ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN
Tratamientos pregerminativos de escarificación ácida y de hidratación parcial en la germinación y el vigor de Talipariti elatum
Pre-germinative treatments of acid scarification and partial hydration on germination and vigour of Talipariti elatum
Laura Montejo, J.A. Sánchez y Bárbara Muñoz
Instituto de Ecología y Sistemática
Carretera de Varona km 3½ Capdevila, Boyeros, A.P. 8029, C.P. 10800
Ciudad de La Habana, Cuba
E-mail: ecología.ies@ama.cu; nmontejo@infomed.sld.cu
RESUMEN
Se determinaron los efectos de los tratamientos de escarificación ácida, en combinación o no con los de hidratación-deshidratación en agua, en la germinación de semillas frescas de Talipariti elatum y en el vigor de las plántulas en vivero; las semillas procedían de un bosque siempreverde y de una zona de vegetación secundaria del occidente de Cuba. Un ciclo de hidratación parcial en agua en combinación con la escarificación previa de las semillas, fue el procedimiento más adecuado para incrementar la germinación en condiciones de estrés calórico (25/40°C), la emergencia y el vigor de las plántulas en vivero.
Palabras clave: Escarificación, germinación, semilla, Talipariti elatum.
ABSTRACT
The effects of acid scarification in combination or not with hydration-dehydration treatments in water on the germination and seedling vigour of fresh seeds of Talipariti elatum was determined; the seeds were from 2 ecosystems (moist evergreen forest and secondary vegetation) in western Cuba. The best procedure for increasing the germination under heat stress (25/40ºC); the emergence and seedling vigour in seedbed conditions was a cycle of partial hydration in combination with previous seed acid scarification.
Key words: Scarification, germination, seed, Talipariti elatum.
INTRODUCCIÓN
Talipariti elatum (Sw.) Fryxell, conocida como majagua, es una especie arbórea típica de los bosques húmedos y vegetación secundaria; por su estrategia sucesional, se considera como una planta pionera tardía (Herrera, Ulloa, Valdés-Lafont, Priego y Valdés, 1997).
Esta planta ha sido empleada en Cuba en programas de repoblación forestal (Álvarez, 1985) y también en métodos de agrosilvicultura (Betancourt, 1987). Además, Toral, Iglesias, Simón, Shateloin y Albert (2001) señalaron que esta especie es utilizada por el ganado para su alimentación en la región norte-central de la península de Zapata (Santo Tomás). Sin embargo, la germinación de las semillas frescas es pobre y errática, lo cual atenta contra los planes de cultivo utilizados en la actualidad.
Una vía fisiológica que podría mejorar la germinación y el establecimiento de T. elatum son los tratamientos pregerminativos de hidratación-deshidratación que actualmente se investigan para mejorar diferentes aspectos de la biología reproductiva de las plantas (McDonald, 2000; Sánchez, Orta y Muñoz, 2001a). El objetivo del presente trabajo consistió en evaluar los efectos de la combinación de los tratamientos de escarificación ácida con los de hidratación parcial en la germinación y el vigor de las plántulas de T. elatum en condiciones controladas de estrés calórico y en vivero.
MATERIALES Y MÉTODOS
Sitio de colecta y procedencia del material vegetal. Se utilizaron semillas frescas de T. elatum colectadas en marzo del 2001 de más de 10 árboles que crecen en un bosque siempreverde mesófilo (sitio conocido por El Vallecito) de la Reserva de la Biosfera «Sierra del Rosario», Pinar del Río, y de una zona de vegetación secundaria situada en el Instituto de Ecología y Sistemática (IES), Ciudad de La Habana, ambas localizadas en el occidente de Cuba. El bosque siempreverde está situado a 82°57' LO y los 22°49' LN, aproximadamente a 540 msnm, y tiene un régimen anual de lluvia de 2 014 mm. La temperatura media anual del aire es de 24,4ºC y durante el verano existen mínimas de 25,4ºC y máximas de 26,4ºC, y en el invierno oscilan entre 20 y 24,5ºC (Vilamajó, Menéndez y Suárez, 1988). El suelo se clasifica como Fersialítico Amarillento mullido lítico, lavado, que se corresponde con un Cambisol Mólico según la equivalencia con la clasificación FAO-UNESCO realizada por Hernández, Pérez, Marsán y López (1997). La zona de vegetación secundaria (82°2' LO y 23°01' LN) se encuentra a 70 msnm, con un régimen de lluvia anual entre 1 201-1 400 mm y la temperatura media anual del aire se encuentra entre 23 y 25ºC; durante el verano existen mínimas de 26ºC y máximas de 28ºC, y en el invierno entre 22 y 24ºC. El suelo es Pardo cálcico carbonatado, que se corresponde con un Cálcico háplico según la equivalencia con la clasificación FAO-UNESCO (Hernández et al., 1997). Las semillas colectadas en la Sierra del Rosario y en el Instituto de Ecología y Sistemática en adelante se designan «procedencia I» y «procedencia II», respectivamente.
