Este artículo resume la investigación de ECHO publicada en Experimental Agriculture por Trail et al. (2022).

Introducción

Pertinencia

Los productores y aquéllos que los atienden necesitan un acceso confiable y rápido a semillas de calidad. En situaciones de escasez de recursos, los productores obtienen tan solo el 10 % de sus semillas de fuentes comerciales y dependen de sistemas informales de semillas para la mayoría de ellas (Coomes et al., 2015). Las fuentes informales de semillas incluyen semillas que los propios productores producen, intercambian con otros productores o compran en los mercados locales. Los bancos de semillas comunitarios a pequeña escala desempeñan un papel importante en el apoyo a las redes de semillas y a la diversidad de cultivos del país.

Una forma de ampliar el acceso de la comunidad a semillas de diversos cultivos es promover la capacidad de entidades de conservación de semillas a pequeña escala para almacenar semillas ortodoxas 1 durante periodos de tiempo mayores a los ciclos de cultivo anuales. La capacidad de almacenar semillas durante más de una temporada de siembra ofrece a los productores la opción de sembrar un cultivo que quizás no hayan plantado ni guardado semillas en la temporada de cultivo anterior. Las opciones de cultivo adicionales aumentan la resiliencia ante retos agrícolas como la sequía y las plagas.

Requisitos para el almacenamiento de semillas  

Antes de almacenarlas, las semillas deben estar lo suficientemente secas  2 para evitar el crecimiento de hongos como Aspergillus spp. (Reader y Motis, 2017). Reducir la humedad de las semillas es especialmente importante para las semillas recién cosechadas, ya que pueden tener todavía humedad del campo. El secado de las semillas en preparación de su almacenamiento puede hacerse con un sencillo gabinete de secado de semillas, descrito por Motis (2010) en una Nota Técnica de ECHO titulada ‘Almacenamiento de semillas: pasos y tecnologías’. 

En este artículo nuestro foco es el almacenamiento de semillas que ya han sido procesadas para eliminar la humedad del campo, los residuos y las plagas. Los factores que afectan el período de almacenamiento de las semillas son la humedad, la temperatura y los niveles de oxígeno. Almacene las semillas secas y frescas, y con poco oxígeno. Estas condiciones hacen más lento el metabolismo de las semillas, prolongando así su período o vida de almacenamiento. En ambientes tropicales, las principales limitaciones para el almacenamiento de semillas son la elevada humedad y el calor.

Propósito de la investigación 

Muchos pequeños productores en las zonas tropicales no cuentan con  electricidad ni acceso a equipos para el almacenamiento de semillas bajo condiciones climáticas controladas. Sin embargo, existen tecnologías de bajo costo que pueden utilizarse en su lugar. El principal objetivo de esta investigación, por tanto, fue probar la eficacia de algunas de estas tecnologías para mantener secas las semillas en un ambiente cálido y húmedo. Nuestra investigación es pertinente para situaciones en las que  el productor 1) ya ha procesado semillas cosechadas en preparación para su almacenamiento o 2) necesita almacenar semillas que ha adquirido (p. ej.  de un almacén de semillas) que ya están secas.

Tecnologías ensayadas 

Exploramos tecnologías relacionadas con sellado al vacío y desecantes (Figura 1). El sellado al vacío elimina el aire -junto con el vapor de agua y el oxígeno que contiene- de un recipiente. Al haber menos vapor de agua, se reduce la humedad. Menos oxígeno no sólo hace más lenta la respiración, sino que reduce la actividad de cualquier plaga de insectos que pueda estar presente. La investigación de ECHO en Asia demostró que el sellado al vacío, durante un período de un año, impidió el crecimiento de la población de brúquidos (Callosobruchus maculatus) en las semillas de caupí (Lawrence et al., 2017). 

