INTRODUCCIÓN
⌅Un paso primario y vital para tener éxito en proyectos de conservación y restauración ecológica es conocer la biología de la semilla. Sin embargo, para muchos sistemas tropicales existe poca información sobre rasgos funcionales de semillas. Esta situación se hace crítica en países tropicales subdesarrollados con alta riqueza florística, donde se destinan muy pocos recursos para obtener conocimiento básico sobre los mecanismos de regeneración de sus plantas silvestres (Sánchez et al., 2019Sánchez JA, Pernús M, Torres-Arias Y, Barrios D, Dupuig Y. 2019. Dormancia y germinación en semillas de árboles y arbustos de Cuba: implicaciones para la restauración ecológica. Acta Botánica Cubana. 218: 77-108.). Rasgos funcionales como la dormancia seminal, requerimientos germinativos y conducta de almacenamiento se consideran difíciles de determinar, pues consumen gran cantidad de recursos materiales, semillas y tiempo experimental (Poschlod et al., 2013Poschlod P, Abedi M, Bartelheimer M, Drobnik J, Rosbakh S, Saatkamp A. 2013. Seed ecology and assembly rules in plant communities. En: van der Maarel E, Franklin J. (eds.), Vegetation ecology, 164-202, Wiley-Blackwell, Chichester, UK.; Larson y Funk, 2016Larson JL, Funk JL. 2016. Regeneration: an overlooked aspect of trait-based plant community assembly models. Journal of Ecology. 104: 1284-1298.; Jayasuriya y Phartyal, 2023Jayasuriya KMGG, Phartyal SS. 2023. Dormancy, germination, and associated seed ecological traits of 25 Fabaceae species from northern India. Plant Biology. 26: 41-50.). Por su parte, existen rasgos seminales fáciles de medir (i.e., llamados rasgos suaves) en tamaños relativamente pequeños de réplicas, y que abarcan propiedades básicas de las semillas relacionadas con la dispersión, persistencia, germinación, dormancia y establecimiento de plántulas (Jiménez-Alfaro et al., 2016Jiménez-Alfaro B, Silveira FAO, Fildelis A, Poschlod P, Commander LE. 2016. Seed germination traits can contribute better to plant community ecology. Journal of Vegetation Science. 27: 637-645.; Marques et al., 2018Marques A, Buijs G, Ligterink W, Hilhorst H. 2018. Evolutionary ecophysiology of seed desiccation sensitivity. Functional Plant Biology. 45: 1083-1095.; Saatkamp et al. 2019Saatkamp A, Cochrane A, Commander L, Guja LK, Jimenez-Alfaro B, Larson J, et al. 2019. A research agenda for seed-trait functional ecology. New Phytologist. 221: 1764-1775.; Wu et al., 2024Wu L-M, Chen S-C, Quan R-C, Wang B. 2024. Disentangling the relative contributions of factors determining seed physical defence: A global-scale data synthesis. Functional Ecology. DOI: http://doi.org/10.1111/1365-2435.14552). Estos últimos se corresponden con la nomenclatura de rasgos de semillas de tipos morfológicos y biofísicos propuestos por Jiménez-Alfaro et al. (2016)Jiménez-Alfaro B, Silveira FAO, Fildelis A, Poschlod P, Commander LE. 2016. Seed germination traits can contribute better to plant community ecology. Journal of Vegetation Science. 27: 637-645.; pero también se llaman rasgos morfofisiológicos de semillas (Saatkamp et al. 2019Saatkamp A, Cochrane A, Commander L, Guja LK, Jimenez-Alfaro B, Larson J, et al. 2019. A research agenda for seed-trait functional ecology. New Phytologist. 221: 1764-1775.; Dalziell et al., 2022Dalziell EL, Lewandrowski W, Commander LE, Elliott CP, Erickson TE, Tudor EP, et al. 2022. Seed traits inform the germination niche for biodiverse ecological restoration. Seed Science and Technology. 50: 103-124.), que es la nomenclatura que se sigue la presente contribución.
