El conocimiento de las características morfo-fisiológicas de frutos y semillas es importante para estudiar la forma reproductiva y la posibilidad de domesticar una especie nativa de interés agropecuario o farmacéutico. El propósito de este estudio fue determinar las características morfológicas y la capacidad de germinación de las semillas de Euphorbia heterophylla L., debido a su importancia agropecuaria y económica. Se realizaron análisis morfológicos con 20 frutos y 50 semillas recién cosechadas y seleccionadas al azar. Se determinaron las características morfológicas del embrión, así como su desarrollo. Adicionalmente, se estudiaron las características fisiológicas de las semillas a través del contenido de humedad, la viabilidad y la germinación a diferentes fotoperiodos. El fruto maduro de E. heterophylla es una cápsula de tres lóbulos con un promedio de 3 semillas por fruto. Las semillas son cónicas con base ancha, carunculadas y de color marrón oscuro. El embrión es espatulado, con un eje hipocótilo-radícula bien definido y cotiledones en forma de espátula. El contenido de humedad al momento de la cosecha fue de 9,846 %, la viabilidad fue de 75,83 % y el porcentaje de germinación del 55 % en presencia de luz. Los frutos, semillas y embriones de E. heterophylla tienen características representativas del género Euphorbia. Nuestros resultados sugieren que las semillas germinan en un mayor porcentaje en presencia de luz, sin que se observe dormancia. Este estudio es un punto de partida para trazar futuras estrategias en relación con la domesticación de esta especie, dada la importancia agropecuaria y farmacéutica de la planta.

Palabras clave: Embrión, Endospermo, Germinación, Viabilidad.

ABSTRACT

Knowledge of the morphophysiological characteristics of fruits and seeds is important to study the reproductive form and the possibility of domesticating a native species of agricultural or pharmaceutical interest. The purpose of this study was to determine the morphological characteristics and germination capacity of Euphorbia heterophylla L. seeds, due to its agricultural and economic importance. Morphological analyzes were carried out with 20 fruits and 50 seeds recently harvested and randomly selected. The morphological characteristics of the embryo were determined, as well as its development. Additionally, the physiological characteristics of the seeds were studied through moisture content, viability and germination at different photoperiods. The mature fruit of E. heterophylla is a three-lobed capsule with an average of 3 seeds per fruit. The seeds are conical with a wide base, carunculate and dark brown in color. The embryo is spatulate, with a well-defined hypocotyl-radicle axis and spatula-shaped cotyledons. The moisture content at harvest time was 9.846 %, the viability was 75.83 % and the germination percentage was 55 % in the presence of light. The fruits, seeds and embryos of E. heterophylla have representative characteristics of the genus Euphorbia. Our results suggest that the seeds germinate in a higher percentage in the presence of light, without observing dormancy. This study is a starting point to outline future strategies in relation to the domestication of this species, given the agricultural and pharmaceutical importance of the plant.

Keywords: Embryo, Endosperm, Germination, Viability.

INTRODUCCIÓN

Euphorbia heterophylla L. originalmente era una planta nativa de América tropical y subtropical, pero ahora está muy extendida en los trópicos como una maleza de tierras cultivadas y lugares baldíos (Wilson, 1981). Es una planta anual que se esparce por semillas que se desprenden con un mecanismo explosivo y persisten en el suelo hasta que las condiciones favorables permiten la germinación. Adicionalmente, esta especie tiene un crecimiento rápido y alta capacidad de reproducción, lo que causa pérdidas considerables en la productividad de los cultivos de soja, plátano, arroz, frijol y maíz, aunque también en áreas de pastos y urbanas (Vivas, 2018).

Sin embargo, el valor nutricional de E. heterophylla fue determinado en 1985 por el Laboratorio Central de Nutrición y Alimentación de Abidjan (Costa de Marfil) y Bindelle et al. (2007) demostraron que tiene un buen contenido de proteína cruda (16 % a 27 % de MS) y un contenido de grasa de 7,7 % de MS. Es muy buen alimento para Cerdos de Guinea (Cavia porcellus L.) (Grongnet et al., 2013) y el Cuy (Cavia Porcellus) (Huamaní et al., 2016). Para los Cerdos de Guinea, la alta disponibilidad, la palatabilidad, la alta digestibilidad y el bajo contenido en fibra (22 % de MS) de E. heterophylla la hacen una de las malezas más ingeridas (Kouakou et al., 2010).

