Agronomía Tropical. 23(4): 355-363.1973

RELACIÓN ENTRE EL PERIODO DE IMBIBICION Y LA ACTIVIDAD RESPIRATORIA DE SEMILLAS DE ARROZ (Oryza sativa L. var. 'blue bonnet') GERMINADAS EN AEROBIOSIS y EN ANAEROBIOSIS. I. Plántulas unidas al grano.

JOCELYNE ASCENCIO * y E. SCHULZ S.*

*Facultad de Agronomía, Maracay, Venezuela

INTRODUCCION

La germninación, el crecimiento y respiración de semillas de cereales presentan características muy particulares en lo que respecta a la tolerancia al medio ambiente gaseoso. Esta está relacionada con la actividad respiratoria diferentes a prsiones presiones parciales de oxígeno especialmente en estadios embrionarios y post-embrionario; en el caso del arroz, cuyas semillas tienen la capacidad de germinar en Anaerobiosis, el comportamiento de las plantulas en estas condiciones es un problema de gran interés en el estudio de la germinación y adaptación de este cultivo al medio gaseoso en estados tempranos de su desarrollo. 

OBJETIVOS

El presente trabajo tiene por objeto investigar la relación entre el período de imbibición de la semilla y la actividad respiratoria de plátulas de arroz unidas al grano desarrolladas en aerobiosis y en anaerobiosis. 

MATERIALES Y METODOS

Se utilizaron semillas de arroz (Oryza sativa L. var. 'blue bonnet') las cuales fueron sometidas a períodos de imbibición de 2, 6, 10 y 24 horas (tratamiento Nº 1, 2, 3, y 4 respectivamente). Una vez concluido el período correspondiente de imbibición las semillas se colocaron en cápsulas petri de  100 x 15 mm. en un diseño al azar y Se llevaron a una incubadora con luz (bombillo de 40 W) a una temperatura de 30 ± 1 ºC 
por 4 ^1/2 días. Para la condición de Aerobiosis las semillas se colocarón sobre papel de filtro humedecido con agua destilada y para anaerobiosis sumergidas en agua destilada. Se utilizó un total de 100 semillas para cada tratamiento.

Al final del período de crecimiento se determinó la actividad respiratoria  a travéz del consumo de oxígeno en un Respirómetro Warburg (4). se utilizaron 15 unidades de la muestra (semilla + plátula) en cada balón Warburg las cuales fueron suspendidas en un buffer fosfato de pH = 5,8 y una solución de sacarosa 0,117 M (3). Las determinaciones se hicieron por duplicado a una temperatura de 30ºC y simultaneamente para las muestras provenientes de crecimiento en aerobiosis y en  anaerobiosis. El consumo de oxígeno se midió cada 10 minutos hasta repitición de las lecturas; una vez finalizada la medición, las muestras se secaron a estufa por 72 horas. 

RESULTADOS

1. Características generales de las plántulas desarrolladas en aerobiosis y en anaerobiosos

Las plántulas de arroz desarrolladas en aerobiosis se caracterizan par poseer una radícula con numerosas raicillas y un coleoptilo corto de color verde. El primer órgano en emerger de la semilla como inicio de germinación es la radícula en el 100% de los casos y el aspecto de las plántulas es vigoroso.

En anaerobiosis las plántulas muestran una radícula escasamente desarrollada o ausente y un coleoptilo largo de color amarillento. El primer órgano en emerger como indicio de la germinación es la plúmula lo cual se presentó en el 82% de los casos. Las plántulas son débiles y de color  amarillento.

2. Consumo de oxígeno

En el Cuadro 1 se muestra el consumo máximo de oxígeno, en microlitros por 100 mg. de peso seco, obtenido para los diferentes tratamientos y en las figs. 1, 2, 3 Y 4 las rectas y ecuaciones de regresión promedio correspondientes al consumo de oxígeno en función del tiempo.

Figura 1. Consumo de oxígeno (µ 1./100 mg. peso seco) en relación al tiempo para plántulas de arroz unidas al grano desarrolladas en aerobiosis y en anaerobiosis.  arriba, después de 2 horas de imbibición

Figura 2. Consumo de oxígeno (µ 1./100 mg. peso seco) en relación al tiempo para plántulas de arroz unidas al grano desarrolladas en aerobiosis y anaerobiosis:  arriba, después de 10 horas de imbibición  Abajo, después de 24 horas de imbibición

Las plátulas desarrolladas en aerobiosis consumieron más oxígeno que las desarrolladas en anaerobiosis para todos los períodos de imbibición ensayados (cuadro 1) para 6 horas de imbición se obtuvo el mayor consumo en ambas muestras con un valor de 9,10 microlitros para aerobiosis.