Dentro de estos rasgos morfofisiológicos de semillas sobresale por su amplio empleo a nivel mundial la masa de la semilla. Este rasgo se considera una dimensión pivotante que indica la variación ecológica entre las especies, al reflejar el comportamiento regenerativo de las plantas frente a diferentes gradientes del ambiente (abiótico y biótico) (Westoby et al. 2002Westoby M, Falster DS, Moles AT, Vesk PA, Wright IJ. 2002. Plant ecological strategies: some leading dimensions of variation between species. Annual Review of Ecology and Systematics. 33: 125-159.; Kitajima y Fenner, 2005Kitajima K, Fenner M. 2000. Ecology of seedling regeneration. En: Fenner M, (ed.), Seeds: The ecology of regeneration in plant communities, 331-360, CAB International Wallingford, UK.; Sánchez et al., 2011-2012Sánchez JA, Muñoz BC, Montejo LA, Lescaille M, Herrera-Peraza RA. 2011-2012. Tamaño y nutrientes de semillas en 32 especies arbóreas de un bosque tropical siempreverde de Cuba y su relación con el establecimiento de las plántulas. Revista Jardín Botánico Nacional. 32-33: 181-204.; Zheng et al. 2017Zheng J, Guo Z, Wang X. 2017. Seed mass of angiosperm woody plants better explained by life history traits than climate across China. Scientific Reports. 7: 2741. DOI: http://doi.org/10.1038/s41598-017-03076-2). Por consiguiente, la masa de la semilla se emplea en muchos estudios a nivel de comunidad vegetal y se recomienda en protocolos de rasgos funcionales de las plantas (Pérez-Harguindeguy et al., 2013Pérez-Harguindeguy N, Díaz S, Garnier E, Lavorel S, Poorter H, Jaureguiberry P, et al. 2013. New handbook for standardised measurement of plant functional traits worldwide. Australian Journal of Botany. 61: 167-234.). Sin embargo, también se cuestiona que no es realista pensar que un solo rasgo funcional de semillas pueda explicar todas las estrategias de historia de vida de las plantas, o bien que sirva para predecir el complejo de procesos ecológicos (Paine et al., 2015Paine CET, Amissah L, Auge H, Baraloto C, Baruffol M, Bourland N, et al. 2015. Globally, functional traits are weak predictors of juvenile tree growth, and we do not know why. Journal of Ecology. 103: 978-989.; Wang et al., 2018Wang B, Phillips JS, Tomlinson KW. 2018. Tradeoff between physical and chemical defense in plant seeds is mediated by seed mass. Oikos. 127: 440-447.; Chen et al., 2021Chen SC, Wang B, Moles AT. 2021. Exposure time is an important variable in quantifying post-dispersal seed removal. Ecology Letters. 24: 1522-1525.). Por lo que, otros rasgos seminales se recomiendan emplear para caracterizar los mecanismos regenerativos de las especies vegetales (Jiménez-Alfaro et al., 2016Jiménez-Alfaro B, Silveira FAO, Fildelis A, Poschlod P, Commander LE. 2016. Seed germination traits can contribute better to plant community ecology. Journal of Vegetation Science. 27: 637-645.; Saatkamp et al. 2019Saatkamp A, Cochrane A, Commander L, Guja LK, Jimenez-Alfaro B, Larson J, et al. 2019. A research agenda for seed-trait functional ecology. New Phytologist. 221: 1764-1775.). Entre ellos sobresalen el contenido de humedad, la forma, la distribución de biomasa, relación embrión-semilla, la permeabilidad y tolerancia a la desecación. A nivel mundial, se ha comprobado que muchos de estos rasgos morfofisiológicos están muy correlacionados entre sí y con la permanencia de la semilla en el suelo, la germinación, el almacenamiento y el establecimiento de las plántulas (e. g., ver: Sánchez et al., 2009Sánchez JA, Muñoz BC, Montejo LA. 2009. Rasgos de semillas de árboles en un bosque siempreverde tropical de la Sierra del Rosario, Cuba. Pastos y Forrajes. 