Download metodo para modificar el crecimiento de raices.

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OFICINA ESPAÑOLA DE
PATENTES Y MARCAS
11 Número de publicación: 2 238 028
51 Int. Cl. : A01G 31/02
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ESPAÑA
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TRADUCCIÓN DE PATENTE EUROPEA
T3
86 Número de solicitud europea: 00952431 .5
86 Fecha de presentación: 03.08.2000
87 Número de publicación de la solicitud: 1199923
87 Fecha de publicación de la solicitud: 02.05.2002
54 Título: Método para modificar el crecimiento de raíces.
30 Prioridad: 06.08.1999 US 369798
73 Titular/es:
E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY
1007 Market Street
Wilmington, Delaware 19898, US
Design Technology and Irrigation Limited
45 Fecha de publicación de la mención BOPI:
16.08.2005
72 Inventor/es: Tonkin, Mark Christopher;
Young, Mark Andrew;
Kirchner, Olaf, Norbert y
Cahill, Charles, William
45 Fecha de la publicación del folleto de la patente:
74 Agente: Torner Lasalle, Elisabet
ES 2 238 028 T3
16.08.2005
Aviso: En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicación en el Boletín europeo de patentes, de
la mención de concesión de la patente europea, cualquier persona podrá oponerse ante la Oficina Europea
de Patentes a la patente concedida. La oposición deberá formularse por escrito y estar motivada; sólo se
considerará como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposición (art. 99.1 del
Convenio sobre concesión de Patentes Europeas).
Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, 1 – 28036 Madrid
ES 2 238 028 T3
DESCRIPCIÓN
Método para modificar el crecimiento de raíces.
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Esta invención tiene que ver de forma genérica con métodos para modificar el crecimiento de la raíz de las plantas
y en especial con métodos para potenciar la cosecha o la accesibilidad a las raíces de las plantas mediante su cultivo
en proximidad a una membrana hidrófila no porosa.
Antecedentes de la invención
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Se han invertido mucho tiempo y esfuerzo en modificar el cultivo de muchas especies vegetales para potenciar
la facilidad de la cosecha de productos comercialmente valiosos, o el acceso a los mismos (frutas, semillas, flores,
hojas, etc.), pero se ha hecho un esfuerzo menor, y se ha logrado aún menos, en lo que respecta a la modificación
del crecimiento de las raíces de las plantas. De hecho, la estructura de las raíces de una planta puede resultar de gran
interés comercial; por ejemplo, porque las propias raíces sean un producto comercial (o la materia prima del mismo) o
porque su estructura afecte grandemente la facilidad de cosecha de una planta o la facilidad y la probabilidad de éxito
en el proceso de arrancar y volver a plantar la planta.
Ejemplos de raíces valiosas comercialmente incluyen cosechas agrícolas de gran volumen, como las zanahorias
o la remolacha, etc., y también raíces cultivadas por sus propiedades farmacéuticas u homeopáticas. El tratamiento
requerido tras la extracción de las raíces valiosas comercialmente variará grandemente según el uso para el que están
concebidas; por ejemplo, la simple eliminación del medio de cultivo más adherido para las zanahorias, o una limpieza
a fondo, troceado, tratamiento térmico y extracción química en el caso de raíces de valor farmacéutico. En todos los
casos, no obstante, es importante la facilidad de separación del suelo del sistema radicular cuanto resulte posible y
luego separar el sistema radicular del medio, tanto en lo referente al volumen de la recuperación de raíces como en los
costes del tratamiento posterior a la extracción.
Cuando se están cultivando plantas en grandes cantidades antes de proceder a la replantación, por ejemplo, plantas
de semillero en un vivero, vuelve a ser importante poder extraer sin dañarlo cuanto se pueda del sistema radicular en
desarrollo de entre el medio de cultivo, de modo que la planta replantada tenga la máxima ocasión de volver a crecer
a la vez que se evitan enfermedades causadas por ataques microbianos en las raíces rotas.
