Caracterización de la respuesta a la temperatura en la germinación de semillas de Jatropha curcas

Resumen: La situación energética actual, la insaciable demanda energética y alimenticia y el complejo panorama sobre el futuro de los combustibles fósiles, han forzado a la búsqueda acelerada de nuevas fuentes alternativas para producir energía, entre ellas la producción de energía a partir de productos vegetales. Para no enfrentar ambas necesidades, el desafío de encontrar productos vegetales no comestibles, que se adapten a zonas marginales, que sean rentables y que proporcionen una fuente alta de energía, promete ser la alternativa prometedora que encaje en el escenario futuro y actual. El estudio profundo de nuevas especies , como Jatropha curcas para la producción de biodiesel adquiere relevancia. Este trabajo tiene el propósito de ampliar la frontera del conocimiento en el mecanismo fisiológico de germinación de J. curcas. El objetivo es poder caracterizar la respuesta a la temperatura durante la germinación de esta especie usando el análisis de tiempo térmico. Para esto se incubaron semillas de J. Curcas a cuatro diferentes temperaturas (20, 25, 30 y 35ºC) en agua destilada (Ψa=0 MPa). La temperatura base y temperatura óptima fueron 19ºC y 30ºC respectivamente. Aproximadamente el 40% de la población de semillas manifestó dormición absoluta. Otra parte de la población presentó dormición relativa, que se expresó progresivamente en distintas fracciones cuando la temperatura de incubación se alejó de los 30ºC. La aplicación práctica de los resultados encontrados en esta tesis, revela severas dificultades tanto para la germinación como para el establecimiento del stand de plantas de Jatropha curcas, las cuáles deberán ser consideradas por los mejoradores durante el proceso de selección y domesticación. La más importante de las limitaciones es el estrecho rango de temperaturas en el cual no se encuentran los problemas de dormición y la elevada tendencia que presenta la semilla para entrar en dormición secundaria con temperaturas mayores a 30ºC.

Variación fenotípica del comportamiento vegetativo, reproductivo y germinativo de poblaciones de Paspalum dilatatum Poir

Paspalum dilatatum Poir.(pasto miel.), es una gramínea forrajera nativa de producción estivo-otonal, que se halla en la pampa deprimida integrando comunidades de loma, media loma o bajo, sujetas periodicamente a inundaciones y sequias, o pastoreo continuo. Con el objetivo de analizar los componentes de la variación se realizaron estudios recíprocos, simulando ambientes de inundación, capacidad de campo (capacidad de campo) y sequía en semillas y plantas provenientes de poblaciones de loma (A) y bajo (C). Se analizó el comportamiento germinativo de las semillas cosechadas de los mencionados tratamientos, con y sin pretratamiento con agua a 4ºC e igual concentración salina que el agua de inundación de la región. Se hallaron diferencias significativas, al analizar todos los factores se destaca el comportamiento contrastante entre poblaciones cuando las semillas fueron pretratadas y procedieron de ambientes con sequía. Adicionalmente se halló que el pretratamiento permitió observar diferencias entre las poblaciones que sin el pretratamiento no se manifestaron. Se evaluaron las diferencias en crecimiento vegetativo y reproductivo para cada una de las poblaciones en los tratamientos inundación, capacidad de campo y sequía. En esfuerzo reproductivo, se observa que las plantas de loma, en el tratamiento de capacidad de campo producen la mayor cantidad de semillas/unidad de biomasa total producida, respecto de las plantas provenientes de la población de bajo. Estas, no presentan diferenciación en cuanto a los ambientes inundación y capacidad de campo. Las diferencias halladas en comportamiento vegetativo, tanto para la biomasa aérea como para la relación T/R, entre otros, indicarian la existencia de ecotipos de altos y ecotipos de bajos de la misma especie resultado de presiones selectivas diferentes en altos y bajos.