32: 141-16.; Lan et al., 2014Lan QY, Xia K, Wang XF, Liu JW, Zhao J, Tan YH. 2014. Seed storage behavior of 101 woody species from the tropical rainforest of southern China: test of the seed-coat ratio-seed mass (SCR-SM) model for determination of desiccation sensitivity. Australian Journal of Botany. 62: 305-311.; Jiménez-Alfaro et al., 2016Jiménez-Alfaro B, Silveira FAO, Fildelis A, Poschlod P, Commander LE. 2016. Seed germination traits can contribute better to plant community ecology. Journal of Vegetation Science. 27: 637-645.; Saatkamp et al. 2019Saatkamp A, Cochrane A, Commander L, Guja LK, Jimenez-Alfaro B, Larson J, et al. 2019. A research agenda for seed-trait functional ecology. New Phytologist. 221: 1764-1775.; Dalling et al., 2020Dalling JW, Davis AS, Arnold AE, Sarmiento C, Zalamea PC. 2020. Extending plant defense theory to seeds. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 51: 123-141.; Wu et al., 2024Wu L-M, Chen S-C, Quan R-C, Wang B. 2024. Disentangling the relative contributions of factors determining seed physical defence: A global-scale data synthesis. Functional Ecology. DOI: http://doi.org/10.1111/1365-2435.14552). Por tanto, su empleo permitirá tener una primera visión rápida de cómo germinar y conservar semillas, y también para establecer grupos (o tipos) funcionales de plantas para restaurar diferentes escenarios ambientales conforme a los filtros climáticos que contribuyen a la permanencia o exclusión de las especies (Baskin y Baskin, 2014Baskin CC, Baskin JM. 2014. Seeds: Ecology, Biogeography and Evolution of Dormancy and Germination. Academic Press, New York.; Sánchez et al., 2018Sánchez JA, Pernús M, Torres-Arias Y, Furrazola E, Oviedo R, Álvarez JC. 2018. Características regenerativas de árboles tropicales para la restauración ecológica de ecosistemas limítrofes al manglar. Acta Botánica Cubana. 217: 170-188.; Dalziell et al., 2022Dalziell EL, Lewandrowski W, Commander LE, Elliott CP, Erickson TE, Tudor EP, et al. 2022. Seed traits inform the germination niche for biodiverse ecological restoration. Seed Science and Technology. 50: 103-124.).
A pesar de lo anteriormente comentado, pocos estudios emplean diversos índices morfofisiológicos de semillas, lo cual debería ser, a nuestro criterio, el paso primario para caracterizar las semillas. Quizás esto se deba al esfuerzo que pudiera tener calcular todas estas variables al mismo tiempo, o bien por la falta de una herramienta sencilla y rápida que permita su rápido cálculo, fundamentalmente cuando el número de réplicas o especies es grande. Por tanto, en el presente trabajo se propone una planilla de Excel para calcular 18 rasgos morfofisiológicos de semillas de fácil obtención.
MATERIALES Y MÉTODOS
⌅Se empleó la herramienta Microsoft Excel (2016) de Windows para confeccionar una planilla que calcula rasgos morfofisiológicos de semillas relacionados con su contenido de humedad, forma, distribución de biomasa, relación embrión-semilla, permeabilidad y tolerancia a la desecación. Para el cálculo de los índices se utilizaron expresiones matemáticas reconocidas y validadas en publicaciones científicas internacionales para el trabajo con semillas (Tabla 1). Para ello, se seleccionaron aquellos rasgos funcionales de semillas de fácil determinación (i.e., con el menor empleo de recursos materiales y semillas), pero con un significado funcional relevante para la dispersión, persistencia, germinación y establecimiento de plántulas. Los cuatro rasgos de distribución de biomasa seminal se calculan por su versión relativa con relación a la masa seca total de las semillas, y en porcentaje para facilitar la interpretación de los datos.