Comparamos dos tecnologías de sellado al vacío: una máquina selladora y una bomba de bicicleta modificada. La máquina selladora extrae el aire de las bolsas de polietileno (plástico). De las dos tecnologías, la máquina selladora es la más cara (300 USD o más). Se utiliza principalmente para procesar alimentos. Las bombas de bicicleta son baratas (15 USD o menos) y están disponibles en todo el mundo. Utilizamos una bomba de bicicleta modificada para extraer el aire de tarros de vidrio pequeños (118 ml [4 oz.]) con tapas metálicas forradas de plástico. En una Nota Técnica de ECHO tituladaOpciones de sellado al vacío para almacenar semillas (Motis, 2019) se explica cómo modificar y manejar una bomba de bicicleta para hacer el vacío.3

Desiccants absorb moisture from the air, thus lowering humidity in the air surrounding seeds. We explored the use of two desiccants: Drying Beads® and calcium oxide. Drying Beads® are a zeolite-based product that absorbs water, holding it in microscopic pores. They are manufactured in Thailand by Rhino Research and have been used primarily in Asia. Information on their use is available on the manufacturer’s website (http://www.dryingbeads.org/) which states that beads saturated with moisture can be reused by heating in an oven for two and-a-half hours at 250°C.

El óxido de calcio, también conocido como cal viva, es un polvo que se obtiene sometiendo materiales que contienen carbonato de calcio -como piedra caliza, conchas marinas o cenizas de leña- a altas temperaturas (de 500 a 1,000 °C [Teker Ercan, 2003; Suwannasingha et al., 2022]). La temperatura de combustión influye en la medida en que el carbonato de calcio se transformará en óxido de calcio. Hemos podido alcanzar temperaturas de 600°C y superiores con una pequeña fragua utilizada por herreros. Cuando el óxido de calcio absorbe agua, se transforma en hidróxido de calcio.4  Es posible volver a transformar el hidróxido de calcio en óxido de calcio, para su reutilización, calentándolo entre 450 y (Materic y Smedley, 2011) 600°C (Powers y Calvo, 2003).

Para ser eficaces, los métodos de sellado al vacío y de desecante requieren recipientes herméticos. La entrada de aire en un recipiente mal sellado genera una pérdida de vacío y una saturación más rápida del desecante que con una tapa hermética. Por esta razón, utilizamos frascos de vidrio con tapas de rosca junto con el sellado al vacío y los desecantes. En los bancos de semillas con espacio de almacenamiento con clima controlado, los desecantes pueden retirarse de las semillas una vez que éstas están lo suficientemente secas para su almacenamiento. Nosotros mantuvimos el desecante con las semillas almacenadas, ya que esto sería preferible en situaciones donde la humedad ambiental no puede controlarse y, de lo contrario, podría rehidratar las semillas.

Métodos

Cuándo y dónde 

Hicimos el ensayo a lo largo de un período de un año, entre el 11 de julio de 2017 y el 16 de julio de 2018. El estudio se llevó a cabo en dos lugares: el Centro Regional de Impacto de ECHO Asia en Chiang Mai, Tailandia y ECHO en Florida, Estados Unidos. En cada lugar, los contenedores de semillas se guardaron en cajas de cartón en el exterior, en las condiciones ambientales (véase la Figura 1) de porches forrados con cedazo. Esto nos permitió aproximarnos al contexto en el que muchos pequeños productores del mundo almacenan sus semillas.

Tratamientos 

Los tratamientos incluyeron las tecnologías anteriormente mencionadas dirigidas a controlar la humedad en los contenedores de almacenamiento de semillas. Entre la temperatura y la humedad, la humedad en los contenedores es más fácil de controlar, y queríamos ver si hacerlo mejoraría la viabilidad de las semillas a temperatura ambiente. Los tratamientos que comparamos figuran en la Tabla 1.

Cada tratamiento se ensayó con semillas de okra (Abelmoschus esculentus), sorgo (Sorghum bicolor) y frijol terciopelo (Mucuna pruriens). Para cada cultivo se almacenaron 60 g de semillas por contenedor. En forma aleatoria asignamos cada contenedor a 1 de los 5 tratamientos, 1 de los 3 tipos de semillas, 1 de los 5 momentos de muestreo y 1 de las 4 repeticiones, con un total de 300 contenedores por localidad (Figura 2).