Brotado pre cosecha y pre germinado en cebada cervecera : predicción de la susceptibilidad del cultivo basada en el ambiente y manejo pos cosecha de los granos dañados

El grano de cebada cervecera (Hordeum vulgare L.) debe conservar su capacidad germinativa para poder ser malteado. El brotado pre-cosecha (BPC) y el pre-germinado obstaculizan la consecución de este objetivo. El objeto de esta tesis fue desarrollar conocimientos y herramientas tecnológicas que permitan manejar la susceptibilidad a estas adversidades en pre- y pos-cosecha del cultivo. Se evaluó el efecto del ambiente durante el llenado de granos sobre la dinámica de salida de la dormición y la susceptibilidad a BPC del cultivo y se estudiaron relaciones entre el nivel de pregerminado y la longevidad potencial (Ki) de lotes de cebada, en los principales cultivares comerciales de uso actual en Argentina. Ni la disponibilidad de nitrógeno del suelo ni el fotoperíodo medio durante el llenado tuvieron efectos sobre el nivel de dormición de los granos y la susceptibilidad a BPC del cultivo. La baja disponibilidad hídrica durante el llenado y las altas temperaturas imperantes durante las últimas etapas de este período aumentaron la susceptibilidad a BPC en todos los cultivares con resistencia intermedia a brotado, existiendo interacción entre ambos factores ambientales. Se desarrollaron modelos predictivos de la susceptibilidad a BPC basados en los efectos del ambiente térmico, para cada cultivar. Si la susceptibilidad es alta y existe pronóstico de lluvias el productor de cebada puede anticipar la cosecha y secar artificialmente. El pre-germinado no afectó la viabilidad inicial pero sí la longevidad potencial de los lotes de cebada. Se encontraron asociaciones positivas entre este último parámetro y el valor de Falling Number de los lotes. Esto permite la predicción de la viabilidad de un lote de cebada durante su almacenamiento en la maltería, y el diseño de las condiciones de almacenaje según el nivel de daño por pre-germinado y los requerimientos de la industria

Efecto de las condiciones ambientales durante el desarrollo, maduración y almacenamiento sobre la dormición en semillas de quinoa (Chenopodium quinoa Willd) con tolerancia potencial al brotado pre - cosecha

El brotado pre-cosecha es uno de los problemas que limitan la expansión del cultivo de quínoa (Chenopodium quinoa Willd.) hacia regiones húmedas. Esta tesis evalúa el comportamiento germinativo de dos accesiones con dormición, 2-Want y Chadmo, en la región de la Pampa Húmeda Argentina, combinando ambientes de cultivo (fechas de siembra), almacenamiento e incubación. El objetivo principal fue determinar el efecto de factores ambientales, hormonales y estructurales sobre los patrones de cambio en el nivel de dormición de semillas de quínoa durante su desarrollo, maduración y almacenamiento post cosecha. Ambas accesiones presentaron dormición durante el período de desarrollo-maduración de las semillas, aunque la temperatura de incubación condicionó su expresión (mayor a menor temperatura) en 2-Want. Condiciones de mayor fotoperíodo y temperatura durante esta etapa determinaron mayores niveles de dormición. Se confirmó el papel de las cubiertas seminales en su imposición, y se informa por primera vez la presencia de dormición embrionaria en quínoa. Se propone como hipótesis que una variación en el espesor de las cubiertas en respuesta al ambiente materno regula la difusión de ABA fuera de la semilla durante la incubación, y este mecanismo participa en la modulación del nivel de dormición. La salida de dormición posterior en almacenamientos con baja humedad resultó más rápida a temperaturas altas, asociado con la pérdida de sensibilidad al ABA, que condiciona también el requerimiento de giberelinas para germinar. Un mecanismo particular retrasó la salida de dormición ante temperaturas bajas de almacenamiento más incubación; una exposición a temperaturas elevadas sería necesaria para superar ese bloqueo. Chadmo mostró un nivel de dormición superior en todas las situaciones evaluadas, esto permite inferir un alto grado de tolerancia al brotado ante diversas circunstancias en la zona pampeana, por ello se la sugiere como mejor candidata para su inclusión en programas de mejoramiento adaptativo en quínoa.

