-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
1
4º Encuentro Estatal de Jóvenes Investigadores-Conacyt
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de Septiembre 2016
Memorias
Efecto de nanopartículas de plata (AgNPs) sobre la calidad fisiológica de la semilla
de maíz (Zea mays L.)
Juan Estrada Urbina
Universidad Autónoma de Guerrero
Facultad de Ciencias Agropecuarias y Ambientales
Programa Delfín
Area II: Biotecnología y Ciencias Agropecuarias
Dr. Abraham Méndez Albores
Universidad Nacional Autónoma de México, Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán, Unidad
de Investigación Multidisciplinaria
Resumen
En el presente estudio se realizó la caracterización tecnológica (física y fisicoquímica) y
fisiológica de la semilla de maíz. Los resultados obtenidos fueron que en la caracterización física:
se encontró un peso de 341.8 g para mil semillas con un largo, ancho y espesor de 11.6 × 8.3 ×
4.3 mm respectivamente. El peso volumétrico fue de 75.81 kg/hL. Respecto a la caracterización
fisicoquímica: se registró un valor de pH de 6.02 y un contenido de humedad de 9.7 %. Para el
color se encontró una diferencia total de color (ΔE) de 42.4, un chroma de 21.5 y un ángulo Hue
de 33.01°. En la conductividad eléctrica se encontró una relación directamente proporcional con
el tiempo de exposición, registrando valores de 63.1, 98.1 y 121.5 µS, mientras que para el
potencial óxido-reducción fue inversamente proporcional obteniendo valores de 253, -27 y -229
mV. En la calidad fisiológica se encontró que el uso de nanopartículas de plata (AgNPs)
promovió el crecimiento y desarrollo de las plántulas mejorando significativamente algunas
variables agronómicas de suma importancia como lo son: la longitud de la raíz, la longitud de la
plúmula y el peso seco, por lo que las semillas tratadas con AgNPs mostraron un mayor vigor en
comparación con aquellas que no fueron tratadas. Para la evaluación de la calidad fisiológica de
la semilla de maíz, se empleó la prueba de Kruskal-Wallis con comparación por pares (α= 0.1)
para las variables de tipo categóricas y los análisis de varianza (ANDEVA) con pruebas de
comparación múltiple de medias (Tukey, α= 0.05) para las variables de tipo continuas usando el
paquete estadístico INFOSTAT.
Palabras clave: Maíz, nanopartículas de plata (AgNPs), calidad fisiológica, vigor.
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
2
Introducción
El maíz (Zea mays L.) es el cereal que más se produce en el mundo y constituye uno de
los cuatro alimentos básicos, junto con el trigo, el arroz y la papa. El destino principal de la
producción de este cereal en México, es la industria de alimentos, tanto animal como humana,
entre otros usos industriales (Reyes, 1990; SIAP, 2012). Sin embargo, el maíz, presenta baja
calidad nutricional dado que de las fracciones totales en el grano denominadas zeínas constituyen
más de 50 %, presentando un bajo contenido de lisina y de triptófano (Serna-Saldívar et al., 1988;
Sproule et al., 1988; Amaya-Guerra et al., 2004), por lo que un factor básico para el éxito de la
agricultura moderna es la utilización de variedades con potencial para obtener altos rendimientos
en el grano o en forraje. Para contribuir a este propósito, se han desarrollado técnicas de análisis
que permiten evaluar la calidad de las semillas (Hernández y Carballo, 1997), las cuales son de
interés tanto para la industria semillera como para las instituciones responsables de la
certificación, ya que determinan su valor para beneficio del agricultor (ISTA, 2004).
Una semilla de calidad contribuye a mayor eficiencia varietal productiva, ya que es capaz
de emerger de manera rápida y uniforme, bajo diferentes condiciones ambientales. La calidad de
la semilla es un concepto basado en la valoración de diferentes atributos (Kelly, 1988), los cuales
mejoran el establecimiento de la planta en el campo, entre los que destacan: la calidad genética,
fisiológica, física y sanitaria. (Basra, 1995; Copeland y McDonald, 1995).
Otro aspecto importante que se ha visto recientemente es la utilización de la
nanotecnología en la agricultura, tal es el caso de las nanopartículas metálicas en las que se ha
visto un potencial como fertilizante, promotor del crecimiento, estimulante en la germinación, así
como una actividad antimicrobiana (Fang et al., 2013; Dimkpa et al., 2015).
Estas tecnologías han tenido un desarrollo en las últimas décadas y han demostrado tener
un gran potencial en la presentación de nuevas y mejoradas soluciones a muchos grandes retos de
la sociedad (Chen et al., 2011). Sin embargo, a pesar de que las aplicaciones de la nanotecnología
son abundantes, en el sector agrícola y alimentario son pocas debido a que el estudio de los
nanomateriales se encuentra aún en etapa emergente (Esparza-Rivera, 2015).
Por todo lo anterior, el objetivo del presente estudio fue realizar una caracterización física,
fisicoquímica y fisiológica de las semillas de maíz tratadas con nanopartículas de plata (AgNPs).
Materiales y Métodos
La investigación fue desarrollada en el Laboratorio 14 de la Unidad de Investigación
Multidisciplinaria de la Facultad de Estudios Superiores Cuautitlán de la Universidad Nacional
Autónoma de México.
