Efecto del tratamiento magnético de semillas sobre un sistema productivo de Solanum lycopersicum L., a escala comercial

Figuras, gráficos, tablas

Con el desarrollo de esta tesis, se propone una alternativa para mejorar el proceso de germinación, establecimiento y desarrollo de cultivos a escala comercial, al aplicar el tratamiento magnético de semillas (TMS). Al mismo tiempo se contribuye con la formación científica de recurso humano, a partir de la interacción con diferentes grupos de investigación nacional e internacional y el aporte en la oferta de una herramienta biotecnológica aplicada a cultivos de importancia económica. En esta tesis se utilizó como organismo modelo la especie Solanum lycopersicum L. El interés principal ha sido evaluar la dinámica de desarrollo de las plantas generadas de semillas tratadas magnéticamente (STM) a través de las diferentes etapas fenológicas. Los estudios presentados forman parte de múltiples proyectos de investigación adscritos a la Universidad de Caldas y al Ministerio de ciencia tecnología e innovación (Minciencias). En el primer estudio (Capítulo 2) presento una revisión sistemática que analiza las metodologías utilizadas para la selección de dosis en tratamientos magnéticos (TM), los tipos de fuentes magnéticas empleadas, así como las variables biológicas, biofísicas y bioquímicas evaluadas en los estudios publicados hasta abril de 2025. En este análisis identifiqué cinco limitaciones principales, que son comunes en los reportes revisados. Los hallazgos de este estudio fueron considerados para el desarrollo del Capítulo 2. En el segundo estudio (Capítulo 3), proponemos una metodología basada en técnicas de computación científica para la selección óptima de TM. Los resultados obtenidos en este capítulo fueron implementados en los estudios descritos en los capítulos 4, 5 y 6. En el tercer estudio (Capítulo 4), presento un análisis temporal de la dinámica de crecimiento y de la arquitectura radical en plántulas desarrolladas a partir de STM. Este análisis permitió identificar algunas características del desarrollo de las estructuras y modificaciones en la arquitectura de las raíces. En el cuarto estudio (Capítulo 5), evalué la eficiencia fisiológica durante el desarrollo vegetativo de las plantas provenientes de STM, observando cambios morfológicos favorables. Finalmente, en el quinto estudio (Capítulo 6) fue analizado el efecto del TM sobre los procesos de floración y fructificación en plantas desarrolladas a partir de STM. No se observaron cambios en la floración, pero sí un aumento en el rendimiento del cultivo. El principal hallazgo indica que el efecto del TMS se mantiene durante las distintas fases fenológicas de las plantas. Se tienen tres artículos publicados, tres en evaluación y tres en elaboración.

This thesis proposes an alternative approach to enhance the germination, establishment, and development of crops on a commercial scale through the application of magnetic seed treatment (MST). Simultaneously, it contributes to the scientific training of human resources through collaboration with national and international research groups and by providing a biotechnological tool applicable to economically important crops. In this research, Solanum lycopersicum L. was used as the model organism. The primary objective was to evaluate the developmental dynamics of plants derived from magnetically treated seeds (MTS) throughout various phenological stages. The studies presented herein are part of multiple research projects affiliated with the University of Caldas and the Ministry of Science, Technology, and Innovation (MinCiencias). In the first study (Chapter 2), I present a systematic review that examines the methodologies employed for selecting magnetic treatment (MT) doses, the types of magnetic sources used, and the biological, biophysical, and biochemical variables evaluated in studies published up to April 2025. This analysis identified five major limitations commonly reported in the literature. The findings from this review informed the development of Chapter 2. In the second study (Chapter 3), we propose a methodology based on scientific computing techniques for the optimal selection of MT parameters. The results obtained in this chapter were applied in the studies described in Chapters 4, 5, and 6. In the third study (Chapter 4), I present a temporal analysis of growth dynamics and root architecture in seedlings derived from MTS. This analysis enabled the identification of developmental features and modifications in root structure.The fourth study (Chapter 5) assessed the physiological efficiency during the vegetative development of plants grown from MTS, revealing favorable morphological changes.Finally, the fifth study (Chapter 6) analyzed the effects of MT on flowering and fruiting processes in plants developed from MTS. No significant changes were observed in flowering, but an increase in crop yield was noted. The main finding suggests that the effects of MST persist across the different phenological stages of plant development. o date, three articles have been published, three are under peer review, and three are in preparation.

