Revista Mexicana de Ciencias AgrcolasISSN: 2007-0934revista_atm@yahoo.com.mxInstituto Nacional de InvestigacionesForestales, Agrcolas y PecuariasMxico

Snchez-Prez, Ma. Isabel; Muoz-Meja, Carmen Yazmn; Quiroz-Velsquez, Jess Di Carlo; Mayek-Prez, Netzahualcoyotl; Hernndez-Mendoza, Jos Luis

CAMBIOS FSICO-QUMICOS DURANTE LA GERMINACIN DEL MAZRevista Mexicana de Ciencias Agrcolas, vol. 1, nm. 1, enero-marzo, 2010, pp. 89-93

Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrcolas y PecuariasEstado de Mxico, Mxico

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Revista Mexicana de Ciencias Agrcolas Vol.1 Nm.1 1 de enero-31 de marzo, 2010 p. 89-93

CAMBIOS FSICO-QUMICOS DURANTE LA GERMINACIN DEL MAZ*

PHYSICAL-CHEMICAL CHANGES DURING MAIZE SEED GERMINATION

Ma. Isabel Snchez-Prez1, Carmen Yazmn Muoz-Meja1, Jess Di Carlo Quiroz-Velsquez1, Netzahualcoyotl Mayek-Prez1 y Jos Luis Hernndez-Mendoza1

1Centro de Biotecnologa Genmica. Instituto Politcnico Nacional. Blvd. del Maestro s/n. Esq. Elas Pia. Col. Narciso Mendoza. C. P. 88710. Reynosa, Tamaulipas, Mxico. Tel. 01 555 7296000 y 01 899 9243627. Ext. 87749 y 87714. (msanchezp0700@ipn.mx), (jquiroz@ipn.mx), (nmayekp@ipn.mx). Autor para correspondencia: jhernandezm@ipn.mx.

* Recibido: marzo de 2009

Aceptado: marzo de 2010

RESUMEN

Se determinaron los cambios fsico-qumicos que ocurren en el medio de germinacin de la semilla de maz (Zea mays L.) in vitro. Se colocaron 10 semillas del hbrido 83G66 en cajas petri con 9 mL de agua desionizada estril e incubadas para su germinacin. A la solucin resultante despus de la germinacin se determin el pH y los contenidos de triptfano, kinetina, benciladenina, cido indolactico, cido antranlico y cido giberlico por medio de cromatografa de lquidos de alta presin. Durante la germinacin el pH del medio se redujo de 6.9 a 4.8 y se produjo triptfano y pequeas cantidades de cido indolactico, cido antranlico, kinetina, cido giberlico y benciladenina. La presencia de los compuestos detectados podra favorecer el crecimiento inicial al maz.

Palabras clave: Zea mays L., cido antranlico, cido indolactico, crecimiento vegetal, triptfano.

ABSTRACT

The aim of this research was to determine the physical-chemical changes that occur in the medium during the germination of maize seed (Zea mays L.) in vitro. Ten seeds of the hybrid 83G66 were incubated to germination in petri dishes with 9 mL of deionized sterile water. During germination pH changes, indolacetic acid, anthranilic

acid, kinetin, giberelic acid and benciladenine content were determined in the solution by liquid high-resolution chromatography. During germination the pH of the medium was significantly reduced from 6.9 to 4.8. Tryptophan and small quantities of indolacetic acid, anthranilic acid, kinetin, giberelic acid and benciladenine were detected. The presence of the compounds detected might favor early maize growth.

Key words: Zea mays L., anthranilic acid, indolacetic acid, plant growth, tryptophan.

En la regin norte del estado de Tamaulipas, Mxico se cultivan entre 80 000 y 100 000 ha con maz (Zea mays L.) (SIAP, 2008). En esta regin los suelos predominantes son alcalinos y el pH del agua de riego es alto. El agua modifica las propiedades fsico-qumicas de la rizsfera y el pH de la solucin del suelo donde germinan las semillas (De Mendona et al., 2005). Los iones cloruro inhiben la germinacin y sntesis de protenas del maz, trigo (Triticum aestivum L.) y ajonjol (Sesamum indicum L.) (Romn-Palacios, 2000). Como estrategia para reducir los daos por salinidad y otros factores adversos, aproximadamente 10% de la superficie se inocula con hongos micorrzicos (HM) (Glomus intrarradicens) o con la rizobacteria promotora del crecimiento vegetal (RPCV) Azospirillum brasilense (Garca-Olivares et al., 2008). Los HM y las RPCV

Ma. Isabel Snchez-Prez et al.90 Rev. Mex. Cienc. Agrc. Vol.1 Nm.1 1 de enero - 31 de marzo, 2010

incrementan de 12 a 36% y de 15 a 35% respectivamente, el rendimiento de grano del maz en comparacin con plantas no inoculadas (Daz-Franco et al., 2005; Garca-Olivares et al., 2007). Adems, los HM y las RPCV favorecen la movilizacin de P y la fijacin de N y reducen la necesidad de fertilizantes qumicos.

