BIOTECNOLOGÍA VEGETAL // Cultivo in vitro de Cosmos atrosanguineus
¡Saludos estimados amigos, seguidores e integrantes! de la plataforma Steem.
Sirva este post, para incorporar una nueva temática de publicación titulada; BIOTECNOLOGÍA VEGETAL, segmento que persigue socializar con toda la comunidad académica de la red social Steemit, diferentes técnicas biotecnológicas empleadas en la producción vegetal, en la constante búsqueda por incrementar los rendimientos en los cultivos, en esta oportunidad abordaremos todo lo relacionados al Cultivo in vitro en especímenes de Cosmos atrosanguineus (ASTERACEAE).
El post se presenta, bajo la narración científica y audiovisual esperando sea de gran aporte académico, y del agrado de todos los miembros de nuestra comunidad #stem-espanol.
Introducción
Los sistemas de producción, empleados en agricultura moderna son el resultado de enfoques multidisciplinarios, que además de considerar las tradicionales técnicas de manejo agronómico, incorporan herramientas biotecnológicas, en la búsqueda por masificar los rendimientos en campo, y con ello garantizar a la superpoblación mundial la creciente demanda de alimentos [1].
Dentro de las herramientas biotecnológicas, el cultivo in vitro es una técnica de propagación vegetal, dónde se pueden obtener clones a partir de plantas que no se propagan de forma natural (semilla sexual), o de muy difícil propagación por otras vías de multiplicación (estacas, injerto, acodo entre otros), este dinámico e innovador escenario biotecnológico, permite obtener grandes cantidades de plántulas a partir de segmentos vegetales comúnmente llamado explante, con capacidad de regenerar una planta completa genéticamente idéntica (clon) a la planta que la originó [8].
Ahora bien, considerando que la técnica de cultivo in vitro representa una aplicación práctica de clonación y multiplicación vegetal, el objetivo de este post consiste en socializar un ensayo experimental de propagación in vitro, de especímenes de Cosmos atrosanguineus (Asteraceae).
Fitohormonas de crecimiento
El éxito de todo cultivo in vitro, pasa por incorporar fitohormonas de crecimiento como método para inducir multiplicación vegetativa, esto porque, las fitohormonas son sustancias químicas producidas por los tejidos de forma natural, que ejercen uno o más efectos altamente específicos a nivel organográfico, como por ejemplo, crecimiento, desarrollo y actividades metabólicas [9], ahora bien, a efecto del presente post mencionaremos las siguientes fitohormonas:
Auxinas
A este grupos de sustancias químicas, se les conoce como fitohormonas de crecimiento, y el nombre colectivo asignado es auxina, palabra que proviene del latín Auxin o crecer, también se les suele llamar Ácido Indolacético o AIA, estas fitohormonas inicialmente fueron aisladas de tejidos vegetales, sin embargo, en la actualidad son sintetizadas en laboratorios especializados, por otro lado, es importante mencionar que las auxinas participan en múltiples respuestas de las plantas, entre las cuales, la acción fototrópica en la formación de raíces, es el mecanismo más empleado en la biotecnología vegetal [9].
Dentro de las principales funciones de las auxinas, se mencionan las siguientes; dominancia apical, aumentan el crecimiento de los tallos, promueven la división celular en el cambium vascular y diferenciación del xilema secundario, estimulan la formación de raíces adventicias, estimulan el desarrollo de frutos (partenocárpicos en ocasiones), favorecen el fototropismo, promueven la división celular, promueven la floración en algunas especies, promueven la síntesis de etileno (influye en los procesos de maduración de los frutos), favorecen el cuaje y la maduración de los frutos e inhiben la caída de los frutos.
Citoquininas
Estas fitohormonas vegetales, se caracterizan por su especificidad para estimular la división celular en tejidos no meristemáticos, inicialmente fueron llamadas quininas, sin embargo, debido al uso interior del nombre para un grupo de compuesto para la fisiología animal, se adoptó el término citoquinina (citocinesis o división celular), de esta fitohormona la sustancia más utilizada en la biotecnología vegetal es el Benzil amino purina (BAP).
Las citoquininas, son producidas en las zonas de crecimiento como los meristemas, es decir, en las puntas de las raíces y tallos, por otro lado, las mayores concentraciones de citoquininas se encuentran en embriones y frutas jóvenes en desarrollo.