Cabe señalar que solo se modificó el índice de Pelissari et al. (2018)Pelissari F, Cleiton A, Leite MA, Batista AC, Souza WV, Rocha JM. 2018. A probabilistic model for tropical tree seed desiccation tolerance and storage classification. New Forests. 49: 143-158. de determinación de tolerancia a la desecación de las semillas. Este índice se calculará con el contenido de humedad inicial de las semillas intactas, en lugar del contenido de humedad del embrión + endospermo como proponen los autores. Dicha modificación se realizó por Sánchez et al. (2018)Sánchez JA, Pernús M, Torres-Arias Y, Furrazola E, Oviedo R, Álvarez JC. 2018. Características regenerativas de árboles tropicales para la restauración ecológica de ecosistemas limítrofes al manglar. Acta Botánica Cubana. 217: 170-188. porque ambas variables están correlacionadas positivamente entre sí (Pelissari et al., 2018Pelissari F, Cleiton A, Leite MA, Batista AC, Souza WV, Rocha JM. 2018. A probabilistic model for tropical tree seed desiccation tolerance and storage classification. New Forests. 49: 143-158.; Sánchez et al., 2018Sánchez JA, Pernús M, Torres-Arias Y, Furrazola E, Oviedo R, Álvarez JC. 2018. Características regenerativas de árboles tropicales para la restauración ecológica de ecosistemas limítrofes al manglar. Acta Botánica Cubana. 217: 170-188.), y porque es más fácil calcular el contenido de humedad de las semillas intactas, que separar previamente el embrión + endospermo, para luego calcular su contenido de humedad. Según Sánchez et al. (2018)Sánchez JA, Pernús M, Torres-Arias Y, Furrazola E, Oviedo R, Álvarez JC. 2018. Características regenerativas de árboles tropicales para la restauración ecológica de ecosistemas limítrofes al manglar. Acta Botánica Cubana. 217: 170-188., en 32 especies nativas cubanas los resultados obtenidos son similares para este índice cuando se calculan por ambas variables de contenido de humedad. Por otra parte, en la planilla todos los valores de masa seminal se deben introducir en gramos para hacer el cálculo correcto de los índices de tolerancia a la desecación de Daws et al. (2006)Daws MI, Garwood NC, Pritchard HW. 2006. Prediction of desiccation sensitivity in seeds of woody species: a probabilistic model based on two seed traits and 104 species. Annals of Botany. 97: 667-674. y Pelissari et al. (2018)Pelissari F, Cleiton A, Leite MA, Batista AC, Souza WV, Rocha JM. 2018. A probabilistic model for tropical tree seed desiccation tolerance and storage classification. New Forests. 49: 143-158.. La planilla fue probada con datos simulados y reales para asegurar su precisión y robustez. Se realizaron varias iteraciones para ajustar las fórmulas y mejorar la interfaz de usuario.
| Rasgo funcional | Descripción del rasgo | Significado Funcional | Fuente |
|---|---|---|---|
| Contenido de humedad | Representa el contenido de humedad incial de la semilla después de la dispersión. Se calculó mediante la siguiente fórmula: | Germinación, supervivencia, longevidad seminal en el suelo. | ISTA (2007)ISTA (International Seed Testing Association). 2007. International rules for seed testing. Bassersdorf, Switzerland. |
| Forma | La forma de la semilla se estableció por la varianza de las dimensiones de las semillas (VDS), mediante el empleo de su longitud, anchura y grosor. Cada valor de dimensión se divide entre el valor de la longitud; así la longitud es igual a la unidad. Seguidamente se calculó la varianza seminal dividiendo la suma de las desviaciones cuadráticas de los valores individuales con relación a la media por el número de dimensiones (n = 3). Varianza de las dimensiones de la semilla | Capacidad de enterramiento, supervivencia en el suelo. | Thompson et al. (1993)Thompson K, Band SR, Hodgson JG. 1993. Seed size and shape predict persistence in soil. Functional Ecology. 7: 236-241. |
| Distribución de Biomasa | Masa relativa del embrión (MRE). Representa la masa seca del embrión con relación a la masa seca total de la semilla. | Se relaciona con la germinación, dormancia y cremiento temprano de las plántulas. | Fenner (1983)Fenner M. 1983. Relationships between seed weight, ash content and seedling growth in twenty-four species of compositae. New Phytologist. 95: 697-706.; Grubb y Coomes (1997)Grubb PJ, Coomes DA. 1997. Seed mass and nutrient content in nutrient starved tropical rainforest in Venezuela. Seed Science Research. 7: 269-280.; Daws et al. (2006)Daws MI, Garwood NC, Pritchard HW. 2006. Prediction of desiccation sensitivity in seeds of woody species: a probabilistic model based on two seed traits and 104 species. Annals of Botany. 97: 667-674.; Dalling et al. (2020)Dalling JW, Davis AS, Arnold AE, Sarmiento C, Zalamea PC. 2020. Extending plant defense theory to seeds. Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics. 51: 123-141.; Wu et al. (2024)Wu L-M, Chen S-C, Quan R-C, Wang B. 2024. Disentangling the relative contributions of factors determining seed physical defence: A global-scale data synthesis. Functional Ecology. DOI: http://doi.org/10.1111/1365-2435.14552 |
