¿Cómo crece una planta a partir de una semilla?

El proceso de germinación de la semilla incluye los siguientes cinco cambios o pasos.

Estos cinco cambios o pasos que ocurren durante la germinación de la semilla son: (1) Imbibición (2) Respiración (3) Efecto de la luz sobre la germinación de semillas (4) Movilización de reservas durante la germinación de semillas y el rol de reguladores de crecimiento y (5) Desarrollo del eje embrionario en Seedling.

(i) Imbibition:

El primer paso en la germinación de la semilla es la imbibición, es decir, la absorción de agua por la semilla seca. La imbibición produce hinchazón de la semilla a medida que los componentes celulares se rehidratan. La hinchazón tiene lugar con una gran fuerza. Rompe las capas de semillas y permite que la radícula salga en forma de raíz primaria.

La imbibición se logra debido a la rehidratación de las macromoléculas estructurales y de almacenamiento, principalmente la pared celular y los polisacáridos y proteínas de almacenamiento. Muchas semillas contienen polisacáridos adicionales, que no se encuentran comúnmente en los tejidos vegetativos. Las semillas empacadas en una botella pueden agrietarlas a medida que absorben agua y se hinchan.

(ii) Respiración:

La imbibición de agua provoca la reanudación de la actividad metabólica en la semilla rehidratada. Inicialmente, su respiración puede ser anaeróbica (debido a la energía proporcionada por la glucólisis) pero pronto se vuelve aeróbica cuando el oxígeno comienza a ingresar a la semilla. Las semillas de plantas acuáticas, como también el arroz, pueden germinar bajo el agua utilizando oxígeno disuelto.

Las semillas de plantas adaptadas a la vida en tierra no pueden germinar bajo el agua, ya que requieren más oxígeno. Tales semillas obtienen el oxígeno del aire contenido en el suelo. Es por esta razón que la mayoría de las semillas se siembran en el suelo suelto cerca de la superficie. El arado y el arado airean el suelo y facilitan la germinación de la semilla. Por lo tanto, las semillas sembradas más profundamente en el suelo en suelos con agua a menudo no pueden germinar debido a la falta de oxígeno.

(iii) Efecto de la luz sobre la germinación de la semilla:

Las plantas varían mucho en respuesta a la luz con respecto a la germinación de la semilla. Las semillas que responden a la luz para su germinación reciben el nombre de fotoblásticas. Se reconocen tres categorías de semillas fotoblásticas: fotoblástica positiva, fotoblástica negativa y no fotoblástica. Las semillas fotoblásticas positivas (lechuga, tabaco, muérdago, etc.) no germinan en la oscuridad, sino que requieren exposición a la luz solar (puede ser por un breve período de tiempo) para la germinación.

Las semillas fotoblásticas negativas (cebolla, lirio, amaranto, nigella, etc.) no germinan si se exponen a la luz solar. Las semillas no fotoblásticas germinan independientemente de la presencia (exposición) o ausencia (no exposición) de luz.

En estas semillas sensibles a la luz, la región roja del espectro visible es más efectiva para la germinación. La región rojo lejano (la región inmediatamente posterior a la región roja visible) invierte el efecto de la luz roja y hace que la semilla permanezca inactiva. La sensibilidad roja y roja lejana de las semillas se debe a la presencia de un pigmento fotorreceptor de color azul, el fitocromo. Es una ficobiloproteína y está ampliamente distribuida en las plantas.

El fitocromo es un pigmento regulador que controla muchos procesos de desarrollo dependientes de la luz en las plantas además de la germinación en las semillas sensibles a la luz. Estos incluyen foto-morfogénesis (proceso de desarrollo regulado por la luz) y floración en una variedad de plantas.

Fitocromo y control reversible rojo-lejano-rojo de la germinación:

El fitocromo pigmentario que absorbe la luz se produce en dos formas inter-convertibles Pr y Pfr. Pr es metabólicamente inactivo. Absorbe la luz roja (660 nm) y se transforma en Pfr metabólicamente activa (figura 4.10). Este último promueve la germinación y otros procesos controlados por fitocromo en las plantas. Pfr revierte a Pr después de absorber el rojo lejano (730 nm)

También en la oscuridad, Pfr cambia lentamente a Pr. Debido a esta oscilación del fitocromo entre el estado de Pr y Pfr, el sistema ha sido denominado como “sistema de pigmento rojo-rojo-rojo reversible” o en un breve sistema de fitocromo. El tratamiento con luz roja (R) estimula la germinación de la semilla, mientras que el tratamiento con luz roja lejana (FR), por el contrario, tiene un efecto inhibidor.

