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1 UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES IZTACALA EFECTO DE DOS TRATAMIENTOS PREGERMINATIVOS EN EL CRECIMIENTO DE Senna septemtrionalis BAJO DIIFERENTES CONDICIONES DE ESTRÉS HÍDRICO T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: BIÓLOGA P R E S E N T A : BRENDA CORONADO PÉREZ DIRECTOR DE TESIS: M. en C. JORGE ARTURO MARTÍNEZ VILLEGAS LOS REYES IZTACALA, EDO. DE MÉXICO 2018. UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 2 Este estudio fue posible gracias al apoyo del proyecto CONACyT: 221015, al programa PAPIIT: IN205715 y Conservación de áreas verdes en la UNAM: 438. 3 Agradecimientos A mi mamá, gracias por todo el cariño, apoyo y comprensión Te amo A Miguel Ángel, por compartir tantos momentos increíbles A todos mis amigos A la vida “¡Qué cosa más extraña es el conocimiento! Cuando se ha adquirido, se aferra a la mente como el liquen a la roca.” Frankenstein-Mary W. Shelley 4 A la Universidad Nacional Autónoma de México y a la Facultad de Estudios Superiores Iztacala mi alma mater. Al laboratorio de Ecología Fisiológica en el Instituto de Ecología, por permitirme utilizar las instalaciones y llevar a cabo mi trabajo experimental. A mi asesor de tesis M. en C. Jorge Arturo Martínez Villegas, por aceptar dirigir este proyecto de investigación, ayudarme en todo momento y por sus enseñanzas. A mis sinodales, el Dr. Manuel Mandujano Piña, el Dr. César Alejandro Ordóñez Salanueva, a la M. en C. Antonia Trujillo Hernández y a la M. en C. Leonor Abundiz Bonilla por guiarme y contribuir a la conclusión de este trabajo. A la Dra. Alma Orozco Segovia, a la M. en C. María Esther Sánchez Coronado, a Luis, Humberto, Norberto, Ivonne, Ángel y Rodrigo por permitirme formar parte del equipo de trabajo, por su completa disposición al brindarme apoyo y por los buenos momentos. A mis amigos, Laura, Delil, Ilse, Alejandro, Antonio Gómez, Yabin, Ik, Fernanda y Karen por compartir tantas experiencias durante toda la carrera. 5 ÍNDICE Resumen ........................................................................................................................................... 6 Introducción ..................................................................................................................................... 7 Antecedentes ................................................................................................................................... 9 Objetivos......................................................................................................................................... 16 Hipótesis ......................................................................................................................................... 16 Métodos .......................................................................................................................................... 16 Área de estudio ......................................................................................................................... 17 Especie de estudio ................................................................................................................... 18 Recolecta de semillas y pruebas de viabilidad ................................................................ 19 Tratamientos pregerminativos .............................................................................................. 19 Respuesta germinativa ........................................................................................................... 20 Tratamientos de estés hídrico .............................................................................................. 20 Análisis estadísticos ............................................................................................................... 22 Resultados ..................................................................................................................................... 24 Pruebas con rayos X ............................................................................................................... 24 Respuesta germinativa ........................................................................................................... 27 Porcentaje de deshidratación del sustrato ....................................................................... 29 Crecimiento y supervivencia bajo condiciones de estrés hídrico .............................. 30 Altura ........................................................................................................................................... 30 Cobertura .................................................................................................................................... 32 Diámetro basal del tallo .......................................................................................................... 34 Número de hojas ...................................................................................................................... 36 Discusión ........................................................................................................................................ 40 Respuesta germinativa ........................................................................................................... 40 Crecimiento bajo condiciones de estrés hídrico ............................................................. 44 Conclusiones ................................................................................................................................. 48 Referencias bibliográficas ......................................................................................................... 49 6 Resumen Los estudios de germinación en especies nativas son un paso previo para las acciones encaminadas a la recuperación de la cubierta vegetal. Algunas especies como las leguminosas requieren tratamientos pregerminativos para romper su latencia física y poder germinar. Cuando las semillas son acondicionadas con algún tratamiento robustecedor, presentan múltiples ventajas en su germinación y establecimiento inicial aún bajo condiciones de estrés. El objetivo del presente estudio, fue evaluar el efecto de la escarificación y el priming mátrico sobre la respuesta germinativa de Senna septemtrionalis, una especie nativa del Pedregal de San Ángel. La combinación de los factores resultó en tres tratamientos pregerminativos: semillas escarificadas, semillas no escarificadas con priming mátrico y semillas escarificadas con priming mátrico bajo un diseño de tratamientos completamente aleatorio. Las semillas escarificadas fueron las que germinaron en mayor porcentaje (>80%, P<0.05) y a mayor velocidad (P<0.05) en comparación con las no escarificadas, independientemente del priming mátrico, mientras que en eltiempo promedio de germinación hubo un efecto significativo en la interacción de la escarificación y el priming mátrico. También se estudió el crecimiento inicial bajo tres niveles de estrés hídrico (33, 66 y 100% a capacidad de campo (CC), seguido de una sequía corta (7 días) y riego a 100% de CC, simulando los patrones de lluvias presentes en la Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel. Se utilizaron las plántulas provenientes de las semillas previamente acondicionadas, y se evaluó el crecimiento final y la tasa relativa de crecimiento en altura, cobertura, diámetro basal y número de hojas. Se encontró una relación significativa entre estas variables y el nivel de estrés al que fueron sometidas las plántulas. Lo que resulto en una respuesta germinativa favorable de la escarificación con agua caliente a 80° y un menor crecimiento en el nivel de estrés hídrico más alto (33% a CC). A partir de esto, se puede proponer a Senna septemtrionalis como una planta útil para labores de restauración ecológica, gracias a las respuestas germinativa y de crecimiento reportado en este trabajo. 