Una categoría adicional de raíces que resultan comercialmente valiosas son las que liberan materiales comercialmente valiosos en el medio de cultivo; por ejemplo, se sabe ahora que los sistemas radiculares de la mayoría de las
plantas liberan materiales específicos (por ejemplo, materiales antimicrobianos, materiales reguladores del crecimiento, incluyendo herbicidas naturales, etc.), aunque a menudo en cantidades muy pequeñas. Resultarían muy beneficiosos
los medios de mejorar el cultivo de tales sistemas radiculares, y en especial los medios de mejorar la recogida de tales
materiales exudados.
Se conocen numerosos materiales que permiten el paso del agua a la vez que restringen el paso de materiales
suspendidos o incluso disueltos. Un grupo de materiales identificado recientemente es el de los polímeros hidrófilos.
Se sabe que las membranas de estos materiales son impermeables al agua en estado líquido pero permiten el paso del
vapor de agua (proceso conocido con el nombre de pervaporación). Si existe una presión del vapor al otro lado de una
membrana hidrófila, se absorberá agua en forma de vapor desde el lado con mayor presión de vapor, se transportará
atravesando la membrana y se liberará en forma de vapor de agua del lado de la membrana con presión de vapor
inferior; el vapor de agua liberado puede usarse directamente o recondensarse para formar agua en estado líquido. Sin
embargo, en cualquiera de los dos casos, puede ser pura (tanto química como microbiológicamente), ya que cualquier
contaminante quedará retenido, ya al otro lado de la membrana, ya (en algunos casos) dentro de la propia membrana.
La patente US 4 926 585 presenta la utilización de membranas hidrófilas porosas para la provisión de una solución
nutriente, que fluye por acción capilar a través de estas membranas hasta las raíces. En contraste con esto, puede
liberarse únicamente agua, no ningún nutriente, desde las membranas en cuestión a las raíces de las plantas.
Resumen de la invención
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Se ha descubierto ahora que si las raíces de las plantas crecen en proximidad a ciertas membranas (por ejemplo,
membranas hidrófilas no porosas) de las que se libera agua, se modificará la estructura de las raíces, de modo que
resultarán más fáciles de cosechar y/o de separar del medio de cultivo tras la cosecha. También se ha descubierto que
las raíces de las plantas cultivadas en proximidad a tales membranas de las que se libera agua toleran el cultivo en
volúmenes más confinados de lo que es habitual y, por lo tanto, es menos probable que lleguen a estar permanentemente
ligadas al tiesto.
Se presenta, por lo tanto, un método de modificar el cultivo de las raíces de las plantas que se basa en cultivar las
raíces en proximidad a una membrana de la que se libera agua durante el cultivo de las raíces, en el que la membrana
es una membrana hidrófila no porosa.
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Breve descripción de los dibujos
Las Figuras 1 y 4 son representaciones diagramáticas de métodos de cultivo de plantas que no producen modificación radicular (para propósitos comparativos).
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Las Figuras 2 y 3 son representaciones diagramáticas de métodos de modificar el cultivo de raíces de plantas de la
presente invención.
Descripción detallada de la invención
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Por modificación del crecimiento radicular se quiere decir que se ven afectados el tamaño, la forma, la morfología y
la distribución de las raíces, de tal modo que crecen sustancialmente únicamente en estrecha proximidad a la membrana
seleccionada que hace de principal o única fuente de agua para la planta, en contraposición de una distribución aleatoria
para cubrir un gran volumen dentro del medio de cultivo, como ocurre cuando las plantas son regadas de forma
convencional. Por lo tanto, la modificación radicular puede lograrse mediante la utilización de una membrana que sea
la principal fuente de agua para las raíces, a la vez que retenga las impurezas no deseables (si es que están presentes)
de la fuente de agua, impidiéndoles que entren en el medio de cultivo que rodea a la planta.
