Aborción de óvulos y semillas de caraota (phaseolus vulgaris l.) Y caracterización de anormalidades morfoanatómicas, en dos cultivares en dos localidades de Venezuela.
Petra Madriz, Damelis Jáuregui y Rosemary Warnock
Petra M. Madriz I. Ingeniera Agrónomo, M.Sc. en Agronomía y estudiante del Doctorado en Ciencias Agrícolas, Universidad Central de Venezuela (UCV). Profesora, UCV; Venezuela. Dirección: Instituto de Agronomía, Facultad de Agronomía, Universidad Central de Venezuela. Apartado postal 4579, Maracay 2101, Aragua, Venezuela. e-mail: madrizp@agr.ucv.ve
Damelis Jáuregui. Ingeniera Agrónomo, M.Sc. en Agronomía, Doctora en Ciencias Agrícolas, UCV, Venezuela. Profesora, UCV, Venezuela. e-mail: jaureguid@agr.ucv.ve
Rosemary Warnock. Ingeniera Agrónomo. Doctora en Ciencias Agrícolas, UCV, Venezuela. Profesora, UCV, Venezuela. e-mail: warnockr@agr.ucv.ve
RESUMEN
Con la finalidad de determinar la proporción de óvulos y semillas abortadas, y caracterizar las anormalidades morfoanatómicas presentes en esas estructuras de la caraota (Phaseolus vulgaris L.), se sembraron los cultivares Tacarigua y Colombiana en las localidades de Sanare, estado Lara, y Montalbán, estado Carabobo, Venezuela, a salidas de lluvias, entre set 2003 y ene 2004, y en época seca, ene-abr 2004, respectivamente. Se tomaron flores y frutos ubicados entre el cuarto y sexto nudo del tallo principal, de 10 plantas muestreadas al azar. Se fijaron en formaldehido-ácido acético-etanol 70% (FAA) para su procesamiento y obtención de láminas permanentes y semipermanentes. Se evaluó el número de óvulos/flor. En las vainas se cuantificó el número de óvulos abortados, de semillas totales, normales, arrugadas y no desarrolladas (abortadas). Las semillas normales y arrugadas fueron separadas en cubierta seminal y embrión para observaciones bajo el microscopio. Se encontró mayor número de óvulos en cv Tacarigua y localidad Montalbán, mientras que el número de semillas también fue mayor en cv Tacarigua, pero en Sanare. El número de óvulos abortados fue mayor al de semillas no desarrolladas. Estas últimas no presentaron embrión o éste era deforme. En semillas arrugadas las células de Malpighi, de la cubierta seminal, presentaron variación en longitud y las células parenquimáticas adyacentes mostraron colapso y hundimientos en la superficie. La longitud del eje embrionario pareciera ser un carácter genético, pues se mantiene sin diferencias ante las condiciones climáticas de las localidades.
Ovule and seed abortion, and characterization of morphoanatomical abnormalities, in two black bean (phaseolus vulgaris l.) Cultivars from two localities in Venezuela.
SUMMARY
]]> In order to establish the proportion of aborted black bean ovules and seeds, and to determine and characterize abnormalities in those structures, cultivars Tacarigua and Colombiana were sowed in the localities of Sanare, Lara state and Montalbán, Carabobo state, Venezuela, at the end of the rainy season (Sep 2003 to Jan 2004) and during the dry season (Jan-Apr 2004), respectively. Flowers and fruits were sampled from nodes 4 to 6 of ten plants at random. They were fixed in formaldehyde-acetic acid-ethanol 70% (FAA) and processed for permanent and semi-permanent slides. The number of ovules/flower was evaluated. In pods, the numbers of total, normal, rough and non-developed seeds (aborted seeds) as well as empty spaces (aborted ovules) were quantified. Normal and rough seeds were separated into seminal cover and embryo for observation under the microscope. The highest number of ovules was found in cv Tacarigua and in the locality of Montalban, but the number of seeds was higher in Sanare than in Montalban. The number of aborted ovules was higher than the number of non-developed seeds, which might be related to prefertilization abortion. Non-developed seeds did not present embryos or the latter were deformed. In the rough seed coat, Malpighi cells presented variations in length and the parenquimatic cells showed collapse that caused sinking of the surface. The length of the embryo axis appears to be a genetic trait as it remains unchanged with the different local climatic conditions.Aborto de óvulos e sementes de feijão (phaseolus vulgaris l.) E caracterização de anormalidades morfoanatômicas, em dois cultivares em duas localidades de Venezuela.
