Características físicas y germinativas de semillas de la orquídea Prosthechea sp. de la zona andina, Fusagasugá, Colombia
Physical and germinative characteristics of Prosthechea sp. (Orchidaceae) native to Fusagasugá – Colombia
Características físicas y germinativas de semillas de la orquídea Prosthechea sp. de la zona andina, Fusagasugá, Colombia
Biota Colombiana, vol. 18, núm. 1, pp. 80-87, 2017
Instituto de Investigación de Recursos Biológicos "Alexander von Humboldt"
Recepción: 11 Agosto 2016
Aprobación: 16 Mayo 2017
Resumen: El propósito de esta investigación fue evaluar el número, tamaño, viabilidad y germinación de las semillas de la orquídea Prosthechea sp., y algunas características morfológicas del fruto. Los frutos se obtuvieron en la vereda La Aguadita (Fusagasugá – Cundinamarca, Colombia). Se evaluaron las variables del fruto: altura, ancho, largo y peso fresco, y para la semilla: número, peso, tamaño, germinación y viabilidad. La prueba de viabilidad se realizó con el Tetrazolio utilizando cuatro concentraciones (0,4; 0,6; 0,8 y 1,0 %), tres tiempos de inmersión (30, 60 y 120 minutos en la solución) y seis repeticiones. El fruto registró una altura de 2,9 cm, ancho de 2,4 cm, largo de 4,8 cm y forma de elipse pesando entre 2,91 y 3,24 g. Las semillas midieron alrededor de 0,7 mm de largo por 0,3 mm de ancho, embrión color verde con dimensiones de 0,3 mm de largo por 0,2 mm de ancho. El peso de 15000 semillas de Prosthechea fue de 5,5x10-3 g. El número de semillas por capsulas fue 3334091. La viabilidad registró una media del 48 % y diferencias estadísticas significativas entre tiempos y concentraciones. La germinación arrojó resultados alrededor del 29 %.
Palabras clave: Fruto, Germinación, Número, Tamaño, Viabilidad.
Abstract: The objective of this investigation was to evaluate the number, size, viability, and germination of the seeds orchid Prosthechea sp., as well as morphologic characteristics of the fruit. The fruits were obtained in La Aguadita (Fusagasugá - Cundinamarca, Colombia). Fruit variables evaluated were: height, width, length and weight and for the seed: number, weight, size, germination and viability. The viability test was performed with Tetrazolium using four concentrations (0.4; 0.6; 0.8 and 1.0 %), 3 immersion times (30, 60 and 120 minutes in Tetrazoliun solution) and 6 repetitions. Prosthechea fruit measured: height (2.9 cm), width (2.4 cm), length (4.8 cm) and ellipse shaped with weights between 2.91 and 3.24 g. The seeds measured had 0.7 mm length and 0.3 mm width. The embryo was green with dimensions of 0.3 mm length and 0.2 mm width. The weight of 15000 Prosthechea seeds was 5.55 x 10-3 g. The number of seeds per fruit was: 3334091. Average viability was 48% and there were significant differences among immersion times and concentrations. Germination was about 29%.
Keywords: Fruit, Germination, Number, Size, Viability.
Introducción
Las orquídeas son plantas perennes, terrestres, epífitas o saprófagas. Predominan en zonas tropicales y subtropicales, con flores hermafroditas, frutos en capsulas dehiscentes, las semillas de tamaño pequeño: peso aproximado 5,0x10-3 mg/semilla, con dificultades en la reproducción natural, dado al largo período de desarrollo, generalmente mayor a cinco años (Soto 2002, Mora-Osejo 2004). Se estiman en 25.000 las especies de la familia Orchidaceae, repartidas en 750 géneros (Mora-Osejo 2004). Según el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible y Universidad Nacional de Colombia (2015) en el “Plan para el Estudio y Conservación de las Orquídeas”, reportan para Colombia 4.270 especies en 274 géneros; del total de especies registradas afirman que 1.572 son exclusivas del país. El crecimiento de las orquídeas se puede dar sobre ramas y troncos de los árboles, que le sirven como soporte (plantas epífitas), donde obtienen el alimento o nutrientes del aire, agua de lluvia y desechos de la corteza del árbol, también hay algunas especies terrestres (Arditti 1982). Dentro de los 274 género reportados para Colombia por el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible y Universidad Nacional de Colombia (2015) se encuentra Prostechea. La clasificación taxonómica del género Prostechea fue dada por Knowles & Westc en 1838 (Pupulin 2004), así: Familia: Orchidaceae Subfamilia: Epidendroideae. Tribu: Epidendreae. Subtribu: Laeliinae. Género: Prosthechea.
