Germinación: estructura de una semilla, proceso, tipos
La germinación es el proceso a través del cual el embrión contenido en las semillas de las plantas espermatofitas se desarrolla para dar lugar a una planta nueva, y se caracteriza por la protrusión de la raíz hacia el exterior de la testa o cubierta seminal.
En el reino vegetal, las espermatofitas son el grupo de plantas conocidas como las “plantas superiores”, las cuales tienen como característica definitoria la producción de semillas como resultado de su reproducción sexual, de donde deriva su nombre, pues “sperma” en griego significa semilla.
El grupo de las espermatofitas está compuesto por las plantas con flor o angiospermas y las plantas sin flor o gimnospermas, las cuales producen semillas encerradas en el interior de una estructura llamada “ovario” o semillas desnudas, respectivamente.
La germinación de una semilla, sea cual sea su tipo, puede entenderse como el conjunto de pasos consecutivos que hacen que una semilla quiescente o dormida, con un bajo contenido de agua, muestre un aumento en su actividad metabólica general y comience la formación de una plántula a partir del embrión en su interior.
El momento exacto donde termina la germinación y comienza el crecimiento es muy difícil de definir, puesto que la germinación se ha definido específicamente como la ruptura de la cubierta seminal que, por sí mismo, ya es el resultado de crecimiento (división y elongación celulares).
Existen múltiples factores que afectan el proceso germinativo, muchos de ellos endógenos (viabilidad, grado de desarrollo del embrión, etc.) y exógenos (disponibilidad de agua, temperatura y composición atmosférica, por ejemplo).
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Las plantas angiospermas poseen semillas con una estructura relativamente sencilla, pues consisten en un embrión (producto de la fecundación del óvulo por el grano de polen) que está rodeado por una cubierta conocida como “saco embrionario”, que también deriva del proceso de fecundación.
La cubierta de las semillas se conoce como testa y es producto del desarrollo de los tegumentos internos del óvulo. El embrión se alimenta de una sustancia en la cual está inmerso, el endospermo, que puede convertirse también en un tejido rudimentario en aquellas plantas con cotiledones.
Los cotiledones son hojas primarias que pueden cumplir funciones nutritivas para el embrión y pueden encargarse de la fotosíntesis de la plántula que se forma cuando la semilla germina.
La cantidad de sustancia de reserva es muy variable entre las semillas, sobre todo respecto a la composición de proteínas, grasas y carbohidratos que poseen. No obstante, la principal sustancia de almacén en las semillas, en mayor o menor proporción, suele ser el almidón.
El embrión es la estructura fundamental de una semilla. Puede verse como una “planta miniatura” y consiste en una radícula, en una plúmula o epicótilo (por encima de donde están los cotiledones), en uno o más cotiledones y en un hipocótilo (por debajo de los cotiledones).
De la radícula se forma posteriormente la raíz, que es la porción subterránea de una planta; el epicótilo será después el eje principal del vástago, en la porción aérea; mientras que el hipocótilo es la porción del embrión que une la radícula con la plúmula o epicótilo, es decir, que une al tallo con la raíz en la planta adulta.
Es importante señalar que existe gran diversidad de semillas en la naturaleza, especialmente en lo que respecta a tamaño, forma, color y estructura general, sin contar sus características fisiológicas intrínsecas.
Todas las semillas maduras se encuentran en una condición conocida como quiescencia, mediante la cual estas estructuras de propagación pueden resistir periodos prolongados en los que las condiciones favorables necesarias para la germinación no están dadas.
La quiescencia de una semilla es revertida en presencia de agua, de una composición atmosférica y una temperatura adecuadas (dependiendo del tipo de semilla, por supuesto).
La germinación, una vez superada la quiescencia, incluye procesos que son comunes en la fisiología de los vegetales:
– la respiración
– la absorción de agua
– la conversión de los “alimentos” en sustancias solubles
– la síntesis de enzimas y hormonas
– el metabolismo de nitrógeno y de fósforo
– la translocación de carbohidratos, hormonas, agua y minerales hacia los meristemos y
– la formación de tejidos.