RESUMO
Com a finalidade de determinar a proporção de óvulos e sementes abortadas, e caracterizar as anormalidades morfoanatômicas presentes nessas estruturas do feijão (Phaseolus vulgaris L.), plantaram-se os cultivares Tacarigua e Colombiana nas localidades de Sanare, estado Lara, e Montalbán, estado Carabobo, Venezuela, após a temporada de chuvas, entre set 2003 e janeiro 2004, e em época seca, jan-abr 2004, respectivamente. Tomaram-se flores e frutos localizados entre o quarto e sexto nó do caule principal, de 10 plantas mostradas aleatoriamente. Fixaram-se em formaldehido-ácido acético-etanol 70% (FAA) para seu processamento e obtenção de lâminas permanentes e semi-permanentes. Avaliou-se o número de óvulos/flor. Nas vagens se quantificou o número de óvulos abortados, de sementes totais, normais, enrugadas e não desenvolvidas (abortadas). As sementes normais e enrugadas foram separadas em cobertura seminal e embrião para observações sob o microscópio. Encontrou-se maior número de óvulos em cv Tacarigua e localidade Montalbán, enquanto que o número de sementes também foi maior em cv Tacarigua, mas em Sanare. O número de óvulos abortados foi maior ao de sementes não desenvolvidas. Estas últimas não apresentaram embrião ou este era deforme. Em sementes enrugadas as células de Malpighi, da cobertura seminal, apresentaram variação no comprimento e as células parenquimáticas adjacentes mostraram colapso e afundamentos na superfície. O comprimento do eixo embrionário parecera ser um caráter genético, pois se mantêm sem diferenças ante as condições climáticas das localidades.
PALABRAS CLAVE / Aborción / Leguminosae / Phaseolus / Óvulos / Semillas /
Recibido: 04/06/2007. Modificado: 06/10/2008. Aceptado: 08/10/2008.
Introducción
La caraota (Phaseolus vulgaris L.) es la leguminosa de mayor producción y consumo en Venezuela; sin embargo, esta especie presenta problemas que merman su producción, como lo son el alto porcentaje de aborción de flores, frutos, óvulos y semillas, mencionándose valores superiores al 50% (Izquierdo y Hosfield, 1981; White e Izquierdo, 1989). En la etapa de floración, la prioridad es destinar mayor cantidad de carbohidratos a las flores, para que los gineceos se transformen y desarrollen en vainas normales con un alto número de semillas. En Phaseolus, los botones florales se producen diariamente durante todo el período de floración, con una tendencia semejante a una curva de distribución normal (Kohashi, 1990); no obstante, las flores y los frutos se caen en distintas fases de desarrollo y por diferentes causas (White e Izquierdo, 1989; Kohashi, 1990), tales como condiciones ambientales (altas o bajas temperaturas, déficit hídrico, etc), genotipos (cultivares poco rendidores se relacionan con fallas en polinización y son de mayor aborción, a diferencia de los más rendidores), manejo agronómico (densidad de siembra, fertilización, riego y otros), arquitectura de la planta y hábito de crecimiento (flores desarrolladas en nudos basales de las plantas tienen mayor probabilidad de llegar al final y transformarse en frutos que las apicales).
