Semillas Artificiales

1. Una semilla contiene un embrión del que puede desarrollarse una nueva planta bajo condiciones apropiadas.

Definición de semilla: “Granos que en diversas formas producen las plantas y que al caer o ser sembrados producen nuevas plantas de la misma especie.”

Muchas especies de plantas son capaces de conservar en su estado de semilla un poder vital por mucho tiempo si las condiciones no le son favorables para desarrollarse, pudiendo llegar a ser veinte años o más.

El cultivo de plantas por el hombre tiene como base los beneficios que podemos obtener de ellas, bien sea usándolas como alimento o como tejidos entre otros muchos usos.

2. Pero existen muchas especies vegetales que no presentan unas cualidades apropiadas para su explotación, bien sea porque sus semillas no son resistentes o porque ellas mismas no se desarrollan en determinadas condiciones. Para evitar estos inconvenientes se desarrollan métodos que permiten modificar algunas de estas cualidades.

Uno de esos métodos es el de creación de semillas artificiales o embriogénesis somática, que permite crear semillas de plantas, mejoradas y con unas características apropiadas según interese.

3. Una semilla artificial es una estructura vegetal de origen normalmente asexual obtenida in vitro a partir de cultivo de tejidos y modificada, que intenta imitar una semilla natural. Estará formada por tejido meristemático totipotente capaz de producir una planta completa o por brotes originados por cultivos de meristemos (embriogénesis somática), y una cubierta y endosperma artificiales en el caso de tenerlos.

El desarrollo de los embriones somáticos pasa por los mismos estados morfológicos de desarrollo que un embrión cigótico: proembrión globular, trapezoidal, embrión cordiforme y torpedo.

Las semillas artificiales contienen los embrioides formados a partir de celulas meristematicas de la planta donadora, recubiertos por un hidrogel encapsulado, que contiene todo lo necesario para el crecimiento del embrioide. Esto quiere decir que la planta que resulta del crecimiento de la semilla artificial será un clon idéntico a la planta madre, exactamente la misma genética, y se puede cultivar exactamente igual que una semilla normal.

Embriogénesis cigótica y somática

Una primera diferencia entre embriones cigóticos y somáticos son sus sistemas de iniciación. Los embriones cigóticos se forman a partir de la unión de los gametos, la doble fecundación y las plantas que se originan son híbridas por la recombinación meiótica de sus genes.

Por el contrario, los embriones somáticos se originan de células vegetativas de un único individuo y las plantas resultantes son duplicados genéticos o clones de la planta madre.

Ambos embriones pasan por los estados globular, torpedo y cotiledonal en especies dicotiledóneas y coníferas . Otra diferencia significativa entre embriones cigóticos y somáticos, es que a los embriones somáticos les falta la fase de quiescencia Los embriones cigóticos maduros de las semillas ortodoxas, al llegar a la madurez se deshidratan y entran en un periodo de reposo o quiescencia, que es el principal factor para que las semillas puedan ser almacenadas.

Por el contrario, los embriones somáticos continúan creciendo, algunos germinan, otros se vuelven desorganizados y se transforman en tejido proembrional y otros mueren. La falta de una fase de reposo en los embriones somáticos es el mayor obstáculo de su utilización como semilla artificial

4. El objetivo del desarrollo de semillas artificiales es el de producir plantas genética y morfológicamente iguales (clones) a la especie de la que derivan ya que interesa especialmente conservar individuos o grupos de plantas que tengan un cierto valor. Sería de gran utilidad en agricultura el cultivo de plantas con una producción y calidad apropiadas, así como la posibilidad de obtener semillas resistentes y duraderas de plantas que de otra manera no se podrían cultivar .

5. Ventajas: -Obtener semillas resistentes y duraderas de plantas que de otra manera no se podrían cultivar.

-La producción de muchos embriones somáticos.

-Tienen la capacidad para ser sembradas directamente en el suelo o germinar in vitro.

-Capacidad de almacenaje a largo tiempo.

-Nos permite incorporar: Nutrientes, Reguladores de crecimiento, Fungicidas.

-Obtendremos propágulos libres de virus.

-Adaptación climática.

-Resistencia a enfermedades.

-Mejor valor nutricional.

6. La idea de producir semillas sintéticas o artificiales surge como resultado de la posibilidad de su aplicación en agricultura. Este proceso de embriogénesis somática fue descrito por primera vez en 1958 por Jakob Reinert y F.C.Steward y colaboradores.

Aunque fue Toshio Murashige, quien presentó formalmente, en Ghent (Bélgica) en 1977, la idea de la producción de las semillas sintéticas.

7. Pero los embriones obtenidos en el laboratorio son frágiles y muy pequeños, siendo incapaces de soportar las condiciones medioambientales y las técnicas de manejo a las que tendrían que someterse para su desarrollo. Por esto es necesario proteger su viabilidad, de manera que se han ideado dos métodos de producción de semillas.1- Fabricando un sistema hidratado mediante una encapsulación en hidrogeles (Radenbaugh et al, 1986)

2- Utilizando un sistema de desecación de lo embriones. (Kitto y Janick, 1985)

8. 1- Semillas con embriones desecados sin cubierta.

2- Semillas con embriones somáticos desecados con cubierta.

3- Semillas con embriones hidratados sin cubierta.

4- Semillas con embriones somáticos hidratados suspendidos en un gel viscoso (fluid drilling).

5- Semillas con embriones somáticos hidratados con cubierta.