Las ecuaciones de regresión para los diferentes tratamientos ajustan a modelos  lineales de alta significación (R² > 0,90); el análisis de las regresiones promedio para la actividad respiratoria nos permiten considerar la diferencias en velocidad de reacción para los diferentes tratamientos pudiéndose observar para aerobiosis un valor de 0,019 microlitros de oxígeno consumido por minuto para el período de 2 horas de imbibición , 0,114 para 6 horas, 0,058 para 10 horas y 0,075 para 24 horas de imbibición, respectivamente. Para anaerobiosis el consumo de oxígeno por minuto fue de 0,016 microlitros para 2 horas de imbibición, 0,060 para para 10 horas y 0,029 para 24 horas de imbibición, respectivamente para detectar las diferencias reales entre cada uno de los tratamientos en aerobiosis y en anaerobiosis se hizo una prueba de Diferencia Mínima Significativa (DMS) cuyo resultado se muestra en los cuadros 2 y 3, El tratamiento que fue significativamente diferente de los restante fue el de 6 horas de imbibición tanto para desarrollo en aerobiosis como anaerobiosis. Los demás tratamientos no mostraron diferencia entre si al efectuar la comparación, con excepción de los tratamientos extremos de 2 Y 24 horas de imbibición y crecimiento en aerobiosis. Esta diferencia no fue altamente significativa (Cuadro 2).

DISCUSION

Las diferencias morfológicas observadas en las plántulas de arroz desarrolladas en aerobiosis y en anaerobiosis coinciden con las observaciones de otros investigadores 
(5) en lo que respecta a la manifestación diferencial del crecimiento de las raíces y de la plúmula según se trate un medio aeróbico o anaeróbico. Con tan poca información es difícil establecer las causas de esa; variaciones en el desarrollo, pero probablemente éste se encuentra relacionado con el mecanismo proveedor de energía, cadena respiratoria o fermentación (1) o con la presencia de una substancia de naturaleza hormonal sintetizada en el brote Joven (5).

En relación con el consumo de oxígeno también se notaron algunas particularidades; las determinaciones resultantes de la medición del consumo de oxígeno son el reflejo de la activación de los diferentes sistemas. enzimático durante la germinación y crecimiento de las plántulas ya que indirectamente  se está determinando la activación comparativa del mecanismo aeróbico en ambas condiciones. Para las plántulas desarrolladas aerobiosis la actividad respiratoria aumenta de las 2 a las 6 horas de imbición (Cuadro 1) lo cual posiblemente corresponde al período de activación máxima de los sistemas enzimáticos: LATZKO (2) cita autores que consideran paralelos el consumo de oxígeno y la actividad enzimática en semillas de cereales. Este período de imbibición de 6 horas es el  optimo de los cuatro tratamientos ya que para períodos de imbibición mayores el consumo de oxígeno no sobrepasa el valor obtenido para las 6 horas como puede observarse en el Cuadro 1. Por otra parte este tramiento mostró diferencias significativas con cada uno de los restantes a través de la prueba DMS en tanto que no se detectaron diferencias significativas en la comparación del resto de los tratamientos entre sí a excepción de los extremos t₁ y t₄ (Cuadro 2) para aerobiosis.
Para las plántulas que se desarrollaron en anaerobiosis hay que considerar que estuvieron en esta condición desde el momento que se pusieron a imbibir las semillas hasta que se efectuó la determinación del consumo de oxígeno. En esta forma el período en anaerobiosis para cada caso fue el siguiente:

trat. 1. 2 h imb + 108 h crec = 110 h

trat. 2. 6 h imb + 108 h crec = 113 h

trat. 3. 10 h imb + 108 h crec = 118 h

trat. 4. 24 h imb + 108 h crec = 132 h

al igual que en el caso anterior el consumo de oxígeno aumenta de las 2 a las 6 horas de imbibición donde se alcanza el máximo (Cuadro 1); al efectuar la comparación de medias para cada tratamiento (Cuadro 3) observamos que el tratamiento 2, correspondiente a 6 horas de imbibición y un total de 114 horas en anaerobiosis, mostró diferencias significativas con cada uno de los restantes no encontrándose diferencias al comparar el resto de los tratamientos entre sí. Esta situación demuestra nuevamente que a las 6 horas de imbibición posiblemente se produce la activción de sistemas enzimático responsable del proceso aeróbico lo cual se refiere en un mayor consumo de oxígeno, ya se desarrollen las plántulas en un medio aeróbico o anaeróbico.