White e Izquierdo (1989) indicaron como las posibles causas de la abscisión en caraota: 1) falta de fertilización de los óvulos, debido a la ineficiente autopolinización; 2) estrés hídrico, altas y bajas temperaturas; 3) competencia entre órganos (vainas) en desarrollo por elementos nutritivos como N, P, carbohidratos y otros nutrientes. En este sentido, la producción de etileno y ácido abcísico ocasiona la caída de legumbres en desarrollo dentro de un racimo, por efecto de las legumbres más viejas cuya demanda por fotoasimilados es más exitosa. En las vainas también ocurre disminución en la capacidad de demanda por aborto de óvulos individuales y embriones en desarrollo.
Los objetivos del presente estudio fueron determinar la proporción de óvulos y semillas abortadas en dos cultivares de caraota sembrados en dos localidades con condiciones ecológicas diferentes y realizar la caracterización morfoanatómica de esas estructuras.
]]> Materiales y MétodosSe evaluaron los cultivares de caraota Colombiana y Tacarigua. La primera es utilizada para consumo seco, la planta es precoz, con hábito de crecimiento indeterminado tipo III postrado (Voysest, 2000), de grano negro y peso de 100 semillas 22,13g (Rodríguez, 2004); es una variedad local de la zona de Sanare, estado Lara, Venezuela, de origen desconocido. El cultivar Tacarigua, es utilizado para consumo seco, la planta es precoz, de hábito de crecimiento indeterminado tipo II arbustivo erecto, y pertenece a un grupo de origen Mesoamericano (Voysest, 2000). Los granos del cv Tacarigua son negros y de tamaño pequeño, con peso de 100 semillas 16-18g (Barrios y Rojas, 1996, Díaz et al., 2001); este cultivar fue introducido y seleccionado mediante los programas de mejoramiento genético del CENIAP-INIA, Maracay, en 1987 (Voysest, 2000). Ambos cultivares fueron sembrados en dos localidades diferentes, Sanare y Montalbán, cuyas condiciones climáticas se presentan en las Tablas I y II, respectivamente. Sanare pertenece al municipio Andrés Eloy Blanco, estado Lara, a 9º46'N y 69º39'O, a 1360msnm. El suelo es franco arcillo arenoso, moderadamente ácido (pH 5,85), alto en materia orgánica y Ca, muy alto en P y K. La época de siembra del ensayo fue a salida de lluvias (set 2003-ene 2004). La Estación Experimental de Montalbán se halla en el municipio Montalbán, a 10º13’N y 68º18’O, a 656 msnm. El suelo es franco arcilloso, neutro (pH 6,83), con contenidos de materia orgánica baja, Ca y P medio y K alto. La siembra de los cultivares en el ensayo de Montalbán fue en época seca (ene-abr 2004). El diseño experimental utilizado fue de bloques al azar con tres repeticiones. Las parcelas estuvieron formadas por hilos de 5m de longitud, a una distancia de siembra de 60cm entre hilos y 7cm entre plantas. El manejo agronómico se realizó de acuerdo a las prácticas normales de las zonas de producción, sin limitación de elementos nutritivos y con control preventivo de plagas y enfermedades. Se aplicó riego por aspersión cuando fue necesario en Sanare y semanalmente en Montalbán, para el buen desarrollo del cultivo.
Evaluación de óvulos
En cada localidad, a inicios de la floración del cultivo en cada parcela, se seleccionaron diez plantas al azar de cada cultivar y se colectaron flores abiertas. Las mismas se tomaron de la parte media de las plantas, entre el cuarto y sexto nudo del tallo principal, contados de abajo hacia arriba y tomando el nudo de los protófilos como el número uno. Dichas flores fueron fijadas en formaldehido-ácido acético-etanol 70% (FAA) y llevadas al laboratorio de anatomía vegetal del Instituto de Botánica de la Facultad de Agronomía de la Universidad Central de Venezuela. A diez de las flores colectadas, bajo un microscopio estereoscópico, se les extrajeron los gineceos y se determinó el número de óvulos/ovario, por cultivar y por cada repetición. Otros diez gineceos fueron deshidratados en una serie creciente de alcohol butílico terciario, se embebieron e incluyeron en parafina (56-58º punto de fusión) y se seccionaron con un micrótomo de rotación, obteniendo secciones de 10-15mm de espesor. Las secciones fueron teñidas sin desparafinar con azul de toluidina acuosa al 0,05% (Sakai, 1973), o desparafinadas con safranina-fastgreen; en ambos casos la parafina se eliminó con xilol (Johansen, 1940). El montaje se realizó en ambos casos con bálsamo de Canadá. Las observaciones se realizaron usando un microscopio binocular Leitz con cámara digital incorporada.