Las raíces producidas por el método reivindicado tendrán a menudo un aspecto similar al de un tejido. Por lo
tanto, las raíces cuyo cultivo haya sido modificado en conformidad con la presente invención forman estructuras más
fácilmente visibles (y, por ende, más fáciles de recoger) que siguen la forma de la membrana que proporciona a la
planta la mayoría o la totalidad del agua de riego. Al cultivar de esta forma, también se facilita el cavar los sistemas
de raíces sin dañarlos, ya que el espacio ocupado por los sistemas de raíces es reducido. Por ejemplo, si la membrana
usada para el riego bajo la superficie del suelo se presenta a las raíces en forma de una plancha plana o un tubo, la
forma de las raíces cultivadas de esta manera puede describirse como si formase una densa alfombra plana o cilíndrica,
respectivamente.
Las plantas que pueden usarse en la práctica de la presente invención incluyen cualquier variedad para la que la
modificación del cultivo de raíces pueda resultar ventajosa. Los ejemplos de tales ventajas incluyen:
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(1) La capacidad de aumento de la biomasa de las raíces, en comparación con la biomasa de la planta por
encima del suelo, en el caso de las plantas de las que se cosechan las raíces;
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(2) La capacidad de controlar la forma de las raíces, de modo que puedan obtenerse cosechas comerciales más
uniformes;
(3) La capacidad de controlar la manera en la que la planta se ancla al suelo;
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(4) La capacidad de predeterminar la dirección del crecimiento de la raíz, lo que ofrece a cambio beneficios
que incluyen:
(a) la capacidad de utilizar de forma óptima los nutrientes, minerales, productos químicos agrícolas y
similares que se encuentren presentes en capas específicas del medio de cultivo, o que puedan suministrarse a zonas específicas del medio de cultivo,
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(b) la capacidad de evitar las regiones del medio de cultivo contaminadas o indeseables por otros motivos,
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(c) al contrario del epígrafe (b) anterior, la capacidad de dar remedio a las regiones del medio de cultivo
contaminadas o indeseables por otros motivos mediante la ubicación de raíces de plantas en regiones
del medio de cultivo contaminadas o indeseables por otros motivos de modo que dichos materiales
indeseables se incorporen a la planta, eliminando posteriormente esos materiales indeseables con la
planta,
(d) la capacidad de evitar el crecimiento de malas yerbas, y
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(e) la capacidad de evitar el sistema radicular de plantas cercanas;
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(5) Extracción de raíces y replantación más sencillas. Por ejemplo, la replantación de plantas de semillero de un
vivero, debido a que las raíces no se adhieren ni penetran en los sistemas de riego, y porque las raíces puede
hacerse que crezcan en áreas específicas reduciendo el enmarañamiento entre raíces de plantas contiguas,
y
(6) La capacidad de mejorar el cultivo y el tratamiento de raíces al reducir la cantidad de medio de cultivo que
necesita ser limpiado de las raíces.
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(7) La capacidad de cultivar plantas en un entorno de humedad controlada de modo que los patógenos dañinos
puedan ser excluidos del producto cultivado, ya que dichos patógenos pueden desarrollarse si las zonas
radiculares de las plantas están demasiado húmedas.
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Al poner en práctica la presente invención lo ideal es que la planta en desarrollo esté soportada en un medio de
cultivo en el que puedan crecer las raíces de la planta; los medios de cultivo idóneos incluyen cualquier material
convencional en el que se cultiven normalmente plantas, por ejemplo suelos de cultivo que se dan de forma natural,
artificial o que son mejorados artificialmente; arena (a la que opcionalmente se le hayan añadido abonos para plantas);
medios de cultivo disponibles comercialmente como los usados en las “Bolsas de cultivo”, o vermiculita; musgo de
pantano; virutas de corteza de helecho arborescente; trozos o virutas de corteza de árbol; o virutas de cáscara o fibra
de coco.
Las membranas apropiadas para su utilización en la presente invención incluyen las membranas hidrófilas no
porosas.