Durante la germinacin de la semilla se liberan exudados radiculares que favorecen la asociacin de la planta con los microorganismos del suelo. Estos a su vez liberan en la rizsfera auxinas y citocininas que son promotoras del crecimiento vegetal (Walker et al., 2003; Kamilova et al., 2006). El xito de la asociacin entre las plantas y los microorganismos est influenciada de manera determinante por la relacin agua-suelo-planta-microorganismos y de ella depende la productividad de los cultivos. En esta investigacin se analizaron los cambios fsico-qumicos del medio durante la germinacin de semilla de maz in vitro.

En el primer experimento, se colocaron en un tubo de ensayo de 18150 mm dos semillas del hbrido 83G66 (Pioneer) y se agreg 3 mL de agua desionizada estril. Posteriormente, se registr la cantidad de agua embebida y se midi el pH del agua con un potencimetro modelo pHmeter 440 (Corning) durante cuatro das. El equipo se calibr con los amortiguadores comerciales de pH= 4 y pH= 7 (Micro Essential Laboratory; Brooklyn, EUA). En el segundo experimento se colocaron 10 semillas de maz en una caja petri con 9 mL de agua desionizada estril y el pH del medio se determin durante cuatro das.

En los dos experimentos, cada tratamiento se repiti 10 veces, mismas que se incubaron con un fotoperiodo de 12 h luz-obscuridad a 25 2 C. A la solucin resultante despus de la germinacin de las semillas se le determinaron las cantidades presentes de triptfano, kinetina, benciladenina, cido indolactico (AIA), cido antranlico (AA) y cido giberlico (AG) por medio de cromatografa de lquidos de alta presin (HPLC, Hewlett Packard modelo 1100, Ramsey, EUA) de acuerdo con el procedimiento de Hernndez-Mendoza et al. (2008), que consiste en tomar 4 mL de solucin de cada caja petri y filtrarla con acrodiscos LC PVDF con membranas de 0.45 m de porosidad y 25 mm de dimetro interno.

Posteriormente, la muestra se inyecta al HPLC previamente acondicionado y calibrado con concentraciones conocidas

de cada una de los metanolitos por analizar. Para ello, se utiliz una columna RP-18 de 150 mm de largo, 4.6 mm de dimetro interno y tamao de partcula de 5 m. La fase mvil fue acetonitrilo-fosfato 30/70 y se us un volumen de inyeccin de 20 L. El detector se ajust a una longitud de onda de 220 nm. A los valores observados se les calcul la media error estndar por fecha de muestreo. La informacin se someti al anlisis de regresin lineal simple donde la variable independiente fue el tiempo de incubacin y la dependiente, el pH del agua.

Las semillas de maz se embebieron con agua e incrementaron su peso fresco durante las primeras 48 h en incubacin. El peso fresco ms alto se observ a las 24 h. El volumen de agua retenido por la semilla alcanz hasta 200 L a las 48 h en incubacin; en contraste, el peso seco total de la semilla se redujo debido a la utilizacin de las reservas del endospermo para la germinacin, las lneas verticales indican el promedio de diez repeticiones error estndar (Figura 1). A continuacin, la semilla inici la germinacin con el crecimiento de la radcula y del coleptilo (Figura 2), durante este proceso disminuy el pH del medio (Figura 3). El anlisis por cromatografa (Figura 4) mostr la presencia de triptfano a las 24 h en incubacin y pequeas cantidades de AIA, AA, kinetina, benciladenina y AG (Cuadro 1).

Figura 1. Volumen de agua embebida, peso fresco y seco de semillas de maz (83G66 Pioneer) durante la germinacin in vitro.

Volumen de aguaPeso hmedoPeso seco

400

350

300

250

200

150

100

50

00 h 24 h 48 h

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

0

Peso

de s

emill

a (g)

Imbi

bici

n (

L)

Tiempo en incubacin (h)

Volumen de aguaPeso hmedoPeso seco

Cambios fsico-qumicos durante la germinacin del maz 91

Figura 2. Desarrollo de radcula y coleptilo del maz hbrido 83G66 germinada in vitro.

Figura 3. pH de la solucin durante la germinacin de semillas de maz hbrido 83G66.

Figura 4. Cromatograma HPLC a 48 h de incubacin de semillas de maz hbrido 83G66. TRP= triptofano; KN= kinetina; AG= cido giberlico; BA= benciladenina; AA= cido antranlico y AIA= cido indolactico.

y= -0.434x + 6.321 R2= 0.89

pH d

el ag

ua

Tiempo de incubacin (h)

7

6

5

4

3

2

1

00 24 48 72 96 120 144

4.72

0

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5

1.48

8

TRP

KN

(2.0

08)

2.19

7

2.37

6A

G (2

.43)

BA

(2.5

2)

2.91

2

3.10

7

3.33

2

AA

(3.4

9)

3.65

0

3.81

4

Tiempo de retencin (min)

1.91

5

AIA

(4.5

2)

mAU

4.72

0

TestigoLnea de tendencia

Ma. Isabel Snchez-Prez et al.92 Rev. Mex. Cienc. Agrc. Vol.1 Nm.1 1 de enero - 31 de marzo, 2010