Factores ambientales pre - dispersión y post - dispersión de semillas que modulan la germinación y emergencia de Digitaria sanguinalis (L.) Scop. en el cultivo de soja

El éxito de Digitaria sanguinalis en los cultivos estivales de la Argentina se debe en gran medida al establecimiento de varias cohortes a lo largo del ciclo del cultivo, lo que le permite escapar a los controles químicos. El establecimiento de las plántulas depende de factores ambientales pre-dispersión (competitivos y no competitivos), a través de los efectos maternos, y post-dispersión (no competitivos). A su vez, los efectos predispersión competitivos también afectan la fecundidad de las plantas. Por lo tanto, comprender los efectos de las interacciones dentro del sistema cultivo-maleza sería de utilidad para diseñar estrategias de manejo más efectivas de la maleza. Este trabajo tuvo como objetivo general i) determinar los efectos pre-dispersión que genera el cultivo de soja sobre el crecimiento, la estructura, la fecundidad y la dormición de semillas de biotipos locales de D. sanguinalis, y ii) los efectos post-dispersión que genera el ambiente en el que se encuentran las semillas condicionando el establecimiento de las plántulas en la campaña siguiente. Para cumplir con estos objetivos se realizaron experimentos i) en cámara evaluando los efectos de la temperatura, luz y humedad y el rol de las cubiertas en la imposición de la dormición, ii) en parcelas a campo combinando la presencia del cultivo con distintas distancias entre surcos, los grupos de madurez y los "gaps", iii) en macetas a campo evaluando los efectos del sombreo, la fertilidad edáfica y la luz roja y azul y iv) en parcelas a campo combinando la cobertura del suelo (rastrojo), el tiempo de permanencia de las semillas en el suelo, la presencia del cultivo de soja y el nivel de dormición de las semillas al momento de su dispersión. Temperaturas frescas (5ºC a 20ºC) y humedad, seguidas de temperaturas alternadas (20/30ºC) con luz fueron las mejores condiciones para la salida y la terminación de la dormición de las semillas, respectivamente. Dicha dormición está determinada por las cubiertas de las semillas, principalmente por la lemma y, aparentemente por el efecto de inhibidores presentes en ella. El cultivo de soja modificó el ambiente en el que crecen las plantas de la maleza al alterar la radiación incidente, la relación R-RL, la temperatura y la humedad relativa reduciendo la biomasa, la altura, el número de vástagos, la fecundidad de las plantas y el nivel de dormición de las semillas de D. sanguinalis. El nivel de dormición fue afectado por la temperatura máxima, la alternancia de temperatura y la radiación incidente en estadios reproductivos de la maleza, en cambio la fertilidad edáfica, la luz azul y rojo lejano no tuvieron ningún efecto. Por otra parte, el rastrojo de soja o de maíz, no modificó la salida de la dormición pero retrasó la terminación de la misma por la disminución en la alternancia de las temperaturas, retrasando la germinación y la emergencia de la maleza en la campaña siguiente. Semillas con distinto nivel de dormición en el momento de dispersión, tuvieron distintos valores de emergencia en la campaña siguiente cuando la temperatura no fue lo suficientemente baja como para reducir los niveles de dormición de toda la población. La presencia de un cultivo de soja junto con la presencia de rastrojo de soja o maíz, redujeron la emergencia de las plántulas a campo debido, en parte, al efecto de la menor alternancia de temperaturas. Los resultados de esta tesis permiten determinar cómo la estructura del cultivo de soja modifica el establecimiento de plántulas de D. sanguinalis en la campaña siguiente, a través de su efecto sobre el ambiente pre y postdispersión, afectando la salida y la terminación de la dormición y por lo tanto la emergencia de la maleza.

