro país, el 52% de la

superficie del territorio mexicano es árida o semiárida (PCC, 2001: Climate Change

2001: Impacts, Adaptation and Vulnerability); por lo tanto es posible utilizar plantas

nativas que sean tolerantes a la desecación como modelo de estudio de este fenómeno,

así como el entendimiento de las bases moleculares.



10

Las plantas de resurrección, Selaginella Lepidophylla (Hook y Grev.) y

Selaginella sartorii [Hieron. ; Hedwigia 39: 304 (1900)], nativas del desierto

Chihuahuense y distribuida desde Texas a varios estados de México, entre ellos

Tlaxcala, son especies resistentes a la desecación (Adams et al., 1990). Es reconocida su

habilidad para secarse completamente y sobrevivir durante largos per íodos en estado

deshidratado. Se postula que las plantas de S. lepidophylla pueden sobrev ivir a largos

ciclos de deshidratación-hidratación-deshidratación, (Adams et al., 1990 ; Crowe et al.,

1998) [10].

La diversidad vegetal se separa en dos grupos: las plantas criptógamas y las

fanerógamas. Las criptógamas agrupan a las divisiones Thallophyta, Bryophyta y

Pteridophyta y la División Spermatophyta. El grupo de las p teridophytas incluye a las

plantas con tejidos vasculares rudimentarios y que tienen reproducción sexual por

medio de esporas. Existen diversos grupos que se clasifican considerando su

complejidad corporal. Actualmente se conocen alrededor de 10000 especies, entre ellas

están los Licopodios y Selaginelas (Licopodiophyta) [11].

Actualmente existen unas 1200 especies de licopodios, los licopodios modernos

son de muy poca importancia económica. Son utilizados como forraje por algunos

animales silvestres. Algunas especies se usan para la elaboración de decoraciones

navideñas y otras pocas, como las selaginelas, se cultivan para fines ornamentales.

Durante el periodo de sequía se encuentran en estado latente formando unos tipos de

pelotas de color gris, y cuando se restaura el suministro de humedad, se desenrollan y

forman atractivas plantas verdes [11].

Otra planta candidata mexicana, y que es una de las especies tolerantes a la

salinidad promete ser un modelo de estudio de respuestas frente al estrés salino; es el

zacate salado (Distichlis sp icata), componente principal de los pastizales halófitos en

todo el país [19].

Es comúnmente encontrado en ambientes salinos y su distribución en territorio

mexicano abarca un gran número de estados como Coahuila, Durango, Michoacán,

Puebla, Tlaxcala, Veracruz, entre otros (Villaseñor y Espinosa, 1998). Se le conoce



11

también como pasto salado o pelo de chancho, pertenece a la familia de las Gramíneas.

Es un pasto perenne, con rizomas fuertes y profundos, son plantas xeróf ilas que viven

en lugares ár idos y salitrosos [20].

En la actualidad nuestro planeta está exper imentado grandes cam bios en el

ámbito ambiental gracias a la acción de la actividad humana ejerciendo presión sobre el

sistema climático que paulatinamente ha provocado sequías. Estos factores ambientales

de nat uraleza abiótica principalmente, han afectado el crecimiento y desarrollo de las

especies vegetales, sobre todo con un efecto negativo en la agr icultura.

En los últimos años, se ha despertado un interés en establecer un conocimiento

sobre los aspectos f isiológicos y genéticos fundamentales de la forma en que las plantas

responden a la sequía, ya que el panorama mundial frente a este fenómeno en un futuro

próximo es alarmante. Actualmente se desconoce gran parte de la función de los genes

que están implicados en la tolerancia al estrés.

Se han usado como modelo de estudio plantas que no son especies naturalmente

tolerantes al estrés como Arabidopsis Thaliana y el arroz (Oryza sativa), sin embargo

proveen una base importante, sobre la cual se puede analizar otros genomas vegetales.

Por otro lado, en la nat uraleza, existen especies de plantas que han desarro llado

repuestas de defensa que les permite tolerar y adaptarse a las condiciones generadas por

el entorno ambiental, especies muy poco explotadas en el campo de la ciencia. En

México podemos encontrar especies mexicanas que están adaptadas a condiciones de

sequía, así como otras que presentan tolerancia a la salin idad. Todos estos factores

hacen el est udio de estas especies sea importante para el aporte del conocimiento de los

mecanismos f isiológicos y moleculares en defensa al estrés abiótico en general.