7 Introducción Desde la época prehispánica, la cuenca de México ha desempeñado una función muy importante como centro cultural, político y económico. Gracias a sus características geológicas y climáticas los pueblos que habitaban en la cuenca desarrollaron un sistema de agricultura intensiva muy eficiente (sistema chinampero), permitiendo el abastecimiento de recursos sin alterar el medio ambiente de la cuenca. Con la Conquista española se buscó que la ciudad tuviera un diseño europeo, por lo que un sistema lacustre era incompatible. La introducción de ganado y animales de carga transformó los métodos de agricultura y sistemas de transporte; los canales fueron rellenados para construir edificios y calles; los lagos se drenaron y secaron con el fin de evitar inundaciones; los bosques fueron talados para abrir campos de pastoreo y proveer de madera a la ciudad, todas estas adaptaciones fueron necesarias para la vida colonial. De esta manera, la cuenca de México siguió modificándose por años, siempre con una tendencia a la centralización (Ezcurra, 1990). El medio urbano sigue creciendo, y en el área metropolitana cada vez son menos los espacios destinados a parques, jardines, áreas protegidas o reservas ecológicas y las pocas áreas verdes existentes están en un proceso de degradación (Meza y Moncada, 2010). En la Ciudad de México, la Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel (REPSA), representa uno de los últimos relictos naturales de esta gran urbe. La REPSA se creó oficialmente en 1983, y hasta la fecha cuenta con 237 ha (171 ha de zona núcleo y 66 ha de zona de amortiguamiento). La REPSA brinda una gran cantidad de servicios ambientales como: control térmico de la zona, captación de agua al subsuelo y amortiguamiento de contaminantes y ruido (Rojo, 1994; Lot, 2008). La heterogeneidad topográfica en la REPSA ha generado una gran cantidad de micro y macro ambientes, con diferentes condiciones de temperatura, humedad y altitud. Debido a esta variedad de ambientes, se ha podido establecer una composición vegetal muy diversa (Álvarez et al., 1982). Dicha composición vegetal representa un recurso biológico que puede garantizar la subsistencia de la cuenca, sin embargo, se encuentran bajo una presión constante de desaparición debido al crecimiento de la mancha urbana (Meza y Moncada 8 2010; Sánchez 2005; INEGI, 2015), así como por la introducción de especies invasoras (Lot et al., 2012; Cutting y Hough-Goldstein, 2013). Para evitar la pérdida progresiva de la REPSA se han implementado medidas de restauración ecológica que buscan generar un microclima y un ciclo hidrológico similar al original. Una de las medidas más importantes es la recuperación del sustrato, compuesto de roca basáltica, esto como un paso previo para favorecer el establecimiento de la vegetación nativa y erradicar las especies exóticas (Vázquez-Yanes y Batis, 1996; Estañol- Tecuatl y Cano-Santana, 2017). Las leguminosas pueden resultar útiles para este propósito, particularmente el género Senna, ya que ayudan a controlar la erosión del suelo, propician la infiltración del agua al subsuelo y generan una gran cantidad de materia orgánica con su hojarasca (Terrones et al., 2004). Sin embargo, la latencia física que presentan las semillas de leguminosas es, uno de los principales obstáculos para la producción de plantas que pueden ser útiles en las labores de restauración ecológica (Baskin y Baskin, 2014). Existen tratamientos pregerminativos que ayudan a romper distintos tipos de latencia, los cuales a menudo son desconocidos para las especies nativas (Baskin et al., 1998). Entre estos tratamientos se encuentran la escarificación, la estratificación, la adición de hormonas (como el ácido giberélico), el acondicionamiento (o priming), entre otros (Martínez-Pérez et al., 2006; Matilla, 2008). Este último se ha documentado que favorece el crecimiento y la supervivencia en plántulas ante condiciones ambientales adversas como altas temperaturas, estrés hídrico, alta salinidad del suelo (González-Zertuche et al., 2000). Por esta razón, se requiere un estudio previo de la germinación y el crecimiento de las plántulas de especies nativas, en especial de leguminosas como el caso de Senna septemtrionalis (Camarena, 2008). Esto con la finalidad de proponer un método fácil de propagación con una especie útil para labores de restauración ecológica, en particular en la REPSA donde los suelos son someros. 9 Antecedentes Germinación La semilla es el medio que permite la dispersión, propagación y conservación de las plantas espermatofitas. Esto se lleva a cabo mediante la producción de un nuevo individuo a través de la germinación (Matilla, 2008). La germinación es un proceso que se puede definir como el conjunto de actividades, que inician con la toma de agua por parte de la semilla (imbibición) y terminan cuando una parte de ésta se extiende y rompe las estructuras que la rodean (Bewley y Black, 1994; Matilla, 2008; Bachetta et al., 2008). En general, la germinación de semillas es un proceso trifásico en el tiempo en lo que se refiere a la toma de agua (Figura 1) y se compone de la siguiente manera: a) primera fase, absorción de agua rápida inicial; la semilla toma agua y hay poca actividad metabólica; b) segunda fase o fase estacionaria, poca absorción de agua e importantes actividades metabólicas (p. ej. activación de enzimas, aumento en la respiración celular, movilización de sustancias de reserva) y c) tercera fase, aumento en el contenido de agua seguido del crecimiento y elongación de la radícula (Bradford, 1995; Bewley, 1997; Vázquez-Yanes et al.,1997). Figura 1. Etapas de la germinación de una semilla, se puede observar como inicia con la imbibición de la semilla hasta la emergencia de la radícula (Tomado de Vázquez-Yanes et al., 1997, modificado de Bewley, 1997). 10 Algunas veces aunque la semilla es viable y se encuentra en las condiciones ambientales adecuadas para germinar (humedad, temperatura, luz y concentración de oxígeno), este proceso no se lleva a cabo. A este estado se le conoce como latencia (Vázquez-Yanes et al., 1997; Doria, 2010). En general, una semilla con latencia puede presentar alguna de las siguientes características: 1) la presencia de un embrión inmaduro, 2) la presencia de una cubierta dura e impermeable que impida la absorción de agua u oxígeno (como en el caso de muchas leguminosas) (Baskin y Baskin, 2014), y 3) la presencia de sustancias que actúan como inhibidoras de la germinación (Bewley, 1997). De acuerdo con Baskin y Baskin (2014), la latencia se puede clasificar en dos tipos (endógena y exógena) y en cinco clases (morfológica, fisiológica, morfofisiológica, física y combinada).En la latencia endógena el embrión presenta ciertas características que impiden la germinación; por otra parte, en la latencia exógena existen ciertos químicos o características de la estructura de la semilla que protegen al embrión y previenen la germinación (Figura 2). Las principales características para cada clase de latencia reconocidas por Baskin y Baskin (2014) son: 1) Morfológica. En el caso de semillas con latencia morfológica, éstas se caracterizan porque el embrión permanece subdesarrollado en la madurez; la semilla se dispersa, el embrión completa su desarrollo después de la dispersión y se busca las condiciones ambientales más adecuadas para la germinación. Se pueden utilizar tratamientos de luz-obscuridad y alternancia de temperaturas para romper la latencia. 2) Fisiológica. La mayoría de las semillas presentan esta clase de latencia. Se distingue porque, a pesar de que las semillas son permeables al agua, existe un mecanismo inhibidor en el embrión o en los tejidos del endospermo (Penfield, 2017) que evitan que emerja la radícula. Se pueden identificar tres tipos de esta latencia, no profunda, intermedia y profunda. Los tratamientos que pueden ayudar a romper esta latencia es la estratificación fría o tratamiento con giberelinas (Matilla, 2008). 3) Morfofisiológica. Este tipo de latencia se presenta cuando existe un problema en el desarrollo del embrión; al mismo tiempo que la semilla presenta latencia fisiológica. Para que la semilla puede germinar necesita dos cosas, primero que el embrión crezca dentro de la semilla y alcance un tamaño considerable y segundo, que se rompa con la latencia fisiológica. Este tipo de latencia se puede romper, con 11 tratamientos de estratificación caliente o fría o una alternancia entre ellas, también las giberelinas pueden funcionar. 4) Física. En general, las semillas con latencia física presentan una cubierta dura e impermeable que protege al embrión que generalmente no es latente, por lo tanto no se puede iniciar la primera fase de la germinación. Los tratamientos que ayudan a romper o ablandar la cubierta seminal son: escarificación mecánica, química o con agua caliente. 5) Combinada. Cuando una semilla presenta dos tipos de latencia, física y fisiológica, se dice que tiene latencia combinada. Se puede observar en semillas con cubiertas duras en conjunto de una latencia fisiológica del embrión. Para romper esta latencia se pueden utilizar tratamientos de estratificación fría y una fluctuación de temperatura durante el periodo de germinación. Figura 2. Esquema de los tipos de latencia basada en la clasificación de Baskin y Baskin (2014). 