Las membranas hidrófilas no porosas adecuadas para su utilización en la presente invención son membranas hidrófilas no porosas que absorben agua y permiten al agua atravesarlas únicamente por pervaporación. Si hay un gradiente
de presión del vapor transversal a la membrana hidrófila, esta agua absorbida se difunde a través del espesor de la
membrana y es emitido desde el lado opuesto. Las membranas o revestimientos hidrófilos no porosos exhiben tasas
de transmisión de vapor de agua lo bastante elevadas, como se define más abajo, de tal modo que el agua que ha
pasado estas membranas pueda usarse directamente para regar las plantas. Tales membranas pueden constar de una
o más capas hechas de materiales que incluyen los mismos u otros polímeros hidrófilos, aunque no están limitados
a ellos. Mientras la tasa total de permeabilidad al vapor de agua de la membrana sea lo bastante elevada, esta agua
puede proporcionarse a un ritmo acorde con su utilización en una aplicación práctica concreta como se describe aquí.
La naturaleza no porosa de las membranas sirve para evitar que cualquier impureza en forma de partícula atraviese
tal membrana, incluidos los microbios como las bacterias y los virus, y también evita la penetración por parte de las
raíces en crecimiento.
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El ritmo al que se pervapora el agua a través de la membrana hidrófila no porosa hecha de polímero hidrófilo
depende, entre otros factores, del contenido en humedad del lado no acuoso. Por lo tanto, los sistemas de riego de
la presente invención se autorregulan y pueden ser de naturaleza “pasiva”, proporcionando más agua a las plantas en
condiciones secas y menos en condiciones de humedad.
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La prueba normalizada para medir la tasa en la que una membrana concreta transmite agua es ASTM E-96-95
- Procedimiento BW, conocido y denominado anteriormente como ASTM E-96-66 - Procedimiento BW, que se usa
para determinar la tasa de transmisión de vapor de agua (water vapor transmission rate, WVTR) de una membrana.
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Una membrana idónea para los propósitos del método de modificación de raíces de la presente invención consta
de una o más capas de membranas hidrófilas no porosas.
“Polímeros hidrófilos” significa polímeros que absorben agua cuando están en contacto con agua en estado líquido
a temperatura ambiente según la especificación ISO 62 de la Organización Internacional de Estándares (equivalente a
la especificación ASTM D 570 de la Sociedad Americana para la Comprobación y Especificación de Materiales).
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El polímero hidrófilo adecuado para la preparación de las membranas hidrófilas no porosas para su utilización en
la presente invención puede ser uno o una combinación de varios polímeros. Por ejemplo, el polímero hidrófilo puede
ser un elastómero de copolieteréster, o una mezcla de dos o más elastómeros de copolieteréster, como se describe más
abajo, tales como los polímeros disponibles en E I du Pont de Nemours and Company, bajo el nombre de mercado
de Hytrel®; o una poliamida poliéter en bloque, o una mezcla de dos o más poliamidas de bloque de poliéter, tales
como los polímeros disponibles en la empresa Elf-Atochem de París, Francia, bajo el nombre comercial de PEBAX;
o un poliéter uretano o una mezcla de poliéter uretanos; u homopolímeros o copolímeros de alcohol polivinílico o una
mezcla de homopolímeros o copolímeros de alcohol polivinílico.