La posición de la agricultura dentro de las actividades económicas en nuestro

país es muy importante ya que es un generador sustancial de empleos y divisas. Hoy,

poco más de la cuarta parte de la población total de México depende de las labores

agrícolas; es decir que cerca de unos 25 millones de personas viven del campo. La

disponibilidad de agua, sobreexplotación de mantos acuíferos y extensos períodos de

sequía, son algunos de los problemas que afectan a las actividades del campo. La



12

biotecno logía vegetal, es una técnica que incorpora nuevos rasgos productivos para

mejorar el desempeño agronómico de una variedad vegetal o para introducir en las

plantas características novedosas que las hacen más útiles para la alimentación y de

alguna manera combatir la contaminación. [4]

Sin duda, es una de las herramientas que ha dado la pauta para estudiar diversas

especies vegetales que tienen una gran resistencia a la sequía, así como algunas que son

capaces de tolerar conjuntamente cierto grado de salin idad presente en su hábitat

natural. México cuenta con una gran variedad de especies que pueden ser tomadas para

el estudio de este fenómeno. Con el avance tecnológico act ual, y con el desarrollo en

investigación biotecnológica, se han desarrollado diferentes estrategias con el apoyo de

la ciencia. El interés de conocer los mecanismos propios de la planta, es el de identificar

los genes que permiten a las plantas a sobrevivir y/o crecer en un ambiente sometido al

estrés hídrico o salino, y sobre todo lograr el entendimiento de las bases moleculares de

la tolerancia a situaciones adversas, generadas por un cambio meteorológico o por

prácticas agrícolas.

A largo plazo, se puede tener una pequeña aportación hacia la problemática de

la demanda de alimento por el aumento de la población mundial, mediante el

planteamiento de alternativas para la mejora del rendimiento de los principales cultivos

agrícolas, con el est udio de las diferentes estrategias biológicas moleculares.

En el territorio mexicano, se encuentran establecidas una gran variedad de

plantas tolerantes a la desecación, así como, especies tolerantes a la salinidad. Dentro de

las regiones áridas y salinas de los estados de P uebla y Tlaxcala se recolectarán plantas

que serv irán como modelo de estudio del fenómeno de tolerancia a la sequía. A partir de

una investigación de Campo apoyada por Biólogos con especialidad en Taxonomía, se

seleccionaros tres especies de plantas entre ellas: Selaginella lepidophylla, Selaginella

sartorii y Distichlis spicata o Zacate salado.

En los dos últimos años, se han llevado a cabo estudios a nivel molecular, del

cual se generó un banco de EST s de plantas de S. Lep idophylla, parcialmente hidratadas

(Iturriaga, 2006), donde se confirmó que S. lepidophylla puede servir como una fuente genética



13

rica para la identi ficación de nuevos genes asociados con el estrés ambiental y tolerancia a la

deshidratación. Los ESTs fueron obtenidos para 1046 clonas, que representan 874 t ranscritos

únicos [21].

Objetivo:

Caraterizar las respuestas fisiológicas de plantas mexicanas con altos niveles de tolerancia a

est rés hídrico.

III. Métodos y Materiales

Se llevó a cabo el muestreo de p lantas candidatas, que fueron co lectadas de

algunas de las regiones de los estados de Puebla y Tlaxcala y se trasladaron al

Laboratorio para su identificación. La identificación de las especies colectadas se

realizó por un botánico /taxónomo. Por último la Investigación Exper imental se efectuó

con la siguiente metodología.

El muestreo se realizó en regiones de los estados de Puebla y Tlaxcala. En una

primera fase del mismo las especies de plantas candidatas fueron colectadas:

• en el Bosque de Juniperus en el estado de Tlaxcala,

• en una pequeña zona ubicada a 1 km de el Municipio el Carmen, Tequexquitla, Tlaxcala y

• en una zona ubicada cerca del Municip io del San Salvador el Seco, P uebla.