Deje que nosotros examinemos la germinación de semillas en semillas fotoblásticas positivas, por ejemplo, lechuga (Lactuca sativa). Cuando se da una exposición breve de longitudes de onda de luz roja (R, 660 nm) y roja lejana (FR, 730, nm) a las semillas empapadas en una sucesión cercana, la naturaleza de la luz proporcionada en la última exposición determina la respuesta de semillas. La exposición a la luz roja (R) estimula la germinación de la semilla. Si la exposición a la luz roja (R) es seguida por la exposición a la luz roja lejana (FR), se anula el efecto estimulador de la luz roja (R).

Este truco se puede repetir varias veces. Lo que es crucial para la germinación de la semilla es la calidad de la luz a la que están expuestas las semillas por última vez. Esto también indica que las respuestas inducidas por la luz roja (R) se invierten con la luz roja lejana (FR).

Todo esto se puede mostrar como dado a continuación:

Los requerimientos de luz para la germinación de la semilla pueden ser reemplazados por hormonas como las giberelinas o las citoquininas. Varios procesos de desarrollo de plantas controladas por fitocromo pueden imitarse mediante hormonas apropiadas administradas por separado o en combinación con otras hormonas en el momento correcto.

(iv) Movilización de reservas durante la germinación de semillas y función de reguladores de crecimiento:

Durante la germinación, las células del embrión retoman la actividad metabólica y experimentan división y expansión. El almidón almacenado, las proteínas o las grasas deben ser digeridos. Estas conversiones celulares tienen lugar haciendo uso de la energía proporcionada por la respiración aeróbica.

Dependiendo de la naturaleza de la semilla, las reservas de alimento pueden almacenarse principalmente en el endospermo (muchas monocotiledóneas, granos de cereal y ricino) o en los cotiledones (muchas dicotiledóneas como guisantes y frijoles). Se han realizado investigaciones exhaustivas en la movilización de reservas desde el endospermo hasta el embrión a través de un cotiledón similar a un escudo (escutelo) en varios granos de cereal (Fig. 4.11).

La capa externa de células especiales (capa de aleurona) del endosperma produce y secreta enzimas hidrolizantes (como amilasas, proteasas). Estas enzimas causan la digestión, es decir, la descomposición de los alimentos almacenados, como el almidón y las proteínas en las células endospermas internas.

La comida insoluble se vuelve soluble y la comida compleja se simplifica. Estas soluciones alimenticias más simples, que comprenden azúcares y aminoácidos así formados, se diluyen con agua y se pasan hacia el epicotilo, hipocótilo, radícula y plúmula en crecimiento a través del cotiledón.

El ácido giberélico juega un papel importante en el inicio de la síntesis de enzimas hidrolizantes. La giberelina, por lo tanto, promueve la germinación de las semillas y el crecimiento temprano de las plántulas. La asimilación de este alimento por el órgano en crecimiento induce el crecimiento y la plántula pronto asume su forma definitiva.

Es muy significativo observar que la hormona inductora de latencia, ácido abscísico (ABA), impide la germinación. Se ha demostrado que la concentración de ABA aumenta durante el inicio de la latencia del embrión durante el desarrollo de la semilla en varios tipos de semillas.

Cuando se extraen embriones jóvenes de algodón y se cultivan en cultivo, continúan creciendo sin que se desarrolle ninguna latencia. La latencia en tales casos puede ser inducida por la adición de ABA en una etapa crucial de crecimiento.

(v) Desarrollo del Eje Embrionario en Plántulas:

Después de la translocación de los alimentos y su posterior asimilación, las células del embrión en las regiones de crecimiento se vuelven metabólicamente muy activas. Las células crecen en tamaño y comienzan divisiones para formar la plántula.

cada planta crece de una semilla pero es una condición favorable para germinar.

La germinación es el crecimiento de una planta contenida dentro de una semilla; da como resultado la formación de la plántula, también es el proceso de reactivación de la maquinaria metabólica de la semilla que resulta en la aparición de la radícula y la plúmula . La semilla de una planta vascular es un pequeño paquete producido en una fruta o cono después de la unión de células reproductoras masculinas y femeninas. Todas las semillas completamente desarrolladas contienen un embrión y, en la mayoría de las especies de plantas, algunas reservas de alimentos, envueltas en un recubrimiento de semillas. Algunas plantas producen cantidades variables de semillas que carecen de embriones; estas se llaman semillas vacías [1] y nunca germinan. Las semillas inactivas son semillas maduras que no germinan porque están sujetas a condiciones ambientales externas que impiden el inicio de procesos metabólicos y el crecimiento celular. En condiciones adecuadas, la semilla comienza a germinar y los tejidos embrionarios retoman su crecimiento, desarrollándose hacia una plántula.

La germinación de las semillas depende de las condiciones internas y externas. Los factores externos más importantes incluyen la temperatura correcta, el agua, el oxígeno o el aire y, a veces, la luz u oscuridad. [2] Varias plantas requieren diferentes variables para la germinación exitosa de la semilla. A menudo, esto depende de la variedad de semilla individual y está estrechamente relacionado con las condiciones ecológicas del hábitat natural de una planta. Para algunas semillas, su respuesta de germinación futura se ve afectada por las condiciones ambientales durante la formación de la semilla; la mayoría de las veces estas respuestas son tipos de latencia de la semilla.