Un polímero especialmente idóneo para la transmisión de vapor de agua en esta invención es un elastómero de
copolieteréster o una mezcla de dos o más elastómeros de copolieteréster dotado de una multiplicidad de unidades de
éster de cadena larga recurrentes y unidades de éster de cadena corta unidas completamente mediante enlaces de éster,
en donde las unidades de éster de cadena larga están representados por la fórmula:
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O
O
k
k
– OGO – C – R – C –
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(I)
y las referidas unidades de éster de cadena corta están representadas por la fórmula:
O
O
k
k
– ODO – C – R – C –
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donde:
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(II)
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a) G es un radical divalente que queda tras la eliminación de los grupos hidroxil terminales de un poli(alkileno
óxido)glicol con un número medio de peso molecular de unos 400-4000;
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b) R es un radical divalente que queda tras la eliminación de los grupos carboxil de un ácido dicarboxílico con
un peso molecular inferior a 300;
c) D es un radical divalente que queda tras la eliminación de los grupos hidroxil de un diol con un peso
molecular inferior a aproximadamente 250; opcionalmente
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d) el copolieteréster contiene del 0 al 68 porcentual en peso basado en el peso total de los grupos de copolieteréster y óxido de etileno incorporados en las unidades de éster de cadena larga del copolieteréster,
y
e) el copolieteréster contiene entre aproximadamente el 25 y el 80 por ciento en peso de unidades de éster de
cadena corta.
Este polímero ideal es apropiado para su uso en la fabricación de membranas, películas y revestimientos finos y
fuertes. El polímero idóneo, el elastómero de polieteréster, y los métodos para fabricarlo son conocidos en la especialidad, como se manifiesta en la patente estadounidense Nº 4.725.481 para un elastómero de copolieteréster con un
WVTR de al menos 3500 g/m2 /24hr, o en la patente estadounidense Nº 4.769.273, para un elastómero de copolieteréster con un WVTR de 400-2500 g/m2 /24hr.
El polímero puede combinarse con estabilizadores antioxidantes, estabilizadores ultravioleta, estabilizadores de
hidrólisis, tintes o pigmentos, cargas, reactivos antimicrobianos y similares.
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La utilización como membranas de polímeros hidrófilos disponibles comercialmente es posible en el contexto de
la presente invención, aunque es más preferible usar elastómeros de copolieteréster que tengan un WVTR de más de
400 g/m2 /24hr medidos en una película de 25 micrones de espesor usando aire a 23ºC y 50% de humedad relativa
a una velocidad de 3 m/s. Lo ideal es el uso de membranas hechas de elastómeros de copolieteréster disponibles
comercialmente que tengan un WVTR de más de 3500 g/m2 /24hr medidos en una película de 25 micrones de espesor
usando aire a 23ºC y 50% de humedad relativa a una velocidad de 3 m/s.
Los polímeros hidrófilos pueden fabricarse en forma de membrana de cualquier grosor que se desee mediante
diversos procesos. Una manera útil y bien establecida de hacer membranas en forma de película es mediante fusión
por extrusión del polímero en una línea comercial de extrusión. De forma resumida, esto conlleva el calentamiento del
polímero hasta una temperatura por encima del punto de fusión, y su extrusión por un troquel plano o anular y luego
moldear una película usando un sistema de rodillos o soplando la sustancia derretida.
Las membranas para la utilización en el presente invento pueden incluir una o más capas de materiales de soporte. Los materiales de soporte que resultan de utilidad incluyen papeles, tejidos y tamices avitelados, sin avitelar
o apergaminados que sean permeables al vapor de agua, incluidos los construidos de fibras de polímeros orgánicos
e inorgánicos estables a la humedad como el polietileno, el polipropileno, la fibra de vidrio y similares. El material
de soporte aumenta la resistencia a la vez que protege la membrana. El material de soporte puede ponerse en un lado
de la membrana, o a ambos lados, o puede encajonarse entre dos o más capas. Cuando se colocan sólo a un lado, los
materiales de soporte pueden estar en contacto con la fuente de agua, o separados de ella. Casi siempre el material de
soporte se coloca en cualquier superficie de la membrana expuesta al medio ambiente con el objeto de proteger mejor
la membrana de daños físicos y/o degradación por la luz.
