BIOLOGY AND SEED GERMINATION OF (FABACEAE) Phaseolus vulgaris SEEDS.
Nicolás Salcedo Porras
*Estudiante. Departamento de Biología. Facultad de Ciencias. Universidad Nacional de Colombia.

RESUMEN
Hoy más que nunca la producción de alimentos es uno de los principales campos de investigación
dado el acelerado crecimiento demográfico de la población mundial.

Por consiguiente la

tecnificación de los cultivos ha tomado gran importancia, aumentando el estudio de la fisiología
vegetal de plantas de interés económico, incluyendo la caracterización de semillas con
características optimas de producción (resistencia, germinación, vigor…). Consecuentemente se
buscan semillas que respondan de manera eficiente a diferentes factores ambientales, y que
permitan una alta eficiencia de producción. Bajo este panorama, el presente estudio realiza la
caracteriza diferentes aspectos de la germinación de semillas de Phaseolus vulgaris bola roja
tradicional como viabilidad, imbibición y germinación. Así como de los efectos de estímulos
ambientales sobre la germinación de estas semillas.

La prueba de viabilidad e imbibición

muestran semillas sanas con una viabilidad de 72,.0% con una dormancia del 9.0%, que es
contrastada por completo con el tratamiento de escarificación química con H2SO4 a 20% por 2
minutos, aumentando hasta un 23% la germinación. Otros tratamientos no tuvieron efecto a
excepción del tratamiento con temperatura que inhibió totalmente la geminación.
Palabras claves: Phaseolus vulgaris, semillas, germinación, viabilidad, escarificación.


ABSTRACT
Nowadays, food production is one of the most importantfields of investigation due to the fast
demographic growth of human population. Therefore, the technification of agricultural crops has
gain a lot of importance, increasing the number of physiology studies in plants with economic
interest, including the characterization of seeds with optimal characteristics of production
(resistance, germination, vigor…). In consequence, seeds that respond efficiently to diverse
environmental factors and allow a high production are sought. Under these circumstances, the
following study characterized different aspects of the germination of traditional Phaseolus vulgaris
seeds such as viability, imbibitions and germination. As well as the effects of different stimulus on
the germination of these seeds. The imbibitions and viability tests show healthy seeds with a
medium viability of 72.0% with 9.0% of dormancy. This dormancy is counteracts the dormancy and
increase the germination 23% in the chemical treatment with H2SO4 for 2 minutes. Other
treatments don’t have any effect on germination, but temperature ones which inhibit
germination.
Key words: Phaseolus vulgaris, seeds, germination, viability, scarification.

INTRODUCCIÓN
Las semillas son un componente vital de la dieta actual de la población mundial. Solo los cereales
componen el mitad de las calorías ingeridas globales per capita (Bewlet, 1997), y son una de las
industrias más productivas económicamente a nivel mundial. Por otro lado, el acelerado
crecimiento demográfico proyecta una población d 9.2 billones para el 2050, creando una
demanda de bines y servicios sin precedentes. Consecuentemente, la producción actual de
alimentos no podrá cumplir las demandas mundiales y alternativas deproducción sea