12 Tratamientos pregerminativos De acuerdo al tipo de latencia que presentan las semillas, se han desarrollado diferentes tratamientos que permiten eliminar las barreras de la estructura de la semilla o los mecanismos inhibitorios del embrión. Son específicos de acuerdo a las necesidades que presenta cada semilla y tienen como objetivo facilitar la germinación. Se mencionarán algunos tratamientos que pueden romper la latencia física. Priming El priming (endurecimiento o acondicionamiento) es una técnica pregerminativa que implica la absorción de agua por parte de la semilla, seguida de una deshidratación antes de la emergencia de la radícula, lo que permite que ocurran los primeros eventos metabólicos de la germinación. Los beneficios de esta técnica se ven reflejados en la germinación, la cual es rápida, uniforme y a una tasa alta (González-Zertuche et al., 2000; Matthews, 1988). También se ha reportado que las plántulas obtenidas de semillas previamente acondicionadas son más resistentes a condiciones adversas, lo que favorece que su crecimiento ocurra en un intervalo amplio de condiciones ambientales, incluso bajo condiciones de estrés térmico, hídrico o lumínico (Sánchez et al., 2001, 2003) Algunos de los acondicionamientos más comunes son: acondicionamiento osmótico (remojo de semillas en soluciones osmóticas como el polietilenglicol), acondicionamiento mátrico (hidratación de las semillas en una matriz sólida), acondicionamiento hídrico (remojo de semillas en agua), acondicionamiento térmico (tratamiento de semillas con temperaturas altas o bajas) y acondicionamiento natural (enterramiento de semillas en el sitio de recolecta) (González-Zertuche et al., 2000; Ashraf y Foolad, 2005). Escarificación La escarificación es el método que permite ablandar o debilitar la cubierta impermeable de las semillas para permitir la absorción de agua y oxígeno. En particular, las ventajas de la escarificación, se pueden observar principalmente en la germinación de semillas con testas duras, como en el caso de la familia Fabaceae. Asimismo se ha demostrado que la escarificación facilita el establecimiento de las plántulas y a qué estás tengan un mayor desarrollo vegetativo (Pérez, 2003; Montejo et al., 2005; Varela y Arana, 2011; Baskin y Baskin, 2014). 13 Los tipos de escarificación se pueden clasificar en: a) escarificación mecánica, la cual consiste en rayar, romper o alterar mecánicamente la testa o generar un pequeño orificio y de esta manera permitir la entrada de agua; a menudo este tipo de escarificación resulta el más eficaz para hacer permeable la cubierta b) escarificación en agua caliente o hirviendo, la cual consta de remojar las semillas en temperaturas entre 77 y 100°C y después dejar enfriar gradualmente en un periodo de 12 a 24 horas, esta escarificación ayuda a remover las sustancias inhibidoras y reduce el tiempo de germinación; y c) escarificación química, consiste en remojar las semillas en ácido sulfúrico u otro ácido (Hartmann et al., 1990; Martínez y García, 1999; Mérola y Díaz, 2012, Baskin y Baskin, 2014). Crecimiento vegetal El crecimiento se entiende como el aumento irreversible a través del tiempo en volumen, tamaño, número de estructuras o biomasa, lo cual implica el incremento en la masa celular del organismo (Hunt, 2017). Este crecimiento se lleva a cabo por un complejo sistema de división y diferenciación celular, el cual sigue un patrón determinado por la interacción del genotipo y el medio ambiente que rodea a la planta (Curtis et al., 2008). La deficiencia de factores ambientales como la luz, la temperatura, la gravedad, los nutrientes y el agua son determinantes en la velocidad de crecimiento en la planta, principalmente después de la germinación, aunque en condiciones ideales se pueden identificar tres fases de crecimiento (fase inicial, fase lineal o rectilínea y fase de envejecimiento o senescencia) con diferentes velocidades de acuerdo a la etapa de desarrollo del organismo (Lallana y Lallana, 2004). A través del análisis del crecimiento en una planta se puede identificar la distribución de recursos y energía, lo que permite distinguir adecuaciones morfofuncionales a condiciones ambientales específicas. Para medir dicho crecimiento se considera el aumento en volumen, área, masa o peso a lo largo del tiempo (Bidwell, 1993). Existen diferentes tipos de análisis que ayudan a medir dicho crecimiento, entre ellos destaca el análisis clásico o tradicional, que se caracteriza por ser un índice de acumulación de biomasa en peso seco, es un método que utiliza un gran número de muestras y la toma 14 de datos se hace a intervalos espaciados en el tiempo, generalmente se considera una técnica destructiva y se recomienda utilizar en las primeras etapas de la planta cuando el crecimiento es exponencial. El análisis funcional, en cambio, se adapta mejor a plantas con desarrollo avanzado, las medidas son más frecuentes con una menor cantidad de plantas, utiliza el método de regresión lineal para comparar estadísticamente (Hunt, 2017; Di Bennetto y Tognette, 2016). Otro análisis de crecimiento es el modular o demográfico, el cual permite analizarla estructura y el crecimiento de los módulos en plantas, considerando dichos módulos como parte de una población, con características demográficas propias (Bazzaz y Harper, 1977; Porter, 1996). Estrés hídrico Algunos factores como la deficiencia de minerales, poca luz, estrés hídrico, defoliación y temperatura alta llegan a intervenir en el crecimiento de la plántula, retardándolo y afectando principalmente su desarrollo. De estos factores, el agua es el principal limitante del crecimiento en las plantas. Los cambios generados por el estrés hídrico se pueden observar en la limitación de la expansión foliar afectando procesos como la fotosíntesis. Otro proceso que se ve modificado es el crecimiento radicular, la poca disponibilidad de agua afecta la relación en el crecimiento de la parte aérea y la raíz; esta última sigue con su desarrollo mientras que la parte aérea deja de crecer por causa del estrés. Otro proceso de resistencia al estrés hídrico a nivel fisiológico es el cierre de estomas, ya que éstos son los responsables de la mayor proporción de pérdida de agua en las plantas (Taiz y Zeiger, 2002; Potters et al., 2007;). Las plantas que toleran el estrés hídrico han desarrollado ciertos mecanismos de adaptación tanto morfológicos como anatómicos que les ha permitido contrarrestar la pérdida de agua en suelos áridos. Estos mecanismos están relacionados con una reducción del área foliar, presencia de barreras cuticulares, pubescencia, ajuste osmótico, cambios en la elasticidad de la pared celular y un control efectivo de la apertura estomática (Orozco- Segovia et al., 2009). 15 Restauración ecológica La restauración ecológica busca revertir la degradación de los ecosistemas, producto de un mal manejo de los recursos naturales aunado a la expansión de la mancha urbana y al cambio de uso de suelo. La restauración implica detener el deterioro y asistir para que la comunidad pueda llevar a cabo los procesos sucesionales. Para que un programa sea exitoso se necesita conocimiento previo del ecosistema que se busca restaurar, el grado de alteración de la hidrología, geomorfología y suelos; la composición y estructura de la cubierta vegetal y el funcionamiento del ecosistema (Vargas, 2011). Con esto se espera que las especies que se vayan a utilizar tengan la potencialidad de crecer en zonas profundamente alteradas, con el fin de que se recupere la estructura vegetal y las interacciones semejantes al ecosistema original (Vázquez-Yanes y Batis, 1996). 16 Objetivos Objetivo general Evaluar el efecto de dos tratamientos pregerminativos (priming mátrico y escarificación) sobre la germinación y el crecimiento de plántulas de Senna septemtrionalis bajo diferentes condiciones de estrés hídrico para proponer un método fácil de propagación de plantas para labores de restauración ecológica. Objetivos particulares Determinar la respuesta germinativa de semillas de S. septemtrionalis (porcentaje final de germinación, tasa máxima de germinación y tiempo promedio de germinación) bajo dos tratamientos pregerminativos (escarificación y priming mátrico). Identificar el efecto del priming mátrico y la escarificación sobre el crecimiento final, la tasa relativa de crecimiento y la supervivencia de S. septemtrionalis, en respuesta a tres niveles diferentes de estrés hídrico y a un periodo de sequía corta. Analizar el efecto del estrés hídrico en las siguientes variables de crecimiento: altura, cobertura, diámetro basal y número de hojas. Hipótesis Dado el efecto benéfico del priming y la escarificación sobre la germinación, crecimiento y supervivencia de las plántulas, se espera que la germinación ocurra en mayor porcentaje y a mayor velocidad en semillas que recibieron dichos tratamientos, así como un mayor crecimiento y supervivencia de las plántulas bajo condiciones de estrés hídrico. 17 Métodos Área de estudio La Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel (REPSA) se localiza al sur de la ciudad de México (Figura 3), cuenta con una superficie de 237.3 hectáreas y se ubica entre las coordenadas 19°18 21”-19° 20 11” N y 99° 10 15”-99°12 4” O, en un intervalo altitudinal de 2,292 a 2,365 m s.n.m. El clima es templado subhúmedo, con una precipitación promedio anual de 833 mm y una temperatura media anual de 15.6°C; la temperatura máxima que se ha registrado es de 26°C en la estación lluviosa y 29.5°C en la estación seca (Barradas et al., 1999; Castillo-Argüero et al., 2007). La época de lluvias de la REPSA está marcada estacionalmente, ya que se registra un periodo de sequía que va de noviembre a mayo y un periodo de lluvias que va de junio a octubre; las lluvias esporádicas se presentan al final del periodo seco del año, caracterizando el inicio de la temporada de lluvias (César-García, 2002; Vivar-Evans et al., 2006). El tipo de vegetación que caracteriza a la REPSA es el matorral xerófilo, el cual fue denominado por Rzedowski (1954) como Senecionetum praecoxis en referencia a la especie dominante Senecio (~Pittocaulon) praecox. La diversidad de la REPSA es de 337 especies de plantas vasculares pertenecientes a 74 familias y 193 géneros (Castillo-Argüero et al., 2007), y dominan las formas de crecimiento arbustiva y herbácea. Figura 3. Mapa de la Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel. La letra a representa la zona núcleo de la Reserva Ecológica. (Tomado de Castillo-Argüero et al., 2004). 