1. Material Vegetal
Se utilizaron semillas de maíz nativo del Estado de México del tipo semi-cristalino color
rojo con una distribución de tamaño heterogénea, proporcionadas por los productores de la
región.
1.1 Descripción de los tratamientos
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
3
PAG 05= Semillas recubiertas con una película de almidón.
PAG 06= Semillas recubiertas con una película de almidón + nanopartículas de plata (AgNPs).
CONTROL= Semillas sin ningún recubrimiento.
I. Caracterización de la semilla
1. Caracterización física
La caracterización física de la semilla de maíz se llevó a cabo mediante tres parámetros:
peso volumétrico, peso de mil semillas y tamaño de la semilla (largo, ancho y espesor).
Peso volumétrico (PV): Se realizó siguiendo la técnica 22-10 de la AACC (2000), para lo
cual se llenó un recipiente de volumen conocido (1 L) con granos de maíz y se pesó en una
balanza granataria Ohaus. La prueba se realizó por triplicado y se relacionó el volumen a 100 L
mediante la siguiente expresión: PV= (PS/VOS)*100
Donde PV= Peso volumétrico; PS= Peso de las semillas; VOS= Volumen ocupado por las
semillas (mL).
Peso de mil semillas (PMS): Se contaron y pesaron 8 repeticiones de 100 semillas en una
balanza analítica Sartorius TE313S ± 0.001 g. Posteriormente se obtuvo la media, se multiplicó
por 10 y el valor obtenido fue el peso de mil semillas. Los datos obtenidos fueron reportados
como el valor promedio y el error estándar.
Tamaño de la semilla (TS): Para determinar el tamaño de la semilla se midieron el largo, el
ancho y el espesor de 25 semillas con ayuda de un vernier digital de fibra de carbono Digital
Caliper. Los datos se reportaron como el valor promedio y el error estándar de las mediciones.
2. Calidad fisicoquímica
Contenido de humedad (CH): Se llevó a cabo por el método 44-19 de la AACC (2000) que
consiste en colocar 4 g de muestra de harina de maíz en una estufa con circulación de aire
forzado por 24 h a 103 ± 1 °C. El contenido de humedad se calculó con base en el peso fresco
mediante la siguiente expresión: (M2-M3)*100/(M2-M1)
Donde M1= Peso del recipiente (g); M2= Peso del recipiente y su contenido antes del secado
(g); M3= Peso del recipiente y su contenido después del secado (g).
Color (C): Para determinar el color del grano se usó un colorímetro Konica Minolta Chroma
Meter CR-410 el cual se calibró en una placa blanca de porcelana (L= 87.2, a=0.3157, b=0.3232).
Se tomaron 15 lecturas de una muestra de 1 kg de semillas de maíz. Se determinaron los valores
de L, a y b, y con éstos se obtuvo el valor de la diferencia total de color (ΔE), el chroma y el
ángulo Hue, utilizando las fórmulas: ΔE= [(ΔL)2 + (Δa)2 + (Δb)2]1/2 C*= (a2 + b2)1/2 Hue=tan-
1(b/a)
Dónde: ΔE= Diferencia total de color; C*= Chroma; Hue= Ángulo (grados); L=
Luminosidad; a y b= Coordenadas de cromaticidad.
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
4
Potencial de Hidrógeno (pH): Para la determinación del pH se siguió el método 02-52 de la
AACC (2000). Se preparó una suspensión con 10 g de harina de maíz y 100 mL de agua
destilada. La muestra se agitó utilizando una barra magnética durante 30 minutos. Transcurrido el
tiempo, se procedió a dejar la muestra en reposo y se tomó lectura en el sobrenadante.
Conductividad eléctrica (CE) y potencial óxido-reducción (ORP): Estas pruebas se
realizaron a la par, para ello, se tomaron 50 semillas que fueron colocadas en 250 mL de agua
desionizada en un vaso de precipitado de volumen de 500 mL a una temperatura de 30 °C. Se
tomaron lecturas a las 0, 24, 48 y 72 h a la solución. Los resultados obtenidos se expresaron en
µS/cm y mV, respectivamente.
Con respecto al pH, CE, y ORP, las lecturas fueron tomadas con ayuda de un potenciómetro
semi-portátil Conductronic PC45, para ello se calibró previamente el potenciómetro con buffers
de calibración a un pH de 7 y 4, y con relación a la CE y ORP, los electrodos se mantuvieron
sumergidos en agua desionizada durante 30 minutos para que las lecturas fueran estables.
II. Calidad fisiológica
Para determinar la calidad fisiológica de la semilla se llevaron a cabo dos pruebas: 1)
Germinación estándar y 2) Vigor.
Germinación estándar. Para evaluar la calidad fisiológica empleando la prueba de
germinación se aplicó el método “entre papel” propuesto por la ISTA (2004) que consistió en
colocar 30 semillas en repeticiones de 10 sobre toallas de papel enrolladas e hidratadas con 50
mL de agua, y mantenidas en una cámara de germinación a 25 °C durante 7 d. Los conteos de las
semillas germinadas se realizaron a los 4 y 7 d.
Vigor. El objetivo principal de la prueba de vigor es diferenciar aquellos lotes que a pesar de
tener viabilidad similar, presentan distinta capacidad para germinar y emerger. Aquellos lotes que
presentan mayor vigor, tendrán mayor tolerancia a condiciones adversas que los de menor vigor
(Carambula, 1984). Para la determinación del vigor se realizaron las técnicas de envejecimiento
acelerado y longitud de plúmula.