Identificación de QTL para dormición y análisis molecular de la interacción ABA-GAs en cariopses de sorgo granífero

El objetivo de esta tesis fue contribuir a la dilucidación de los mecanismos moleculares y genéticos que participan en la expresión de la dormición de semillas de cereales, utilizando Sorghum bicolor (L.) Moench como sistema modelo. Para ello se utilizaron dos aproximaciones complementarias: la identificación de QTL para el carácter dormición y la evaluación de la ocurrencia de interacciones in vitro entre componentes de la señalización del ácido abscísico (ABA) y el catabolismo de las giberelinas (GAs), candidatos a tener un rol importante durante la expresión de la dormición en granos de sorgo inmaduros (i.e. antes de madurez fisiológica). Los resultados obtenidos permitieron identificar tres QTL (qDOR-5; qDOR-9 y qDOR-10) que explican una proporción de la variabilidad que se observa en el patrón de expresión de dormición de granos de sorgo maduros (i.e. después de madurez fisiológica). Un análisis in silico de las secuencias abarcadas por estos QTL mostró que ninguno ellos incluye genes considerados como candidatos para dormición de sorgo. En ese sentido, esta tesis aportó nuevas regiones genómicas que contienen genes hasta ahora desconocidos, que serían importantes en la expresión del carácter dormición en granos maduros. Por otra parte, los análisis de unión in vitro realizados mostraron que las proteínas SbABI4 y SbABI5 (componentes de la señalización del ABA) pueden interactuar de manera específica con el ABRC (complejo de respuesta al ABA) del promotor del gen SbGA2ox3, responsable de la degradación de giberelinas activas. Este mecanismo de cross-talk ABA-GAs podría ser uno de los responsables del mantenimiento de la dormición en cariopses inmaduros resistentes al brotado pre-cosecha. Más aún, el ABRC del promotor de SbGA2ox3, involucrado en las interacciones, se encontró además en los promotores de genes GA2ox de otras especies monocotiledóneas como Brachypodium y arroz (Oryza sativa), pero no así en las dicotiledóneas analizadas, sugiriendo que el cross-talk ABA-GAs podría tener lugar en otras especies además de sorgo. Los resultados de esta tesis en forma conjunta aportaron nuevas evidencias acerca del rol preponderante que tienen ciertas regiones del genoma o genes puntuales en la expresión de la dormición tanto en granos maduros como inmaduros de sorgo granífero.

Efectos del ambiente térmico explorado durante la etapa de llenado y almacenaje sobre el nivel de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus L.)

A pesar de que la frecuente presencia de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus) suele dificultar las tareas de procesamiento y utilización de los mismos como semilla, existe escasa información en relación a la regulación ambiental de la dormición en frutos de esta especie. Entre los factores ambientales que actúan como reguladores de la dormición, la temperatura ha sido identificada como uno de los principales. En este contexto, el presente trabajo tuvo por objetico principal estudiar el efecto del ambiente térmico durante las etapas de llenado y almacenaje post cosecha sobre el nivel de dormición en frutos de girasol. Como objetivos secundarios, se evaluó el efecto de 1) las estructuras del fruto (embrión y cubiertas), 2) la sensibilidad de los frutos al ácido abscísico (ABA), giberelinas (GAs) y etilieno y 3) los cambios en el contenido endógeno de ABA sobre la determinación del nivel de dormición y su relación con el ambiente térmico explorado por los frutos en ambas etapas. Mayores temperaturas durante el llenado determinaron mayores niveles de dormición a cosecha, que se asociaron a una mayor dormición impuesta por cubiertas y una mayor sensibilidad al ABA de los frutos. Mayores temperaturas durante el almacenaje post cosecha (25 grados C) determinaron mayores tasas de salida de la dormición, que se asociaron a una menor dormición embrionaria, una menor sensibilidad al ABA, un menor contenido de endógeno ABA antes y durante la incubación y una mayor sensibilidad a GAs de los frutos, sin diferencias en la sensibilidad a etileno. Los resultados obtenidos representan un aporte significativo para el diseño de estrategias de manejo, como fechas de siembra y condiciones de almacenaje que permitan disminuir los niveles de dormición en frutos de girasol. A su vez, la exploración de las bases fisiológicas de las respuestas observadas resulta relevante para la comprensión de los mecanismos que regulan la dormición de esta especie.