Giberelinas
El efecto principal, de las fitohormonas giberelinas consiste en estimular el crecimiento longitudinal del tallo, por lo que, probablemente el enanismo es una alteración que impide la formación de giberelinas, de allí que, la aplicación de estas sustancias a las plantas enanas corrige este defecto, de igual modo, se ha planteado que las giberelinas también estimulan la floración prematura, además de actuar en la formación de frutos partenocarpios, interrupción del letargo de ciertos tubérculos y algunas semillas [5].
Morfogénesis in vitro
Dentro de la biotecnología vegetal la morfogénesis in vitro, no es más que, el cultivo de segmentos vegetales en ambientes artificiales controlados, y cuyas características fundamentales están determinadas por el uso de medios de cultivos ricos en; sales inorgánicas, compuestos orgánicos y vitaminas.
Imagen 2. Plántulas de Cosmos atrosanguineus, creciendo en tubos de ensayo - MS y 0,5 mg.L-1 de ANA. Autor: @lupafilotaxia.
Medio de cultivo
Se conoce como medio de cultivo, a la formulación de sales inorgánicas y compuestos orgánicos requeridos para la nutrición y manipulación de los cultivos, dentro de las numerosas formulaciones, cada una puede constituirse de hasta 40 compuestos.
Vitaminas
De acuerdo a [3], las vitaminas son compuestos orgánicos necesarios para la realización del metabolismo normal de ciertos organismos vivos, asemejándose a las enzimas u hormonas que él organismo necesita en cantidades realmente mínimas para su normal crecimiento y desarrollo, ahora bien, en lo que respecta a la biotecnología vegetal, las vitaminas utilizadas en los medios de cultivo se registran; grupo del complejo B o hidrosolubles, las cuales son:
Tiamina (B1): compuesto orgánico esencial de las coenzimas que catalizan la oxidación del ácido pirúvico en el ciclo respiratorio, razón por la cual, sin esta vitamina las células vivas no pueden realizar sus funciones vitales.
Riboflavina (B2): vitamina necesaria para la elongación de las raíces, y acción biológica en la dominancia apical.
Niacina (B12): este compuesto orgánico desempeña un papel importante en la respiración celular, al formar parte de las coenzimas I y II, que son grupos portadores de hidrógeno en la fase respiratoria de deshidrogenación.
Ácido Ascórbico (Vitamina C): interviene en los sistemas de oxidación de la célula y establece potenciales favorables de oxidación – reducción, además reduce los taninos oxidados in vitro o en la superficie de frutos recién cortados.
Fragmentos histológicos
Explantes
Los explantes, son fragmentos histológicos de diversa naturaleza, pueden ser porciones de tejido, células sueltas, protoplastos, esporas, granos de polen o semillas, de allí que, el tipo de explante a usarse en los procesos de cultivo in vitro, dependan de la especie que se esté manipulando, y de los objetivos que se persigan [8].
Ahora bien, desde el punto de vista biológico, los explantes son porciones meristemáticas apicales y axilares genéticamente estables, empleadas en la biotecnología vegetal, para producir múltiples clones con características especiales que se desean mantener en el cultivo, sin embargo, existen explantes genéticamente inestables, dentro de estos, aquellos que se obtienen de yemas adventicias, básicamente este tipo de segmentos producen un alto grado de variabilidad en los clones, elemento no tan útil para la producción de plántulas con una determinada característica de cultivo [4].
Ensayo biotecnológico
Especie y área de estudio
Con el objeto de socializar algunas técnicas empleadas en biotecnología vegetal, compartiré con todos ustedes un procedimiento experimental sobre el cultivo in vitro, en especímenes de Cosmos atrosanguineus (Asteraceae) conocida vulgarmente como Flor de chocolate, el ensayo se desarrolló en el laboratorio de Botánica Agrícola de la UNEUSR, institución universitaria ubicada en Santa Bárbara de Zulia – Venezuela.