18 Especie de estudio Senna septemtrionalis (Viviani) Irwin & Barney (Caesalpinaceae) ~ Cassia laevigata es una especie nativa de México y Centroamérica (Camarena, 2008; Falfan y Fors, 2016). Su forma de vida es fanerofita, llega a crecer hasta 3 m de altura, sus hojas presentan de 3 a 4 pares de foliolos y su forma es ovalo-lanceolada; sus flores son amarillas y presenta un fruto legumbre con semillas numerosas de color café lustroso (Rzedowski y Rzedowski, 2005; Castillo-Argüero et al., 2007; Figura 4). Benavides et al. (2011) proponen a esta especie como una planta útil para la reforestación del bosque de Chapultepec debido a las características que presenta, tales como la capacidad de tolerar sequías, crecer en suelos pobres y poco profundos, formar suelo y controlar la erosión, a parte de los diferentes usos ornamentales que se le pueden dar (Terrones et al., 2004). También se le ha atribuido a esta especie diferentes propiedades medicinales, debido a que el jugo que se obtiene de triturar las hojas se utiliza para curar diferentes malestares como el dolor de estómago en humanos y diarrea en animales; además la cocción de las raíces se puede utilizar como tratamiento para la malaria (Ngarivhume et al., 2015; Irakiza et al., 2016). En algunos países las semillas son utilizadas como sustituto del café (Hanelt et al., 2001). Llega a tener diferentes nombres comunes de acuerdo a la región en la que se localice, algunos ejemplos son: retama del país, cafecillo, candelilla o hierba del zopilote (Camacho, 2003; Castillo-Argüero et al., 2007). Figura 4. Individuo de S. septemtrionalis en invernadero, tomada por autor, marzo 2017. 19 Recolecta de semillas y pruebas de viabilidad Se recolectaron semillas de S. septemtrionalis de al menos 5 individuos presentes en la zona núcleo de la Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel (REPSA) en enero del 2014. Las semillas se separaron de los restos de sus frutos y se almacenaron en frascos de vidrio a temperatura ambiente hasta el momento que se iniciaron los experimentos de germinación (febrero del 2016). Antes de iniciar los experimentos, se separaron las semillas viables de las inviables a través de una prueba de flotación. Para esto, las semillas se colocaron en un recipiente con agua y se consideraron como viables aquellas semillas que se hundieron. Se tomaron fotografías en rayos Xpara visualizar la presencia de embriones sanos en las semillas que flotaron y en las que no. Tratamientos pregerminativos Escarificación Las semillas de la especie presentan una cubierta impermeable al agua (Teketay, 1996), por lo que se evaluó el efecto de la escarificación sobre la respuesta germinativa. Para ello, se colocaron 300 semillas en 400 ml de agua a 80°C y se retiraron una vez que el agua regresó a su temperatura ambiente (semillas escarificadas); otras 300 semillas no recibieron este tratamiento (semillas sin escarificar). Piming mátrico Por otra parte, se evaluó el efecto del priming mátrico sobre la respuesta germinativa. Para ello 150 de las semillas escarificadas y 150 de las semillas sin escarificar se enterraron durante 3 días en 1.5 l de un sustrato constituido por una mezcla de tierra de bosque y arena sílica (proporción 1:1) hidratada a capacidad de campo (CC) (semillas con acondicionamiento mátrico). Después de este periodo, las semillas se desenterraron y se pusieron a secar en la oscuridad durante 3 días. El resto de las semillas escarificadas y sin escarificar no se sometieron a este procedimiento (semillas sin acondicionamiento mátrico). La combinación de los niveles de los factores (escarificación y priming mátrico) dieron como resultado los siguientes tratamientos: Semillas escarificadas con priming mátrico 20 Semillas escarificadas sin priming mátrico Semillas no escarificadas con priming mátrico Semillas no escarificadas sin priming mátrico Respuesta germinativa Antes de la siembra, las semillas se desinfectaron con una solución de captan al 1% por 5 minutos y se enjuagaron con agua corriente por 3 minutos. Para cada tratamiento, se sembraron 30 semillas por maceta sobre la superficie de 350 ml de sustrato (tierra y arena sílica, proporción 1:1). Cada maceta corresponde a una unidad experimental y se realizaron 5 repeticiones por tratamiento, éstas se hidrataron a capacidad de campo y se colocaron dentro de una bolsa transparente para evitar su deshidratación y se les aplico 2 ml de captan al 1% para evitar la aparición de hongos. Las unidades experimentales se colocaron aleatoriamente en una mesa dentro de un invernadero ubicado en el instituto de ecología, UNAM. El diseño experimental fue completamente aleatorio, que incluyó 2 niveles de escarificación × 2 niveles de priming × 5 réplicas. El criterio de germinación que se utilizó fue, cuando la semilla mostró al menos 2 mm de radícula. Se registró la germinación cada tercer día durante 37 días, las plántulas obtenidas se trasplantaron siete días después de la germinación en tubos forestales (215.98 cm3) con sustrato de tierra negra y arena sílica (proporción 1:1), cada tubo se llenó con 175 ml de sustrato y se regó cada tercer día durante un mes hasta que se inició con los tratamientos de estrés hídrico. Las semillas que no germinaron se examinaron a partir de fotografías en rayos X para determinar la presencia de embriones sanos en ellas. Se consideró como embriones sanos aquellos sin manchas obscuras y sin presencia de daño o deterioro evidente. Tratamientos de estrés hídrico Para determinar los tratamientos de estrés hídrico, primero se determinó la CC del sustrato en el que se sembraron las plántulas. Para ello el sustrato se secó en un horno durante 72 horas (80°C), después se llenaron cinco tubos forestales con 175 ml de sustrato compuesto por tierra negra y arena sílica (proporción 1:1), y se pesó totalmente seco. Posteriormente se hidrató a capacidad de campo durante dos días por capilaridad y se pesó, esto permitió conocer la cantidad de agua que podía absorber el sustrato. Finalmente, los tubos con el 21 sustrato totalmente hidratado se colocaron en el invernadero y se pesaron diario hasta que ya no hubo perdida de agua; esto con la finalidad de determinar la perdida de agua en el tiempo. Con esto se evaluó la relación teórica entre el tiempo y la pérdida de humedad del sustrato, y a partir de ésta se determinó el tiempo en que el sustrato se deshidrató. Del porcentaje de deshidratación se obtuvo una curva y ésta se analizó con ayuda del programa Table Curve 2D v5, se utilizó la función exponencial 𝒚 = 𝒂𝒆 −𝒙 𝒃⁄ . De esta manera se pudo determinar los ml de agua que se tenían que añadir cada tercer día para regresar a cada nivel de estrés hídrico 33, 66 y 100% a CC (15, 30 y 35 ml respectivamente). Los tratamientos de estrés hídrico se llevaron a cabo en un invernadero ubicado en el Instituto de Ecología (UNAM), y consistieron en regar las plantas obtenidas de los tratamiento cada tercer día hasta llegar al 100, 66 y 33% de la capacidad de campo del sustrato. De la combinación de los factores priming mátrico, escarificación y los tres niveles de estrés hídrico, dieron como resultado 12 tratamientos. Tabla 1. Representación de los 12 tratamientos, con dos niveles en los factores escarificación y priming mátrico; y 3 niveles en el estrés hídrico 33, 66 y 100% a CC. No escarificado sin priming CC 33% No escarificado sin priming CC 66% No escarificado sin priming CC 100% Escarificado sin priming CC 33% Escarificado sin priming CC 66% Escarificado sin priming CC 100% No escarificado con priming CC 33% No escarificado con priming CC 66% No escarificado con priming CC 100% Escarificado con priming CC 33% Escarificado con priming CC 66% Escarificado con priming CC 100% 22 Se utilizaron 10 plántulas para cada tratamiento y se midió el crecimiento en altura, cobertura y diámetro basal con un vernier digital (Stainless Hardened, VWR), se contó el número de hojas y se registró la supervivencia cada 14 días. Las plántulas fueron colocadas aleatoriamente dentro del invernadero. Durante el primer mes, las plántulas se regaron cada tercer día con los tres niveles de estrés hídrico establecidos anteriormente, simulando el patrón aleatorio que tienen las lluvias antes del establecimiento de esta temporada. Después, las plántulas de todos los tratamientos no recibieron riego durante 7 días, simulando un periodo de sequía corta dentro de la temporada de lluvias. Finalmente el sustrato se hidrató a CC al 100% cada tercer día, por dos meses, simulando de esta forma el establecimiento de la temporada lluviosa. El diseño experimental fue completamente aleatorio, que incluyó 2 niveles de escarificación × 2 niveles de priming × 3 niveles de estrés hídrico × 10 réplicas (plántulas). Análisis estadísticos Se evaluó el porcentaje final de germinación, la velocidad (tasa) máxima del proceso y el tiempo en el que se llega a ésta (tiempo promedio). Los porcentajes de germinación acumulada por réplica se transformaron al arcoseno (Zar, 2010) y se