intensamente estudiadas (Bewlet, 1997). Campos como la ficología se están desarrollando
rápidamente como alternativas más económicas de producción y con una menor demanda de
espacio. Sin embargo, estas estrategias solo serán implementarles a gran escala en unas décadas
(Gomez, 2013). En consecuencia, para resolver las problemáticas inmediatas e desabastecimiento
el enfoque en el mejoramiento de los cultivos actuales es una de las únicas soluciones viables.
Las semillas son estructuras complejas de dispersión que constan fundamentalmente del embrión,
producto de la fertilización, del endospermo, un tejido rico en nutrientes del cual se valdrá el
embrión para su desarrollo temprano y de la testa, formado por tejidos del óvulo. Henao, et al.
1997). Entre las características más relevantes en el estudio de las semillas esta los diferentes
aspectos del proceso de germinación. Este se da en 3 etapas de las cuales dependerá la correcta
formación y desarrollo de las semillas a plantas adultas: imbibición, i.e., absorción de agua por la
semilla; activación del metabolismo celular y la movilización de nutrientes en reserva; y
alargamiento del embrión y ruptura de la testa con salida de la radícula. Este proceso está
influenciado por una gran diversidad de factores internos como la calidad y cantidad de las
reservas energéticas, la viabilidad del embrión y la capacidad metabólica; así como por factores
externos como la humedad temperatura, calidad del suelo e irradiación. (Melgarejo 2010). Ente
estos factores, los de más fácil e inmediata evaluación son la imbibición, este es el proceso de
absorción de agua por la semilla a través del tiempo y dependiendo de su duración eintensidad
afectara los posteriores procesos de la germinación (Lorreta et al, 2008). Por otro lado, la
viabilidad, es una característica propia de cada tipo de semilla y se puede evaluar fácilmente con la
determinación de la respiración celular con sales de tetrazolium (Donal, 1994). Sin embargo, hay
innumerables factores que individualmente o en conjunto afectan la germinación de las semillas
generando o interrumpiendo la dormancia primaria y la secundaria de las semillas (Taiz, 2010).


Dado que la correcta determinación de cuál de estas variable esta afectando en mayo medida e
desarrollo de la planta, muchos estudios se centran en buscar tratamiento que mejoren la
germinación y viabilidad de la semilla sin ahondar en los mecanismos subyacentes que los causan
(Melgarejo, 2010).
El objetivo de este trabajo se enfocó en evaluar la viabilidad, imbibición y los efectos de diferentes
variables mecánicas, químicas y de temperatura sobre la germinación de simillas certificadas de
Phaseolus vulgaris L.

MATERIALES Y MÉTODOS

Con el fin de caracterizar y evidenciar la influencia de determinados factores en la germinación de
las semillas, se realizaron varias pruebas con lotes de 50 a 200 semillas. Se emplearon semillas de
fríjol Phaseolus vulgaris bola rojas certificadas, teniendo todas la misma procedencia y edad. Las
pruebas realizadas se describen a continuación y se basaron en la Guía de Laboratorio de Fisiología
Vegetal. (L. Melgarejo, Laboratorio de fisiología y bioquímica vegetal. Departamento de biología.
Universidad Nacional de Colombia, 2010) y fueron realizadas en el laboratorio de fisiología vegetal
de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá.

1. Prueba deviabilidad
Para esta prueba se emplearon 50 semillas de Phaseolus vulgaris (previamente en imbibición por
24 horas). Se realizó un corte longitudinal a cada semilla para que así quedara expuesto el embrión
y se realizaron 4 grupos de a 25 hembriones. Las mitades de las semillas se ubicaron con el
embrión hacia abajo en una caja de Petri con 10mL de cloruro de trifenil tetrazolium al 1%,


cuidando que la superficie de corte y el embrión quedaran en contacto con la solución. Se
guardaron los montajes en la oscuridad por 2 horas para luego realizar el conteo de embriones
coloreados y determinar el porcentaje de viabilidad (Delouche et ál. 1971).

2. Curva de imbibición
Para realizar la curva de imbibición, se registró la biomasa fresca de 200 semillas en 4 lotes de a 50
semillas que se ubicaron en vasos con 0, 3, 5 y 7mL de agua destilada. Se registró la biomasa
fresca cada hora hasta que el peso dejó de presentar variaciones (Moreno et ál. 2006). Antes de
cada medición se secaron las semillas con papel absorbente con el fin de retirar el exceso de agua.

3. Prueba de vigor
Se sembraron cuatro lotes de 25 semillas cada uno y dos veces por semana se hizo el conteo del
número de plantas que habían emergido. Así se estableció la velocidad del proceso número de
semillas germinadas/día (Bauer et ál. 2003).

4. Porcentaje de germinación
En el fondo de los platos se ubicó una doble capa de papel secante (Baskin y Baskin 2001) y agua
destilada, posteriormente se ubicaron 100 semillas en 4 grupos de 25 de tal manera que no
quedaran totalmente cubiertas por el agua. Los montajes se cubrieron con vinilpel y se guardaron
en la oscuridad a temperatura ambiente. Se realizaron observaciones 2veces por semana durante
dos semanas para hacer el conteo de semillas germinadas y así determinar el porcentaje de
germinación.