El estrs salino o la inoculacin con hongos no fitopatgenos, como el Penicillium notatum incrementan la exudacin de carbono soluble y de metabolitos que podran favorecer el crecimiento vegetal en Lolium perenne L. Las RPCV como la A. brasilense producen fitohormonas (auxinas, giberelinas, citocininas, cido abscsico) que promueven el crecimiento vegetal (Walker et al., 2003; Bais et al., 2006). De Mendona et al. (2005), observaron que con presencia de nitrgeno en forma de nitratos, el pH de la solucin nutritiva donde se sembr con arroz (Oriza sativa L.) se alcaliniz, pero la presencia de nitrgeno en forma de amonio la acidific. Las variedades de arroz tolerantes a la toxicidad por aluminio absorben ms protones de la solucin nutritiva en presencia de nitrato y menos protones en presencia de amonio, de manera que el balance de protones y el cambio del pH permiten asimilar poco aluminio y tolerarlo. Los iones cloruro inhiben en mayor proporcin la germinacin y sntesis de protenas del maz, trigo y ajonjol que los acetatos (Romn-Palacios, 2000).

Entre las causas probables de la acidificacin del medio durante la germinacin de la semilla del maz podra incluirse la liberacin de metabolitos tales como: triptfano, AIA, AA y AG, as como otros cidos orgnicos (Kamilova et al., 2006; Mendoza-Elos et al., 2006). Para las condiciones de cultivo del maz en el norte de Tamaulipas, Mxico; donde existe alta prevalencia de suelos alcalinos (Daz-Franco et al., 2005; Garca-Olivares et al., 2008), la liberacin de metabolitos podra favorecer la acidificacin de la rizsfera y facilitar el proceso de germinacin, desarrollo inicial del cultivo, as como el rendimiento biolgico final del cultivo (Biasutti y Galianes, 2001; Laynez-Garsaball et al., 2007). Por lo tanto, es probable que las RPCV favorezcan el establecimiento de las asociaciones planta-microorganismo promotores del crecimiento vegetal.

Metabolitos Tiempo en incubacin (h)0 24 48 72

Triptfano (ppm) 0.83 14.62 2.95 3.86cido indolactico (ppm) nd 0.09 nd ndcido antranlico (ppm) nd nd 0.05 ndKinetina nd nd nd trazaBenciladenina nd nd traza ndcido gibrelico traza nd nd traza

Cuadro 1. Metabolitos en el medio de germinacin. Semillas de maz 83G66 (Pioneer) a diferentes tiempos de incubacin.

nd= no detectado por el HPLC; traza= compuestos detectados con un rea 26.9.

Las semillas incrementaron el peso fresco durante las primeras 48 h en incubacin, los valores ms altos se observaron a las 24 h; el peso seco se redujo debido a la utilizacin de las reservas del endospermo para la germinacin y crecimiento de la radcula y del coleptilo (Cruz-Prez et al., 2003; Mndez-Natera et al., 2008). Durante la germinacin, la semilla del maz acidific el agua del medio, similar a lo observado por Vitoria y Mndez-Natera (2007), aunque al parecer este cambio no se asocia con el vigor de la semilla de maz. La germinacin involucra cambios a nivel celular y gentico como la hidratacin de protenas, respiracin, proliferacin celular o la activacin de genes para la liberacin de exudados (Walker et al., 2003). Durante la germinacin del cacahuate (Arachis hypogea L.) se producen 11 compuestos fenlicos entre los cuales el ms abundante es el cido clorognico (Reddy et al., 1977); mientras que en hortalizas se ha detectado, triptfano, azcares y cidos (ctrico, succnico, mlico y clorognico) (Kamilova et al., 2006).

En esta investigacin se detectaron triptfano y pequeas cantidades de otros cinco metabolitos (AIA, AA, kinetina, BA y AG), almacenados en el endospermo de la semilla (Mendoza-Elos et al., 2006) y en su mayora auxinas y citocininas promotores del crecimiento vegetal y de la asociacin entre las plantas con los microorganismos benficos del suelo (Walker et al., 2003; Kamilova et al., 2006).

Durante la imbibicin de la semilla, entran solutos disueltos en la solucin del suelo y el agua es retenida principalmente por las protenas, celulosa y sustancias ppticas. El almidn aunque presente, no absorbe o retiene agua en las mismas proporciones (Romn-Palacios, 2000).

Cambios fsico-qumicos durante la germinacin del maz 93

AGRADECIMIENTOS

Trabajo financiado por el Instituto Politcnico Nacional (IPN) y el Patronato para la Investigacin, Fomento y Sanidad Vegetal A. C. Ma. Isabel Snchez-Prez y Carmen Yazmn Muoz-Meja fueron becarias PIFI-IPN y CONACYT. Jos Luis Hernndez-Mendoza y Netzahualcoyotl Mayek-Prez fueron becarios COFAA-IPN y EDI-IPN. As como el ltimo autor es becario del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).

LITERATURA CITADA

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