Evaluación de semillas
Se cosecharon vainas maduras de diez plantas al azar, en cada localidad y por cultivar, también de la parte media de las plantas. En los frutos cosechados se determinó el número y posición de semillas por fruto, siguiendo la secuencia proximal-distal, considerando como proximal la zona del fruto más próxima a su inserción al tallo. Se contabilizaron las inserciones placentarias unidas a: rudimentos muy pequeños y oscuros, los cuales fueron considerados óvulos abortados, así como aquellas con semillas, catalogando a estas últimas como semillas no desarrolladas o abortadas, las cuales eran de menor tamaño, con arrugas y de colores marrón claro a negro, como semillas normales, con cubierta lisa y sin daño aparente, y como semillas arrugadas las que tenían irregularidades, eran rugosas o deformes (Figura 1). Estos tres tipos de semilla representan las semillas totales, a las cuales se les sumó el número de óvulos abortados a fin de obtener las inserciones placentarias totales.
Anormalidades morfoanatómicas
]]> Las semillas normales y rugosas fueron observadas en el estereomicroscopio y separadas en cubierta seminal y embrión. Se determinó la longitud de los ejes epicótilo e hipocótilo, tomando en cuenta el cultivar y la localidad donde se desarrollaron, y se verificó la normalidad de estos parámetros. La cubierta seminal de semillas arrugadas y normales se seccionó a mano alzada, los cortes se tiñeron con azul de tolouidina acuosa (0,05%) y se montaron en agua glicerina (V:V), preparándose láminas semipermanentes para su observación bajo el microscopio óptico. Estas láminas se utilizaron para detectar anormalidades en la estructura de esta parte seminal. De igual forma se realizaron cortes en óvulos abortados y semillas no desarrolladas completas, para observar su estructura.Análisis estadístico
Se efectuó la prueba de homogeneidad de varianzas de Bartlett (SAS, 2001) para las variables, encontrándose que las mismas eran homogéneas, por lo cual se trabajaron en conjunto ambos ensayos. Se realizaron análisis de varianza y pruebas de rangos múltiples de Duncan (SAS, 2001) a las variables número de óvulos/flor y a la longitud de los ejes epicótilo e hipocótilo.
Resultados y Discusión
Número de óvulos por flor
En la Tabla III se presentan los resultados de esta variable. El análisis de varianza arrojó diferencias altamente significativas para cultivares y significativas para localidad y localidad´cultivar para el número de óvulos/flor. El cv Tacarigua tuvo mayor número de óvulos/flor que el cv Colombiana. Al comparar las dos localidades, se observó que en Montalbán las flores de las plantas produjeron mayor número de óvulos/flor en relación con Sanare. Por su parte, la comparación de los cultivares en las localidades mostró que cv Tacarigua en Sanare produjo 6,93 óvulos/flor y en Montalbán 7,73 óvulos/flor; mientras que en Colombiana se contabilizó igual número de óvulos en ambas localidades 6,33 óvulos/flor. Las condiciones ambientales de Montalbán, con clima más cálido, de menor altitud y riegos semanales, favorecieron la mayor producción de óvulos/flor en el cv Tacarigua, el cual está adaptado a las condiciones ambientales de la zona.
