Niveles de dormancia en semillas de chile silvestre de diferentes ecorregiones y desarrollo de protocolos para la germinación y regeneración de accesiones

Abstract

Esta tesis aborda el tema de la dormancia en semillas de chile silvestre colectadas en diferentes regiones geográficas y ecológicas de la República Mexicana y sur de Arizona, EEUU. Los objetivos fueron: (1) Clasificar una muestra conformada por 36 accesiones de la colección con base al nivel de dormancia en sus semillas y determinar si existe alguna relación entre nivel de dormancia y región geográfica y/o ecológica de procedencia de la accesión; y (2) Desarrollar protocolos para germinar las accesiones de chile silvestre que presentan alta y muy alta dormancia en la semilla a partir de tratamientos con Ácido Giberélico (GA3), Temperatura, y Ácido Fosfórico (H3PO4). Para ello, el documento se dividió en tres capítulos. En el Capítulo I se presenta el marco teórico y los antecedentes sobre las especies de Capsicum y los chiles silvestres y domesticados de México, su distribución, diversidad, e importancia, y el conocimiento actual sobre dormancia en semillas, con particular atención a los aspectos ecofisiologicos y genéticos involucrados en la viabilidad, germinación y dormancia de las semillas de chile, así como los métodos actuales y estudios relacionados para analizar viabilidad, germinación y dormancia en semillas de Capsicum silvestre. En el Capítulo II se aborda el primer objetivo de la tesis, el cual consistió en determinar y clasificar los niveles de dormancia de 36 accesiones de chile silvestre provenientes de 10 Estados mexicanos y sur de Arizona, EEUU. Las 36 accesiones analizadas representan cuatro grandes regiones geográficas de México (Noroeste, Pacífico-centro, Centro-Golfo y Sureste). Como controles se incluyeron dos accesiones domesticadas de chile criollo del Centro-Norte de México, uno tipo Puya y otro tipo Guajillo. Los niveles de dormancia en las semillas se calcularon mediante la diferencia entre los porcentajes de viabilidad y germinación de cada accesión. El % de viabilidad fue determinado por densitometría óptica de semillas tratadas con rayos X. El % de germinación se obtuvo mediante pruebas de germinación en frascos con agar-agua incubadas por 20 días en un cuarto de germinación a 250C ± 1°C. La dormancia en semillas de los controles (chile Puya y Guajillo) fue de 0%, pero los niveles de dormancia en semillas de chile silvestre fluctuaron entre 0 y 100%, con un promedio general del 60% para las 36 accesiones. No se detectó una relación entre nivel de dormancia y región de procedencia de las accesiones. Los resultados indican que no todos los chiles silvestres de México presentan dormancia en la semilla. En el Capítulo III se aborda el segundo 8 objetivo de la tesis, el cual consistió en evaluar tratamientos hormonales, de temperatura y tiempos de exposición a H3PO4 para romper la dormancia e inducir la germinación en semillas de 16 accesiones de chile silvestre seleccionadas en el objetivo I por su alto nivel de dormancia. Las 16 accesiones provienen de ocho entidades de México (Sonora, BCS, Nayarit, Jalisco, Querétaro, Veracruz, Chiapas y Oaxaca) y sur de Arizona, EE.UU. Para ello, se efectuaron cuatro experimentos independientes entre marzo y diciembre de 2014. En el primero se evaluaron cuatro concentraciones de GA3: 0, 50, 500 y 5000 ppm. En el segundo se evaluaron temperaturas de 25, 28, 31 y 35 0C. En el tercer experimento se evaluaron cuatro tiempos de exposición (0, 5, 10 y 15 minutos) a una solución de H3PO4 al 20%, y en el cuarto experimento se evaluaron tratamientos combinados del mejor tiempo de exposición al H3PO4 al 20%, seguido de la mejor concentración de GA3 para cada una de las 16 accesiones de chile silvestre. Como semilla control sin dormancia en los cuatro experimentos se incluyó una variedad regional de chile tipo Puya, la cual mostro más del 50 % de germinación con y sin tratamiento antes de los 20 dds. Por el contrario, la germinación de accesiones silvestres a 20 dds con GA3 fluctuó entre 0 y 93%, y llego hasta 100 % a los 30 dds. El tratamiento con temperatura produjo de 0 a 67 % de germinación y la mayor germinación (67%) se alcanzó a 28 0C con la accesión 1331 de Chiapas. La respuesta al tiempo de exposición al H3PO4 al 20% fluctuó entre 0 y 93 % de germinación a los 20 dds y llego hasta 100 % a los 30 dds. La combinación de H3PO4 y GA3 produjo entre 0 y 93% de germinación, dependiendo de la accesión. Las accesiones 1331 de Chiapas, 1078 de Querétaro y 1120 de Sonora alcanzaron 93, 80 y 80 % de germinación a los 30 dds, respectivamente. En general, la mayor germinación se obtuvo con diferentes tiempos de exposición al H3PO4 y/o con 5000 ppm de GA3. Los resultados del presente trabajo permitieron desarrollar protocolos específicos para inducir la germinación de semillas de chile silvestre de diferentes regiones de México que presentan alta y muy alta dormancia. Los resultados también demuestran que no existe un protocolo único para romper la dormancia de semillas de chile silvestre de diferentes regiones. Los resultados de la tesis permitieron derivar las siguientes conclusiones generales: (1) las semillas de chiles silvestres provenientes de diferentes regiones de México presentan diferentes niveles de dormancia, la cual fluctuó desde muy baja (<10%) hasta dormancia muy alta (>90%); (2) No existe una relación entre el nivel de dormancia y la región de procedencia de las accesiones; (3) El tratamiento de semillas con GA3 en altas concentraciones (hasta 5000 ppm) durante 24 horas promueve e incrementa la 9 germinación en la mayoría de las accesiones, pero no en todas; sin embargo, algunas accesiones pueden alcanzar y/o superar el 50% de germinación con este protocolo. (4) El tratamiento de semillas con H3PO4 al 20% durante 10 y 15 minutos promueve la germinación en la mayoría de las accesiones con alta y muy alta dormancia, las cuales pueden alcanzar >66% de germinación; (5) Se logró generar una serie de protocolos específicos para germinar semillas de chile silvestre con alta y muy alta dormancia. Palabras Clave: Chile silvestre, semilla, Dormancia, Protocolos, Germinación.