El análisis de Covariancia realizado para detetar sin hubo influencia del peso de las muestras sobre el consumo de oxígeno no fue significativo en ninguno de los dos casos.

Como se deduce de lo expuesto, los resultados preliminares de este trabajo no son concluyentes hasta tanto no es estudien los sitemas enzimáticos más importante relacionados con el proceso. sin embrago podríamos concluir que la germinación y el desarrollo de plántula de arroz se favorece en aerobiosis sin que se deteriore por completo el sistema aeróbico. el período  de imbibición de 6 horas fue considerado como óptimo para la germinación y crecimiento en aerobiosis y 114 horas (6 horas de imbibición + 108 h de crecimiento) el período óptimo de activación del mecanimo aeróbico para plántulas desarrolladas en anaerobiosis.

Las implicaciones que pudiermos deducir, en primer término, del comportamiento del grano de arroz en condiciones de aerobiosis y anaerobiosis podrian estar dirigidas al establecimiento de los períodos de impribibición  y condiciones que favorezcan el crecimiento temprano de la siembra. El conocimiento en forma precisa, de las condiciones de germinación y desarrollo que más influyén sobre el vigor y establecimiento de la nueva plántula, son aspectos muy importantes a considerar n este esntido. 

RESUMEN

Se estudia la relación entre el período de imbibición y la actividad respiratoria de plántulas de arroz (Oryza sativa L. var. "blue bonnet") unidas al grano desarrolladas en aerobiosis y en anaerobiosis después de tratamientos de 2, 6, 10 y 24 horas de imbibición más un período de crecimiento de 4 ^1/2 días. Se determinó el consumo de oxígeno al final del período de crecimiento utilizando el Respirómetro Warburg, las muestras se suspendieron en un buffer fosfato de pH 5,8 y una solución de sacarosa  0,117 M. Los resultados indican que tanto el crecimiento como la acyividad respiratoria de plántulas de arroz son mayores si se desarrollan en aerobiosis. El período de imbibición para el cual se registró el mayor consumo máximo de oxígeno, fue de 6 horas tanto para crecimiento aerobiosis como en anaerobiosis; este tratamiento mostró diferencias significativas de los restantes a través de la prueba de Diferencia Mínima Significativa entre medias de tratamientos. 

SUMMARY

Comparative studies of growth and respiratory activity in relation with the imbibitory period were made in rice seedlings (Oryza sativa L. var. "blue bonnet") after germination and growth in aerobiosis and anaerobiosis. Manometric measurements of gas exchange occurring in seedlings after 2, 6, 10 and 24 hours of imbibition and 4 ^1/2 days of growth, were conducted according to the technique of Warburg. The seedlings were provided with a phosphate buffer (pH 5.8) containing 0,117 M sucrose. 

The rersults show that growth of the seedlings and respiratory activity is higher after aerobic conditions. A maximun oxygen consumption in g/100 mg dry weight was obtained for 6 hours of imbibition; for aerobic and anaerobic conditions this last treatment was significantly different from the others (P = 0,05).

LITERATURA CITADA

1. ALESHIN, E. P. Physiological characteristics of germination of rice seeds. Fiziología Rastenii. 7:563-566. 1961, from original 1960.

2. KOTZE, J. P. y LATZKO, E. Cambios enzimáticos en la glicólisis, ciclo de Krebs y de las pentosas-fosfato en cebada durante la germinación (del original en aleman), Zeitschrift fur Pflanzenphysiologie. 53 (4): 320-333. 1965.

3. TAYLOR, D, L. Influence of oxygen tension on respiration, fermentation and growth in in wheat and rice. Amer. Jour. of Bot. 29: 721-738. 1942.

4. UMBREIT, BURRIS and STAUFFER. Manometric Techniques. 4 ed. Minnesota, 1964.

5. VLAMIS, J; and DAVIS, A. R. Germination growth and respiration of rice and barley seedlings at low oxygen pressures. Plant Physiol. 18: 685-692. 1943. 

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