1. Envejecimiento acelerado. Se dispusieron 30 semillas por tratamiento que fueron
colocadas en una malla dentro de un recipiente (microcámara) con 3 L de agua evitando que las
semillas estuviesen en contacto directo con la misma, situándose a 8 cm arriba del nivel del agua.
El recipiente tapado se colocó en una incubadora a 40 ºC durante 96 h y 100 % de humedad
relativa (Moreno, 1984). Transcurrido el tiempo de estrés, se procedió a realizar la prueba de
germinación estándar y la toma de datos.
2. Longitud de plúmula. Esta técnica se realizó a la par con la prueba de envejecimiento
acelerado. El recuento de las plúmulas se realizó a los 4 y 7 d posteriores de realizada la prueba.
Variables evaluadas
Las variables evaluadas en la calidad fisiológica de las semillas, fueron las siguientes:
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
5
Porcentaje de germinación (PG): El porcentaje de germinación se estimó a partir de
plántulas normales. Se calculó de la siguiente manera: PG= (NSG/25)*100
Donde PG= Porcentaje de germinación; NSG= Número de semillas germinadas.
Porcentaje de contaminación (PC)
Longitud de raíz (LR)
Longitud de plúmula (LP)
Peso seco de la parte aérea (PSPA)
Peso seco de la raíz (PSR)
Con respecto a las últimas dos variables, se tomaron en cuenta las plántulas normales, para lo
cual fueron secadas a 75 °C durante 72 h (Pérez et al., 2007).
Análisis estadístico
Para la evaluación de la calidad fisiológica de la semilla de maíz, se realizó la prueba no
paramétrica de Kruskal-Wallis con comparación por pares (α= 0.1) para el análisis de las
variables de tipo categóricas y los análisis de varianza (ANDEVA) con pruebas de comparación
múltiple de medias (Tukey α= 0.05) para las variables de tipo continuas. Los datos fueron
analizados con el paquete estadístico INFOSTAT.
Resultados y Discusiones
1. Caracterización física
En el Cuadro 1 se muestra la caracterización física obtenida de la evaluación de las semillas
de maíz expresando el valor promedio y error estándar de las mediciones. La semilla de maíz
utilizada en el presente estudio fue de tipo semi-cristalino mostrando un tamaño de grano de 11.6
× 8.3 × 4.3 mm, datos que concuerdan con los encontrados por Ramírez (2006) en maíz rojo
cuyas dimensiones dataron de una longitud de 11.8 mm y grosor de 8.3 mm. Otra variable de
importancia es el peso de mil semillas el cual está relacionado con el cálculo de la densidad de
siembra así como el rendimiento total de grano. El peso de mil semillas encontrado fue de 341.8
g, similar al registrado por Díaz et al., (2009) quienes encontraron un peso de 334.96 y 354.33 g
para los híbridos “Vencedor 8330” e “INIAP HS-552”, respectivamente.
Respecto a la densidad, se encontró un valor de 75.81 kg/hL el cual es acorde al determinado
por el Servicio Nacional de Inspección y Certificación de Semillas (SNICS) donde establecen que
para la elaboración de tortillas y productos de maíz nixtamalizados de calidad comercial, se
considera que el grano deberá tener una densidad mínima de 75 kg/hL.
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
6
Cuadro 1. Caracterización física de la semilla de maíz Parámetro
Tamaño de semillas
Largo (mm) 11.6 ± 0.08
Ancho (mm) 8.3 ± 0.03
Espesor (mm) 4.3 ± 0.03
Peso de mil semillas (g) 341.8 ± 0.22
Peso volumétrico (kg/hL) 75.81 ± 0.45
Valor promedio de tres repeticiones ± error estándar
2. Caracterización fisicoquímica
Las características fisicoquímicas de la semilla de maíz son factores de importancia en el
almacenamiento de los granos. El contenido de humedad obtenido en la presente investigación
fue de 9.7 % (Cuadro 2) el cual es acorde al rango establecido en la NOM-187-SSA1/SCFI-2002
para el comercio de los granos que es de 8 a 11 %; y un valor de pH de 6.02, similar al reportado
por Martínez (2012) quien encontró un pH de 6.04 en 10 g (b.s.) de harina de maíz para la
elaboración de tortillas.
Los valores de Luminosidad (L) y ángulo Hue encontrados en el presente estudio para la
determinación del color (Cuadro 2), difieren de los reportados por Salinas et al., (2012) donde
obtuvieron valores de Luminosidad de 38.5 y 51.4, y ángulos de 45.9 y 57.3 para semillas de
color rojo magenta y rojo claro respectivamente. No obstante, el valor de Croma (C*) encontrado
(Cuadro 2) estuvo en el rango de 20.7 y 25.5 que corresponden al rojo magenta y rojo claro.
Cuadro 2. Caracterización fisicoquímica de la semilla de maíz
Parámetro
CH (%) 9.7 ± 0.016
pH 6.02 ± 0.03
Color
L 50.57 ± 1.34
ΔE 42.45 ± 1.14
C* 21.51 ± 0.83
Hue 33.01 ± 1.57
Valores promedio de tres repeticiones ± error estándar. CH= contenido de humedad.