Número de semillas en la vaina
Localidad. El número de inserciones placentarias totales fue de 7,09 en Sanare y 6,25 en Montalbán (Tabla IV). En Sanare y en el cv Colombiana fue superior el número de óvulos, lo que pudo deberse al azar o a variación en las inserciones placentarias con óvulos abortados, ya que en los conteos de óvulos por flor se obtuvieron valores de hasta 9 óvulos/flor.
Los valores encontrados se corresponden aproximadamente a los porcentajes de aborción de óvulos, de 10 a 20%, referidos por White e Izquierdo (1989) y Kohashi (1990). Es de hacer notar que la mayoría de las inserciones placentarias con óvulos abortados se localizaron en la posición proximal (Figuras 1 y 2).
En todos los casos el número promedio de semillas normales fue menor que el número de óvulos (Tablas III y IV). Las vainas producidas en la localidad de Sanare mostraron más inserciones placentarias totales, semillas totales, semillas normales y más semillas no desarrolladas, pero menos semillas arrugadas y óvulos abortados. Ello podría deberse a que las condiciones climáticas favorecieron un mejor desarrollo del cultivo, especialmente porque el clima más fresco, temperaturas entre 18 y 24ºC, y altitudes próximas a los 1000msnm se corresponden a las señaladas como las adecuadas para el crecimiento, desarrollo y buena producción de P. vulgaris (Masaya y White, 1991).
Tomando en cuenta que los óvulos abortados se hallaban principalmente en la posición proximal, la causa de su aborto fue probablemente fallas en la fertilización, debido a que los óvulos estaban más alejados de la zona de contacto de los granos de polen. White e Izquierdo (1989) indicaron que los óvulos proximales son los últimos en ser fecundados, por lo que se afecta su crecimiento y llenado.
Cultivar. Los dos cultivares bajo estudio produjeron una cantidad similar de semillas totales, aunque las semillas del cv Colombiana son de mayor tamaño y mayor peso promedio (22,13g/100 semillas en Sanare; Rodríguez, 2004) que las del cv Tacarigua (16,58 y 17,83g/100 semillas; Barrios y Rojas (1996) y Díaz et al, (2001), respectivamente). Los porcentajes de aborción (óvulos abortados más semillas no desarrolladas) también fueron semejantes: 25,15% en cv Colombiana y 27,11% en cv Tacarigua. Sin embargo, se debe destacar que Colombiana presentó un alto porcentaje de semillas arrugadas en comparación con Tacarigua (35,19 vs 7,44%). Cabe señalar que al momento de la siembra o del consumo poco se diferencian las caraotas arrugadas de las denominadas normales y su uso es igual. Por otro lado, la frecuencia de las semillas rugosas, aunque menor que las normales, muestra que se ubicaron en toda la vaina, especialmente en los espacios 2, 3, 4, 5 y 6 (Figuras 1 y 2) al igual que las normales.
El número de semillas totales/vaina obtenido en el cv Colombiana se correspondió con el valor reportado por Rodríguez (2004) de 5,1 en Sanare y en el caso de Tacarigua se ha señalado 5,13 semillas/vaina (Díaz et al., 2001).
La ocurrencia del mayor porcentaje de óvulos abortados en la zona proximal de los frutos, especialmente en la primera posición, se corresponde con lo observado en P. vulgaris (Nakamura, 1986, 1988) y en Canavalia ensiformis (Jáuregui y Viera, 1995). Diversos trabajos señalan que los óvulos de la zona distal de la vaina se ven favorecidos por la localización cercana al estigma y son los primeros en ser fertilizados, teniendo una mayor competitividad que los otros con respecto a la fuente y, por ende, se ven favorecidos en la acumulación de fotosintetizados y crecimiento; además de que pueden, a través de la producción de hormonas, afectar la formación y crecimiento de las semillas proximales de las vainas (Nakamura, 1988; White e Izquierdo, 1989)
Pechan y Webster (1986) explicaron en P. vulgaris que la diferencia entre el número de óvulos y semillas se debe a la aborción de semillas más que de óvulos. No obstante, en este trabajo se observó más aborto de óvulos que de semillas, correspondiéndose, como ya se señaló, a aborción por problemas de prefertilización, como también refieren Jáuregui y Viera (1995), en canavalia. De acuerdo a estos resultados, en la parte media de las plantas (flores y vainas tomadas entre cuarto y sexto nudo) la aborción, considerando la localidad estuvo entre 22,85% (Sanare) y 30,08% (Montalbán), y por cultivar estuvo en 25,15% (Colombiana) y 27,11% (Tacarigua), valores cercanos a los referidos por Izquierdo y Hosfield (1981) y por White e Izquierdo (1989).