Adicionalmente, la hoja de E. heterophylla se utiliza en las prácticas médicas tradicionales como laxante, antigonorréico, migraña y curas de verrugas. El latex de la planta se utiliza como veneno para peces e insecticida (Rodriguez; Towers y Mitchell, 1976, Falodun; Agbakwuru y Ukoh, 2003). En algunas partes de África, las hojas se utilizan como remedio anticonvulsivo y para la tos. En este sentido, se ha informado que las hojas de esta especie contienen quercetina (Falodun; Agbakwuru y Ukoh, 2003) y diterpenoides en la raíz (Rowan y Onwukaeme, 2001). Las actividades antiirritantes de la piel, anticancerígenas y recientemente anti-VIH de las especies de Euphorbia también se han informado en la hoja de E. heterophylla (Williams et al., 1995).

Con base en las potencialidades de E. heterophylla y conociendo que es una especie tratada como invasora en la mayoría de los cultivos y que hasta la actualidad no se conocen investigaciones encaminadas al cultivo y/o domesticación de la misma; esta investigación se realizó con el objetivo de determinar las características morfo-fisiológicas de frutos y semillas de E. heterophylla; así como la capacidad de germinación como punto de partida para futuras estrategias para la domesticación de la especie.

MATERIAL Y MÉTODOS

Recolección de material vegetal

Los frutos fueron recolectados en mayo de 2022 a partir de plantas cultivadas en canteros en el Centro de Bioplantas, Universidad de Ciego de Ávila Máximo Gómez Báez, Ciego de Ávila, Cuba (41°53´N, 78°41´O). Las semillas se separaron de forma natural de los frutos cuando estos se secaron y se abrieron.

Morfología de los frutos

Se tomaron al azar 20 frutos maduros para medir su longitud y grosor, con un pie de rey digital de cuatro dígitos (Stainless Hardened, Alemania). Además, se determinó la masa de los frutos maduros con una balanza analítica de cuatro décimas (Sartorius, Alemania) y el número de semillas por fruto. Las características morfológicas de los frutos se establecieron de acuerdo a lo descrito para el género Euphorbia por Bolaji et al. (2014).

Morfología de semillas y embriones

Se tomaron 50 semillas al azar para medir longitud y ancho con un pie de rey digital de cuatro dígitos (Stainless Hardened, Alemania) y masa con una balanza analítica de cuatro décimas (Sartorius, Alemania). Las características morfológicas de las semillas se establecieron según lo descrito para el género Euphorbia por da Silva; Cordeiro y Caruzo (2015).

Para determinar la morfología y desarrollo de los embriones se tomaron 50 semillas y se cortaron longitudinalmente con bisturí (SCHREIBER, Nº23). Se tomaron fotografías de los embriones y el endospermo con una cámara Canon (EOS 600D), y con un pie de rey digital de cuatro dígitos (Stainless Hardened, Alemania) se midió la longitud del embrión y el endospermo para calcular la relación embrión/endospermo (E/E). La morfología y el desarrollo del embrión se definió según lo descrito por Martin (1946).

Características fisiológicas de las semillas

Contenido de humedad (%): Para conocer el contenido de humedad de las semillas (%, masa de H2O: masa fresca), se utilizó el método de secado en estufa (ISTA, 2016). Se colocaron tres muestras de 50 semillas en un recipiente de porcelana y se pesaron en una balanza analítica (SARTORIUS, BL 1500). Los recipientes se colocaron en un horno (HS62A) a una temperatura de 130°C hasta masa constante. Posteriormente, los recipientes se colocaron en un desecador con gel de sílice y se dejaron enfriar durante 45 minutos. A continuación, las muestras se pesaron nuevamente y se calculó el CHS utilizando la siguiente fórmula (figura 1):

Imagen 1

Figura 1. Calculó el CHS.

Viabilidad (%): Para evaluar la viabilidad se tomaron 100 semillas y se realizó la prueba topográfica del tetrazolio (ISTA, 2016) utilizando una solución al 1 % (v: v) de cloruro de 2, 3, 5 trifenil-2H-tetrazolio (TTZ). Las semillas se clasificaron según su coloración en: 1) viables, cuando estaban totalmente teñidas de rojo intenso o su coloración era rojo claro o con secciones incoloras y, 2) no viables, cuando permanecían incoloras (Maldonado-Peralta et al., 2016).