Procedimientos experimentales generales. Las semillas de ambas procedencias se esterilizaron antes de la siembra mediante la inmersión en una solución de bicloruro de mercurio (0,1% P/V) durante 10¢ y posteriormente se enjuagaron en agua destilada estéril durante 1¢. Las pruebas de imbibición y germinación se efectuaron inmediatamente después de la colecta de las semillas, para lo cual se utilizaron placas Petri de 9 cm de diámetro (cinco réplicas de 50 semillas por cada tratamiento) colocadas en cámaras de crecimiento (Gallenkamp, Londres) a las que se les acoplaron dos lámparas fluorescentes de 40 W situadas a 20 cm del nivel de las placas; el fotoperíodo fue de ocho horas luz que coincidió con el tiempo de mayor temperatura (35°C) y 12 horas para la temperatura más baja (25ºC), con una transición entre ambas de cuatro horas.
La viabilidad inicial de las semillas se determinó mediante la prueba de TZ (ISTA, 1999) y el contenido inicial de agua se obtuvo mediante el secado de las semillas durante 17 h en una estufa mantenida a 103 ± 2°C (ISTA, 1999). Por último, los tratamientos hídricos de las semillas se realizaron de acuerdo con el modelo de hidratación parcial en agua propuesto por Orta, Sánchez, Muñoz y Calvo (1998).
Dinámica de absorción de agua de las semillas. Las semillas fueron escarificadas en H2SO4 al 96% durante 20 minutos (Álvarez, 1985) y posteriormente se colocaron en placas sobre papel de filtro humedecido con agua destilada a temperatura alterna del sustrato de 25/35ºC (rango de temperatura óptima para la germinación según Muñoz, 1998) bajo luz blanca fluorescente. En diferentes tiempos de imbibición las semillas se pesaron hasta dos horas antes del inicio de la emergencia de la radícula, para determinar la dinámica de absorción de agua con relación al peso fresco. Las semillas se consideraron germinadas cuando ocurrió la emergencia visible de la radícula.
Tratamientos de hidratación parcial en combinación con escarificación ácida y pruebas de germinación en condiciones de estrés calórico. Se estableció un diseño de clasificación simple con arreglo factorial para conocer los efectos de diferentes combinaciones de tratamientos pregerminativos en la germinación de las semillas frescas de ambas procedencias en condiciones de estrés calórico. Los tratamientos aplicados fueron: T1) semillas escarificadas en H2SO4 durante una hora; T2) semillas escarificadas en H2SO4 durante 20'; y T3) semillas sometidas al tratamiento T2 más hidratación parcial en agua durante 56 horas (dos horas antes del inicio de la germinación para las semillas escarificadas). La fase de hidratación parcial se realizó a 25/35°C durante 56 horas, y la fase de deshidratación a 25 ± 2ºC durante 48 horas.
Por el nivel de hidratación que alcanzaron las semillas con el tratamiento T3 pueden considerarse como robustecidas (Sánchez, Muñoz y Fresneda, 2001b); por tanto, el tratamiento se llamará indistintamente. Las pruebas de germinación se realizaron en tres condiciones de temperatura alterna del sustrato: 25/30ºC, 25/35ºC y 25/40ºC. El conteo de la germinación se hizo diariamente durante 15 días y se determinó el porcentaje de germinación final y el inicio de la germinación, además del porcentaje de semillas vivas no germinadas y semillas muertas mediante la prueba de TZ (ISTA, 1999).
Pruebas en vivero. El experimento se inició en la segunda quincena de diciembre del 2001 en áreas del Instituto de Ecología y Sistemática con semillas de la procedencia I (Sierra del Rosario). Las semillas provenientes de los tratamientos T1 y T3 fueron sembradas en bolsas de polietileno negro de 12,5 cm de ancho por 24 cm de altura y 0,85 dm3 de capacidad, a 1 cm de profundidad. En cada bolsa se colocaron cinco semillas y la siembra se hizo bajo cielo abierto. El diseño utilizado fue un bloque al azar con cuatro repeticiones de 30 bolsas cada una, consideradas como réplicas. El suelo utilizado para las pruebas de vivero se tomó de El Vallecito (sitio de colecta de las semillas). Se regó diariamente durante los primeros 15 días del ensayo y posteriormente tres veces por semana a capacidad de campo.