Mecanismos fisiológicos y moleculares involucrados en la terminación de la dormición de semillas expuestas a las temperaturas alternadas

Esta tesis determina los mecanismos fisiológicos intervinientes en la terminación de la dormición en semillas de Cynara cardunculus y otras especies no domesticadas a las temperaturas alternadas. La comprensión de los mecanismos fisiológicos, se inicio a partir de la comparación de los parámetros resultantes de la aplicación del modelo de hidrotiempo. Se observó que las temperaturas alternadas redujeron el potencial agua base para la germinación (ƒÕ(b) 50). Este hecho denota que las temperaturas alternadas incrementan la capacidad del embrión para superar aquellas restricciones de origen físico y/o endógeno que impiden su crecimiento. El incremento del potencial de crecimiento del embrión esta regulado hormonalmente donde las fitohormonas ácido abscisico (ABA) y giberelinas (GAs) ejercen respectivamente, roles antagonicos en el mantenimiento de la dormición y en la promoción de la germinación. En las semillas expuestas a las temperaturas alternadas, se observó un menor contenido y una pérdida de la sensibilidad al ABA. Por el contrario, no se observaron cambios en el contenido y/o en la sensibilidad a las GAs de las semillas entre ambos regímenes térmicos de incubación. Además, se observó que el mantenimiento de la dormición en las semillas expuestas a temperaturas de incubación constantes fue producto del incremento en la biosintesis de novo del ABA. Los mecanismos hormonales por los cuales las temperaturas alternadas terminan con la dormición, se encontrarían regulados a nivel de la expresión de genes, siendo posible destacar la correspondencia observada entre la reducción en el contenido y en la sensibilidad al ABA bajo temperaturas alternadas y la menor abundancia de los transcriptos de NCED y de ABI5 involucrados en la sintesis y en la senalizacion del ABA.

When the key is integrate : introduction to development of dormancy behavior groups weeds in agricultural crops

p.153-169

Decreased weed emergence in different crops scenarios under no tillage

p.179-190

Variación fenotípica del comportamiento vegetativo, reproductivo y germinativo de poblaciones de Paspalum dilatatum Poir

Paspalum dilatatum Poir.(pasto miel.), es una gramínea forrajera nativa de producción estivo-otonal, que se halla en la pampa deprimida integrando comunidades de loma, media loma o bajo, sujetas periodicamente a inundaciones y sequias, o pastoreo continuo. Con el objetivo de analizar los componentes de la variación se realizaron estudios recíprocos, simulando ambientes de inundación, capacidad de campo (capacidad de campo) y sequía en semillas y plantas provenientes de poblaciones de loma (A) y bajo (C). Se analizó el comportamiento germinativo de las semillas cosechadas de los mencionados tratamientos, con y sin pretratamiento con agua a 4ºC e igual concentración salina que el agua de inundación de la región. Se hallaron diferencias significativas, al analizar todos los factores se destaca el comportamiento contrastante entre poblaciones cuando las semillas fueron pretratadas y procedieron de ambientes con sequía. Adicionalmente se halló que el pretratamiento permitió observar diferencias entre las poblaciones que sin el pretratamiento no se manifestaron. Se evaluaron las diferencias en crecimiento vegetativo y reproductivo para cada una de las poblaciones en los tratamientos inundación, capacidad de campo y sequía. En esfuerzo reproductivo, se observa que las plantas de loma, en el tratamiento de capacidad de campo producen la mayor cantidad de semillas/unidad de biomasa total producida, respecto de las plantas provenientes de la población de bajo. Estas, no presentan diferenciación en cuanto a los ambientes inundación y capacidad de campo. Las diferencias halladas en comportamiento vegetativo, tanto para la biomasa aérea como para la relación T/R, entre otros, indicarian la existencia de ecotipos de altos y ecotipos de bajos de la misma especie resultado de presiones selectivas diferentes en altos y bajos.

Efectos del ambiente térmico explorado durante la etapa de llenado y almacenaje sobre el nivel de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus L.)