Efecto de la luz en la germinación (%): Para conocer la influencia de la luz en la capacidad de germinación de las semillas se utilizaron cuatro fotoperiodos diferentes (tabla 1). Para cada fotoperíodo se utilizaron cuatro repeticiones de 25 semillas que colocaron a germinar en placas Petri sobre papel de filtro previamente humedecido con 5 mL de agua destilada. Las placas de Petri se colocaron en una cámara de germinación (Modelo, serie RTOP-D) durante 14 días a 30ºC, 80 % de humedad relativa y a los diferentes fotoperíodos descritos con anterioridad. La luz fue simulada bajo tubos de luz fluorescente con flujo de fotones fotosintéticos (FFF) de 50 μmol m-2 s-1 (Baskin y Baskin, 2014).

Tabla 1. Fotoperíodos utilizados para la germinación de las semillas de E. heterophylla
Tratamientos	Horas de luz	Horas de oscuridad
T1	24	0
T2	16	8
T3	8	16
T4	0	24

Análisis estadístico

Para el procesamiento estadístico de los datos se utilizó el SPSS (Versión 23.0 para Windows, SPSS Inc.). Se utilizó el análisis de varianza (ANOVA) simple. Las medias de los tratamientos se compararon utilizando la prueba de rangos múltiple de Tukey (p≤0.05) previa comprobación de los supuestos de normalidad (Kolmogorov-Smirnov) y homogeneidad de varianzas (Levene).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Morfología de los frutos

El fruto de E. heterophylla es una cápsula de tres lóbulos, de cubierta blanda y color verde cuando están inmaduros (figura 2, A y B). Después de la madures, son de cubierta dura, con aspecto rugoso, color carmelita oscuro y pequeñas manchas color crema, además, cuando están completamente maduros son dehiscentes, lo que facilita la dispersión de las semillas (figura 2, A y C).

Imagen 3

Figura 2. Características morfológicas de los frutos de Euphorbia heterophylla L. Frutos con varios estados de madures en la planta (A), fruto inmaduro (B) y fruto maduro (C). (Fi) fruto inmaduro y (Fm) Fruto maduro. La barra vertical representa (A) 1 cm y (B-C) 1 mm.

Los frutos contienen tres semillas (una por lóbulo) y la altura promedio de los frutos es de 3,408 ± 0,34 mm y un el diámetro de 4,663 ± 0,41 mm, con una masa de 0,011 ± 0,004 g (tabla 2).

Tabla 2. Características cuantitativas de los frutos de Euphorbia heterophylla L.
Altura	mm	3,408±0,34
Diámetro	mm	4,663±0,41
Masa	g	0.011±0,004
Semillas por fruto	-	3,00±0,00
Media ± Error estándar de la media

Morfología de semillas y embriones

Las semillas de E. heterophylla son cónicas con base ancha, carunculadas y de color marrón oscuro al madurar (figura 3, A y B). La testa es de aspecto rugosa e irregular con pequeñas manchas blanquecinas casi indistinguibles (figura 3, B). Internamente están compuesta por una testa, seguida de un endospermo de color blanquecino y un embrión de tamaño grande en relación con la semilla (relación embrión/semilla de 79,53 ± 4,81%) (figura 3, C).

Imagen 41

Figura 3. Características morfológicas externas (A-B) e internas (C-D) de las semillas de Euphorbia heterophylla L. (Em) embrión; (En) endospermo y (Te) testa. La barra vertical representa 1 mm.

La altura promedio de las semillas es de 2,186 ± 0,20 mm, con un ancho de 2,159 ± 0,16 mm y una masa individual de 6,013 ± 0,51 mg y de 1 000 semillas de 6,051±0,38 g (tabla 3).

Tabla 3. Características cuantitativas de las semillas de Euphorbia heterophylla L.
Altura	mm	2,186±0,20
Diámetro	mm	2,159±0,16
Masa de una semilla	mg	6,013±0,51
Masa de 1 000 semillas	g	6,051±0,38
Relación embrión/semilla	%	79,53±4,81
Contenido de humedad	%	9,846±0,25
Viabilidad	%	75,83±4,92
Media ± Error estándar de la media

Características fisiológicas de las semillas

El contenido de humedad de las semillas de E. heterophylla al momento de la cosecha fue de 9,846 ± 0,25 % (tabla 3). La viabilidad de las semillas recién cosechadas fue de 75,83 ± 4,92 % (tabla 3), mostró una coloración rosada intensa en el embrión viable (figura 3, D), mientras que los embriones no viables mantuvieron su color inicial (figura 3, C). Después de 14 días de evaluación se observó que el mayor porcentaje de germinación de las semillas fue con un fotoperiodo de 24 h luz y 0 h oscuridad, mostrando diferencias estadísticas con el resto de fotoperiodos estudiados (figura 4).