Las flores de las orquídeas pueden presentarse solitarias, pero es muy común que se agrupen en inflorescencias, es decir, en un conjunto de flores sobre un tallo, rama o raquis. Se constituyen las flores por verticilos o series de tres partes cada uno: tres sépalos, tres pétalos (de los que uno se modifica para formar el labelo), seis estambres y tres carpelos unidos (Walter 1979). Las flores de las especies de Prosthechea forman una inflorescencia apical, paniculada en racimo con una espata en la base. Hay una gran variedad en las flores de este género ya que pueden asociarse a la raíz de un pedúnculo o pueden ser sésiles. Pueden florecer en el racimo al mismo tiempo o sucesivamente. Los sépalos son casi iguales en longitud, mientras que los pétalos pueden ser mucho más delgados. El labelo se une a la mitad de la columna y muestra un callo (una rígida protuberancia). La columna es 3-5 dentada en su parte superior. Los frutos de forma de huevo, 1-locular, con 3 cápsulas aladas (Knudson 1946).
Las semillas pueden ser colectadas a partir de cápsulas (frutos) verdes o maduras. Si es posible, es mejor colectar cápsulas que han estado expuestas a un día seco. Una vez que las semillas estén secas, se las puede almacenar por muchos meses en frascos cerrados dentro de un refrigerador (4 a 5 °C). El tiempo desde el florecimiento hasta la maduración de las semillas varía significativamente de acuerdo a la especie y el lugar. Las semillas de Odontoglossum requieren alrededor de 18 meses para madurar (McKendrick 2000). Las semillas de las orquídeas varían en forma y tamaño desde filiforme, fusiforme y elipsoidal, con dimensiones entre 1 y 2 mm de largo y 0,5 a 1mm de ancho, un fruto puede contener desde 1300 a 4000000 semillas por cápsula según la especie de orquídeas, su tamaño oscila desde pocas micras hasta aproximadamente unos 5 mm, con un peso de 1 a 22 µg, esto dependiendo del género y especie de la orquídea (McKendrick 2000).
El fruto de las orquídeas está compuesto de al menos dos carpelos que pueden contener miles y hasta millones de semillas de tamaño muy reducido. Este órgano es seco dehiscente cuando alcanza su maduración. Los frutos o cápsulas poseen semillas minúsculas y numerosas llamadas semillas polvo, contienen poca o ninguna reserva para llevar a cabo la germinación, es decir, no presentan endospermo (Arditti et al. 1980). Para la formación de las semillas requieren de polinizadores específicos para que se efectúe la fecundación, especialmente insectos. La sumatoria de estos factores hace que el número de semillas que germinan en condiciones naturales sea muy bajo en comparación con el número de semillas producido (Abdelnour y Muñoz 1997).
En un estudio realizado en el cerro Quininí, municipio de Tibacuy (Cundinamarca), Ordoñez y Montes (2013) para el género Prosthechea, reseñan a la especie Prosthechea sceptra (Lindl.) de alto valor para procesos de bioprospección. Esto refleja la presencia de este género de orquídeas en ambientes naturales en áreas de influencia de la región del Sumapaz y la pertinencia de realizar estudios bioecológicos que propendan por la conservación de estas especies de plantas.
Para esta investigación se plantearon los siguientes objetivos: 1) medir la forma y tamaño de frutos de Prosthechea procedentes de la zona de influencia de San Rafael-Fusagasugá, 2) evaluar el tamaño, número y peso de semillas de Prosthechea, 3) evaluar la germinación y viabilidad de la semilla de la orquídea Prosthechea. Por consiguiente, con el desarrollo de este trabajo se buscó la contribución al conocimiento de la capacidad de los frutos y semillas de orquídeas nativas de Colombia, como lo es Prosthechea sp, para dar lugar a nuevos individuos en condiciones controladas, indicando así, las posibilidades de propagación in vitro y de supervivencia en condiciones naturales.
Material y métodos
Muestra de frutos de Prosthechea
Para la obtención de las semillas se tomaron muestras de frutos de Prosthechea sp. (Figura 1) en el año 2013, en inmediaciones de la vereda La Aguadita (Fusagasugá, Cundinamarca – Colombia), zona de influencia del Parque San Rafael, en una área con altitud de 1700 m.s.n.m., temperatura media de 15 °C y coordenadas de 4° 22' 58'' N y 74°18´43´´ O.
Figura 1.
Toma de muestra de Prosthechea. a) Ubicación de las plantas de orquídeas en tutores naturales. b) Inflorescencia de Prosthechea. c) Flores del género Prosthechea. d) Fruto de interés para la investigación.
Fotos: L. Banda.Procedimiento en laboratorio
En laboratorio se realizó el lavado y desinfección de cápsulas, mediante un procedimiento adaptado de McKendrick (2000), el cual consistió en: lavado con agua estéril, lavado con jabón antibacterial y enjuague con agua estéril. Luego se sumergieron por 5 minutos en hipoclorito al 70 % y finalmente fueron lavadas con agua estéril y guardadas en un frasco previamente esterilizado y se ubicaron en una nevera (temperatura alrededor de 7 °C).
