El frijol Phaseolus vulgaris L. es una de las leguminosas que posee un lugar preferencial, por su composición nutricional al ser una fuente rica en proteínas y minerales. Es una leguminosa anual, intensamente cultivada desde los trópicos hasta las zonas templadas. En Cuba, esta leguminosa constituye un plato fundamental en la dieta de los pobladores, donde de conjunto con el arroz (Oryza sativa L.) forma parte de la alimentación básica.
Sin embargo, el país ha estado importando más de 60 mil toneladas del grano por año para poder satisfacer la demanda del mercado. Es por ello que se siguen estrategias para aumentar el rendimiento y reducir las importaciones, para lo cual se han destinado grandes extensiones de áreas, tanto en el sector estatal como en fincas de agricultores. También se fortalece la implementación de acciones, tales como: promover el mejoramiento genético de cultivares, la producción de semillas y el logro de una correcta fitotecnia, con énfasis en lograr una adecuada germinación y garantizar la densidad de plantas que establece el instructivo del cultivo.
La Temperatura como Factor Crítico en el Desarrollo del Frijol
La respuesta de cultivares de frijol a condiciones ambientales diferentes, producto de la gran variabilidad del clima, resulta en la actualidad un elemento de vital importancia para lograr una elevada productividad ante los efectos del cambio climático. Por tanto, para alcanzar rendimientos estables en el tiempo o bien incrementarlos, es necesario analizar cuáles son los principales factores que contribuyen a determinar el rendimiento final, conocer la influencia de estos y realizar un manejo adecuado de los mismos.
Esto está dado porque el frijol requiere de temperaturas relativamente bajas para su normal desarrollo y, cuando estas son elevadas, la germinación, la morfología y el crecimiento de las plantas se ven afectados, limitándose en última instancia su productividad. Por esta causa, en Cuba, su cultivo generalmente está limitado a un corto período de tiempo. Además, a pesar de existir aproximadamente 21 cultivares registrados en el país, es insuficiente la información de la respuesta de estos ante los efectos de la variabilidad climática.
Es evidente que la temperatura es uno de los factores ambientales más importantes durante el desarrollo de las plantas de frijol y el que más lo está afectando producto de la incidencia del cambio climático. Es por ello que deben encaminarse las investigaciones con el fin de lograr identificar los cultivares de frijol más adaptados a la variabilidad climática existente, sobre todo al aumento de la temperatura. De las fases y etapas del cultivo, el proceso de germinación se considera como uno de los más afectados por la temperatura debido a su efecto en la actividad de las enzimas reguladoras de la velocidad de las reacciones bioquímicas que ocurren en la semilla tras su rehidratación.
En la actualidad existe poca información del efecto de la temperatura sobre la germinación de cultivares de frijol obtenidos en el país y se requiere de una comprensión precisa de la dinámica de la germinación a diferentes temperaturas para asegurar un número de plántulas en la práctica productiva. Además, este experimento es importante para impulsar programas en el mejoramiento de los cultivares, en función de la adaptación al clima en el sector agrícola.
COMO HACER EL EXPERIMENTO DE GERMINACIÓN DEL FRIJOL EN ALGODÓN
Metodología del Estudio de Germinación
Localización y Material Vegetal
Los experimentos se desarrollaron en la Unidad Científico Tecnológica de Base Los Palacios (UCTB-LP), perteneciente al Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA). Esta unidad está situada en la llanura sur de la provincia de Pinar del Río, a los 22°44’ de latitud Norte y a los 83°45’ de latitud Oeste, a 60 m s.n.m, con pendiente aproximada de 1 %. Se analizaron semillas de Phaseolus vulgaris L. (frijol) de cuatro cultivares: Cubana 23 (color negro), Chévere (color blanco), Buena Ventura (color rojo) y La Cuba 154 (color crema).
Estas semillas fueron suministradas por el grupo de semillas del INCA.
Preparación de Semillas y Condiciones Experimentales
Una vez cosechado el cultivo y con el propósito de bajar su humedad hasta el 10 % para evitar su deterioro, las vainas se secaron en una estufa con aire forzado a 40 °C durante 48 horas y posteriormente fueron descascaradas. La semilla obtenida se colocó sobre tamices con orificios circulares y aquella que quedó retenida entre los tamices de 0,7 a 1,6 cm de largo fue empleada en la experimentación. Este calibre correspondía al tercio medio de los distintos tamaños de semillas obtenidas en cada cultivar y fue el más representativo de cada uno.
En el experimento, las temperaturas de germinación consideradas en cada ensayo fueron 20, 30 y 40 ºC. La unidad experimental correspondió a placas de Petri de vidrio de 140 mm de diámetro y 20 mm de alto, con dos capas de papel de filtro humedecido con agua destilada sobre el fondo de las placas y 30 semillas en su interior. Se establecieron cuatro repeticiones por tratamiento. Una vez colocadas las semillas en las placas, estas se ubicaron en una cámara de germinación modelo RTOP-310D regulada a la temperatura respectiva (20, 30, 40 oC).
Variables Evaluadas y Análisis Estadístico
El Índice Maguire (IM), que representa la velocidad de germinación, fue calculado a través de un tiempo ponderado de germinación acumulada. A los datos de cada variable evaluada se le comprobaron los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianza (Test Bartlett´s y Kolmogorov-Smirnov, respectivamente). Los resultados (PG, IM) fueron sometidos a un análisis de varianza (ANOVA) con un nivel de confianza del 99 %. La comparación de las medias se efectuó mediante la Prueba de Rangos Múltiples de Duncan (P>0,01). Para ello se utilizó el Programa STATGRAPHICS Centurión sobre Windows, versión XV.