5. Efecto de la escarificación mecánica sobre la germinación
Se tomaron 4 grupos de 25 semillas y se les realizó un raspado en un costado con cuchillas de
afeitar y luego se ubicaron en los platos que contenían una doble capa de papel absorbente y agua
destilada (Carreras et ál. 1983). Se revisaron por veces por semana durante dos semanas para ver
el porcentaje de germinación.

6. Efecto de la escarificación química sobre la germinación
Se utilizó ácido sulfúrico concentrado, agua destilada, platos de plástico y papel absorbente. Se
sumergieron 4 lotes de 25 semillas en H2S04 al 20% durante dos minutos, en H2S04 al 20%
durante un minuto, en H2S04 al 10% durante dos minutos, en H2S04 al 10% durante un minuto,
en H2S04 al 5% durante dos minutos y en H2S04 al 5% durante dos minutos. Luego cada lote se
lavó con abundante agua destilada para eliminar residuos del ácido y se dejaron en los platos
plásticos con la doble capa de papel absorbente y el agua destilada por dos semanas registrando
dos veces por semana el número de semillas germinadas (Rossini et ál. 2006).

7. Efecto de la temperatura sobre la germinación
Se ubicaron 3 lotes de 50 semillas en platos de plástico con doble capa de papel absorbente en el
fondo y agua destilada en la oscuridad. Cada lote permaneció por dos semanas a temperatura
constante. Un lote estuvo a 4°C, otro a temperatura ambiente (18°C apróx.) y el último a 27°C. Se
registró el número de semillas germinadas dos veces por semana (Godoi y Takaki 2004).


8. Efecto de tratamientos con agua caliente sobre la germinación
Sesometió un lote de 50 semillas a un tratamiento con agua hirviendo durante 5 segundos. Otro
lote se sumergió agua caliente durante 50 segundos (Sanabria et ál. 2001). Con los datos
obtenidos determinar el porcentaje de germinación.

RESULTADOS
1. Prueba de viabilidad
El colorante de viabilidad utilizado mostró cuales embriones presentaban metabolismo activo
mediant una coloración roja. Se encontró que la viabilidad media fue del 72.0% con una desviación
estándar de 3.26. Si bien esto muestra que hay cierta dispersión en los datos, no es considerable
dado el tamaño de la muestra. Tabla 1.

SEMILLAS

% de

Replica
Viables

No viables

Total

viabilidad

1

18

7

25

72.0

2

19

6

25

76.0

3

18

7

25

72.0

4

17

8

25

68.0

Total

72

28

100

72.0

Tabla 1. Prueba de viabilidad. Tinción realizada con el trifenil tetrazodiumal 1%, mostrando el resultado de cuatro
replicas realizadas de 25 embriones cada una. La desviación estándar fue de 3.26.


2. Curva de imbibición
En la grafica 1 se muestran las curvas de imbibición de los 3 tratamientos y el respectivo control.
Las semillas de cada lote se trataron en conjunto aplicándose el agua a las 50 semillas, sin
embargo el resultado se muestra como la masa ganada en promedio para cada una semilla
individual dividiendo el peso total en 50.
En los resultados se aprecia un aumento sostenido de la biomasa hasta las 6 u 7 horas en todos los
tratamientos, y partir de este punto se estabiliza la biomasa de las semillas. Como es de esperar,
las semillas con 7mL de agua tuvieron una mayor inhibición seguidas de las de 5mL y de las de
3mL. El control tuvo una variacióndespreciable que confirma que cambios ambientales no fueron
significativos en el efecto de la imbibición.

Grafica 1. Curva de imbibición. Resultados de los tratamientos con 1mL, 3mL, 5mL y 7mL de agua a lotes de 50 semillas
de Phaseolus

vulgaris. La masa reportada en gramos, es el promedio por semilla dividiendo el peso total registrado

de cada lote por su número de semillas. La tabla en la parte inferior es la variación del peso a través del tiempo.