Abordaje metodológico
Con el objeto de poder inducir enraizamiento in vitro en plántulas de Cosmos atrosanguineus, se procedió a multiplicar brotes C. atrosanguineus, en sales Murashige y Skoog empleadas experimentalmente como medios de cultivo [6], la composición utilizada fue; sacarosa 30 g.L-1, 2 mg.L-1 de BAP, 7 g.L-1 de Agar polvo ajustado el medio a pH 5,8. Posterior a la formación de brotes de C. atrosanguineus a una altura de 1 cm, se dio inicio a la fase de enraizamiento, para ello, se colocó cada material vegetativo en los medios de cultivos considerados (T1: MS y 0,5 mg.L-1 de ANA., T2: MS en 0,5 mg.L-1de AIB., y T3: MS en 1 mg.L-1de AIB) y sobre un estante con luz neón, fotoperiodo de 16 horas luz y temperatura controlada a 28 °C. Por último, y con la finalidad de determinar la efectividad de los medios de cultivos in vitro sujetos a evaluación, se contabilizó el material enraizado y no enraizado, número y longitud de raíces, número de hojas, altura de las plántulas, y plántulas contaminadas.
Unidad experimental
A efecto de este estudio, la unidad experimental estuvo representada por 15 brotes vegetativos de Cosmos atrosanguineus, distribuidos en 3 tratamientos, diseñados para comparar el comportamiento in vitro en plántulas de C. atrosanguineus, sometidas a medios de cultivo y cuya composición de fitohormonas ANA y AIB osciló entre los 0,5 y 1 mg.L-1.
Materiales y reactivos utilizados
- Brotes vegetativos de Cosmos atrosanguineus
- Tubos de ensayos
- Micropipetas
- Cámara de flujo laminar
- Cápsulas de Petri
- Bisturíes
- Autoclave
- Plancha de agitación
- Fitohormonas / Vitaminas / Agar polvo
Resultados biotecnológicos
Material vegetativo enraizado y no enraizado
En cuanto al enraizamiento, T1 presentó el mayor número de plántulas enraizadas en comparación a los demás tratamientos, registrando 5 plantas enraizadas, mientras que T2 obtuvo 2, y T3 registró 3 plántulas enraizadas.
Imagen 3. A la izquierda, se observan plántulas enraizadas de Cosmos atrosanguineus, a la derecha material no enraizado. Autor: @lupafilotaxia.
Número y longitud de raíces
En relación al número y longitud de raíces, se obtuvo un comportamiento similar al registrado en la fase inicial con la variable número de hojas, es decir, la formación de raíces fue similar entre los tratamientos, esto indica, que el crecimiento de las raíces en plántulas de Cosmos atrosanguineus, responde indiferentemente a la aplicación o no de los reguladores ANA y AIB.
Número de hojas
En los tres medios de cultivos considerados, se registraron de 1 a 3 hojas iniciales durante la fase de enraizamiento en condiciones in vitro, sin embargo, posterior a los 14 días el número de hojas emitidas mostró diferencias entre los tratamientos, expresando T1 los mayores valores (6 hojas), respecto a T3 que presentó la menor cantidad de hojas emitidas (4 hojas), respuesta que probablemente esté asociada a una mayor concentración de AIB.
Altura de las plántulas
Comportamiento similar a los dos primeros registros, se obtuvo en la variable altura de las plántulas de Cosmos atrosanguineus, al mostrar T1 la mejor respuesta (4 cm), en comparación a T2 y T3 que registraron valores promedios alrededor de los 2,5 cm de altura.
Imagen 4. A la izquierda, se observan plántulas de Cosmos atrosanguineus en tubos de ensayos de T1, a la derecha plántulas en tubos de ensayos correspondientes a T3. Autor: @lupafilotaxia.
Plántulas contaminadas
Respecto a las plántulas de Cosmos atrosanguineus, muertas por contaminación, los tratamientos T2 y T3 presentaron mayor número de brotes y medios con esta condición, aspecto que probablemente esté relacionado, a una inadecuada manipulación de brotes vegetativos al momento de efectuar la selección, o en su defecto, a inconvenientes de bioseguridad en el laboratorio de Botánica Agrícola.
Imagen 5. Plántulas de Cosmos atrosanguineus contaminadas. Autor: @lupafilotaxia.