Una vez obtenidas las muestras de los estados de P uebla y Tlaxcala, se

colocaron en una cámara de crecimiento a condiciones controladas con diferentes tipos

de substrato y condiciones de riego. Específicamente para una de las plantas candidatas

se recolectaron semillas para realizar pruebas de germinación y se mantuvieron las

plántulas en condiciones controladas en cámaras de crecimiento.

Se llevaron a cabo el diseño de los tratamientos de estrés hídrico y realización de

los experimentos estresantes requeridos para el est udio, con los controles

experimentales pertinentes para cada especie de las plantas candidatas.



14

Se realizaron los experimentos encaminados a determinar los máximos niveles

de tolerancia mediante cinéticas de germinación y cinéticas de crecimiento y

rehidratación

IV. RESULTADOS:

Las plantas que se recolectaron en la primera salida fueron:

HEPÁTICAS:

a) Famil ia: Marchantiaceae. Nombre científico: Marchantia polymorpha L.

b) Famil ia: Targionaceae Nombre científico: Targionia hypophylla L.

MUSGOS:

a) Famil ia: Ditrichaceae. Nombre científico: Ceratodon stenocarpus B.S.G.

b) Famil ia: Hedwigiaceae Nombre científico: Braunia Secunda (Hook) B.S.G.

c) Famil ia: Mniaceae. Nombre científico: Plagiomnium cuspidatum (Hedw. ) T. Kop.

SELAGINELLA:

a) Famil ia: Selaginellaceae. Nombre científico: Selaginella lepidophylla (Hook. & Grev.) Spring.

HELECHOS:

b) Cheilantes bonariensis (Willd. ) Proctor

c) Polypodium thyssanolepis A. Braun ex Klotzsch

Las plantas recolectadas en la segunda y tercera salida a campo:

SELAGINELLA:

a) Famil ia: Selaginellaceae

Nombre científico: Selaginella sartorii

ZACATE SALADO:



15

a) Fam. Gramineae

Nombre científico: Distichlis spicata

NOT A: DEL TOT AL DE PLANT AS RECOLECTADAS SE SELECCIONARON TRES

ESPECIES DE PLANTAS (Selaginella lepidophylla, Selaginella sartorii, Distichlis

spicata) DE LAS CUALES SE SOMETIERON A LOS SIGUIENT ES ENSAYOS:

MANTENIMIENTO DE PLANTAS EN CÁMARA DE CRECIMIENTO

Una vez rotuladas las plantas que se obtuvieron en la primera salida a campo, se

colocaron en macetas con suelo proveniente del mismo lugar de recolección y

posteriormente en una cámara de crecimiento a 16 hrs. luz (cámara climática fotoperíodo

CMFT-2660) con las siguientes características:

Temperatura: 27.2

Humedad: 36 %

Intensidad de luz: 712x10 luxes (cerca de lamparas) y 1370 luxes (lejos de las

lamparas).

Las plantas de la especie Selaginel la lepidophylla, permanecieron en la cámara de

crecimiento, sin embargo las condiciones de la cámara no fueron favorables para algunos

individuos, (Tiempo de permanencia a partir de la fecha de recolección: 1 mes). Por lo

consiguiente se optó que las muestras en condiciones desmejoradas, se t rasladaran a

invernadero. El t raslado no les favoreció. (Fecha de traslado: 15 septiembre del 2007).

Posterior a la fecha de recolección y colocación en la cámara de crecimiento (17 agosto) e

invernadero (15 de septiembre) (Tiempo transcurrido: 1 Mes y 15 días), se procedió a retirar

todo el suelo para observar la cinética de deshidratación (26 de septiembre). El suelo fue

removido para todas las muestras de Selaginella lepidophylla.



16

Las muestras de plantas de la especie Selaginella sartori i obtenidas en la segunda salida a

campo, se les reti ró por completo el suelo, se guardaron en bolsas de papel y se colocaron en la

cámara de crecimiento para proceder con la deshidratación. Las condiciones a las que se llevó a

cabo la deshidratación fueron a temperatura y humedad ambiente del laboratorio.

De las muest ras de la especie Distichli s spicata, las semil las fueron separadas de la vaina

usando pinzas, y almacenadas a 4 °C. Éstas se sometieron a un proceso de desinfección, así

como a di ferentes métodos de escari ficación para lograr el incremento de la germinación.