3. Prueba de vigor
En la prueba de vigor se encontró una germinación promedio de 63.00% 14 días, posterior a esta
fecha no se registro la germinación de ninguna otra semilla. Esto nos da un promedio de 4,82%
semillas germinadas por día. Tabla 12 y Figura 2. La línea de tendencia muestra un ajuse de
0.9833 montrando una germinación constante de las semillas.

Replicas

Porcentaje

Días

Promedio

σ

1

2

3

4

de germinación

0

0

0

0

0

0,00

0,00

0,00

2

1

2

1

0

1,00

0,82

4,00

4

3

4

4

4

3,75

0,50

15,00

6

5

8

5

6

6,00

1,41

24,00

8

10

10

11

10

10,25

0,50

41,00

10

14

11

12

12

12,25

1,26

49,00

12

16

13

12

13

13,50

1,73

54,00

14

18

14

16

15

15,75

1,71

63,00

TOTAL

67

62

61

60

Tabla 2 y Grafica 2. Prueba de Vigor. La tabla muestra los resultados de número de semillas germinadas por día por un
periodo de dos semanas. Se muestra el porcentaje de germinación acumulada así como la desviación estándar para las 4
replicas. La grafica muestra el porcentaje de germinación acumulado con una línea de tendencia cuyo ajuste es de0.9833.

4. Comparación del porcentaje de germinación bajo efecto de escarificación química, física y
tratamiento de temperatura.
Para realizar un análisis más global se decidió analizar el efecto sobe la germinación de los
diferentes tratamientos. De todos los tratamientos realizados, solo la escarificación química con


H2SO4 tuvo un efecto significativo al incrementar la germinación de cerca de un 25% (Grafica 3 y
Tabla 3). Los tratamientos a 4sC y 27sC inhibieron totalmente la germinación (información no
mostrada).
Replica

H2SO4 20%

H2SO4 20%

H2SO4 10%

H2SO4 10%

H2SO4 5%

H2SO4 5%

2'

Control

1'

2'

1'

2'

1'

Mecánica

1

64,00

60,00

88,00

92,00

76,00

72,00

56,00

60,00

2

68,00

68,00

84,00

80,00

68,00

64,00

64,00

72,00

3

64,00

64,00

76,00

76,00

60,00

76,00

68,00

64,00

4

64,00

64,00

88,00

76,00

76,00

64,00

68,00

60,00

p

0,6201

0,00072

0,00646

0,25337

0,25281

0,75022

0,75022

Tabla 3. Efecto de diferentes tratamientos sobre la germinación. La tala muestra el porcentaje de germinación
obtenida luego de 2 semanas bajo diferentes tratamientos, mecánicos, químicos de temperatura. Se utilizaron 25
semillas por tratamiento y en cada tratamiento se realizaron 4 replicas. Se realizo una prueba t comparando los
tratamientos con el control. El valor de p se muestra en la base de la tabla.

Grafica 3. Diagramas de caja del efecto de diferentes tratamientos sobre la germinación. Se muestran los diagramas de
caja de los tratamientos, químico y físicos sobre la germinación. A Control, B scarification mecánica, C H2SO4 20% 2', D
H2SO4 20% 1', E H2SO4 10% 2', F

H2SO4 10% 1', G H2SO4 5% 2' y H H2SO4 5% 1'. **Prueba t con una diferencia

significativa mayor a 99.0% y ***mayor a 99.9%.

DISCUSIÓN

El frijol es la leguminosa mas cultivada a nivel mundial con el 57% de la oferta mundial de
leguminosas. Su cultivo se da desde zonas tropical hasta templadas. La variedad de
frigos boja roja es la más consumad a nivel nacional presentando una producción por
120.000 pequeños productores. Su principal consumo se da en el departamento de
Antioquia (Cera, 2011). Los resultados obtenidos de con la pruebascon trifenil tetrazodiumal
1%muestran

una viabilidad media en comparación con otras variedades de frijol (Ratajczak

y Hołubowicz, 2008).