APORTES CIENTÍFICOS DE ESTA PUBLICACIÓN
- La información socializada en el presente post, incorpora elementos conceptuales y técnicos a la plataforma Steemit, relacionados a la Biotecnología vegetal, entre estos; aspectos claves sobre el método de propagación vegetal mediante cultivo in vitro, además del mecanismo de acción que presentan las fitohormonas de crecimiento, importancia de los medios de cultivo y morfogénesis in vitro, función de los fragmentos histológicos específicamente de explantes apicales, sin obviar, el aporte científico de los resultados obtenidos en el ensayo biotecnológico, al determinar la viabilidad de los medios de cultivo Murashige y Skoog para la efectiva multiplicación de brotes de Cosmos atrosanguineus, además del alto porcentaje de enraizamiento in vitro, obtenido al aplicar reguladores auxínicos a base de ANA a concentración baja (0.5 mg.L-1). Al igual que los manuscritos anteriores la socialización de imágenes inéditas y el contenido implícito en el manuscrito, incrementa los recursos botánicos relacionados a la biotecnología vegetal.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONSULTADAS Y CITADAS:
[1] Calva G., y Pérez J. Cultivo de células y tejidos vegetales: Fuente de alimentos para el futuro. Revista Digital Universitaria. 2005;6:11.
[2] Concepción O., Nápoles L., Pérez A., Peralta N., y Trujillo R. Regeneración de brotes adventicios en hojas de guayaba (Psidium guajava L.) cultivadas in vitro. Revista Colombiana de Biotecnología. 2004;6;2:54-61.
[3] Erston V. Fisiología Vegetal. México, Unión Tipográfica, Hispano-americana. 1967;344.
[4] Fossard R. Notes on Tissue Culture. XarmaPty. Ltd., Queensland. 1999.
[5] Fuentes J. Botánica Agrícola. Capítulo VIII crecimiento y desarrollo de los vegetales superiores. 5ta edición. Ediciones Mundiprensa. Madrid-España. 1998;95-100.
[6] Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco tissue cultures. Physiol. Plant. 1962;15:473-497.
[7] Navarro L. Microinjerto de ápices caulinares in vitro para la obtención de plantas de ágrios libres de virus. Bol Serv.Plagas. 1979;5:127-148.
[8] Roca W., y Mroginski L. Cultivo de tejido en la agricultura: fundamentos y Aplicaciones. Cali, Colombia. CIAT. 1991;45-63.
[9] Santa Maria G. Regulación del crecimiento y desarrollo de las plantas. Biología 6ta Edición. Editorial Panamericana. 2000;1009.
[10] Schubert D. Nature Biotechnology. 2005;23;7:786-787.
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Hola @lupafilotaxia excelente contenido. Recordé que hace unos meses visité el Jardín Botánico de la UCV y allí unos especialistas como tú intercambiaban conocimientos en cuanto al cultivo y cuidado de unas Orquídeas.
Observé una gran variedad de ella y entre los relatos de expertos escuché sobre los híbridos, de hecho mostraba una Orquídea muy rara producto de ese proceso. Pregunto, ¿es el mismo proceso del que hablas acá sobre cultivo in vitro?
Otra cosa, cuando sembramos en casa, sobre todo en espacios pequeños, las plantas tienden a estar muy cerca de otras por ejemplo. Dicen que esto produce n un efecto especial en las plantas quienes crecen en una relación simbiótica. Disculpa si ofendo el vocabulario técnico.
Continuo preguntando, ¿son un mismo proceso o, son todos diferentes?
Saludos, bien interesante este trabajo. Me voy con expectativas je,je.
Saludos @belkisa758, gracias por visitar el blog, es grato saber que encuentras relación del contenido publicado con la información que manejas de tu vista al Jardín Botánico de la UCV, te comento, respecto a los Híbridos en el caso de las especies vegetales es un proceso que forma parte del curso natural en la diversidad biológica, ahora bien, mediante las técnicas de Cultivos in vitro al tratarse de elementales métodos de manipulación biotecnológica, evidentemente lo que se obtienen son Clones del material que se quiera propagar. En relación a tu inquietud, sobre la siembra casera de especies vegetales cuyos especímenes crecen muy cerca entre ellos, lo que observas no es una relación simbiótica, puesto que este fenómeno ocurre entre organismos diferentes que establecen cooperación entre sí, por ejemplo; la relación de un hongo micorrizo con el sistema radicular de alguna especie vegetal, en el caso de las especies vegetales esa aproximación a la que te refieres es considerada como una competencia, sin embargo, se pueden presentar efectos benéficos entre plantas, tal vez como el que probablemente estés observado, pues algunas especies de la familia fabaceae se les considera como plantas nodrizas, que facilitan la asimilación de nitrógeno a sus plantas vecinas generalmente herbáceas.
Saludos cordiales.