ajustaron a una función sigmoide (y = a/[1+be–cx]) con el programa Table Curve 2D v5. Se consideró a la primera derivada máxima de cada curva como la tasa máxima de germinación, y el tiempo promedio de la germinación se consideró como el tiempo en el que se observó la tasa máxima. Para evaluar el crecimiento se calculó la tasa relativa de crecimiento (TRC) de cada variable medida (altura, cobertura, diámetro y número de hojas). Se utilizó la fórmula: 𝐓𝐑𝐂 = 𝒍𝒏𝑪𝟐 − 𝒍𝒏𝑪𝟏 𝒕𝟐 − 𝒕𝟏 Dónde lnC2 es el crecimiento final y lnC1 es el crecimiento inicial para cada variable, expresada en logaritmo natural; y t2 es el tiempo final y t1 es el tiempo inicial en días. Se determinó la TRC para las cuatro variables de crecimiento antes y después de aplicar el tratamiento de sequía corta, y se analizaron a través de una prueba estadística para la diferencia de dos medias dependientes. Para evaluar si existen diferencias significativas entre tratamientos para cada variable de respuesta, tanto en el experimento de germinación como en el de crecimiento, se realizó 23 un análisis de varianza factorial o una pruebade Kruskal-Wallis; el análisis dependió del cumplimiento de los supuestos (normalidad y homogeneidad de varianzas). Se utilizó el paquete estadístico Statistica 10. Cuando se observaron diferencias significativas se realizó una prueba de comparación de medias (Tukey) o una prueba de comparación de rangos, dependiendo del análisis previo (Zar, 2010). 24 Resultados Pruebas con rayos X Se puede observar en las imágenes con rayos X, una clara diferencia entre las semillas que flotaron y las que no flotaron. Algunas semillas que flotaron, están vanas (2), presentan deformidades (3) y algunas presentan coleópteros en su interior que ocupan el espacio de los cotiledones y el embrión (1) (Figura 5A). Las semillas que no flotaron visualmente se encuentran sanas y se alcanza a diferenciar el embrión (5) y los cotiledones (4) (Figura 5B). En la Figura 5C, se puede diferenciar la cubierta seminal (6); en general los daños que se observan en las semillas de la Figura 5C, D, E y F son a nivel de cubierta, ya que se pueden apreciar algunas semillas con fisuras (7), con zonas más obscuras (8) y deterioro físico (9). 25 26 27 Figura 5 (A-F). Semillas de S. septemtrionalis bajo rayos X. Se pueden observar las semillas que flotaron en la prueba de viabilidad (A) contra las semillas que no flotaron (B). Se observan las semillas que no germinaron en el invernadero bajo los diferentes tratamientos, sin priming y sin escarificar (C), sin priming y con escarificación (D), con priming y sin escarificación (E), con priming y con escarificación (F), la flecha blanca indica una escala de 5 mm. Respuesta germinativa De manera general, las semillas tuvieron un porcentaje de germinación superior al 50%. Se observó un efecto significativo de la escarificación sobre el porcentaje final de germinación (F1,16 = 20.927, P<0.001) y no se observó efecto de la aplicación del priming (F1,16=0.142, P=0.711) ni de la interacción entre ambos factores (F1,16=0.756, P=0.397). En cuanto a las semillas que presentaron escarificación, la germinación fue significativamente mayor (> 80%) con respecto a las que no (< 60%). Este efecto se observa especialmente entre las semillas que recibieron priming (Figura 6). En la tasa máxima de germinación, se observó un efecto significativo de la escarificación, donde la mayor velocidad de germinación ocurrió en las semillas escarificadas. Las semillas 28 escarificadas y que presentaron priming germinaron a mayor velocidad seguida de las semillas escarificadas y sin priming. La tasa de germinación fue significativamente menor en las semillas no escarificadas sin que se observaran diferencias entre las que presentaban priming o no (H=16.211, P=0.001) (Figura 6). En cuanto al tiempo promedio de germinación, se observó que las semillas sometidas a escarificación priming mátrico germinaron en un tiempo significativamente menor (1.7 ± 0.06 días) en comparación con las semillas sin priming (4.7 ± 0.4 días). Por otra parte, las semillas que no fueron escarificadas germinaron en un mayor tiempo, sin que se presentaran diferencias significativas entre ellas (18.8 ± 1.14 y 20.2 ± 1.6 días para las semillas con priming y sin priming respectivamente; H=16.142, P=0.001; Figura 6). Tiempo (días) 0 10 20 30 40 G e rm in a c ió n ( % ) 0 20 40 60 80 100 A AB BC C a b c + _ * Figura 6. Porcentaje de germinación de S. septemtrionalis con diferentes tratamientos pregerminativos. Los círculos representan a las semillas sin priming y los triángulos a las semillas con priming. Los símbolos obscuros representan a las semillas no escarificadas, mientras que los blancos a las semillas escarificadas. Las letras mayúsculas indican diferencias significativas entre los tratamientos en el porcentaje final de germinación, las letras minúsculas en la tasa máxima de germinación y los símbolos en el tiempo promedio de germinación. 29 Porcentaje de deshidratación del sustrato Se utilizó la función exponencial 𝒚 = 𝒂𝒆 −𝒙 𝒃⁄ para determinar los tres niveles de estrés hídrico (sustrato a 33, 66 y 100% de CC), de acuerdo al porcentaje de deshidratación que presentó el sustrato en el tiempo (Figura 7). De esa manera se pudo determinar los ml de agua que se tenían que añadir cada tercer día para regresar a cada CC (15, 30 y 35 ml respectivamente). Tiempo (días) 0 1 2 3 4 5 6 D e s h id ra ta c ió n ( % ) 0 20 40 60 80 100 Figura 7. Porcentaje de deshidratación del sustrato tierra negra-arena sílica, durante 6 días (promedio ± error estándar). 30 Crecimiento y supervivencia bajo condiciones de estrés hídrico No se observó mortalidad de las plántulas durante el periodo de estudio. Altura En el crecimiento final se pudo observar un efecto significativo de la escarificación (F1,108=11.584, P˂0.001), el estrés (F2,108=39.852, P˂0.001) y en la interacción de los tres factores (F2,108=3.166, P=0.046). Las plántulas que provenían de semillas escarificadas presentaron una mayor altura final en comparación con las que provenían de semillas no escarificadas. Por otro lado, las plántulas con el mayor estrés hídrico (CC al 33%) presentaron el menor crecimiento final, sin que hubiera diferencias significativas entre los dos niveles de estrés más bajos. No se observó efecto del priming sobre el crecimiento final (F1,108=0.195, P=0.660; Figura 8). En cuanto a la TRC hubo un efecto significativo de la escarificación (F1,108=19.056, P˂0.001), donde las plántulas que provenían de semillas no escarificadas obtuvieron una TRC mayor en comparación con las plántulas que provenían de semillas escarificadas. También se encontró un efecto significativo del estrés hídrico (F2,108=18.294, P˂0.001), las plántulas con mayor estrés hídrico (CC al 33%) presentaron la menor tasa relativa de crecimiento en contraste con las plántulas con menor estrés (CC al 66 y 100%). No se encontró efecto significativo del priming mátrico (F1,108=0.172, P=0.678), ni de la interacción de ninguno los factores (Figura 8; Tabla 2). La TRC fue significativamente mayor antes del periodo de sequía corta para todos los tratamientos (P<0.05; Tabla 3). 31 Figura 8. Crecimiento en altura (promedio ± error estándar) en plántulas de Senna septemtrionalis obtenidas de la combinación de los tratamientos pregerminativos priming mátrico y escarificación, bajo tres niveles de estrés hídrico; el circulo negro representa la CC al 33%, el circulo blanco la CC al 66% y el triángulo negro la CC al 100%. Las letras mayúsculas indican diferencias significativas de la TRC entre los tratamientos. Las letras minúsculas indican diferencias significativas en el crecimiento final. La flecha indica el periodo en el que se aplicó la sequía corta. CON E s c a ri fi c a c ió n SIN 2 4 6 8 0 14 28 42 56 70 84 98 A lt u ra ( c m ) Tiempo (días) 0 14 28 42 56 70 84 98 A lt u ra ( c m ) 2 4 6 8 CON SIN A AB ABCABCD AB CD D ABCD BCD ABCD a ab cd bcd abc ab abcd d abc ab abc d 32 Cobertura En cuanto al crecimiento final en cobertura, se encontró que, en general, las plántulas con menor estrés (CC al 100 y 66%) presentaron mayor cobertura, a diferencia de las plántulas con mayor estrés (CC al 33%) donde su área fue menor (H=43.316, P<0.001) (Figura 9). No se observó efecto significativo de ninguno de los otros factores ni de sus interacciones. En la TRC, sólo se encontró efecto significativo del estrés hídrico (F2,108=23.544, P˂0.001), las plántulas menos estresadas (CC al 100%) obtuvieron la mayor cobertura en comparación con las plántulas que presentaron el mayor estrés (CC al 33%). No se encontró efecto significativo de la escarificación (F1,108=1.272, P=0.261), del priming mátrico (F1,108=1.769, P=0.382), ni de ninguna delas interacciones entre factores (Figura 9; Tabla 2). La TRC fue mayor antes del periodo de sequía corta para todas las plántulas que presentaron el mayor estrés hídrico (CC 33%), independientemente de que éstas provinieran de semillas con escarificación o priming. Este mismo patrón se observó en las plántulas que provenían de semillas escarificadas y con priming y también en las plántulas sin priming ni escarificación que tuvieron estrés hídrico bajo 66 y 100% CC (P < 0.05; Tabla 3). 