El experimento se desmontó al cabo de los 90 días. Durante los tres meses del experimento los datos promedio de la temperatura del aire, la del suelo a 2 cm de profundidad y la humedad relativa fueron: 26,7°C; 24,5°C y 81,2%, respectivamente. El conteo de la emergencia se realizó diariamente durante 15 días y se determinaron el índice T20 (velocidad de emergencia de las plántulas, dado por el tiempo en que se alcanzó el 20% de emergencia en la muestra), y el porcentaje de emergencia final. Después de los 20 días de la siembra se entresacaron las plántulas para dejar una por cada bolsa, a las cuales se les determinaron las siguientes variables de vigor: masa seca del tallo, de la raíz y de la parte aérea, mediante el secado de las muestras durante 48 horas en una estufa a 80°C. Además, se calculó el área foliar (centímetros cuadrados) por el método relación área:peso (Watson, 1952); esta variable se utilizó para calcular el índice de área foliar.
Análisis estadístico. Se calculó la media y el error estándar para cada variable estudiada. La normalidad de los datos se verificó mediante la prueba de bondad de ajuste de Kolmogorov-Smirnov y la homogeneidad de varianza a través de la prueba de Bartlett. Las variables que no cumplieron las premisas para la utilización de los métodos estadísticos paramétricos, se transformaron en arcsen»%. Las variables germinativas se analizaron mediante un ANOVA de clasificación simple o doble, según el diseño de cada experimento. Las variables de vigor se procesaron mediante la prueba «t» de Student. Para la aplicación de las pruebas de comparaciones múltiples de medias se siguió el criterio propuesto por Blanco (2001). En las tablas aparecen los datos retransformados.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Dinámica de absorción de agua de las semillas. Las semillas escarificadas de T. elatum procedentes de las dos localidades presentaron un patrón trifásico de absorción de agua (fig. 1), como siguen la generalidad de las especies cultivadas (Bewley, 1997; Sánchez, Calvo, Muñoz y Orta, 1999; Sánchez et al., 2001a y 2001b). La fase I se caracterizó por una rápida hidratación (hasta las 20 horas); a continuación hubo un período prolongado y casi estable de absorción de agua que identificó la fase II y, finalmente, se observó la emergencia del embrión que marcó el inicio de la fase III, la cual ocurrió en ambas procedencias a las 56 horas. Resultados similares fueron obtenidos por Sánchez, Muñoz y Montejo (2002) en las semillas frescas de esta especie sometidas al mismo tratamiento pregerminativo y a condiciones de hidratación. Por el contrario, Montejo, Sánchez y Muñoz (2003) no obtuvieron este patrón trifásico de imbibición cuando las semillas de dicha especie permanecieron intactas (sin escarificación), debido probablemente al impedimento mecánico que le imponen las cubiertas seminales a la emergencia del embrión, en combinación con una cierta impermeabilidad a la absorción de agua.
Efectividad de los tratamientos de escarificación e hidratación parcial en condiciones de estrés calórico. El análisis de varianza indicó que el porcentaje de germinación final dependió significativamente de la interacción entre los tres factores estudiados: tratamientos pregerminativos, procedencia y temperatura del sustrato (tabla 1).
En cambio, la variable inicio de germinación sólo dependió significativamente de la interacción entre el tratamiento pregerminativo y la temperatura del sustrato. Por su parte, la velocidad de germinación se afectó significativamente por los efectos principales del tratamiento pregerminativo, la temperatura y la procedencia de los disemínulos; mientras que el porcentaje de semillas dormantes y muertas dependió significativamente de la interacción entre todos los factores (tabla 1). Prisco, Haddad y Bastos (1992) y Sánchez et al. (2001a) informaron un comportamiento similar en semillas de diferentes cultivos sometidas a distintos tratamientos de hidratación-deshidratación y condiciones físicas del medio durante la germinación.
En condiciones de estrés calórico los mejores resultados para incrementar y acelerar la germinación, en las semillas de ambas localidades, se obtuvieron cuando fueron sometidos a un ciclo de hidratación-deshidratación después de 20¢ de escarificación ácida (T3); no obstante, los mayores porcentajes de germinación final siempre se alcanzaron en la procedencia II (tabla 2), donde se incrementó hasta un 30,4%, lo cual representó el 48,6% del porcentaje de germinación posible a obtener dada la viabilidad inicial del lote empleado (i.e., 97%) según la prueba de Tetrazolium, con respecto al tratamiento de escarificación durante una hora (T1). De igual forma, en la procedencia I, la germinación final se incrementó hasta un 27,9%, que representó el 28,7% de germinación posible a obtener a partir de la viabilidad inicial de las semillas (97%). No obstante, al incrementarse el estrés calórico del medio, el porcentaje de germinación final y la velocidad de germinación disminuyeron de forma considerable, independientemente del tratamiento aplicado.