Evaluación de frutos y semillas de Prosthechea
Caracterización de cápsulas (frutos) de Prosthechea
Se evaluó el estado de madurez del fruto, variable definida de acuerdo a los parámetros de referencia anotados por Ruiz et al. (2008) y Arditti (1967). Se describió la madurez con base en el color, altura, ancho, largo y forma, de la siguiente manera: cápsula C1 (cápsula verde con tiempo de maduración hasta 195 días); cápsula C2 (verde – amarillenta, tiempo de maduración entre 196 y 210 días aproximados); cápsula C3 (amarilla sin dehiscencia entre 211 a 240 días de maduración) y cápsula C4 (de color café con inicio de dehiscencia mayor a 240 días desarrollo).
Evaluación de las semillas de Prosthechea
Se definieron las variables: número, peso, viabilidad y germinación de semillas de la orquídea.
Número y peso de semillas: se tomó una muestra de 15000 semillas por fruto, evaluando el peso y calculando el número total de semillas presentes en las cápsulas y una caracterización morfológica del embrión.
Viabilidad de semillas: se utilizó la prueba según lo postula Knudson (1946) junto con las recomendaciones dadas por Besnier (1989) y la International Seed Testing Association, ISTA (1985) para evaluar la viabilidad de semillas. Luego de la desinfección de las cápsulas se tomaron muestras de semillas. La unidad experimental para la prueba de viabilidad fue de 100 semillas (7200 semillas en el experimento) por cada caja de Petri. La prueba de Tetrazolio se realizó con un Diseño Completamente al Azar con arreglo factorial, que consistió en cuatro (4) concentraciones de Tetrazolio (0,4; 0,6; 0,8; 1,0 %), tres (3) tiempos de exposición (30, 60 y 120 minutos) al Tetrazolio y seis (6) seis repeticiones, para un total de 72 unidades experimentales. A la viabilidad se le aplicó un análisis de varianza y test de Tukey para la comparación de medias entre tratamientos.
Germinación de Prosthechea: se usó el medio Murashige y Skoog (adaptado por Geoambiente SAS) enriquecido con auxinas y giberelinas (dosis de 0,003 mg.L-1). Este medio se llevó a autoclave a una temperatura de 121°C y a una presión de 15 PSI. Luego se repartieron en lotes de 18 frascos, para un total de 72 unidades. En cada frasco se sembraron 145 semillas para un total de 10.440 semillas. Una vez sembrados los frascos, se llevaron a cámara del cuarto de germinación.
Resultados y discusión
Frutos (cápsulas) de Prosthechea
Según lo expuesto por Ruiz et al. (2008) y Arditti (1967), los frutos de Prosthechea registraron características que los clasificaron en la categoría C2 (aproximadamente 210 días de desarrollo). La altura fue de 2,6 cm, ancho de 3,1cm y largo de 4,2 cm con forma de ovoide (“huevo”) (Figura 2) y de color verde amarillento. El peso de los frutos estuvo en un intervalo de 2,91 y 3,24 g (Tabla 1). Estas características representan una madurez fisiológica del fruto y de las semillas. Según lo reportado por Knudson (1946), la morfología del fruto en el género Prosthechea describe que son en forma de “huevo” y tres cápsulas aladas.
Figura 2.
Fruto de Prosthechea evaluado en la investigación.
Foto: Y. Pinzón.
Número, peso y dimensiones de la semilla de Prosthechea
La semilla de Prosthechea registró una longitud alrededor de 0,7 mm y ancho 0,3 mm. El área del embrión fue de 0,06 mm2 aproximadamente. El peso de 15000 semillas fue de 5,5x10-3 g, dando lugar 3.334.091 semillas/cápsula, valores que están referenciados por Knudson (1946) y McKendrick (2000), quienes reportan que una cápsula de orquídea pueden contener desde 1.300 hasta 4´000.000 de semillas.
La semilla del género Prosthechea presenta una cubierta protectora (testa) o tegumento extremadamente ligero (Arditti 1982, Lecoufle 2008) con un embrión de color verde y medidas de 0,3 mm de largo por 0,2 mm de ancho (Figura 3). Su cubierta es de color blanco. Se determinó que la semilla carece de endospermo y por ende no tiene una reserva alimenticia para su desarrollo como lo reporta Higgins (1997). Por consiguiente, se requiere de la ayuda de un medio para su propagación en medios controlados (in vitro) de germinación, que le brindará los nutrientes necesarios para la formación de plántulas. Estas características morfofisiológicas se asocian a la limitada germinación y establecimiento de las orquídeas en ambientes naturales.
Figura 3.
Semilla y embrión de Prosthechea. Vista microscópica.