La prueba de conductividad eléctrica es conocida como una de las mejores para la
evaluación de la pérdida de la integridad de la membrana celular mediante la concentración de
electrolitos liberados por las semillas durante la imbibición en forma de iones inorgánicos
(Viloria y Méndez, 2007). Con relación a ésta, se encontró una tendencia directamente
proporcional con un valor máximo de 121.5 µS/cm a las 72 h, lo que indica una pérdida excesiva
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
7
de solutos; mientras que el potencial óxido-reducción (ORP) se presentó de forma inversamente
proporcional respecto del tiempo de exposición en la solución (Figura 1).
Estos valores bajos de ORP indican la capacidad que tienen las semillas de ceder
electrones y actuar como antioxidante, el cual a su vez está relacionado con un incremento en la
actividad de la enzima catalasa (Sandoval-Rangel et al., 2015).
Figura 1. Lecturas de conductividad eléctrica y de potencial óxido-reducción de las semillas de
maíz.
3. Caracterización fisiológica
Porcentaje de germinación y contaminación
En el porcentaje de germinación en la prueba de germinación estándar no se encontró
diferencia significativa, contrario al envejecimiento acelerado en el cuál sí se presentó en el
segundo conteo (7 d) (Cuadro 3). Este resultado indica que, tanto la película como las AgNPs,
tienen la capacidad de proteger a la semilla ante situaciones de estrés de temperatura y humedad
como ocurre en el envejecimiento acelerado, el cual, por su exposición a temperaturas altas,
merma la capacidad germinativa en un mismo lote de semillas (McDonald, 1999). Al respecto, no
hay estudios sobre la capacidad protectora de las nanopartículas en la germinación de las semillas
ante situaciones de estrés, por lo que el presente estudio puede ser considerado como pionero
para este tipo de pruebas; sin embargo, Prassad et al. (2012) y Jayarambabu et al. (2014)
encontraron efectos positivos significativos en la germinación de semillas de maní y frijol mungo
con el uso de nanopartículas de óxido de zinc (ZnONPs) en comparación con un grupo control.
Asimismo, se encontró en el presente estudio que la película y las AgNPs protegen a la
semilla de patógenos tanto en la prueba de germinación estándar como en el envejecimiento
acelerado, por lo que en estos tratamientos se observó un porcentaje de contaminación menor en
contraste con el grupo control, lo que pone en evidencia la capacidad antifúngica que tienen las
nanopartículas colocándolas así como alternativa sostenible al uso de plaguicidas sintéticos,
disminuyendo de esta forma el impacto negativo que éstos generan para el ambiente. Este
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5
PO
TEN
CIA
L R
EDO
X (
mV
)
CO
ND
UC
TIV
IDA
D E
LÉC
TRIC
A (µ
S/cm
)
NÚMERO DE MUESTRA
C.E ORP
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
8
resultado concuerda con lo descrito por Aguilar (2009), quien indica que, además de la actividad
antimicrobiana de las AgNPs, presentan también un efecto fungistático retardando el crecimiento
de ciertos hongos fitopagótenos.
Por su parte, Esparza-Rivera (2015) encontró que las nanopartículas de óxido de zinc
(ZnONPs) dopadas de plata (Ag) al 5 %, actuaron como agentes de control microbial mostrando
un efecto inhibidor contra Phytophthora sp, Rhizoctonia solani, Xanthomonas axonopodis,
Curtobacterium flaccumfaciens y Clavibacter michiganensis. En el mismo sentido, Lira-Saldivar
et al., (2014) encontraron que las ZnONPs dopadas de plata al 1.25 y 2.5 %, resultaron ser
efectivas en la inhibición del crecimiento micelial y esporulación de Botrytis cinerea. De igual
forma se ha encontrado que las ZnONPs poseen actividad fuertemente antifúngica y antibacterial
a bajas concentraciones sin afectar la fertilidad del suelo en comparación con los fungicidas
tradicionales (Ruparelia et al., 2008).
El efecto biocida de las NPs frente a patógenos aún se desconoce; sin embargo, se ha visto
que las AgNPs desestabilizaban la membrana celular de las bacterias provocando modificaciones
en la permeabilidad de la misma, una merma en el nivel de ATP que se refleja en una baja tasa
de respiración, así como también daños al ADN (Monge, 2009).