La efectividad de este procedimiento podría deberse a la deshidratación de las semillas, después de transcurrido un largo período de hidratación, hasta 2 horas antes del comienzo de la fase III de la germinación, que activó numerosos procesos bioquímicos y fisiológicos de tolerancia al estrés ambiental, los cuales permanecen latentes en condiciones idóneas (Henckel, 1982).
Resultados similares se obtuvieron en otros cultivos en condiciones ecológicas muy variadas, al acondicionar o robustecer semillas previamente a la siembra (Prisco et al., 1992). En este sentido Sánchez et al. (2001b) demostraron, en semillas de tomate (Lycopersicon esculentum Mill) y de pimiento (Capsicum annum L.), que dichos procedimientos influyen directamente en la plasticidad de estas especies y, por consiguiente, las semillas adquieren una mayor tolerancia al calor durante la germinación. También Sánchez et al. (2002) confirmaron la efectividad de la combinación de estos procedimientos en semillas de T. elatum sembradas en condiciones de estrés calórico, al incrementar su vigor germinativo.
Este resultado evidenció que el incremento de la germinación se debe al efecto que produjeron los tratamientos de hidratación parcial en el aparato metabólico pregerminativo, y no sólo al avance de la germinación alcanzado con el tratamiento de escarificación ácida.
También se demostró que al incrementarse el estrés calórico se acentuaron las diferencias entre los tratamientos utilizados y disminuyó significativamente la viabilidad de las semillas (tabla 2). Por consiguiente, los termoperíodos superiores a 25/40ºC podrían ser subletales para la germinación de esta especie. Resultados similares fueron obtenidos por Muñoz (1998) y Sánchez et al. (2002) en semillas previamente escarificadas de T. elatum. Por lo tanto, este comportamiento confirma que la germinación de esta planta debe ocurrir en ambientes semiprotegidos (como el dosel del bosque) donde disminuye la amplitud en las fluctuaciones de temperatura, en relación con ambientes abiertos.
Por otro lado, los tratamientos de escarificación en H2SO4 concentrado durante una hora o 20¢ (T1 y T2) demostraron que no son los más adecuados para mejorar el poder germinativo de los disemínulos, en comparación con el tratamiento hídrico empleado (tabla 3). Según el análisis realizado, el procedimiento T2 (semillas escarificadas en H2SO4 durante 20¢) fue más adecuado para incrementar el porcentaje de germinación final con relación al tratamiento T1, independientemente de la procedencia de las semillas. Al parecer, la escarificación en H2SO4 concentrado durante una hora (T1) provocó incrementos en la sensibilidad de los disemínulos a la temperatura, que puede afectar la respuesta germinativa de la especie (Khan, 1977).
En cambio, Álvarez (1985) obtuvo incrementos significativos de la germinación en semillas de esta especie (procedentes de 11 localidades de la región oriental del país) a medida que aumentó el tiempo de escarificación en ácido sulfúrico concentrado.
La respuesta germinativa en semillas de T. elatum de ambas procedencias, demostró la efectividad de los tratamientos pregerminativos de hidratación parcial para mejorar la germinación de esta especie. Bailly, Benamar, Corbineau y Come (2000) y McDonald (2000) reportaron similares resultados en semillas de diversos cultivos sometidas a dichos procedimientos y concluyeron que tales efectos se deben, fundamentalmente, a la activación de eventos pregerminativos irreversibles para el inicio de la germinación (elongación y crecimiento celular), como fue demostrado por Sánchez et al. (2002) en semillas de Guazuma ulmifolia, T. elatum y Trichospermum mexicanum hidratadas hasta la fase II del patrón de imbibición y sometidas a condiciones controladas de estrés (hídrico, calórico, lumínico y barrera física para la emergencia de las plántulas).