| Masa relativa del endospermo (MRN). Representa la masa seca del endospermo con relación a la masa seca total de la semilla. | |||
| Masa relativa de las reservas (embrión + endospermo) (MRR). Representa la masa seca del embrión más el endospermo con relación a la masa seca total de la semilla. | |||
| Masa relativa de las cubiertas (testa + endocarpo) (MRC). Significa la masa seca de la testa + endocarpo con relación a la masa seca total de la semilla. | Se relaciona con las defensas de las semillas, la germinación y la dormancia. | ||
| Relación Embrión/Semilla | La relación Embrión/Semilla (E/S) se determinó midiendo la longitud del embrión con respecto al largo interno de la semilla (sin cubierta). Si se multiplica por 100 se expresa la relación en porcentaje. | Se relaciona con la dormancia, tiempo para germinar, evolución de las plantas. | Vandelook et al. (2007)Vandelook F, Bolle N, Van Assche JA. 2007. Multiple environmental signals required for embryo growth and germination of seed de Selinum carvifolia (L.) and Angelica sylvestris. Seed Science Research. 17: 283-291.; Athugala et al. (2020)Athugala YS, Jayasuriya KMGG, Gunarathe AMTA, Baskin CC. 2020. Seed dormancy of 80 tropical montane forest species in Sri Lanka, the first dormancy profile for a tropical montane forest community. Plant Biology. 23: 293-299. |
| Relación Embrión/Semilla cuando el embrión rompe la testa (ET/ST). Se calculó por la relación E/S cuando rompe la testa menos relación E/S de la semilla fresca y posterior división por relación E/S de la semilla fresca. Si se multiplica por 100 se expresa la relación en porcentaje. | |||
| Porcentaje de incremento en la longitud del embrión (DE%). Se determinó por la longitud del embrión cuando rompe la testa (longitud crítica) menos la longitud inicial del embrión y posterior división por la longitud inicial del embrión multiplicado por 100. | |||
| Permeabilidad | Significa la capacidad de absorción de agua de la semilla fresca. Se calculó mediante la siguiente fórmula: Porcentaje de incremeto en masa de la semilla (IMS%) = Masa de las semillas después del contacto con el agua - Masa fresca inicial de las semillas/Masa fresca inicial de las semillas x 100 | Tolerancia al fuego, defensa contra depredadores, persistencia en el suelo, vinculación con la dormancia física. | Baskin et al. (2004)Baskin JM, Davis BH, Baskin CC, Gleason SM, Cordell S. 2004. Physical dormancy in seeds of Dodonea viscosa (Sapindales. Sapindaceae) from Hawaii. Seed Science Research. 14: 81-90. |
| Tolerancia a la Desecación | La probabilidad de tolerancia a la desecación P(D-S) de las semillas de acuerdo a Daws et al. (2006)Daws MI, Garwood NC, Pritchard HW. 2006. Prediction of desiccation sensitivity in seeds of woody species: a probabilistic model based on two seed traits and 104 species. Annals of Botany. 97: 667-674. se obtuvo por la siguiente fórmula: , donde a representa la fracción de la masa seminal destinada a las cubiertas seminales (es decir la masa relativa de la cubierta descrita previamente, MRC) y b es el log10 de la masa seca total de la semilla (g). | Persistencia en el suelo, capacidad de conservación en banco de germoplasma y envejecimiento en diferentes hábitats. | Daws et al. (2006)Daws MI, Garwood NC, Pritchard HW. 2006. Prediction of desiccation sensitivity in seeds of woody species: a probabilistic model based on two seed traits and 104 species. Annals of Botany. 97: 667-674.; Pelissari et al. (2018)Pelissari F, Cleiton A, Leite MA, Batista AC, Souza WV, Rocha JM. 2018. A probabilistic model for tropical tree seed desiccation tolerance and storage classification. New Forests. 49: 143-158. |
| La probabilidad de tolerancia a la desecación P(D-S) de las semillas de acuerdo a Pelissari et al. (2018)Pelissari F, Cleiton A, Leite MA, Batista AC, Souza WV, Rocha JM. 2018. A probabilistic model for tropical tree seed desiccation tolerance and storage classification. New Forests. 49: 143-158. se obtuvo por la siguiente fórmula: , donde A representa el contenido de humedad inicial de la semilla, B la MRC y C es la masa seca total de la semilla (g). |
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
⌅La planilla de Excel propuesta cuenta con siete hojas de trabajo que abarcan propiedades de las semillas relacionadas con la dispersión, persistencia, germinación y establecimiento de plántulas (Suplemento S1). En la primera hoja se introducen las variables primarias de longitud y masa de las semillas (Fig.1). En esta hoja se pueden introducir hasta siete variables primarias de longitud y siete variables primarias de masa, lo que significará el cálculo de los 18 rasgos morfofisiológicos propuestos. A continuación, la planilla cuenta con seis hojas donde aparece el cálculo automático de rasgos seminales de contenido de humedad, forma, distribución de biomasa, relación embrión-semilla, permeabilidad y tolerancia a la desecación.