Foto: Y. Pinzón.Viabilidad de las semillas de Prosthechea
En la figura 4 se muestra el porcentaje de viabilidad alcanzado por la semilla de Prostechea para los tres tiempos (30, 60 y 120 minutos) y las cuatro concentraciones (Cn) de la solución Tetrazolio: C1 (0,4 %), C2 (0,6 %), C3 (0,8 %) y C4 (1 %). Para el tiempo y las concentraciones se registraron diferencias significativas (p <0,0001). El máximo de semillas viables a los 30 minutos se obtuvo para la concentración al 0,8 % (12,5 %). Para las concentraciones del 0,6 y 0,8 % a los 60 minutos se presentaron los valores más altos de viabilidad (79,33 y 68,67 % respectivamente) siendo significativamente diferentes (p <0,0001) con las concentraciones al 0,2 y 1 % (valores menores en un intervalo del 50 y 60 %). Mientras que a los 120 minutos no hubo diferencias significativas entre las concentraciones.
Figura 4.
Porcentaje de viabilidad de semillas de Prosthechea. C1 a C4: concentración de Tetrazolio al 0,4, 0,6; 0,8 y 1 %
Germinación de semillas de Prosthechea
En la figura 5 se muestran los resultados de germi-nación de Prosthechea donde se obtuvo un porcentaje medio del 29 % de semillas germinadas para los cuatro lotes evaluados, alta diferencia según el porcentaje al reportado por Pazmiño (2011) donde en una cápsula abierta de Prosthechea se registró el 74 % de las semillas germinadas. Estas diferencias pueden ser dadas por el estado de madurez de la capsula y condiciones de experimentación. También se debe considerar que las semillas sembradas a partir de cápsulas verdes podrían germinar lentamente o simplemente no germinar, como lo señala McKendrick (2000).
La toma de los datos para la germinación de Prosthechea se realizó tres meses después de la siembra de la semilla, según reportan y Knudson (1946) y Arditti (1967) la cápsula de Prosthechea su germinación varía entre 3 a 4 meses dependiendo de la maduración de la misma.
El porcentaje de germinación de la semilla de Prosthechea alrededor del 29 %, puede estar influenciado por el estado de madurez del fruto. En un estudio realizado para la orquídea Encyclia adenocaula por Ruiz et al. (2008) obtuvieron una germinación cercana al 69 % al emplear las cápsulas C1 (verde) y C2 (verde-amarillenta), mientras que en las cápsulas C3 y C4 registraron germinación similar entre el 15 y el 42 %. Este aspecto del fruto estaría influenciando la germinación de Prosthechea.
Light y MacConaill (1998), reportan que en las semillas de la orquídea Cypripedium calceolusvar var. pubescens (Willd.), evaluadas siete semanas después de la polinización, la proporción de embriones maduros aumenta cuando la polinización se da en un intervalo de los primeros 10 días de la antesis, factor que estaría afectando la viabilidad y germinación de las semillas de Prosthechea evaluadas.
Figura 5.
Porcentaje (%) de germinación de semillas de Prosthechea.
Conclusiones
En las cápsulas evaluadas del género Prosthechea se encontraron 3334091 semillas por fruto, catalogada con un desarrollo aproximado de 210 días (cápsula C3).
La orquídea Prosthechea sp., presenta semillas con dimensiones de 0,7 mm de largo y 0,3 mm de ancho, con un tamaño de embrión de 0,3 mm de largo x 0,2 mm de ancho.
El género Prosthechea bajo las condiciones del experimento arrojó un porcentaje de germinación entre el 27 y 32 % para los cuatro lotes de semillas evaluados y que conformaron un total de 10.440 semillas.
La viabilidad de semillas del género Prosthechea registró diferencias estadísticas significativas, entre los tiempos de inmersión en la solución de Tetrazolio y las concentraciones evaluadas.
Para el género Prosthechea la interacción que expresa la mayor viabilidad es en un tiempo de 120 minutos con las concentraciones de 0,4; 0,8 y 1,0 donde se estimó un porcentaje de tinción de 90,5; 92,7 y 92,7 %, respectivamente.
Agradecimientos
Se agradece al Grupo de Investigación en Propagación, Sanidad y Fisiología Vegetal (Prosafis) y Semillero de Investigación en Agronomía Colombiana (Seminac) de la Universidad de Cundinamarca y la Empresa Geoambiente SAS por el apoyo al desarrollo de esta investigación.
Referencias
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Información adicional
Citación del artículo:: Banda-Sánchez, L. del C., Y. H. Pinzón-Ariza y L. E. Vanegas-Martínez. 2017. Características físicas y germinativas de semillas de la orquídea Prosthechea sp. de la zona andina, Fusagasugá, Colombia. Biota Colombiana 18 (1): 80–87. DOI: 10.21068/c2017.v18n01a5