Cuadro 3. Porcentaje de germinación a los 4 y 7 días en la prueba de germinación estándar y de
envejecimiento acelerado
Tratamiento Semillas germinadas (%)
Germinación estándar
Envejecimiento acelerado
4 d PAG 05 PAG 06
93 a 97 a
93 a 93 a
CONTROL 90 a 90 a
7 d PAG 05 90 a 90 b
PAG 06 90 a 97 b
CONTROL 90 a 60 a Medias con diferente letra en la misma columna son estadísticamente diferentes (Kruskal-Wallis ˃0.1)
Figura 2. Porcentaje de contaminación a los 7 días en la prueba de germinación estándar y de
envejecimiento acelerado
Medias con diferente letra son estadísticamente diferentes (Kruskal-Wallis ˃0.1)
a ba
a
b
b
0
20
40
60
80
Germinación estándar Envejecimientoacelerado
Co
nta
min
ació
n (
%)
PAG 05 PAG 06 CONTROL
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
9
Longitud y diámetro de la plúmula
Con relación a la longitud de la plúmula, se observó que tanto en la germinación estándar
como en el envejecimiento acelerado, el grupo control presentó la mayor longitud en
comparación con la película y las AgNPs, siendo este segundo tratamiento el que menor longitud
presentó (Figura 3). Sin embargo, en la Figura 4 se puede apreciar que las plúmulas del grupo
control, a pesar de no haber diferencia estadística, se mostraron raquíticas con relación a las de la
película y las AgNPs, esto puede atribuirse a la acción de las giberelinas (GAs), las cuales actúan
como reguladores endógenos del crecimiento controlando diversos procesos del desarrollo de las
plantas, entre ellos la elongación del tallo que se traduce como una etiolación del mismo cuando
hay una producción excesiva de GAs a causa de una ausencia prolongada de luz (Hedden y
Kamiya, 1997), por lo que se deduce que tanto la película como las AgNPs utilizadas en la
presente investigación, desarrollaron un papel importante en el metabolismo de las plántulas
inhibiendo la producción de GAs, lo que conlleva a afirmar que las plúmulas de las plántulas
tratadas con AgNPs fueron las más vigorosas debido a que presentaron la menor longitud pero el
mayor diámetro de plúmula. Respecto a esta última variable, no hay estudios que la relacionen
con el vigor de la planta; sin embargo, en la presente investigación se consideró para poder
definir de forma más estricta el vigor de las plúmulas evaluadas, dado que se infiere que el
diámetro de plúmula influye de forma directa en el diámetro del tallo, que es una característica de
suma relevancia al evaluar plantas de maíz, ya que una planta con tallo delgado tendrá una mayor
probabilidad de sufrir acame, lo que dificultaría severamente la cosecha llegando a ocasionar
pérdidas que van desde un 5 a un 25 % en el rendimiento (Zuber y Kang, 1978)
En otros estudios, los autores encontraron que las plúmulas se presentaban más vigorosas
cuando las semillas fueron recubiertas con ZnNPs que aquellas que no presentaron ningún
recubrimiento (Prasad et al., 2012; Jayarambabu et al., 2014).
Figura 3. Longitud de plúmula a los 7 días en la prueba de germinación estándar y de
envejecimiento acelerado
a b
a b
a
a
b
b
6
10
14
18
Germinaciónestándar
Envejecimientoacelerado
Lon
gitu
d (
cm)
PAG 05 PAG 06 PAG 07
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
10
Figura 4. Diámetro de plúmula en la prueba de germinación estándar a los 7 días
Medias con diferente letra son esta estadísticamente diferentes (Tukey ˃0.05)
Longitud de la raíz
Las semillas tratadas con AgNPs mostraron un efecto superior y significativo para la
longitud de la raíz en comparación con las semillas que fueron tratadas con la película y las del
grupo control (Figura 5). Estos resultados concuerdan con los reportados por Méndez-Argüello et
al., (2015) y Esparza-Rivera (2015) quienes encontraron que con la aplicación foliar de
nanopartículas de zinc dopadas con plata incrementaron la longitud radicular significativamente
con relación de aquellas plantas que no fueron tratadas. Del mismo modo, Shah y Belozerova
(2009), encontraron un incremento significativo en la longitud de la raíz en comparación con un
grupo control cuando analizaron la influencia de las nanopartículas metálicas en la germinación
de las semillas de lechuga.
El efecto de las AgNPs en la estimulación del crecimiento radicular se desconoce, no
obstante, se discurre que éstas podrían tener influencia mejorando la producción de fitohormonas
en las plantas (Koizumu et al., 2008). Se teoriza que el efecto se debe a que inhiben la acción de
la enzima ACC-sintasa que daría como resultado la síntesis del ácido-1-aminociclopropano-1-
carboxilico (ACC), precursor en la producción de etileno, el cual es sintetizado en la raíz y actúa
impidiendo el crecimiento radicular (Jordán y Casaretto, 2006).
Al respecto, no hay suficiente información sobre el empleo de AgNPs en la calidad
fisiológica de las semillas de maíz, sin embargo, Ponce-Zambrano (2016), Prasad et al., (2012) y
Jayarambabu et al., (2014), reportaron una mayor longitud radicular con la aplicación de
nanopartículas de óxido de zinc en comparación con un tratamiento control.
a
a
a
2.5
3
3.5
4
PAG 05 PAG 06 CONTROL
Diá
met
ro d
e p
lúm
ula
(c
m)
Tratamiento
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
11
Figura 5. Longitud de raíz a los 7 días en la prueba de germinación estándar y de envejecimiento
acelerado
Medias con diferente letra son esta estadísticamente diferentes (Tukey ˃0.05)
Ramificaciones
En el presente estudio se encontró que las AgNPs y la Película estimularon el desarrollo
de las raíces laterales de manera significativa en comparación con el grupo control (Figura 6),
este resultado puede estar relacionado a una mayor producción de auxinas, las cuales, estimulan a
la división delas células localizadas en el periciclo justo arriba de la zona de elongación para
provocar la formación de las raíces laterales (Jordán y Casaretto, 2006).
El desarrollo de raíces secundarias es un aspecto importante puesto que entre más raíces
tenga una planta, mayores posibilidades tendrá de absorber los nutrientes que necesita así como
un mejor anclaje en el suelo, lo que se traducirá en un mayor vigor, por ello, la cuantificación del
número de raíces laterales fue un aspecto importante que se consideró en la evaluación de la
calidad fisiológica de la semilla de maíz.