33 Figura 9. Crecimiento en cobertura (promedio ± error estándar) en plántulas de S. septemtrionalis obtenidas de la combinación de los tratamientos pregerminativos (priming mátrico y escarificación), bajo tres niveles de estrés hídrico; el circulo negro representa la CC al 33%, el circulo blanco la CC al 66% y el triángulo negro la CC al 100%. Las letras mayúsculas indican diferencias significativas de la TRC entre los tratamientos. Las letras minúsculas indican las diferencias significativas en el crecimiento final. La flecha indica el periodo en el que se aplicó la sequía. Priming CON SIN CON SIN C o b e rt u ra ( c m 2 ) 0 10 20 30 X Data 0 14 28 42 56 70 84 98 Y D a ta Tiempo (días) 0 14 28 42 56 70 84 98 E s c a ri fi c a c ió n 0 10 20 30 A ABC E A BCDE ABCDE AB ABCD DE ABCDE CDE bb a a a a 34 Diámetro basal del tallo En el crecimiento final las plántulas con mayor estrés hídrico (CC al 33%) obtuvieron un diámetro final menor en contraste con las plántulas con menor estrés hídrico (CC al 66 y 100%) (H=45.881, P<0.001) (Figura 10). No se observó efecto significativo de ninguno de los otros factores ni de sus interacciones. Respecto a la TRC, se encontró un efecto significativo en la escarificación (F1,108=33.081, P˂0.001), el estrés hídrico (F2,108=16.332, P˂0.001), y en la interacción de los factores priming mátrico y estrés hídrico (F2,108=14.665, P˂0.001). Las semillas que no fueron sometidas a priming mátrico y con el mayor estrés hídrico (CC al 33%) presentaron la TRC más baja, en comparación con los otros niveles de estrés hídrico (CC al 66 y 100%), independientemente de que las plántulas se obtuvieran de semillas con o sin escarificación. También se observó un efecto significativo de la interacción de los tres factores (F2,108=3.18, P=0.045), donde las plántulas que se obtuvieron de semillas sin escarificar y sin priming al menor porcentaje de estrés hídrico (CC al 100%) obtuvieron la mayor TRC (Figura 10; Tabla 2). La TRC fue significativamente mayor antes de la sequía en el tratamiento sin escarificar, sin priming mátrico con el nivel de estrés hídrico más bajo (CC al 100%) y el tratamiento sin escarificar, con priming mátrico en el nivel de estrés hídrico más alto (CC al 33%). Por otra parte la TRC fue mayor después de la sequía, en los tratamientos escarificados, con priming mátrico en los niveles de estrés hídrico a al 33 y 66% CC (Tabla 3). 35 Figura 10. Crecimiento en el diámetro basal (promedio ± error estándar) en plántulas de S. septemtrionalis obtenidas de la combinación de los tratamientos pregerminativos (priming mátrico y escarificación), bajo tres niveles de estrés hídrico; el circulo negro representa la CC al 33%, el circulo blanco la CC al 66% y el triángulo negro la CC al 100%. Las letras minúsculas indican diferencias significativas en el crecimiento final, mientras que las mayúsculas indican diferencias significativas en la TRC. La flecha indica el periodo en el que se aplicó la sequía. CON SIN CON SIN D iá m e tr o ( m m ) 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 Tiempo (días) 0 14 28 42 56 70 84 98 Priming 0 14 28 42 56 70 84 98 E s c a ri fi c a c ió n 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 AAB AB C BC BC BCD CD D BC C b b b a a aa 36 Número de hojas Respecto a la producción de hojas, se puede observar una diferencia significativa entre el mayor estrés hídrico (CC al 33%) y los niveles más bajos de estrés (CC al 66 y al 100%) (H=50.181, P<0.001) (Figura 11). De acuerdo a la TRC, se formaron dos grupos; el primero corresponde a las plántulas de semillas sin escarificar y sin priming mátrico con el nivel de estrés hídrico más bajo (CC al 100%), este grupo difirió significativamente en el número de hojas con el segundo grupo, el cual corresponde a los tratamientos donde las plántulas se encontraban con el estrés hídrico más alto (CC al 33%) independientemente de que las plántulas se obtuvieran de semillas con o sin escarificación y con o sin priming (H=48.177, P˂0.001) (Figura 11; Tabla 2). La TRC fue significativamente mayor después de la sequía en casi todos los tratamientos; excepto en los tratamientos sin escarificar y sin priming en los niveles a CC al 66 y 100%, y el tratamiento sin escarificación con priming en el nivel de estrés hídrico más alto (P < 0.05; Tabla 3). 37 Figura 11. Crecimiento en el número de hojas (promedio ± error estándar) en plántulas de Senna septemtrionalis obtenidas de la combinación de los tratamientos pregerminativos priming mátrico y escarificación, bajo tres niveles de estrés hídrico; el circulo negro representa la CC al 33%, el circulo blanco la CC al 66% y el triángulo negro la CC al 100%. Las letras minúsculas indican diferencias significativas en el crecimiento final, mientras que las mayúsculas indican diferencias significativas en la TRC. La flecha indica el periodo en el que se aplicó la sequía. CON SIN CON SIN E s c a ri fi c a c ió n 2 4 6 Priming 0 14 28 42 56 70 84 98 N ú m e ro d e h o ja s 2 4 6 Tiempo (días) 0 14 28 42 56 70 84 98 A B B B B AB AB AB b a a b a b b a 38 Tabla 2. Promedio de la TRC ± error estándar en las cuatro variables, altura, cobertura, diámetro basal y número de hojas (SE/SP= sin escarificación/sin priming; E/SP= escarificado/sin priming; SE/CP= sin escarificación/con priming; E/CP= escarificado/con priming) en los tres niveles de estrés hídrico (sustrato al 33, 66 y 100% de CC). Tratamiento Altura TRC (cm/d) Cobertura TRC (cm/d) Diámetro basal TRC (cm/d) Número de hojas TRC (cm/d) 1 SE/SP 33% 0.0066 (± 0.0008) 0.0172 (± 0.0005) 0.0059 (± 0.0005) 0.0077 (± 0.0008) 2 SE/SP 66% 0.0079 (± 0.0003) 0.01952 (± 0.0006) 0.0099 (± 0.0009) 0.0134 (± 0.0019) 3 SE/SP 100% 0.0089 (± 0.0004) 0.02066 (± 0.0007) 0.0125 (± 0.0009) 0.0179 (± 0.0013) 4 E/SP 33% 0.0049 (± 0.0005) 0.0168 (± 0.0008) 0.0044 (± 0.0005) 0.0067 (± 0.0015) 5 E/SP 66% 0.0075 (± 0.0006) 0.0202 (± 0.0013) 0.0079 (± 0.0006) 0.0095 (± 0.0013) 6 E/SP 100% 0.0067 (± 0.0006) 0.0205 (± 0.0006) 0.0082 (± 0.0006) 0.0097 (± 0.0009) 7 SE/CP 33% 0.0061 (± 0.0005) 0.0167 (± 0.0006) 0.0098 (± 0.0009) 0.0076 (± 0.0009) 8 SE/CP 66% 0.0082 (± 0.0006) 0.0208 (± 0.0006) 0.0101 (± 0.0011) 0.0098 (± 0.0008) 9 SE/CP 100% 0.0082 (± 0.0007) 0.0204 (± 0.0009) 0.0083 (± 0.0007) 0.0099 (± 0.0006) 10 E/CP 33% 0.0054 (± 0.0005) 0.0171 (± 0.0009) 0.0062 (± 0.0007) 0.0048 (± 0.0015) 11 E/CP 66% 0.0072 (± 0.0006) 0.0189 (± 0.0007) 0.0085 (± 0.0005) 0.0102 (± 0.0009) 12 E/CP 100% 0.0066 (± 0.0005) 0.0188 (± 0.0007) 0.0072 (± 0.0006) 0.0086 (± 0.0007) 39 Tabla 3. Resultados del análisis realizado para comparar las (TRC) antes y después del tratamiento de sequía corta. * indica diferencias significativas en los tratamientos (P<0.05). (SE/SP= sin escarificación/sin priming; E/SP= escarificado/sin priming; SE/CP= sin escarificación/con priming; E/CP= escarificado/con priming) en los tres niveles de estrés hídrico (sustrato al 33, 66 y 100% de CC). Tratamiento Altura Cobertura Diámetro basal Número de hojas 1 SE/SP 33% t= -42.749 * P<0.001 t = -2.895 * P=0.017 t = 1.081 P =0.307 t = 3.879 * P =0.003 2 SE/SP 66% t = -30.374 * P<0.001 t = -2.57 * P =0.03 t = -1.111 P =0.295 t = 0.94 P =0.371 3 SE/SP 100% t = -42.155 * P <0.001 t = -4.87 * P <0.001 t = -4.207 * P =0.002 t = -2.084 P =0.066 4 E/SP 33% t = -35.904 * P <0.001 t = -3.759 * P =0.004 t = 1.201 P =0.26 t = 6.404 * P <0.001 5 E/SP 66% t = -33.176 * P <0.001 t = -1.719 P = 0.119 t = 2.205 P =0.054 t = 5.571 * P <0.001 6 E/SP 100% t = -23.333 * P <0.001 t = 0.132 P = 0.898 t = 0.988 P =0.348 t = 9.394 * P <0.001 7 SE/CP 33% t = -48.739 * P <0.001 t = -4.289 * P =0.002 t = -2.951 * P =0.016 t = 1.911 P =0.088 8 SE/CP 66% t = -25.619 * P <0.001 t = 0.056 P =0.956 t = -0.717 P =0.491 t = 4.636 * P =0.001 9 SE/CP 100% t = -21.933 * P <0.001 t = 1.168 P = 0.272 t = 1.047 P =0.322 t = 9.976 * P <0.001 10 E/CP 33% t = -24.492 * P <0.001 t = -4.911 * P <0.001 t = 2.418 * P =0.038 t = 6.311 * P <0.001 11 E/CP 66% t = -25.71 * P <0.001 t = -3.205 * P = 0.010 t = 2.99 * P =0.015 t = 5.846 * P <0.001 12 E/CP 100% t = -22.672 * P <0.001 t = -5.678 * P <0.001 t = 2.169 P =0.058 t = 7.722 * P <0.001 40 Discusión Respuesta germinativa Se ha reportado que las semillas del género Senna presentan una cubierta dura e impermeable, característica común de las leguminosas, lo que provoca una latencia física que impide la hidratación del embrión y en consecuencia su germinación (Teketay, 1996; Vázquez-Yanes et al., 1997; Bewley, 1997). Para romper esta latencia se han diseñado diversos tratamientos que permiten la entrada de agua al interior de la semilla, ya sea haciendo permeables las cubiertas, fracturándolas, o bien adelgazándolas para permitir la entrada de agua y la elongación de la radícula. Estos tratamientos se conocen como escarificación. La eficiencia de los tratamientos de escarificación varía de acuerdo con el grado y tipo de cubierta de las semillas (e.g. presencia de esclereidas, capa de mucílago o inhibidores químicos) (Rolston, 1978; Bonner, 1984; Pérez, 2003). Uno de los pretratamientos de escarificación más comunes para aumentar la permeabilidad de la cubierta de la semilla es el remojo de éstas en agua hirviendo o caliente; esta