Pruebas en vivero. El tratamiento pregerminativo de escarificación ácida en combinación con un ciclo de hidratación parcial (T3) incrementó significativamente el porcentaje de emergencia final hasta un 26,2%, valor que representó el 43,5% del intervalo de emergencia posible a mejorar si se tiene en cuenta la viabilidad inicial del lote empleado (97%), con respecto al porcentaje de emergencia final obtenido mediante el tratamiento pregerminativo T1 (tabla 3). La velocidad de emergencia siguió un comportamiento muy similar al porcentaje de emergencia, es decir, el tratamiento T3 aceleró dicha velocidad, puesto que a los 6 días se obtuvo un 20% de emergencia con respecto a T1. Resultados similares fueron obtenidos por Khan, Peck, Taylor y Samming (1983) en diferentes cultivos, por medio de la hidratación parcial de las semillas antes de la siembra. Danneberger, McDonald, Geron y Kumari (1992) consideran que las ventajas de dichos tratamientos son más evidentes en condiciones de estrés. Igualmente, en semillas de T. elatum, G. ulmifolia y C. schreberiana, Sánchez et al., (2002) lograron incrementar el número de plántulas emergidas a través de la hojarasca, con la aplicación de tratamientos pregerminativos de hidratación-deshidratación en combinación o no con choque térmico.
Las variables de vigor también se incrementaron significativamente con la aplicación del tratamiento robustecedor a más del 100% (tabla 3). Las semillas sometidas a tratamientos hídricos produjeron plantas con mayor desarrollo vegetativo que aquellas procedentes de semillas escarificadas durante una hora (T1); ello demuestra la efectividad de la combinación de dichos procedimientos en el vigor de las plantas de esta especie. Efectos similares alcanzaron Sánchez et al. (1999) en plantas de tomate, pimiento y pepino (Cucumis sativus L.), respectivamente, con la aplicación de uno o más ciclos de hidratación parcial en soluciones de polietilenglicol y en agua, lo cual demuestra que los tratamientos hídricos inducen cambios metabólicos y fisiológicos que aceleran el desarrollo vegetativo de las plantas en sus primeras etapas de vida y, por consiguiente, incrementan su sobrevivencia ante condiciones extremas del medio (Sánchez et al., 2001a y 2001b).
Según Henckel (1982), tales efectos robustecedores se deben a que las plantas resultantes de los tratamientos pregerminativos tienen mayores contenidos de ADN, ARN y ATP; mayor resistencia de los polisomas al recalentamiento y a la deshidratación; y una recuperación más rápida de las funciones perdidas después de la sequía, así como sistemas regenerativos mejor protegidos contra los daños ambientales. Por su parte, Welbaum, Shen, Olouch y Jett (1998) concluyeron que los tratamientos hídricos incrementaron el establecimiento, debido a que aceleraron la emergencia de las plántulas y disminuyeron la pérdida de electrolitos por la semilla (aminoácidos y azúcares), lo cual contribuye a disminuir los ataques fúngicos.
Por otro lado, existió una correspondencia casi exacta entre el porcentaje de germinación obtenido en el laboratorio (tabla 2) y el porcentaje de emergencia final alcanzado en el suelo con los tratamientos T1 y T3 (tabla 3). No obstante, el número de plántulas que emergió fue inferior a la cantidad de semillas germinadas en el laboratorio, independientemente del tratamiento empleado. Este resultado se corresponde con el comportamiento de los cultivos en condiciones naturales y se debe, fundamentalmente, a la influencia del medio edáfico en la emergencia de las plántulas (Perry, 1970).
Whalley, Lipiec, Finch-Savage, Capote, Clark y Rowse (2001) demostraron que el patrón de emergencia de una población de plántulas está determinado por la compleja interacción que se establece entre las condiciones climáticas, el suelo, las semillas y las características de las plántulas. Según, Doneen y McGilluvay (1943) los procesos de posgerminación y preemergencia también desempeñan un papel fundamental en el crecimiento y el establecimiento de las plántulas.
Por lo tanto, se evidencia la necesidad de incrementar las investigaciones relacionadas con los efectos de los tratamientos pregerminativos de hidratación-deshidratación en el comportamiento reproductivo de las semillas de esta y otras especies, debido a su aplicación en la práctica agrícola. Estos procedimientos constituyen una metodología rápida y sencilla para incrementar el vigor de las plántulas de interés agrícola, sin la utilización de aditivos químicos durante la inmersión de las semillas o la estancia de las plántulas en vivero. En este sentido, Sánchez (2003) logró también incrementar significativamente el crecimiento de T. mexicanum en condiciones de vivero y de campo, sin la aplicación de productos químicos.
Se concluye que un ciclo de hidratación parcial en agua, en comparación con la escarificación previa de las semillas, fue el procedimiento más adecuado para incrementar la germinación, la emergencia y el vigor de las plántulas.
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Recibido el 9 de febrero del 2004
Aceptado el 10 de septiembre del 2004