Mediciones 

Para cada tratamiento tomamos muestras de semillas a los 0 (línea base inicial), 1, 3, 6, 9 y 12 meses de almacenamiento. En cada tiempo de muestreo, abrimos los recipientes asignados a ese tiempo para la recolección de datos, dejando el resto de recipientes cerrados. Al tomar los datos de un lote diferente de semillas cada vez, no tuvimos que abrir y volver a cerrar los recipientes a lo largo del ensayo. En cada tiempo de muestreo medimos:

• Contenido de humedad de las semillas: Medimos el contenido de humedad de las semillas con una submuestra de 5 g de semillas por cada recipiente. El contenido de humedad de las semillas trituradas se midió con un medidor de humedad halógeno de precisión DSH-50-1.5
• Porcentaje de germinación de las semillas: Probamos la germinación de una submuestra de 50 semillas de cada recipiente utilizando el método de la placa de Petri (Rao et al., 2006; Figura 3). Colocamos las placas de Petri en una cámara de germinación (Seedburo® Modelo 548 [Florida]; en Tailandia se utilizó una cámara hecha a la medida, como la de Florida) que mantenía la temperatura a 29 ± 2°C y la humedad a 60 ± 5%.

• 

  Presión de vacío: Se recogió la presión de vacío de los recipientes usados para el tratamiento dos (sellado con bicicleta) y para el tratamiento tres (máquina selladora), justo antes de abrir dichos recipientes. Para medir el nivel de vacío en cada recipiente utilizamos un sencillo manómetro conectado a una aguja hipodérmica (Figura 4). La aguja se introdujo directamente en las bolsas de polietileno del tratamiento uno o a través de la cinta adhesiva que cubría el orificio de la tapa de cada tarro de vidrio (a través del cual se extrajo el vacío). La antes mencionada Nota Técnica de ECHO explica el uso del manómetro y de los empaques de las tapas de los tarros.

En este artículo nos centraremos principalmente en los resultados de la humedad inicial (mes 0 de referencia) y final (mes 12) de las semillas y la germinación.

Hallazgos 

Humedad de la semilla 

La humedad del aire circundante y la composición de la semilla influyen sobre su contenido de humedad. El aceite y el agua no se mezclan, pero el agua es atraída por las proteínas y el almidón (McDonald, 2007). No hicimos analizar las semillas para determinar estos componentes, pero la Tabla 2 muestra los valores que aparecen en la bibliografía. Los valores iniciales mostrados en la Figura 5 indican la humedad de las semillas de la línea base, justo antes de que se definieran los tratamientos. Como se observa en nuestros valores iniciales de contenido de humedad, el contenido de humedad de las semillas en un banco de semillas -en condiciones de almacenamiento similares- variará con el cultivo, lo que se debe, al menos en parte, a las diferencias en su composición. Quizás la combinación de un alto contenido en proteínas y almidón explique por qué el contenido de humedad inicial de las semillas fue mayor en las semillas de frijol terciopelo.

La Tabla 3 muestra las tendencias generales del efecto sobre la humedad de las semillas de los distintos tratamientos a lo largo del tiempo, desde el mes 1 hasta el 12. De los dos tratamientos de sellado al vacío, sólo el vacío con  la bomba de bicicleta impidió que aumentara el contenido de humedad en las semillas de los tres cultivos. Ambos desecantes impidieron aumentos en la humedad de las semillas a lo largo del tiempo. Las perlas de secado  Drying Beads® fue el único tratamiento que redujo la humedad de las semillas con el tiempo; lo hizo en los tres cultivos. Sin ningún tratamiento, la humedad de las semillas fluctuó con el tiempo, con los valores más bajos y más altos coincidiendo con los niveles de humedad durante las estaciones seca y lluviosa, respectivamente. El contenido de humedad más alto registrado durante el ensayo fue del 14%, en el mes 3, con semilla de frijol terciopelo no tratada.