Debido a que las semillas de esta especie presentan un alto índice de dormancia. Una vez

logrado el aumento en la germinación y erradicado la contaminación. Las plántulas se colocaron

en macetas.

Para lograr el objetivo de desinfección se probaron di ferentes soluciones:

a) Cloro (Cloralex) al 50% durante 7 min.



17

b) PPM (Plant P reservative Mixture) al 50 % durante 10 min

c) NaDCC (Dicloro i socianurato de sodio) al 1%, 5%, 10%, 15% 20%.

Los métodos de escari ficación de las semillas fueron: el físico, el mecánico y el químico.

En la elaboración del método fí sico, las semillas de Distichlis spicata fueron colocadas en agua

a 4 °C durante 24 horas antes de cada t ratamiento.

En el caso de la escari ficación mecánica se int rodujeron en un eppendorf l ijas del No. 1000

y 1200 por separado. Una vez recubierto el interior de cada eppendorf con cada una de las lijas

se hicieron agitar 10 semillas durante 30 min. Para el método de escari ficación químico, se

preparó una concent ración de Nit rato de Potasio al 2% y se agitaron durante 10 min. Las

semillas posteriormente se secaron y se sembraron en cajas Pet ri, conteniendo medio MS 0. 5X,

con el 1% de sacarosa.

Las semillas que fueron sometidas al t ratamiento con Cloralex, presentaron una

contaminación inmediata. La contaminación se generó especí ficamente al rededor de cada una

de las semillas. Lo que indicó que la contaminación es producida por bacterias en el interior de

la semi lla y no por el manejo de las condiciones especí ficas del sembrado.

La desinfección de semillas con PPM fue un método excelente para erradicar la

contaminación. Sin embargo, en un reactivo mucho más caro por lo tanto se decidió buscar otras

alternativas.

Se ensayó la desinfección de las semillas con NaDCC (Dicloro isocianurato de sodio), con

el cual no sólo se logró la desinfección de las semillas, sino sorpresivamente también se logró

incrementar la germinación en un 80%. Los ensayos se dist ribuyeron de la siguiente manera:

ENSAYO I

En un primer ensayo se sometieron 30 semillas, usando lijas del no. 1000 y 1200 como

método de escari ficación, usando 10 semillas para cada t ratamiento así como para el cont rol. A

las semillas empleadas como control se les realizó una incisión a lo largo de la semilla

(Mechanical Injury). En este caso se utilizó PPM al 50% para la desinfección. Una vez

desinfectadas las semillas se colocaron en cajas Pet ri con medio MS 0. 5X con 1% de sacarosa.

El seguimiento para este ensayo se realizó durante 20 días. Obteniendo los siguientes

resultados:



18

TRATAMI EN TO GERMINACIÓN (DÍAS)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 20

CONTROL

LIJA 1000

LIJA 1200

Como se puede observar en la tabla 1 y en Figura 1, en este primer ensayo no se pudo

obtener un incremento en la germinación con el método mecánico utilizando las lijas. Tres de

las 10 semillas con M.I. presentaron germinación a parti r del tercer día, al cuarto día hubo un

incremento del número de semillas germinadas y al cabo de 10 días hubo un total de 7 semillas

germinadas, es deci r hubo un 70% de germinación en las semillas cont rol.

SIN GERMINACIÓN CON G ERMINACIÓN

TABLA 1. MÉTODO DE ESCARIFI CACIÓN, CON LIJAS No. 1000 Y 1200, PPM COMO

DESINFECTANTE.

1000

CONTROL



19

Por ot ro lado, se real izó el mismo proceso de escari ficación, con li jas No. 1000 y 1200, con

la di ferencia de que las semillas fueron desinfectadas con NaDCC al 2 % durante 1hr.