Figura 6. Número de ramificaciones en la prueba germinación estándar a los 7 días
Medias con diferente letra son esta estadísticamente diferentes (Tukey ˃0.05)
Peso fresco, peso seco y pérdida de peso de la parte aérea y de la raíz
En la Figura 7 se puede apreciar que el grupo control presentó el mayor peso fresco en la
parte aérea; sin embargo, en el peso seco presentó el menor valor, esto se atribuye al hecho de
que las células de la parte aérea del control estaban constituidas mayoritariamente por agua, en
contraste con el tratamiento con AgNPs en las que se presentó el mayor peso seco, lo que se
traduce como una mayor producción de biomasa. Con relación a la raíz, a pesar de no haberse
a b ab b
a b a b
8
13
18
23
28
Germinaciónestándar
Envejecimientoacelerado
Lon
gitu
d (
cm)
PAG 05 PAG 06 CONTROL
b ba
1
3
PAG 05 PAG 06 CONTROL
No
. de
ram
ific
acio
nes
Tratamiento
Ramificación G.E
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
12
encontrado diferencia estadística en el peso fresco, se puede apreciar una ligera tendencia de ser
las AgNPs las que presentaron el mayor peso fresco, no obstante, en el peso seco se observó de
forma significativa que las AgNPs fueron las que mayor peso presentaron. Asimismo, el grupo
control presentó de manera significativa el mayor peso perdido respecto de las AgNps; caso
contrario en la raíz en la que a pesar de no haberse encontrado diferencia estadística, las AgNPs
presentaron ligeramente una mayor pérdida de peso.
Estos resultados concuerdan con los reportados por Méndez-Argüello et al. (2015)
quienes encontraron que la aplicación al follaje de nanopartículas de óxido de zinc dopadas con
plata promovió significativamente el crecimiento y la producción de la biomasa en las plántulas
de chile. Asimismo, Jayarambabu et al. (2014) y Panwar et al. (2012) señalaron una mayor
producción de biomasa en plántulas de tomate cuando aplicaron 20 mg L-1 de ZnNPs. De igual
forma, se ha confirmado que a bajas dosis (˂50 mg L-1) de ZnNPs hay efectos significativos en el
crecimiento y el desarrollo, reflejándose en un mayor contenido de biomasa (Prasad et al., 2012).
El modo de acción que ejercen las AgNPs sobre el incremento en la biomasa se
desconoce; sin embargo, se le atribuye a la activación de diversas enzimas que están implicadas
en la síntesis de las proteínas, los carbohidratos, los lípidos y los ácidos nucleicos (Tarafdar et al.,
2014); por lo que puntualiza y deja en evidencia en la presente investigación la importancia que
las AgNPs tienen para la obtención de una mayor producción que a su vez reflejará mayores
rendimientos.
Figura 7. Peso fresco, peso seco y pérdida de peso de la parte aérea y de la raíz a los 7 días
Medias con diferente letra son esta estadísticamente diferentes (Tukey ˃0.05)
Conclusiones
Dada la importancia social y económica que representa el maíz para la población
Mexicana, resulta necesario llevar a cabo trabajos y programas de investigación en la producción
de semillas que permitan la evaluación e identificación de la calidad de las mismas en cuanto a su
a b
a
a
a
a b
a
a b
b
a
b
a
a
b
a
a
a
b
a
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
P. A(peso
fresco)
P. A(pesoseco)
Raíz(peso
fresco)
Raíz(pesoseco)
P. A(peso
perdido)
Raíz(peso
perdido)
Pes
o (
g)
PAG 05 PAG 06 CONTROL
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
13
germinación y su vigor, así como en las características físicas y fisicoquímicas que determinan a
una semilla.
La importancia de caracterizar la semilla radica en que precisamente con base en las
características cuantitativas y cualitativas evaluadas se realiza una descripción varietal que
identifique con exactitud el material vegetal y sus propiedades.
En el presente estudio se encontró que las AgNPs brindan protección a las semillas de
maíz cuando éstas se encuentran bajo condiciones de estrés por alta temperatura y humedad
mejorando la germinación e incrementando la longitud radicular y la producción de biomasa
seca. De igual forma, las AgNPs mejoran el vigor de las plántulas dado que estimulan el
engrosamiento de la plúmula y evitan la etiolación de la misma, este aspecto es importante al
momento de establecer una plantación, puesto que los productores necesitan plantas que tengan
las cualidades para poder hacer frente a los fenómenos meteorológicos (agentes bióticos y
abióticos) que incidirán en las mismas sin que éstas pierdan su capacidad productiva.
Por todo lo anterior, se enfatiza en la importancia que tiene la caracterización de la semilla
de maíz, así como el uso de nuevas tecnologías que aseguren plantas más vigorosas y de mejor
calidad, por lo que se recomienda realizar más estudios de caracterización de la semilla de maíz
para poder tener una mejor descripción de cada material vegetal, así como también el efecto de
las nanopartículas sobre las mismas.