Resultados de la Germinación según la Temperatura
Porcentaje de Germinación (PG)
Los porcentajes finales de germinación mostraron que todos los cultivares presentaron diferencias significativas en el rango de 20 a 40 ºC de temperaturas. Los valores más elevados se apreciaron a 20 ºC, mientras que los más bajos se observaron a 40 ºC. Los resultados de La Cuba 154 y Chévere a 30 ºC deberían ser tenidos en cuenta para la planificación de las siembras del cultivo en Cuba en fechas tardías (después de marzo) y también como progenitores en los programas de mejoramiento genético del cultivo del frijol para resistencias a estrés abióticos, sobre todo para altas temperaturas.
La influencia de la temperatura en el porcentaje de germinación de semillas de cultivos de interés agrícola ha sido informada por varios autores, los que destacan que el porcentaje de emergencia de las semillas garantiza el 50 % del éxito de la producción y puntualizan que la germinación solo ocurre apropiadamente dentro de un determinado rango de temperatura. En estudios realizados en el cultivo del maní (Arachis hypogaea L), se demostró en todos los genotipos estudiados que la germinación se incrementó con el ascenso de la temperatura por encima de 14 ºC. Para el rango comprendido entre 16 y 32 ºC se obtuvieron porcentajes germinativos que cumplen la norma de comercialización de semilla corriente para maní (˃80 %), siendo en todos los genotipos iguales o superiores al 90 %. Hay que destacar que en los resultados del presente estudio existe una respuesta diferencial y particular de los cultivares a la temperatura de germinación y hay variación en los porcentajes finales de germinación.
Dinámica de Germinación y Velocidad
En cuanto a la dinámica de germinación, existen diferencias entre el tiempo necesario para el proceso de germinación a las diferentes temperaturas a las que fueron expuestas las semillas de los cultivares en estudio. El cultivar Cubana 23, muestra un adelanto en el inicio de la germinación de las semillas a 30 ºC en unas 24 horas aproximadamente, con respecto a las temperaturas de 20 y 40 ºC que iniciaron su germinación a las 50 horas.
Sin embargo, el comportamiento del resto de los cultivares en las distintas temperaturas fue diferente al de Cubana 23, ya que iniciaron el proceso a las 50 horas aproximadamente. A la temperatura de 20 ºC, a pesar de no afectarse el porcentaje de germinación para los cultivares (Cubana 23, Buena Ventura, La Cuba 154, Chévere); se observa que la dinámica de germinación se encuentra modificada. Es posible apreciar un retraso en el proceso de la germinación y se destaca un prolongado período de tiempo de aproximadamente 150 y 200 horas, necesario para que culminara el proceso de germinación de las semillas.
Un comportamiento similar se aprecia a 40 ºC, aunque para esta temperatura solo se observa un período prolongado de tiempo de aproximadamente 100 a 150 horas, necesario para que culmine el proceso de germinación de las semillas. En estudios con semillas de maíz (Zea mays L.) se informó que al aumentar la temperatura a 45 ºC, se incrementó el tiempo medio de la germinación; sin embargo, en semillas de tomate (Lycopersicon esculentum Mill), a pesar de no afectarse la germinación entre 15 y 25 ºC para los cultivares estudiados, se observó que la dinámica de germinación resultó modificada por las temperaturas y se adelantó el momento de obtención de la velocidad máxima de germinación, a medida que aumentaron las mismas.
Índice de Maguire (IM)
El índice de Maguire, que es una variable que pondera la germinación acumulada con el tiempo, logró diferenciar el efecto de la temperatura con el proceso de germinación de los diferentes cultivares. También se observó que los mayores valores de este índice se alcanzaron con temperaturas de 20 ºC para todos los cultivares en estudio. Sin embargo, a 30 y 40 ºC tuvieron un índice más bajo. A pesar de esto, se puede precisar que a 30 ºC se observan los cultivares Cubana 23 y Buena Ventura con un mejor comportamiento que los restantes cultivares en estudios.
Consideraciones Fisiológicas y Implicaciones
En las condiciones climáticas de Cuba, resulta de mucho interés la problemática que existe en cuanto a la disminución de la germinación a temperaturas por encima de 30 ºC. Existen estudios donde se utilizan los índices de germinación de semillas para la selección temprana de genotipos tolerantes a determinado estrés. Aspectos señalados por algunos autores, informan que la pobre germinación de las semillas a altas temperaturas, está relacionada con la síntesis de proteínas en el embrión de las semillas, lo cual influye en su velocidad de germinación.
Al respecto se informa que en la semilla ocurren varios procesos que dependen únicamente de las reservas. El ácido giberélico del embrión actúa sobre la capa de aleurona, donde se activa la enzima amilasa que inicia la degradación de sustancias de reserva contenidas en el endospermo y el cotiledón. De la digestión de tejidos de reserva son liberados diversos compuestos para ser reutilizados en múltiples procesos de síntesis. Para la mayoría de los casos, la velocidad de germinación se incrementa al aumentar la temperatura; aunque también temperaturas muy altas tienden a disminuirla. En ese rango es posible encontrar la temperatura óptima de germinación.
Con temperaturas sobre 32 ºC puede disminuir el índice de velocidad germinativo de las semillas. Sin embargo, independientemente del genotipo, el aumento de la temperatura hasta 38 ºC disminuye significativamente la velocidad de germinación. El efecto negativo de las altas temperaturas en la velocidad de germinación también fue expuesto por algunos autores, quienes señalaron que una vez llegado al nivel óptimo de temperaturas, donde la velocidad germinativa es mayor, ocurre un descenso a medida que las temperaturas se acercan a su límite máximo donde se produce un daño irreversible en las semillas. Temperaturas superiores a 30 ºC disminuyen la velocidad de germinación en los cultivares en estudio.
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