This thesis addresses the issue of dormancy in wild chile seeds collected in different geographical and ecological regions of Mexico and Southern Arizona, USA. The objectives were: (1) Classify a sample of 36 accessions based on the level of dormancy in seeds, and determine whether there is any relationship between level of dormancy and geographic region and/or ecological origin of the accession; and (2) Develop protocols to germinate wild chile accessions presenting high and very high seed dormancy, using treatments with gibberellic acid (GA3), temperature, and phosphoric acid (H3PO4). The document is divided in three chapters. In Chapter I, the theoretical framework and background on Capsicum species is documented, including wild and domesticated chiles of Mexico, its distribution, diversity, and importance, as well as current knowledge about seed dormancy. Particular attention is given to the ecophysiological and genetic aspects of viability, germination and seed dormancy of Capsicum, including current methods to analyze viability, germination and dormancy in wild Capsicum seeds. In Chapter II, the first objective of the thesis is addressed, which was to identify and classify the dormancy levels of 36 accessions of wild chile from 10 Mexican states and southern Arizona, USA. The 36 accessions analyzed represent four major geographic regions of Mexico (Northwest, Pacific-Center, Center-Gulf, and Southeast). Two domesticated C. annuum chilli accessions from North Central Mexico were included as non-dormant controls: Puya and Guajillo. Dormancy levels in the seeds were calculated by the difference between the percentages of viability and germination of each accession. Percent viability was determined by optical densitometry of seeds treated with X-rays; % germination was obtained by germination tests on Petri plates with water-agar, incubated for 20 days in a bioclimatic chamber at 250C with no-light. Seed dormancy in the Puya and Guajillo controls was 0%, but levels of dormancy in seeds of wild chili ranged from 0 to 100%, with an overall average of 60% for the 36 accessions. No relationship was detected between level of dormancy and region of origin of the accessions. The results indicated that not all wild chilies of Mexico have seed dormancy. In Chapter III, the second objective of the thesis was addressed to break dormancy and induce germination in seeds of 16 accessions of wild chili selected for their high levels of dormancy. Types of treatments were: hormonal, temperatures, and time of exposure to H3PO4. The 16 accessions come from eight states of Mexico (Sonora, Baja California Sur, Nayarit, Jalisco, Queretaro, 11 Veracruz, Chiapas and Oaxaca), and southern Arizona, USA. Four independent experiments between March and December 2014 were conducted. In the first experiment, four concentrations of gibberellic acid (GA3) were evaluated: 0, 50, 500 and 5000 ppm; In the second experiment, four temperatures were evaluated (25, 28, 31 and 35 0C). In the third experiment, four times of exposure to a solution of 20% H3PO4 were evaluated (0, 5, 10 and 15 minutes), and in the fourth experiment, combined treatments of the best time of exposure to H3PO4, followed by the best concentration of GA3 were evaluated for each of the 16 accessions of wild chili. The regional non-dormant seed of Puya was included as a control in the four experiments. The Puya seed showed more than 50% germination regardless of seed treatment and das (days after seeding). On the contrary, the germination of wild accessions at 20 das with GA3 fluctuated between 0 and 93%, and reached 100% at 30 das. Treatments with temperature produced 0 to 67% of mean germination; the higher germination (67%) was achieved at 28 0C with the accession 1331 from Chiapas. Exposure to 20% H3PO4 produced between 0 and 93% germination at 20 das, reaching 100% at 30 das. The combination of H3PO4 and GA3 produced between 0 and 93% germination, depending on the accession. Accession 1331 from Oaxaca, 1078 from Queretaro and 1120 from Sonora reached 93, 80 and 80% germination at 30 das, respectively. In general, most germination was obtained with different exposure times to H3PO4 and/or with 5000 ppm GA3. The results of this work allowed to develop specific protocols to induce germination of wild chili seeds that have high and very high dormancy from different regions of Mexico. The results also showed that there is no single protocol to break dormancy of wild chili seeds from different regions. The results of the thesis allowed the following general conclusions: (1) seeds of wild chilies from different regions of Mexico have different levels of dormancy, which ranged from very low (<10%) to very high dormancy (> 90 %); (2) There is no relationship between level of dormancy, and region of origin of the the accession; (3) The seed treatment with GA3 at high concentrations (up to 5000 ppm) for 24 hours promotes and increases % germination in most accessions; however, some accessions can reach and/or exceed 50% germination with this protocol. (4) Seed treatment with 20% H3PO4 for 10 to 15 minutes promotes germination in most accessions with high and very high dormancy, which can reach >66% germination; (5) It was possible to generate a series of specific protocols for germinating seeds of wild chiles with high and very high dormancy. Keywords: wild Chile, seed dormancy, Protocols, Germination.