En la Figura 5 se muestran los valores finales (mes 12) de humedad de las semillas. Al final del ensayo, todas las tecnologías de almacenamiento evaluadas mantuvieron el contenido de humedad de las semillas por debajo del de las semillas a las que no se les aplicó tratamiento. Lo mismo ocurrió en todos los cultivos. Sin embargo, las tecnologías de almacenamiento variaron en cuanto al nivel en que mantenían secas las semillas. Sólo las perlas de secado de zeolita Drying Beads® redujeron la humedad de las semillas por debajo de los valores iniciales; redujeron el contenido de humedad de las semillas a menos del 5% para todos los cultivos. El óxido de calcio y el sellado al vacío con bomba de bicicleta mantuvieron los valores de humedad de las semillas cerca de los valores de línea base. Entre las tecnologías de almacenamiento ensayadas, los valores finales de humedad de las semillas fueron más altos con la máquina selladora.

Germinación de la semilla 

Todas las semillas del ensayo germinaron bien al principio (mes 0), con porcentajes de germinación del 88-96% (Figura 6). Entre los meses 1 y 12, el porcentaje de germinación de la okra y el frijol terciopelo se mantuvo estable con la mayoría de los tratamientos (Tabla 3). La germinación del sorgo disminuyó con el tiempo con todos los tratamientos excepto con la perlas de secado de zeolita Drying Beads®, sin embargo, este producto provocó un rápido descenso de la germinación de las semillas de frijol terciopelo con el tiempo. Sin tratamiento, vimos un descenso significativo de la germinación de las semillas de okra y sorgo, pero no de las de frijol terciopelo.

Al final del ensayo, la germinación sin tratamiento fue del 34% para la okra y del 0% para el sorgo (Figura 6). Resulta interesante que las semillas de frijol terciopelo demostraron ser muy tolerantes a la humedad y la temperatura ambiente, con un 96% de semillas germinadas en el mes 12. El sellado al vacío (tanto con máquina como con bomba de bicicleta) y el óxido de calcio arrojaron porcentajes finales de germinación de las semillas del 78-83% para la okra y del 96-100% para el frijol terciopelo. Con las perlas de secado de zeolita Drying Beads®, los porcentajes finales de germinación fueron más elevados en el sorgo. Sólo las perlas de secado de zeolita Drying Beads® mantuvieron la germinación final del sorgo por encima del 70%.

Presión de vacío

La  presión de vacío (no mostrada) se perdió en forma ininterrumpida con el tiempo en las bolsas de polietileno utilizadas con la máquina selladora. Por el contrario, los frascos de vidrio utilizados junto con el sellado con bomba de bicicleta impidieron una disminución del vacío. Ninguna de las tecnologías de sellado al vacío evacuó todo el aire de los respectivos recipientes.

Aplicaciones

La tolerancia a las condiciones ambientales varía según el cultivo. Nuestros resultados mostraron que las semillas de frijol terciopelo toleraban mucho mejor que las semillas de sorgo el fuerte calor y la alta humedad. Esto muestra que los cultivos pueden variar significativamente en su tolerancia a condiciones de almacenamiento desfavorables.

De los dos tratamientos de sellado al vacío, el extraído en frascos de vidrio con una bomba de bicicleta modificada demostró ser tan o más eficaz para mantener el contenido de humedad de las semillas en almacenamiento que una máquina selladora mecánica mucho más cara. Nuestros hallazgos con el sellado al vacío, en combinación con los resultados anteriores de la investigación del Centro de Impacto Regional de ECHO en Asia, tienen las siguientes implicaciones:

• Es posible almacenar bien las semillas con niveles modestos de vacío. La bomba de bicicleta modificada extrajo aproximadamente el 50% del aire de los recipientes de vidrio. Aunque la máquina selladora podía hacer un vacío inicial más fuerte, las bolsas de polietileno utilizadas habitualmente con la misma no eran ideales para mantener el vacío durante un periodo de tiempo largo.
• El sellado al vacío puede hacerse con una tecnología muy barata. El costo de la bomba es el gasto principal. Si las bombas de bicicleta de su área son difíciles de modificar para hacer vacío, considere otros métodos como las bombas de purga de frenos y las jeringas, como se explica en la Nota Técnica de ECHO 93. 
• El éxito del sellado al vacío requiere un recipiente que impida la difusión del aire al entrar y al salir y que esté bien sellado. Si utiliza frascos de vidrio, asegúrese de que las tapas sellen bien.