Sorpresivamente a los tres días se pudo observar que tanto en el control (M. I.) como en las

semillas t ratadas con la lija del No.1200 hubo una semilla germinada. Al cuarto día de haber

sembrado las semillas con el previo tratamiento se observó igualmente que dos de las semillas

tratadas con la li ja No.1000 habían germinado. Con este experimento se pudo deducir que el

tratamiento con NaDCC al 2%, fue uno de los posibles factores que ayudó a incrementar la

germinación, ya que no sólo se logró contener durante cierto tiempo la contaminación si no que

se podría util izar como un método de escari ficación. Finalmente al cabo de 10 días se había

completado la germinación en la mayoría de las semillas con los dos t ratamientos

incrementándose hasta un 80%. (Tabla 2)

FIGURA 2. EVOLUCIÓN DE SEMILLAS DURANTE LOS TRES PRIMEROS DÍAS

DE GERMINACIÓN.

TRATAMI EN TO

MEC ÁNICO

GERMINACIÓN (DÍAS)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CONTROL 1 SEM

GERM.

3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 5 SEM

GERM 6 SEM

GERM 8 SEM

GERM

8 SEM

GERM 10 SEM

TABLA 2. MÉT ODO DE ESCARIFICACIÓN, CON LIJAS No. 1000 Y 1200, NaDCC COMO DESINFECT ANTE.




20

GERM.

LIJA 1000 2 SEM

GERM 1 SEM

GERM 3 SEM

GERM 4 SEM

GERM 6 SEM

GERM 7 SEM

GERM 7 SEM

GERM.

LIJA 1200 1 SEM

GERM. 3 SEM

GERM 5 SEM

GERM 6 SEM

GERM 6 SEM

GERM 8 SEM

GERM 8 SEM

GERM 8 SEM

GERM.

ENSAYO 2.

En este ensayo, y como se mencionó en la int roducción un método de escari ficación

químico que se utilizó fue KNO3 al 2%, diez semillas suspendidas en esta solución fueron

agitadas durante 10 min, posteriormente sembradas en una caja Petri con medio MS 0.5X con

sacarosa al 1%. El experimento se monitoreó durante 20 días. Sin embargo, al cabo de ese

tiempo no hubo germinación en las semil las tratadas con la solución. (T abla 3)

TRATAMI EN TO

QUÍMICO


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CONTROL (M.I.) 1 SEM

GERM.

3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 5 SEM

GERM 6 SEM

GERM 8 SEM

GERM 8 SEM

GERM 10SEM

GERM.

KNO3

ENSAYO 3.

Al utilizar NaDCC como agente desinfectante, se desconocían las concentraciones

especí ficas que se podrían utilizar para eliminar la contaminación. Por lo tanto se agitaron 10

semillas en soluciones de di ferentes concent raciones de NaDCC 1%, 5%, 10%, 15% y 20%,

durante 30 minutos. El tiempo se modificó a una hora y 1 hr. 30 min, sólo para NaDCC al 20%,

para evaluar en ensayos individuales si el efecto de desinfección aumentaba en proporción al

tiempo, y sobre todo si tenía un efecto aún mayor como método de escari ficación. Los


TABLA 3. RESULTADOS CON EL MÉT ODO DE

ESCARIFICACIÓN QUÍM ICO KNO3



21

resultados fueron monitoreados durante 30 días. En la tabla se presentan los resultados de los

primeros 10 días, ya que dent ro de este tiempo se completó el ciclo de germinación de las

semillas. Y una vez más se corrobora el efecto de escarificación que tiene este compuesto sobre

las semillas. (T ABLA 3)

TRATAMI EN TO

CON Na DC C


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

NaDCC 1% 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM.

NaDCC 5% 2 SEM

GERM 2 SEM

GERM 2 SEM

GERM 2 SEM

GERM 2 SEM

GERM 2 SEM

GERM 2 SEM

GERM.

NaDCC 10% 3 SEM

GERM. 3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 3 SEM

GERM.

NaDCC 15% 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM.

1 SEM

GERM 1 SEM

GERM.

De acuerdo a los resultados obtenidos, se pudo observar una variación en cuanto a la

presencia de la contaminación, ésta se pudo contener durante los primeros 8 días, en las

concentraciones establecidas. Sin embargo después de ese tiempo es evidente la presencia de

hongos, al rededor de las semil las.

En la siguiente tabla se muest ran los resultados obtenidos de semillas agitadas en

concentraciones de NaDCC al 20%, se llevaron a cabo un número mayor de ensayos en esta

concentración, ya que se evaluó si efectivamente había un efecto de desinfección y de

escari ficación. También para saber si este experimento era reproducible.