inmersión ayuda a disolver o desprender elementos estructurales que evitan la entrada de agua, favoreciendo la germinación (Baskin et al., 1998). Conforme a los resultados, en S. septemtrionalis hubo un efecto significativo en las semillas que se escarificaron (germinación >84%; Figura 6). Además se tiene el reporte de que las semillas de esta especie no presentan otro tipo de latencia diferente a la física, ya que en semillas del mismo lote con el que se trabajó en este estudio tuvieron porcentajes de germinación elevados (85.33 ± 9.8%) cuando se escarificaron de manera similar a la aquí reportada y se sembraron a 35°C (Martínez-Villegas et al., en prensa). De acuerdo con Teketay (1996), la inmersión en agua hirviendo (100°C) a 15, 30, 45 y 60 segundos, ha sido efectiva para romper la latencia en S. septemtrionalis y en otras especies del mismo género, S. didymobotrya y S. occidentalis. En Senna artemisioides, se reportó que el remojo de semillas a 80°C por 10 minutos, obtuvo un porcentaje de germinación final mayor al 80%, sin embargo a 60°C la germinación fue menor al 25% sin que se observaran 41 diferencias significativas con respecto al control (Pound et al., 2014). Esto coincide con lo obtenido en el presente estudio donde se aplicó escarificación en agua caliente a 80°C a S. septemtrionalis y se obtuvieron porcentajes de germinación final mayores a 84% (Figura 6). Esto sugiere que las especies de Senna tienen una respuesta a los tratamientos de escarificación dependiendo de la temperatura del agua y el tiempo de exposición. Galíndez et al. (2016) reportaron los efectos de la escarificación en agua caliente a 40°, 60°, 80° y 100°C por 2 minutos, en seis especies de leguminosas, encontrando que en cinco especies, (Senna aphylla, Desmanthus virgatus, Crotalaria incana, C. pumila y C. stipularia) los mejores tratamientos fueron las inmersiones en agua caliente a 80 y 100ºC, con un promedio de germinación final alto (>80%). Sin embargo, para Galactia texana ninguna inmersión en agua caliente dio una respuesta germinativa favorable, lo cual sugiere que a pesar de que el agua caliente fue un método efectivo para romper la latencia en cinco de las seis especies de leguminosas, no todas las semillas responden de la misma manera y se necesitan más estudios sobre imbibición y estructura de la semilla para poder determinar si éstas presentan una latencia física (Baskin y Baskin, 2014). Se han reportado otros estudios con diferentes especies de Senna donde la escarificación con agua caliente a diferentes temperaturas no ha tenido el mismo éxito que se tuvo en S. septemtrionalis. Por ejemplo, Pant y Chauhan (2013) reportaron que en Senna tora, a temperaturas de 50, 60 y 70°C, donde las semillas se dejaron secar posteriormente 30 minutos a temperatura ambiente; dieron como resultado bajos porcentajes de germinación final (44.54, 28.33 y 32.34% respectivamente). Es probable que en esta especie se necesitan temperaturas más altas para poder romper la latencia física o utilizar otros tipos de escarificación, como inmersión en ácido sulfúrico o escarificación mecánica. Por otra parte, López (2009) reportó en S. septemtrionalis, que la escarificación con agua caliente a 72, 82 y a 92°C durante 6 minutos, resultó en una germinación baja, 6%, 16% y 24% respectivamente, aunque fue mayor que las semillas no escarificadas 3%. Esto es contrario a lo obtenido en el presente estudio donde los tratamientos de escarificación con 42 agua caliente rebasaron el 80% de germinación. La baja germinación que reportó López (2009) se puede explicar a que no verificó si las semillas eran viables, además de que las semillas fueron recolectadas el mismo mes en el que se realizó el experimento, en contraste con el presente estudio donde se trabajó con semillas que tenían 2 años desde su recolecta; Plata (2002) registró resultados similares para S. multiglandulosa, donde las semillas con mayor edad tuvieron porcentajes de germinación mayor, comparada con las semillas recién recolectadas y recomienda que antes de aplicar un tratamiento de escarificación se almacenen para que, éstas completen su madurez fisiológica y pierdan la latencia endógena. También es probable que el tiempo de inmersión en agua caliente reportada por López (2009) no fuera suficiente para hacer permeable la cubierta seminal y favorecer la hidratación del embrión. Se encontró que S. septemtrionalis no presenta cubiertas totalmente impermeables, ya que las semillas no escarificadas germinaron en un alto porcentaje (50-60%; Figura 6). Baskin et al. (1998) reportaron que semillas no escarificadas de Senna obtusifolia presentaron un alto porcentaje de germinación a temperaturas altas, a partir de 35°C se alcanzó más del 60% de germinación y a 40°C llegó hasta 90%; Para esta especie en particular las altas temperaturas y las fluctuaciones de temperatura, son necesarias para romper la latencia ya que su germinación se presenta de mayo a septiembre, cuando las temperaturas del suelo en sitios perturbados oscilan entre 30° y 40°C y de esta manera llegan a germinar en este tipo de suelos. Es probable que las semillas sin escarificar de S. septemtrionalis hayan germinado en alto porcentaje ya que la temperatura del invernadero donde se sembraron oscilaba entre los 5 y 48°C (Peraza-Villarreal, 2008). Esto aunado a que las macetas se encontraban cubiertas por bolsas de plástico para evitar la pérdida de agua. Ambas circunstanciaspudieron provocar la permeabilidad de la cubierta. En otros estudios con leguminosas se ha reportado que la tasa máxima de germinación y el tiempo promedio se ven mejorados con escarificación en agua caliente; por ejemplo, Pound et al. (2014) registraron en semillas escarificadas de S. artemisioides que la germinación fue más rápida en dos temperaturas alternantes de 15-30°C y de 10-22°C, en 43 contraste con aquellas semillas que no estaban escarificadas. Esto sugiere que la escarificación funcionó tanto para S. artemisioides como para S. septemtrionalis; ya que se obtuvo una mayor tasa de germinación, que en aquellas semillas que no fueron escarificadas. Esto se puede atribuir a que estas especies de Senna, tienden a germinar y establecerse en temperaturas cálidas por lo que pueden aprovechar las lluvias intermitentes de verano para llevar a cabo este proceso (Facelli et al., 2005). También se obtuvieron resultados similares en semillas de Colutea arborescens que habían sido escarificadas con agua caliente a 100°C seguido de un enfriamiento en la misma agua por 24 horas, donde el tiempo promedio de germinación se alcanzó en menor tiempo (24 días) en comparación con el tratamiento control (38 días); igual que en este estudio, estas pruebas se realizaron en invernadero (Olmez y Gortuk, 2009). Se ha reportado, que el priming favorece la respuesta germinativa de las semillas, por ejemplo, reduciendo el tiempo promedio de germinación. Este efecto fue significativo en las semillas escarificadas de S. septemtrionalis dado que el tiempo promedio de germinación se redujo. González-Zertuche et al. (2002) encontraron un resultado similar cuando aplicaron hydropiming y osmopriming en Buddleja cordata ya que el tiempo promedio disminuyó. Con el priming mátrico se intentó crear las condiciones que experimentan las semillas mientras están enterradas en campo, González-Zertuche et al. (2001) reportaron que al enterrar semillas de Wigandia urens en campo (priming natural) el porcentaje y la velocidad de germinación se ven favorecidas debido a que al estar en contacto con los factores del suelo como la temperatura y la humedad, de esta forma se puede romper la latencia y la germinación ocurre el tiempo y lugar adecuados para asegurar la adecuación de la especie. Las imágenes de las semillas con rayos X, pueden ayudarnos a entender sus características anatómicas y morfológicas, y de esta manera distinguir las semillas viables de las inviables (Salinas et al., 2016). En el presente estudio, las semillas de S. septemtrionalis no se pudieron comparar con otras imágenes en rayos X del mismo género; sin embargo en las imágenes se pudo observar que algunas semillas que no germinaron 44 bajo los diferentes tratamientos pregerminativos, presentan en la cubierta seminal una capa probablemente de esclereidas, similares a las reportadas por Rodríguez-Pontes (2006) en Senna corymbosa. Algunas fisuras atraviesan esta capa, lo que sugiere que la semilla empezó el proceso de imbibición, pero probablemente estas semillas presentaban una latencia combinada que impidió que terminaran su germinación; y en las semillas en las que no se observan estas fisuras puede que la cubierta seminal, debido a su estructura, haya impedido la absorción de agua (Teketay, 1996; Bakin y Baskin, 2014; Figura 5). Crecimiento bajo condiciones de estrés hídrico El agua, como factor ambiental, es uno de los principales limitantes en el crecimiento y en la supervivencia de las plantas, particularmente en sus etapas tempranas del desarrollo (plántula) ya que todavía no presentan un sistema radicular extenso que les facilite la obtención de agua en lugares remotos del suelo (Taiz y Zeiger, 2002). A pesar de esto algunas plantas tienen la capacidad de desarrollar