Así mismo, se sabe que los frijoles pueden ser almacenados en

condiciones poco exigentes en los que las semillas no pierden cantidades considerables
de agua y mantiene su viabilidad (Cortelazzo et al 2005). No obstante hay muchos
factores intrínsecos que afectan la viabilidad de la semilla y serán propios de cada
variedad.
Al comparar el valor de viabilidad de 72.0% con el valor de germinación y de la prueba de
vigor de 63% y 64% respectivamente, se puede ver que las condiciones de germinación
no son las óptimas y que posiblemente se mantiene una dormancia de cerca del 9%.
Al aplicar diferentes estímulos para disminuir esta demencia con los tratamientos físicos,
mecánicos y de temperatura se encontró que la dormancia se mantiene constante en los
tratamientos químicos de menor concentración. Sin embargo, se encuentra que hay un
aumento del 12% y 23 % a utilizar un tratamiento químico de acido sulfúrico al 20% por 1
y dos minutos respectivamente. Si bien lasleguminosas responde de forma diferencial a
los diferentes tratamientos de escarificación, e sabe que la escarificación química utilizada


de forma adecuada puede romper la elevada latencia con mayor eficiencia que otros
tratamientos, como por ejemplo por ejemplo en semillas de Centrosema rotundifolium
(Sanabria et al, 2001). En el caso de Phaseolus vulgaris, se ha reparado que tratamientos
de 30 minutos con acido sulfúrico dan mejores resultados, lo cual seria concordante con
los resultados de este estudio. Sin embargo, como en el los tratamientos realizados se
utilizo acido sulfúrico poco concentrado, no se puede asegurar cual es el nivel optimo de
este tratamiento. Muy posiblemente concentraciones mayores de Acido sulfúrico durante
periodos

mas

prolongados

mejoren

la

germinación.

Contrariamente, la escarificación mecánica, no mostro ninguna mejora en la germinación,
lo cual es contradictorio a la literatura consultada pues es un tratamiento que se ha
utilizado tradicionalmente por su sencillez (Lepiz et al, 2005). Sin embargo, parte de esta
sencillez ayuda a que la homogeneidad del tratamiento sea muy subjetiva y por lo tanto
tratamientos químicos sean mucho mejores para su aplicación masiva. No obsaente este
tratamiento químico debe ser estandarizado para no general una gran dispersión en lo
tiempos y niveles de germinación como sucedió en los tratamiento con acido sulfúrico a
20%, 10% y 5% de este estudio que tuvieron rangos de germinación más amplios que el
control.
Por otro loado, los tratamientos de temperatura inhibieron por completo la germinación. A
bajas temperaturas muy posiblemente el metabolismo se enlentece tanto que la
germinación se retrasa y sevuelve casi nula. A altas temperaturas, se genera desecación
y estrés metabólico en las enzimas y componentes celulares de la semilla, evitando que
se dé la germinación (Rodino y Santalla 2006). Por otro lado, se sabe que los frijoles
puedan experimentar cortos lapsos estrés por temperatura relacionado a heladas
naturales y que cuando la temperatura se restablezca a un nivel optimo las semillas
germinan sin perder su vialidad (Navarro y Gnzalez, 2007). Por otro lado, se sabe que os


tejidos secos de la semilla son mas vulnérales a morir al ser expuestos a temperaturas
bajas por un tiempo prolongado, al igual que a temperaturas altas, pues la absorción de
agua se da de forma acelerada e irregular, generando que las superficies abaxiales
mueran y se pierda la capacidad de hidratación de otras aéreas mas internas de la semilla
en un efecto conocido como daño por imbibición (Mendez et al, 2008). En este miso
sentido, se puede apreciar que los resultados de la prueba de imbibición muestran una
estabilización a las 6 horas, coincidiendo con el estado de semillas resecas con buena
viabilidad y germinación d otros estudios (Cartelazzo, 2005).

BIBLIOGRAFÍA
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RATAJCZAK K, HOÅ