Introducción general -- Productos generados a través del desarrollo de la tesis -- Nuevo conocimiento -- Formación de recurso humano -- Proyectos de investigación y desarrollo -- Desarrollo tecnológico e innovación -- Productos empresariales -- Secreto industrial -- Apropiación social del conocimiento -- Objetivo de la investigación y esquema de los capítulos -- Objetivo general -- Objetivos específicos -- Artículos originales -- ¿Qué sabemos del tratamiento magnético de sistemas vegetales?: Revisión sistemática con el método PRISMA (Capítulo 2) -- Magnetic seed treatment guided by batch Bayesian optimization (capítulo 3) -- A morphological analysis of the root system of Solanum lycopersicum L. seedlings originating from magnetically treated seeds (Capítulo 4) -- Physiological efficiency during the vegetative stage of tomato crops developed from magnetically treated seeds (Capítulo 5) -- Análisis de la floración y el rendimiento de plantas desarrolladas de semillas de Solanum lycopersicum L., tratadas magnéticamente (Capítulo 6) -- MFV: Application software for the visualization and characterization of the DC magnetic field distribution in circular coil systems -- Modeling and simulation of transmembrane ionic transport of cells exposed to magnetic field using the Monte Carlo method -- ¿Qué sabemos del tratamiento magnético de sistemas vegetales?: Revisión sistemática fundamentada en el método PRISMA -- Introducción -- Materiales y métodos -- Estrategia de búsqueda bibliográfica -- Criterios de inclusión y exclusión -- Resultados -- Generalidades del tratamiento magnético vegetal -- Parámetros de germinación -- Parámetros de las estructuras radical, foliar y plántula -- Reporte de productividad en plantas desarrolladas de semillas TM -- Variables bioquímicas estudiadas -- Variables biofísicas estudiadas -- Interpretación del fenómeno -- Análisis de las dosis magnéticas reportadas -- Tiempos de exposición -- Discusión -- Conclusiones -- Magnetic seed treatment guided by batch Bayesian optimization -- Introduction -- Materials and Methods -- Fundamentals of BBO -- Test Material -- Selection of Treatments Using the BBO Procedure -- Magnetic Treatment -- Results -- Discussion -- Performance of BBO with Three Input Parameters and One Output Variable -- Analysis of MST Under Adverse Environmental Conditions -- Hypothesis on the Effect of MST in Modifying Germination Mechanisms -- Future Work -- Conclusions -- Análisis morfológico del sistema radical en plántulas de Solanum lycopersicum L, obtenidas de semillas tratadas magnéticamente -- Introducción -- Materiales y métodos -- Material de estudio -- Tratamiento magnético y germinación -- Análisis del sistema radical -- Análisis estadístico -- Resultados -- Análisis del estudio longitudinal -- Raíces primarias -- Raíces laterales -- Raíces terciarias -- Biomasa -- Discusión -- Conclusiones -- Physiological efficiency during the vegetative stage of tomato crops developed from magnetically treated seeds -- Introduction -- Materials and methods -- Sampling size -- Germination and transplanting -- Plant response and environmental variables -- Statistical analysis -- Results -- Environmental conditions -- Temporal analysis -- Leaf responses -- Stem response -- Correlational transectional study -- Discussion -- Limitations -- Conclusions -- Análisis de la floración y el rendimiento de plantas desarrolladas de semillas de Solanum lycopersicum L., tratadas magnéticamente -- Introducción -- Materiales y métodos -- Tratamiento magnético germinación y trasplante -- Variables de respuesta -- Resultados -- Floración -- Fructificación y cosecha -- Discusión -- Conclusiones -- Discusión general -- Importancia y contribuciones -- Limitaciones de la tesis -- Recomendaciones para futuros trabajos

Doctorado

Doctor(a) en Ciencias Agrarias

Magnetobiología