Agradecimientos
Al Dr. Abraham Méndez Albores por haberme brindado la oportunidad de trabajar con él
en esta estancia de verano en uno de sus proyectos de investigación, por el vasto conocimiento
que en mí generó con relación al tema, por sus valiosas sugerencias y contribuciones durante el
proceso de investigación, así también por su confianza brindada; A la Dra. Alma Vázquez Durán
por la extensa enseñanza brindada en el transcurso de la estancia así como su gran paciencia y
comprensión; A la Ing. Rosa Adriana Ramales Valderrama por su gran ayuda y paciencia, así
como la resolución de las dudas que surgieron en el desarrollo de la investigación.
A mis padres: Rosalio Estrada Nájera y Ma. Guadalupe Urbina Bahena, por su apoyo
brindado y exhortación a seguir adelante.
A la vida: “…porque veo al final de mi rudo camino, que yo soy el arquitecto de mi
propio destino…” (Amado Nervo).
Referencias
Aguilar, M.A. (2009). Síntesis y caracterización de nanopartículas de plata: Efecto sobre Colletotrichum
gloesporioides. Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada. Instituto Politécnico
Nacional. México. 89 p.
Amaya-Guerra C; Alanis-Guzman MG; Serna-Saldivar SO (2004). Effects of soybean fortification on protein quality
of tortilla based diets from regular and quality protein maize. Plant Foods for Human Nutrition. 59: 45-50.
American Association of Cereal Chemists (AACC). (2000). Approved methods of the AACC. 10th ed. AACC
International. St. Paul, MN.
Basra, A. S. (1995). Seed quality; basic mechanisms and agricultural implications. Basra, A. S. (ed.) Food Products
Press. Preface. New York, USA.
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
14
Carambula, E. (1984). Producción de semillas de plantas forrajeras. Editorial Agropecuaria Hemisferio Sur.
Montevideo, Uruguay. 513p.
Copeland, L. O. and McDonald, M. B. (1995). Principles of seed science and technology. 3rd. ed. Chapman and
Hall. New York, USA. 409 p.
Díaz, C, G, T., Sabando, A, F, A., Zambrano, M, S y Vásconez, M, G, H. (2009). Evaluación productiva y calidad
del grano de cinco híbridos de maíz (Zea mays L.) en dos localidades de la provincia de los ríos. Ciencia y
Tecnología. 3: 15-23.
Esparza-Rivera, E, L. (2015). Actividad antimicrobial de nanopartículas de cobre y óxido de zinc contra hongos y
bacterias fitopatógenas. Tesis de Licenciatura. Universidad Agraria Antonio Narro. 64p.
GARCÍA-MARTÍNEZ JL & P HEDDEN. (1997). Gibberellins and fruit development. En: Phytochemistry of Fruit
and Vegetables. FA Tomás-Barberán & RJ Robins Eds, Clarendon Press, Oxford, UK. pp 263-285.
Hedden, P. y Kamiya. Y. (1997). Gibberellin biosynthesis: enzymes, genes and their regulation. Annu. Rev. Plant
Physiol. Plant Mol. Biol. 48: 431-460.
Hernández L., A. y Carballo C., A. (1997). Pruebas de germinación y vigor en semillas de maíz de diferentes áreas
de adaptación. Agrociencia. 31 (4):397–403.
International Seed Testing Association (ISTA). 2004. International rules for seed testing. Ed. 2004. Bassersdorf, CH-
Switzerland, 243 p.
Jayarambabu, N., Kumari Siva, B., Rao, KV., Prabhu,Y,T.(2014).Germination and Growth Characteristics of
Mungbean Seeds (Vigna radiateL.) affected by synthesized Zinc Oxide Nanoparticles. International
Journal of Current Engineering and Technology, 4:3411- 3416.
Jordan, M y Casaretto, J (2006). Capítulo XVI Hormonas y reguladores del crecimiento: etileno, ácido abscísico,
brasinoesteroides, poliaminas, ácido salicílico y ácido jasmónico; en F. A. Squeo and L. Cardemil (Eds),
Fisiología vegetal. La Serena, CHILE: Ediciones Universidad de la Serena.
Kelly A., F. (1988). Seed production of agricultural crops. Longman Scientific and Technical–John Wiley and Sons.
New York, USA. 227 p.
Koizumi, M., Kikuchi, K., Isobe, S., Ishida, N., Naito, S and Kano, H. (2008). Role of seed coat in imbibing soybean
sedes observed by micro-magnetic resonance imaging. Ann. Bot. 102: 243-352.
Lira-Saldivar, R, H., Corrales-Flores, J., Hernández-Suárez, M., Betancourt-Galindo, R., García-Cerda, L, A.,
Puente-Urbina, B. (2014). Actividad antifúngica de NPs de cobre y óxido de zinc-plata contra Botrytis
cinérea. VII Congreso Internacional de Metalúrgia y Materiales. 3-5.
Martínez, M, R A. (2012). Efecto de la concentración del hidróxido de calcio sobre la calidad nutrimental de las
tortillas de maíz elaboradas con nixtamalización por microondas. Tesis de Licenciatura. Universidad
Nacional Autónoma de México. 55p.
McDonald, M. B. (1999). Seed deterioration: physiology, repair, and assessment. Seed Sci. Technol. 27:177-237
Méndez-Argüello, B., Lira-Saldívar R.H., Ruíz-Torres, N.A., Cárdenas-Flores, A., Ponce-Zambrano, R., VeraReyes
I., Mendoza-Mendoza, E., García-Cerda, L.A y De los Santos, G. (2015). INFLUENCIA DE
NANOPARTÍCULAS DE ÓXIDO DE ZINC PURAS Y DOPADAS CON PLATA EN EL
CRECIMIENTO Y PRODUCCIÓN DE BIOMASA EN PLÁNTULAS DE CHILE. XVI Congreso
Nacional de Biotecnología y Bioingeniería. Guadalajara, Jalisco, México.