TABLA 4. EVALUACIÓN DEL MECANISM O DE ACCIÓN COMO AGENTE DESINFECTANT E: NaDCC A DIFERENTES CONCENTRACIONES (30 minutos)


SIN CONTAMINACIÓN CON CONTAMINACIÓN



22

TRATAMI EN TO

CON Na DC C


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

NaDCC 20% (1er. ensayo)*

3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 4 SEM

GERM 5 SEM

GERM 5 SEM

GERM 6 SEM

GERM 8 SEM

GERM

NaDCC 20% (2do. ensayo)* 2 SEM

GERM 2 SEM

GERM 2 SEM

GERM 5 SEM

GERM 5 SEM

GERM 6 SEM

GERM 8 SEM

GERM 8 SEM

GERM.

NaDCC 20% (3er. ensayo)* 1 SEM

GERM. 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM 1 SEM

GERM.

NaDCC 20% (4to. ensayo)* 1 SEM

GERM 3 SEM

GERM 3 SEM

GERM 5 SEM

GERM 5 SEM

GERM.

5 SEM

GERM 7 SEM

GERM.

NaDCC 20% (1er ensayo). Se realizó el 8 de diciembre, las semil las se agitaron durante

30 minutos y el tiempo de remojo previo al proceso de desinfección fue de 24 hrs a4°C.

NaDCC 20% (2do ensayo). Se llevó a cabo el 17 de diciembre, las semillas se agitaron

durante 1hr 30 min y el tiempo de remojo previo al proceso de desinfección fue de 120

hrs a 4°C.

NaDCC 20%(3er ensayo). Las semillas en este 3er ensayo se sembraron el 21 de

diciembre, con 1 hr de agitación en esta solución. Y el remojo previo fue durante 24 hrs

a 4°C.

NaDCC 20% (4to ensayo). Las semillas fueron agitadas durante 1 hr, con un remojo de

24 hrs a 4°C. Se realizó el 6 de enero.

Con los resultados mostrados en la Tabla No. 4 se observa una variabilidad en el incremento

de la germinación que no es tan proporcional a la concent ración, así como el efecto de

desinfección no fue constante.


SIN CONTAMINACIÓN CON CONTAMINACIÓN



23

Todas las plántulas de Distichlis spicata, libres de contaminación y con un buen crecimiento

se trasladaron de cajas Pet ri a frascos Gerber con medio MS 0.5X con 1% de sacarosa, una vez

que éstas tuvieron un crecimiento mayor se trasladaron a macetas con 50/50 de vermiculita y

Metromix, las cuales fueron colocadas en la CÁMARA CLIMÁTICA FOTOPERÍODO

CMFT-2660, programada con 18 hrs luz.

CARACTERIZACIÓN BIOLÓGICA.

De acuerdo a la bibliografía las

plantas de las especies

Selaginella lepidophylla y

Selaginella sartorii, son

especies de resurrección por lo

que uno de los objetivos es

conocer sus cinética de

rehidratación.



24

En cuanto a las plantas de Zacate

salado, hemos tenido una buena

adaptación de las plántulas en la cámara

de crecimiento.



25

V. Im pacto.

Este trabajo fue presentado en el marco del XII Congreso de Bioquímica y Biología

Molecular de Plantas celebrado en Boca del Río Veracruz del 11 al 15 de Noviembre de

este año. Titulo: Desiccation tolerant Mexican lower plants: a phenotypic and molecular

characterization in response to water deficit st ress.

VI. BIBLIOGRÁFIA CONSULTADA.

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[23]http://sciweb.nybg.org/Science2/hco l/lists/selaginellaceae.html

[24] http://132.236.163.186/cgi-bin/dol/dol_termin al.pl?taxon_n ame=Selaginella&rank=g enus

[25] JSTOR: Sporangial Arrangement in North American Species of Selaginella

[26] http://links.jstor.org/sici? sici=0026-6493(195502)42%3A1%3C1%3ASRAIA%3E2.0.CO%3B2-Y

[27] http://taxon.molgen.mpg.de/getinfo?189569

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al estrÉs hidrico” - sappi - sistema de administración de...

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