Anormalidades en óvulos y semillas sin desarrollo
]]> En los cortes de óvulos provenientes de flores de los cultivares y localidades bajo estudio no se observó necrosis o deformación del saco embrionario, como fuera reportado por Yañez et al. (1984) para P. vulgaris. No obstante, sería conveniente hacer un estudio de esta estructura utilizando mayor poder resolutivo. Las semillas no desarrolladas eran pequeñas, de testa rugosa y color marrón claro a negro, como las describió Kohashi (1990). Las secciones efectuadas en este tipo de semillas mostraron que estaban vacías (Figura 3), sin desarrollo del embrión, que de estar presente era deforme, lo cual se corresponde con lo reportado por Pechan y Webster (1986) en caraota, y por Jáuregui y Viera (1998) en semillas no desarrolladas de canavalia, quienes refirieron como causa una posible deficiencia en la movilización de metabolitos o fotosintetizados que altera el desarrollo normal de estas estructuras.
Anormalidades en semillas
El estudio anatómico de la testa de semillas arrugadas mostró que la capa de Malpighi presentó grosor diferente en algunas regiones, debido a ligeras diferencias en el tamaño de las células (Figura 4), lo cual conlleva a ondulaciones en la superficie de las semillas, como también señalaron Jáuregui y Viera (1998) en cubiertas seminales irregulares de canavalia. Las células parenquimáticas internas a la capa osteoesclereidas se colapsan en algunas zonas, generando irregularidades. Estas ondulaciones pudieran vincularse con enfermedades o problemas no evaluados que probablemente afectaron en un momento dado al cultivo. Estas semillas son consideradas normales, pero los cambios en las células de la cubierta deben seguir siendo observados, porque una intensificación en estas irregularidades pudiese ser causa de un arrugamiento mayor, que pudiera afectar la calidad de la semilla.
Longitud del eje embrionario
Los análisis de varianza para las variables longitud de los ejes epicótilo e hipocótilo del embrión de semillas normales y arrugadas de caraota no arrojaron diferencias significativas (Tabla V). Las longitudes de los ejes resultaron similares para ambas condiciones y localidades, e igualmente con respecto a los dos cultivares. De acuerdo a estos resultados, la longitud de los ejes del embrión pareciera ser un carácter genético, que se mantiene sin mostrar diferencias cuando los cultivares crecen bajo condiciones ambientales y de manejo distintos.
La localidad de Sanare ofrece condiciones ambientales más adecuadas para la producción de P. vulgaris. Los cultivares Tacarigua y Colombiana producen una cantidad semejante de semillas por vaina. En las dos localidades la aborción de óvulos fue mayor a la de semillas en ambos cultivares. Los porcentajes de aborción registrados se aproximan a los referidos para esta especie; sin embargo, se debe destacar que estos porcentajes aparentemente son mayores en localidades más calientes.
AGRADECIMIENTOS
]]> Las autoras agradecen a América Trujillo por el asesoramiento en la parte estadística, al pueblo de Sanare por el apoyo recibido, al personal del laboratorio de anatomía vegetal del Instituto de Botánica Agrícola, Facultad de Agronomía, UCV, por el servicio prestado, y al FONACIT por el financiamiento del proyecto S1- 2001001016.REFERENCIAS
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