A pesar de que la frecuente presencia de dormición en frutos de girasol (Helianthus annuus)suele dificultar las tareas de procesamiento y utilización de los mismos como semilla, existe escasa información en relación a la regulación ambiental de la dormición en frutos de esta especie. Entre los factores ambientales que actúan como reguladores de la dormición, la temperatura ha sido identificada como uno de los principales. En este contexto, el presente trabajo tuvo por objetico principal estudiar el efecto del ambiente térmico durante las etapas de llenado y almacenaje post cosecha sobre el nivel de dormición en frutos de girasol. Como objetivos secundarios, se evaluó el efecto de 1)las estructuras del fruto (embrión y cubiertas), 2)la sensibilidad de los frutos al ácido abscísico (ABA), giberelinas (GAs)y etilieno y 3)los cambios en el contenido endógeno de ABA sobre la determinación del nivel de dormición y su relación con el ambiente térmico explorado por los frutos en ambas etapas. Mayores temperaturas durante el llenado determinaron mayores niveles de dormición a cosecha, que se asociaron a una mayor dormición impuesta por cubiertas y una mayor sensibilidad al ABA de los frutos. Mayores temperaturas durante el almacenaje post cosecha (25 grados C)determinaron mayores tasas de salida de la dormición, que se asociaron a una menor dormición embrionaria, una menor sensibilidad al ABA, un menor contenido de endógeno ABA antes y durante la incubación y una mayor sensibilidad a GAs de los frutos, sin diferencias en la sensibilidad a etileno. Los resultados obtenidos representan un aporte significativo para el diseño de estrategias de manejo, como fechas de siembra y condiciones de almacenaje que permitan disminuir los niveles de dormición en frutos de girasol. A su vez, la exploración de las bases fisiológicas de las respuestas observadas resulta relevante para la comprensión de los mecanismos que regulan la dormición de esta especie.

Identificación de QTL para dormición y análisis molecular de la interacción ABA-GAs en cariopses de sorgo granífero

El objetivo de esta tesis fue contribuir a la dilucidación de los mecanismos moleculares y genéticos que participan en la expresión de la dormición de semillas de cereales, utilizando Sorghum bicolor (L.)Moench como sistema modelo. Para ello se utilizaron dos aproximaciones complementarias: la identificación de QTL para el carácter dormición y la evaluación de la ocurrencia de interacciones in vitro entre componentes de la señalización del ácido abscísico (ABA)y el catabolismo de las giberelinas (GAs), candidatos a tener un rol importante durante la expresión de la dormición en granos de sorgo inmaduros (i.e. antes de madurez fisiológica). Los resultados obtenidos permitieron identificar tres QTL (qDOR-5; qDOR-9 y qDOR-10)que explican una proporción de la variabilidad que se observa en el patrón de expresión de dormición de granos de sorgo maduros (i.e. después de madurez fisiológica). Un análisis in silico de las secuencias abarcadas por estos QTL mostró que ninguno ellos incluye genes considerados como candidatos para dormición de sorgo. En ese sentido, esta tesis aportó nuevas regiones genómicas que contienen genes hasta ahora desconocidos, que serían importantes en la expresión del carácter dormición en granos maduros. Por otra parte, los análisis de unión in vitro realizados mostraron que las proteínas SbABI4 y SbABI5 (componentes de la señalización del ABA)pueden interactuar de manera específica con el ABRC (complejo de respuesta al ABA)del promotor del gen SbGA2ox3, responsable de la degradación de giberelinas activas. Este mecanismo de cross-talk ABA-GAs podría ser uno de los responsables del mantenimiento de la dormición en cariopses inmaduros resistentes al brotado pre-cosecha. Más aún, el ABRC del promotor de SbGA2ox3, involucrado en las interacciones, se encontró además en los promotores de genes GA2ox de otras especies monocotiledóneas como Brachypodium y arroz (Oryza sativa), pero no así en las dicotiledóneas analizadas, sugiriendo que el cross-talk ABA-GAs podría tener lugar en otras especies además de sorgo. Los resultados de esta tesis en forma conjunta aportaron nuevas evidencias acerca del rol preponderante que tienen ciertas regiones del genoma o genes puntuales en la expresión de la dormición tanto en granos maduros como inmaduros de sorgo granífero.