Imagen 5

Figura 4. Germinación de las semillas de Euphorbia heterophylla L. T1, 24 h luz y 0 h oscuridad; T2, 16 h luz y 8 h oscuridad; T3, 8 h luz y 16 h oscuridad y T4, 0 h luz y 24 h oscuridad. Solo para el procesamiento estadístico los datos se transformaron según y´= 2*arcsen ((y/100)0,5). Las barras verticales indican media ± error estándar de la media.

Las características morfológicas observadas en los frutos y semillas de E. heterophylla corresponden a las descripciones realizadas por da Silva; Cordeiro y Caruzo (2015) para el género Euphorbia. La dehiscencia explicada para estos frutos se debe a un mecanismo representativo de Euphorbia y es el resultado de la presencia del tejido de separación situado entre los carpelos a lo largo de sus suturas ventrales, y a veces las suturas dorsales, como resultado de su separación entre sí o del eje central (Gagliardi et al., 2012).

Las semillas tienen las características estructurales básicas de Euphorbia (Corner y Corner, 1976). Según este autor, las semillas son exotegmicas, en las que la capa mecánica consiste en una epidermis externa con empalizada y células más o menos prismáticas. Con base en la clasificación de embriones formulada por Martin (1946), el embrión de E. heterophylla se inserta dentro de la división axilar; la subdivisión foliada, y el tipo espatulado. En sentido general, tanto la semilla cómo el embrión de esta especie presentan la estructura general informada con anterioridad para la subfamilia Euphorbioideae (Tokuoka y Tobe, 2002) y el género Euphorbia (Bolaji et al., 2014, da Silva; Cordeiro y Caruzo, 2015).

El contenido de humedad en las semillas al momento de la cosecha (9,846 ± 0,25 %) es típico de semillas ortodoxas (Ellis et al., 2018, Gutiérrez; Pernús y Sánchez, 2020, Freire et al., 2021) y se ajusta a la dehiscencia descrita con anterioridad para los frutos. Sin embargo, se requieren más estudios para determinar la sensibilidad a la deshidratación de las semillas de esta especie. La viabilidad de las semillas no superó el 75,83 ± 4,92 % y estuvo en el rango de lo informado para esta especie por Aarestrup et al. (2008). El porcentaje de germinación varió entre los fotoperíodos, pero no superó el 55 % en ninguno de los tratamientos lo que concuerda con el estudio realizado por Aarestrup et al. (2008). Sin embargo, resultados obtenidos por Brecke (1995), Suda y Giorgini (2000) y Bannon; Baker y Rogers (1978) en esta especie situan el porcentaje de germinación cerca del 100 % en dependencia de la temperatura y el fotoperíodo utilizado. En estas investigaciónes, al igual que en la nuestra, la presencia de luz es un requisito necesario para la germinación.

En relación con la germinación de E. heterophylla, Wilson (1981) y Aarestrup et al. (2008), sugirieron la presenca de dormancia en esta especie. Sin embargo, en correspondencia con los estudios de dormancia realizados por Baskin y Baskin (2014) y los resultados obtenidos en nuestra investigación, podemos concluir que no existe dormancia en las semillas de esta especie al poseer un embrión completamente desarrollado y diferenciado en órganos, poseer una testa permeable al agua y germinar más del 50 % de las semillas en un corto período de tiempo (14 d). No obstante, los factores externos (principalmente la temperatura) si pueden incidir en la germinación de las semillas, por lo que se requieren estudios adicionales en este sentido para aportar elementos indispensables para lograr la domesticación de la especie.

CONCLUSIONES

Los frutos, semillas y embriones de E. heterophylla tienen características representativas de la familia Euphorbiaceae. Los resultados sugieren que las semillas germinan en un mayor porcentaje en precencia de luz, sin que se observe dormancia, aunque es preciso estudios posteriores para conocer la influencia de la temperatura en la germinación de las semillas.

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