Monge, M. (2009). Nanopartículas de plata: métodos de síntesis en disolución y propiedades bactericidas. An. Quím.
105(1): 33−41.
Moreno, E, M. (1984). Análisis físico y biológico de semillas agrícolas. Instituto de Biología. Universidad Nacional
Autónoma de México (UNAM). 380p.
Norma Oficial Mexicana, NOM-187-SSA1/SCFI-2002. Productos y servicios: maíz, tortilla, tostadas y harinas
preparadas para su elaboración y establecimientos donde se procesan.
Panwar, J., Jain, N., Bhargava, A., Akhtar, M, S., and Yun, Y, S. (2012). Positive effect of zinc oxide nanoparticles
on tomato plants: A step towards developing “nano-fertilizer”. International Conference on Enviromental
Research and Technology (ICERT). Pinang, Malaysia.
-
Tlamati Volumen 7 Número Especial 3 (2016)
15
Pérez de la Cerda, Felipe de Jesús, Carballo Carballo, Aquiles, Santacruz Varela, Amalio, Hernández Livera, Adrián,
& Molina Moreno, Juan Celestino. (2007). Calidad fisiológica en semillas de maíz con diferencias
estructurales. Agricultura técnica en México. 33(1), 53-61.
Ponce-Zambrano, R. (2016). Promoción de la germinación en semillas y crecimiento de plantas de Lycopersicum
esculentum por nanopartículas de óxido de zinc. Tesis de Licenciatura, Universidad Autónoma Agraria
Antonio Narro, Saltillo, Coahuila.
Prasad, T, N, V, K, V., Sudhakar, P., Sreenivasulu Y., Latha, P., Munaswamy, V., Raja Reddy, K., Sreeprasad, T, S.,
Sajanlal, P, R., and Pradeep, T. 2012. Effect of nanoscale zinc oxide particles on the germination, growth
and yield of peanut. Journal of Plant Nutrition. 35(6): 905-927.
Ramírez, C, M, A. (2006). Caracterización y almacenamiento de granos de elotes criollos de la región Otomí
Tepehua del Estado de Hidalgo. Tesis de Licenciaura. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. 79p.
Reyes CP (1990) El maíz y su cultivo. AGT Editor, S.A., México, D.F. pp. 32, 66-69-459.
Ruparelia, J., Chatterjee, A., Duttagupta, S., Mukherji, S. 2008. Strain specificity in antimicrobial activity of silver
and copper nanoparticles. Sciencie Direct. 4: 707-716.
Salinas, M, Y., Cruz, C, F, J., Días, O, S, A y Castillo G, F. (2012). Granos de maíces pigmentados de Chiapas,
características físicas, contenido de antocianinas y valor nutracéutico. Rev. Fitotec. Mex. 35(1): 33 - 41.
Sandoval-Rangel, Alberto, López-Gutiérrez, María de Lourdes, Benavides-Mendoza, Adalberto, Ortega-Ortíz,
Hortensia, Valdez-Aguilar, Luis Alonso, Cabrera-De la Fuente, Marcelino, Selenio y su efecto en el estado
antioxidante y la composición mineral de la lechuga. Revista Mexicana de Ciencias Agrícolas [en linea]
(2015), (Noviembre-Diciembre): [Fecha de consulta: 12 de agosto de 2016] Disponible
en: ISSN 2007-0934
Serna-Saldivar SO; Knabe DA; Rooney LW; Tanksley TD; Sproule AM (1988). Nutritional value of sorghum and
maize tortillas. Journal of Cereal Science 7: 83-94.
Shah V, Belozerova I (2009) Influence of metal nanoparticles on the soil microbial community and germination of
lettuce seeds. Water Air Soil Pollution. 197: 143–148.10.1007/s11270-008-9797-6
SIAP (2012) Módulo Agrícola del SIACON 1980-2011. Servicio de información Agroalimentaria y Pesquera.
http://www.siap.gob.mx.
Sproule AM; Serna-Saldivar SO; Bockholt AJ; Rooney LW; Knabe DA (1988). Nutritional evaluation of tortillas
and tortilla chips from quality protein maize. Cereal Food World. 33: 233-236.
Tarafdar, J, C., Jha, S., Sharma, M., Giri, J., and Tyagi, A, K. (2014). Rice SAPs are responsive to multiple biotic
stresses and overexpression of OsSAP1, an A20/AN1 zinc-finger protein, enhances the basal resistance
against pathogen infection on tobacco. Plant Science. 225(1): 68-76.
Viloria, H y Méndez, N, J, R. (2007). Relación de la calidad fisiológica de semillas de maíz con pH y conductividad
eléctrica. Revista de la Facultad de Ciencias Agrarias UNCuyo. Tomo XXXIX. N° 2. 91-100.
Zuber, M. S., and M. S. Kang. 1978. Corn lodging slowed by sturdier stalks. Crop Soils 30:13-15
http://dx.doi.org/10.1007/s11270-008-9797-6