Ambos desecantes demostraron ser eficaces para mantener el contenido de humedad de la línea base de las semillas, pero sólo las perlas de secado de zeolita Drying Beads® redujeron la humedad de las semillas con el tiempo. El óxido de calcio se encuentra más fácilmente (como cal viva) que las perlas de secado de zeolita Drying Beads®, pero requiere más calor para reutilizarlo — tras la saturación con humedad—  que las perlas de secado de zeolita Drying Beads®. Estas perlas, en la proporción utilizada en el ensayo, secó las semillas hasta el punto de que los porcentajes finales de germinación se vieron afectados negativamente. Los resultados obtenidos con los desecantes tienen las siguientes implicaciones: 

• Las semillas pueden mantenerse secas tanto con óxido de calcio como con perlas de zeolita Drying Beads®.
• Es posible lograr una humedad ultra seca (inferior al 5%) de las semillas con las perlas de zeolita Drying Beads®.  Con respecto a la germinación de las semillas expuestas al agua inmediatamente después del almacenamiento, como ocurriría con las semillas sembradas poco después del almacenamiento, la tolerancia a las condiciones ultra secas varió entre los cultivos. El almacenamiento ultra seco puede prolongar la vida de almacenamiento del sorgo, pero el personal de los bancos de semillas quizás quiera experimentar antes de implementarlo con una amplia variedad de cultivos.
• Los preservadores de semillas y el personal de los bancos de semillas quizás quieran experimentar con la proporción de semillas y desecante para llegar a las mejores prácticas para los cultivos con los que trabajan. Con respecto a las perlas de secado de zeolita Drying Beads®, e l sitio web del fabricante (www.dryingbeads.org) explica cómo adaptar la proporción de semillas a perlas a cultivos específicos.

Conclusión

Se pueden mantener secas las semillas durante al menos un año con tecnologías de bajo costo. El sellado al vacío con una bomba de bicicleta modificada y el óxido de calcio son las dos tecnologías menos costosas probadas en este ensayo. Las perlas de secado de zeolita Drying Beads® también son una opción barata que es muy eficaz para mantener secas las semillas. 

Los resultados de este ensayo son pertinentes para situaciones en las que no se controla la temperatura. Bajo temperaturas altas y fluctuantes, es posible almacenar semillas de algunos cultivos -sin reducciones significativas en la germinación- al sacar la humedad. Algunas semillas (por ejemplo, el sorgo en este ensayo) pierden viabilidad más rápidamente que otras y pueden requerir condiciones más secas para hacer más lento el ritmo de pérdida de viabilidad.

Los autores sugieren que los futuros investigadores comprueben la viabilidad de las semillas a lo largo del tiempo con distintos niveles de presión de vacío inicial. Dicho conocimiento sería útil para documentar la eficacia de una amplia gama de dispositivos de vacío, incluidas jeringas modificadas con menos probabilidades de extraer tanto aire como una bomba de bicicleta modificada. Otra prometedora área de estudio es la combinación de tecnologías para mantener secas las semillas con otras que las mantengan frías y/o estables. Un ejemplo de tecnología que minimiza la fluctuación de temperatura es la construcción con sacos de tierra, de la cual se ha escrito una Nota Técnica de ECHO titulada “Bancos de semilla con sacos de tierra.“ Si tiene experiencia almacenando semillas en condiciones difíciles, comparta con nosotros lo que ha aprendido.

Referencias