Sin embargo, los fisiólogos vegetales han delimitado tres etapas específicas que son: imbibición, elongación celular e incremento en el número de células (división celular), estos últimos dependientes de distintos eventos genéticos y moleculares.
El contenido de agua en una semilla madura es considerablemente bajo, lo que favorece el letargo metabólico de los tejidos en su interior. Así, el primer paso de la germinación de una semilla es la absorción de agua, lo que se conoce como imbibición.
La imbibición restablece la turgencia de las células del embrión, que previamente se encontraban plasmolizadas debido al pequeño tamaño de sus vacuolas casi vacías.
Durante las primeras horas de esta etapa no se observan cambios químicos en las semillas, así como tampoco ningún tipo de actividad asociado con el alargamiento o la elongación de las paredes celulares, etc.
Poco después, la hidratación de los tejidos (en condiciones favorables de atmósfera y temperatura), permite la activación de los orgánulos y las enzimas celulares, especialmente de las mitocondrias. Esta activación también promueve la síntesis de hormonas y proteínas, necesarias para los eventos subsecuentes.
Pasadas unas horas de imbibición (dependiendo del grado de desecación de las semillas), puede apreciarse la elongación de las células pertenecientes a la radícula, que permiten que esta estructura se prolongue y emerja de la superficie que la recubre.
Las primeras divisiones celulares ocurren en el meristemo de la raíz, justo por el momento en el cual la radícula “rompe” el tejido que la cubre. En este momento se observan algunos cambios citológicos como, por ejemplo, la apariencia más prominente del núcleo de cada célula.
La cubierta seminal o testa es atravesada o rota por la raíz primaria, que está representada por la radícula, después de lo cual el eje hipocotiledonar continúa el proceso de elongación. Los cotiledones permanecen en el interior de la testa durante este proceso, independientemente del tipo de germinación.
Mientras transcurre este proceso, la nutrición de las células embrionarias depende de la actividad de las enzimas responsables de la degradación de los carbohidratos y las grasas de reserva en el endospermo y/o los cotiledones, actividad completamente dependiente del proceso previo de imbibición.
Los tipos de germinación han sido definidos en función del destino de los cotiledones cuando se forma la plántula a partir del embrión. Los dos tipos más conocidos son la germinación epígea y la germinación hipógea.
Ocurre en muchas plantas leñosas, incluyendo a las gimnospermas, y se caracteriza porque los cotiledones emergen del suelo como “empujados” por el epicótilo que se alarga.
Ocurre cuando los cotiledones permanecen en la porción subterránea, entretanto el epicótilo crece erecto y de él se desarrollan las hojas fotosintéticas. Es común para muchas especies vegetales, pudiendo señalarse como ejemplo los arces, los castaños y el árbol del caucho.
- Bewley, J. D. (1997). Seed germination and dormancy. The plant cell, 9(7), 1055.
- Copeland, L. O., & McDonald, M. F. (2012). Principles of seed science and technology. Springer Science & Business Media.
- Nabors, M. W. (2004). Introduction to botany (No. 580 N117i). Pearson.
- Srivastava, L. M. (2002). Seed germination, mobilization of food reserves, and seed dormancy. Plant Growth and Development: Hormones and Environment. Academic Press: Cambridge, MA, 447-471.
- Taiz, L., Zeiger, E., Møller, I. M., & Murphy, A. (2015). Plant physiology and development.
- Toole, E. H., Hendricks, S. B., Borthwick, H. A., & Toole, V. K. (1956). Physiology of seed germination. Annual review of plant physiology, 7(1), 299-324.
- Tuan, P. A., Sun, M., Nguyen, T. N., Park, S., & Ayele, B. T. (2019). Molecular mechanisms of seed germination. In Sprouted Grains (pp. 1-24). AACC International Press.