una serie de mecanismos o adaptaciones que les permitan evitar o tolerar este estrés (Valladares et al., 2004). En el presente trabajo se aplicó estrés hídrico a plántulas de S. septemtrionalis en tres niveles, manteniendo el sustrato a 33%, 66% y 100% de su CC. La supervivencia para las plántulas de S. septemtrionalis fue del 100% en todos los tratamientos. De acuerdo con Kennedy y Souza (2006) la supervivencia en el invernadero puede ser mayor en comparación con la observada en campo, debido a que existe menos variación de factores abióticos tales como temperatura, humedad relativa y luz. Hasta el momento no se han reportado otros trabajos de crecimiento con S. septemtrionalis bajo condiciones de estrés hídrico, sin embargo existen estudios similares con especies de leguminosas como es el caso de Sophora davidisii, Bahuinia faberi y Cassia obtusifolia, Prosopis argentina y Prosopis alpataco, donde se demostró que los regímenes de estrés hídrico, se pueden manifestar en una reducción en la altura, tallos, raíces, diámetro basal, número de hojas y cobertura (Villagra y Cavagnaro, 2006; Li et al., 2008, 2009; Xue et al., 2018). Este patrón coincide con lo observado en el presente estudio donde en las cuatro variables medidas hubo un efecto significativo sobre el CF y la TRC en el cual a mayor 45 estrés hídrico (CC a 33%), se registró un crecimiento menor en comparación con los niveles más bajos de estrés (CC a 66 y 100%; Figura 8, 9, 10 y 11). Con relación al priming mátrico, no se observó un efecto significativo en el CF y en la TRC; Parera y Cantliffe (1994) explican que no siempre se refleja la ventaja de acondicionar las semillas, sobre la calidad y rendimiento que presentan las plántulas en el establecimiento y crecimiento inicial. Sin embargo al comparar la TRC, antes y después del periodo de sequía corta, se observó un efecto significativo de la interacción del priming con la escarificación, respecto al diámetro basal y número de hojas (P<0.05); debido a que la TRC fue mayor en el segundo periodo esto puede indicar que las plántulas se recuperaron después del estrés causado por la ausencia de agua (Tabla 3). Con base en lo anterior, este efecto se ha reportado anteriormente en Albizia lebbeck, donde la combinación de escarificación con agua a 80°C y priming hídrico resultó en un incremento significativo en el crecimiento y el desarrollo de esta leguminosa, ya que alcanzó una mayor altura y mayor biomasa de la parte aérea y raíces, lo que aumentó el vigor de las plántulas (González et al., 2009). Así mismo Sánchez et al. (2004) explica que el acondicionar semillas genera cambios bioquímicos-fisiológicos que inducen la tolerancia a diferentes tipos de estrés, lo que sugiere que el priming mátrico favoreció la recuperación de las plántulas en estas dos variables de crecimiento. A su vez se han reportado otros tipos de priming como el mátrico, hídrico y osmótico donde han sido exitosos para diferentes especies como Glycine max, Oryza sativa, Acacia cyanophylla y Triticum aestivum sobre el crecimiento, peso seco de raíz y brotes aéreos, en la longitud de raíz y brotes aéreos y en la relación raíz-brotes aéreos, así como una mayor resistencia a estrés por sequía (Mercado y Fernández, 2002; Basra et al., 2005; Yuan-Yuan et al., 2010; Eshkab et al. ,2014). En el presente estudio la escarificación tuvo un efecto positivo en el CF para la altura y en la TRC para el diámetro basal (Figura 8 y 10, Tabla 2). Este efecto se ha observado en otros trabajos; como es el caso de Lupinus varius donde las plántulas que provenían de semillas escarificadas aumentaron su crecimiento en altura y la longitud de la raíz, peso seco de las ramas, raíces y número de hojas (Karaguzel et al., 2004). Este efecto también 46 ha sido reportado en Hibiscus elatus, donde semillas previamente escarificadas tuvieron una emergencia rápida, e incrementaron su crecimiento y desarrollo vegetativo en contraste con las semillas que no fueron escarificadas (Montejo y Sánchez, 2012). Cuando una planta se encuentrasometida a un déficit hídrico, existe una disminución en el área foliar consecuencia de un aumento de la senescencia en las hojas viejas y una reducción de tamaño en las hojas nuevas, aunado a un menor número de hojas; éstas son las primeras estrategias para evitar el estrés y se ha observado en especies como Phaseolus vulgaris, Macroptilium atropurpurem y Stylosanthes humillis (Fisher y Campbell, 1977; Núñez, 1996). Vilela y Ravetta (2001) trabajaron con cinco especies del género Prosopis y concluyeron que la caída de hojas bajo condiciones de estrés hídrico moderado es normal y puede ocurrir por periodos variados de tiempo y generalmente difiere entre especies, aunque la mayoría de las veces no se puede encontrar la relación entre estos patrones. Esto coincide con el presente trabajo donde no se encontró un patrón específico referente al número de hojas, en relación a los factores estudiados (Figura 11). Referente a lo anterior, Kassa (2013) comparó los efectos de riego y tipo de sustrato en dos especies de Acacia, A. senegal y A. seyal, encontrando que el tipo de riego no influyó en el número de hojas primarias, ni en el área foliar; así mismo encontró para A. seyal, una caída de hojas en los primeros estadios de la plántula independientemente del sustrato (rico o pobre en nutrientes) y el régimen de riego. Por otra parte Xue et al., (2018) trabajaron con Cassia obtusifolia en 7 niveles de estrés hídrico a diferentes porcentajes de CC, donde a mayor nivel de estrés hay un menor número de hojas. Rincón et al. (2000), realizaron un análisis de crecimiento con tres especies de Caesalpinia, C. eriostachys, C. platyloba y C. sclerocarpa. Se encontró que a pesar de que las especies están relacionadas filogenéticamente y cohabitan en el mismo sitio, presentan diferentes características anatómicas, morfológicas y fisiológicas asociadas al hábitat. Así mismo, esto sugiere que S. septemtrionalis es una especie que evade a la sequía, ya que se observó un efecto directo del estrés hídrico, pero ninguna plántula murió. Lo anterior, puede atribuirse a que la resistencia al estrés hídrico que presenta S. septemtrionalis es una 47 respuesta que le ha permitido adaptarse a las condiciones micro y macro ambientales del Pedregal de San Ángel. Sin embargo, su abundancia es baja (Cano-Santana et al., 2008; Castillo-Argüero et al., 2009), esto puede ser consecuencia de la latencia física que presentan las semillas producto de su testa dura e impermeable, de tal forma que, en condiciones naturales los porcentajes de germinación son bajos (López, 2009). Otra razón puede ser el sustrato somero y rocoso presente en el Pedregal, el cual favorece la dominancia de un estrato herbáceo y dificulta el establecimiento de elementos arbustivos y arbóreos (Rzedowski, 1954). Por último, otra situación que puede explicar la baja abundancia en el sitio; es la presencia de brúquidos (gorgojos de leguminosas), de tal manera que, el embrión se ve afectado y la semilla queda vana; se ha reportado que dos especies de brúquidos utilizan a S. septemtrionalis como planta hospedera para su fase larvaria, Sennius lebusi (Luna- Cozar et al., 2002) y Abutiloneus idoneus (Quiróz-Sodi et al., 2016). Estas condiciones pueden ser perjudiciales para la propagación, reintroducción y establecimiento de especies nativas. 48 Conclusiones Gracias a las respuestas germinativa y de crecimiento ante el estrés hídrico reportado en este trabajo, se puede proponer a S. septemtrionalis como una planta útil para labores de restauración ecológica. Estas labores buscan especies de fácil propagación y poca vulnerabilidad durante los primeros estadios del ciclo de vida de las plantas (germinación, establecimiento y crecimiento inicial), ante diferentes condiciones ambientales. El mejor tratamiento pregerminativo para S. septemtrionalis fue la escarificación con agua caliente a 80°C. El priming mátrico sólo tuvo efecto en el tiempo promedio de germinación para las semillas escarificadas. Los tres niveles de estrés hídrico tuvieron un efecto directo en el CF y en la TRC. El nivel de estrés hídrico que más afecto el crecimiento de S. septemtrionalis fue a 33% a CC. El CF fue mayor en los niveles de estrés hídrico más bajos a 66 y 100% de CC, en altura, cobertura, diámetro basal y número de hojas. La escarificación tuvo un efecto significativo en el CF respecto a la altura. El periodo de sequía corta afectó la TRC, ya que estos valores fueron menores después de este periodo. S. septemtrionalis es una especie que evade el estrés hídrico. 49 Referencias bibliográficas Álvarez, J., Carabias, J., Meave, J., Moreno, P., Nava, D., Rodríguez, F., Valiente, F. 1982. Proyecto para la creación de una reserva en el Pedregal de San Ángel. En: Rojo, A. (Compilador). Reserva Ecológica “El pedregal” de San Ángel: ecología, historia natural y manejo pp. 323-343. UNAM, México. Ashraf, M. y Foolad, M. R. 2005. Pre‐sowing seed treatment. A shotgun approach to improve germination, plant growth, and crop yield under saline and non‐saline conditions. Advances in Agronomy, 88: 223-271. Bachetta, G., Bueno, S. 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