9. Pasos en la producción de semillas Artificiales.

Inducción a la embriogénesis somática

Producción sincronizada y a gran escala de los embriones somáticos

Maduración de los embriones somáticos

Encapsulamiento mecanizado

Almacenamiento de las semillas artificiales

Siembra en invernadero o campo

10.

11.

12. Embriogénesis somática:

La embriogénesis somática consiste en el desarrollo de embriones a partir de células que no son el producto de fusión gamética

“In Vitro”, los primeros en obtener y desarrollar embriones somáticos fueron Stewart y Reinert (1958) a partir de tejidos de zanahoria.

Los embriones artificiales deben ser ESTRUCTURAS BIPOLARES PERFECTAS :

a. Un polo que genere el VÄSTAGO

b. Otro polo que genere la RAÍZ

Deben ser capaces de generar plantas enteras

La función inductiva es llevada a cabo por auxinas.

En alfalfa se una comúnmente la 2,4-D

Las auxinas se emplea comúnmente el 2,4-D, pero otras auxinas como 2,4,5-T son efectivas .

La embriogénesis somática es una característica controlada genéticamente y que se hereda sexualmente.

La evaluación a campo de este germoplasma mostró individuos con alto potencial de rendimiento de forraje, buena producción de semilla y capacidad combinatoria elevada con otros genotipos ( 26 ).

13. Maduración de los Embriones Somáticos

pasos:

a. La suspensión donde están los embriones somáticos se filtra

b. La fracción colectada se esparce en un medio de cultivo que le falta reguladores de crecimiento

Esto da lugar a homogeneización del tamaño y estado de desarrollo de embriones somáticos:

c. Estado globular-a los 4 días

d. Estado corazón

e. Estado torpedo-a los 7-10 días

f. Estado de maduración final

Es necesario tratarlos con sustancias como acido abscísico, maltosa y de pretratamientos con temperaturas bajas, como en el caso de la alfalfa.

La maduración es el factor esencial

El estado de maduración final se logra al transferir los embriones a un medio conteniendo ácido abscisico. Este regulador del crecimiento aparentemente inicia un proceso que lleva a la adquisición de la tolerancia a la desecación.

14. Encapsulamiento mecanizado:

Los materiales usados para encapsular los embriones somáticos son análogos a la testa de las semillas naturales.

Deben cumplir dos funciones:

a. Protección física

b. Contener nutrientes, antibióticos, funguicidas, microorganismos..etc

Se han desarrollado dos tipos diferentes:

c. Hidratado

d. Seco

Encapsulación: Para evitar este problema, embriones somáticos individuales fueron encapsulados en un hidrogel, tal como alginato de calcio. Los embriones son mezclados con alginato de sodio y luego sumergidos en una solución con una sal de calcio para formar cápsulas de alginato de calcio ( 3 ). Estos embriones hidratados y encapsulados pueden ser almacenados usando temperaturas bajas por algunas semanas.

El encapsulado de los embriones somáticos permite además el manipuleo y empleo de equipos convencionales de siembra ( 10 ).

Dos tipos de encapsulación han sido desarrollados: hidratado y seco.

15. Almacenamiento y siembra: Este método tiene el inconveniente de la capacidad de almacenaje, no se han podido lograr periodos de almacenaje superiores a los 30 días.

En este sistema se trata de hacer todavía más semejante la fisiología y bioquímica de los embriones somáticos con los sexuales.

En zanahoria se ha desarrollado dicho método, donde se emplea una resina plástica soluble llamado Polyox ( 35 ).

Las cápsulas hidratadas son más difíciles de almacenar, debido a los requerimientos de respiración de los embriones. Un segundo problema de estas cápsulas es que se secan rápidamente, por lo que deben ser almacenadas en un ambiente húmedo o emplear una membrana hidrofóbica.

Lo ideal sería que la semilla sintética fuese plantada directamente en el suelo ( con elevados porcentajes de conversión en plantas)

Sin embargo son plantadas en invernaderos o cámaras climatizadas para luego ser llevadas al campo

Problemas:

- Otro problema es que los embriones somáticos generalmente muestran anormalidades estructurales como cotiledones extras y meristemas apicales pobremente desarrollados ( 18 ).

16. La tolerancia a la desecación

• La tolerancia a la desecación es una característica de los embriones somáticos que debe ser inducida.

• Requiere de un pretratamiento con ácido abscísico u otro factor para lograr la respuesta deseada.

• El tipo de pretratamiento, la duración de su aplicación y el estado de desarrollo del embrión son factores críticos.

• El método de secado en alfalfa consiste en colocar los embriones somáticos en una cámara sellada conteniendo una solución salina saturada que controla la humedad relativa interior .

• Diariamente, durante una semana, los embriones son transferidos a cámaras con humedades relativas progresivamente mas bajas y finalmente se secan en condiciones de laboratorio.

• En este momento los embriones somáticos han alcanzado un contenido de humedad de 10-15 % y de este modo pueden ser almacenados por un periodo de tiempo superior al año, sin que se afecte significativamente su viabilidad

• Problemas: Muchas especies son estériles y no producen semillas.

• Otras especies, en particular algunas tropicales, producen semillas recalcitrantes que no pueden ser secadas.

• Poco efectividad en la conservación del germoplasma y con grandes gastos (actualmente son con plantas vivas en el campo).

• Altos costes para la obtención de pequeñas cantidades de semillas híbridas.

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