No obstante, si los usuarios desean calcular un único rasgo morfofisiológico solo deben introducir los datos primarios correspondientes a dicho rasgo en la hoja variables primarias. Por ejemplo, para calcular el contenido de humedad de las semillas se deben introducir los datos relacionados con masa fresca de la semilla y masa seca de la semilla, y aparecerán de forma inmediata los resultados en la hoja de contenido de humedad (Fig. 2). En esta hoja del contenido de humedad, además, vuelven a aparecer los datos primarios para el cálculo de dicha variable, como sucede para el resto de los rasgos calculados.
El tamaño de muestra predeterminado para el cálculo de cada variable es de 100 réplicas. Sin embargo, esto no limita al usuario a un tamaño de muestra específico; puede ser menor o mayor dependiendo del diseño experimental de cada investigador. Si el usuario tiene un tamaño de muestra menor a 100, no supondrá ningún problema, simplemente deberá introducir los datos correspondientes a las réplicas disponibles. Si el tamaño de muestra es mayor, también podrá ingresar los datos, siempre y cuando copie las fórmulas de cada variable secundaria hacia abajo para abarcar completamente su tamaño de muestra.
En esta planilla de Excel cada réplica responde a valores de semillas individuales, pero igualmente se puede usar la planilla para especies con semillas pequeñas de múltiples réplicas, solo hay que tener el cuidado de introducir en las variables primarias los valores que corresponden a una semilla individual. También se brinda para todas las variables (i.e., primarias y no primarias) la estadística clásica de tendencia central y dispersión. Aparecerá por variable la media, la mediana, la desviación estándar (DS), el error estándar (ES), el valor mínimo y máximo, y el coeficiente de variación en porcentaje. De igual modo la planilla permite copiar y pegar sus resultados en diversos formatos de ficheros, lo que sin dudas facilitará su uso.
Finalmente, es necesario comentar que existen varios programas para calcular de forma rápida características (o rasgos) de germinación (e.g., ver Ranal et al., 2009Ranal MA, Santana DG, Ferreira WR, Mendes-Rodrigues C. 2009. Calculating germination measurements and organizing spreadsheets. Brazilian Journal of Botany. 32: 849-855.; Lozano-Isla et al., 2019Lozano-Isla F, Benites-Alfaro OE, Pompelli MF. 2019. GerminaR: An R package for germination analysis with the interactive web application “GerminaQuant for R.” Ecological Research. 34: 339-346.). Sin embargo, hasta donde conocemos esta es la primera vez que se propone una simple planilla de Excel para el cómputo rápido de un gran número de rasgos morfofisiológicos de semillas. Por lo que, favorecerá la caracterización morfofisiológica más completa de las semillas, y con esto la introducción de nuevas especies en los bancos de germoplasmas y en programas de restauración ecológica sin el empleo de grandes recursos. También servirá para estandarizar los resultados y facilitar comparaciones a nivel regional, ya que se emplean rasgos de semillas de reconocimiento mundial. Por último, es muy probable que esta planilla de Excel sea el punto de partida para desarrollar nuevos programas en R que brinden mayores prestaciones a los usuarios con relación al cálculo rápido de rasgos morfofisiológicos.