Se requiere agua para la germinación. Las semillas maduras a menudo son extremadamente secas y necesitan tomar cantidades significativas de agua, en relación con el peso seco de la semilla, antes de que el metabolismo celular y el crecimiento puedan reanudarse. La mayoría de las semillas necesitan suficiente agua para humedecer las semillas, pero no lo suficiente como para absorberlas. La absorción de agua por las semillas se llama imbibición, lo que conduce a la hinchazón y la rotura de la cubierta de la semilla. Cuando se forman las semillas, la mayoría de las plantas almacenan una reserva alimenticia con la semilla, como almidón, proteínas o aceites. Esta reserva de alimentos proporciona alimento al embrión en crecimiento. Cuando la semilla absorbe agua, se activan enzimas hidrolíticas que descomponen estos recursos alimenticios almacenados en productos químicos metabólicamente útiles. [2] Después de que la plántula emerge de la cubierta de la semilla y comienza a crecer raíces y hojas, las reservas de alimento de la plántula generalmente se agotan; en este punto, la fotosíntesis proporciona la energía necesaria para un crecimiento continuo y las plantas de semillero ahora requieren un suministro continuo de agua, nutrientes y luz.

La semilla en germinación requiere oxígeno para el metabolismo. [3] El oxígeno se utiliza en la respiración aeróbica, la principal fuente de energía de la plántula hasta que crece hojas. [2] El oxígeno es un gas atmosférico que se encuentra en los espacios de poro del suelo; si una semilla es enterrada demasiado profundamente dentro del suelo o si el suelo está inundado, la semilla puede morir de oxígeno. Algunas semillas tienen capas de semillas impermeables que evitan que el oxígeno ingrese a la semilla, causando un tipo de latencia física que se rompe cuando la cubierta de la semilla se desgasta lo suficiente como para permitir el intercambio de gases y la absorción de agua del ambiente.

La temperatura afecta las tasas metabólicas y de crecimiento celular. Semillas de diferentes especies e incluso semillas de la misma planta germinan en un amplio rango de temperaturas. Las semillas a menudo tienen un rango de temperatura dentro del cual germinarán, y no lo harán por encima o por debajo de este rango. Muchas semillas germinan a temperaturas ligeramente superiores a 60-75 F (16-24 C) [temperatura ambiente si vives en una casa con calefacción central], mientras que otras germinan justo por encima del punto de congelación y otras solo germinan en respuesta a las alternancias de temperatura entre cálido y guay. Algunas semillas germinan cuando el suelo está frío 28-40 F (-2 – 4 C), y algunas cuando el suelo está caliente 76-90 F (24-32 C). Algunas semillas requieren exposición a temperaturas frías (vernalización) para romper la latencia. Algunas semillas en estado latente no germinarán aunque las condiciones sean favorables.

Las semillas que dependen de la temperatura para finalizar la latencia tienen un tipo de latencia fisiológica. Por ejemplo, las semillas que requieren el frío del invierno se inhiben de germinar hasta que absorben agua en el otoño y experimentan temperaturas más frías. Cuatro grados Celsius son lo suficientemente fríos como para finalizar la latencia de la mayoría de las semillas durmientes, pero algunos grupos, especialmente los de la familia de las Ranunculáceas y otros, necesitan condiciones más bajas que -5 C. Algunas semillas solo germinarán después de altas temperaturas durante un incendio forestal que capas de semillas; este es un tipo de latencia física.

Las verduras anuales más comunes tienen temperaturas de germinación óptimas entre 75-90 F (24-32 C), aunque muchas especies (por ejemplo, rábanos o espinacas) pueden germinar a temperaturas significativamente más bajas, tan bajas como 40 F (4 C), lo que les permite crezca de semillas en climas más fríos. Temperaturas subóptimas conducen a menores tasas de éxito y períodos de germinación más largos.

La luz u oscuridad puede ser un disparador ambiental para la germinación y es un tipo de latencia fisiológica. La mayoría de las semillas no se ven afectadas por la luz u oscuridad, pero muchas semillas, incluidas las que se encuentran en los bosques, no germinarán hasta que una abertura en el dosel permita suficiente luz para el crecimiento de la plántula. [2]

La escarificación imita los procesos naturales que debilitan la cubierta de la semilla antes de la germinación. En la naturaleza, algunas semillas requieren condiciones particulares para germinar, como el calor de un incendio (por ejemplo, muchas plantas autóctonas australianas) o sumergirse en un cuerpo de agua durante un largo período de tiempo. Otros necesitan pasar a través del tracto digestivo de un animal para debilitar el recubrimiento de la semilla lo suficiente como para permitir que la planta emerja.