Al poner en práctica el método de modificación del crecimiento de las raíces vegetales de la presente invención,
es necesario que se libere agua de una primera cara de la membrana a la que estén próximas las raíces para que
pueda ser extraída por el sistema de raíces. Esta emisión de agua puede ser continua o episódica, dependiendo de los
requerimientos de la planta que se está cultivando y de la naturaleza del medio de cultivo, si es que lo hay. Por lo tanto,
para que se libere agua es necesario que la segunda cara de la membrana esté en comunicación con una fuente de
agua. Esta fuente de agua puede ser un suministro de agua líquida en gran volumen o puede ser un material acuífero,
por ejemplo suelo húmedo, etc. Para la presente invención, la calidad del agua en contacto con la segunda cara de la
membrana no es importante, ya que la propia difusión a través de la membrana implicará que sólo se proporcionará a
las raíces agua de una calidad adecuada.
Al poner en marcha el método de modificar el crecimiento de las raíces vegetales de la invención lo ideal es
que la membrana sea la fuente principal de agua durante el cultivo de las raíces. Lo mejor es que la membrana sea
sustancialmente la única fuente de agua durante el cultivo de las raíces. Además, es preferible si hay presente un
medio de cultivo, que el propio medio de cultivo no retenga humedad de forma sustancial (por ejemplo, debido a sus
propiedades físicas o porque esté bien drenado o esté lo suficientemente ventilado para que se seque), de modo que
las raíces en crecimiento obtengan sustancialmente toda su humedad directamente de la membrana y no de humedad
retenida en el medio de cultivo.
El método de modificación del crecimiento de raíces vegetales de la presente invención puede llevarse a cabo, por
ejemplo, formando un recipiente construido al menos parcialmente de una membrana adecuada y que contenga agua,
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que luego se coloque en un área del suelo que no esté anegada en agua y que no reciba agua con frecuencia de ninguna
otra fuente (por ejemplo, la lluvia, sistemas de regadío, suelo húmedo circundante), y plantando luego en ese terreno
al menos una semilla o planta joven de modo que las raíces al crecer se pongan en estrecho contacto con al menos
una parte del recipiente compuesto de una membrana apropiada de la que se libere agua. El suelo usado puede ser un
área de suelo natural (campo, jardín, etc.) en un área que no reciba con frecuencia agua de ninguna otra fuente (por
ejemplo, porque el agua esté cubierta, el suelo sea muy seco o poroso o haya poca lluvia); o puede ser un área artificial
de cultivo, tal como una “Bolsa de cultivo” o un pesebre que contenga un medio de cultivo no líquido que no reciba
humedad de ninguna otra procedencia.
De forma alternativa, el método de modificar el crecimiento de las raíces vegetales de la presente invención puede
llevarse a cabo cercando un sistema de raíces en crecimiento y, opcionalmente, el medio de cultivo que las soporta
con un material impermeable, al menos parte del cual conste de una membrana adecuada, de modo que, de forma
sustancial, el agua pueda llegar a las raíces solamente atravesando la membrana. En este ejemplo de realización, el
material que circunda las raíces de las plantas puede estar compuesto enteramente de una membrana apropiada, o
bien la membrana adecuada puede formar parte sustancial del material. Como se ha discutido con anterioridad, es
necesario que al menos parte de la membrana que no dé directamente al sistema radicular esté en comunicación con
un suministro de agua. Un medio de llevar a cabo este ejemplo de implementación de la invención es cavar un hoyo
en un área del suelo y recubrir las paredes del hoyo con una membrana adecuada. El hoyo puede rellenarse a continuación (bien usando el material excavado con anterioridad o sustituyéndolo con un medio de cultivo apropiado), y
luego plantarse al menos una semilla o una plantita de semillero en el hoyo relleno. Puede luego suministrarse agua a
la membrana por filtración natural (si el área de cultivo está húmeda normalmente) o mediante la aplicación artificial
de agua al suelo, fuera del área rodeada por la membrana. Esta agua atravesará con posterioridad la membrana para
introducirse en el medio de cultivo y hasta las raíces. De forma alternativa, puede recubrirse una estructura rígida
(por ejemplo, un tiesto poroso para plantas, o un tiesto no poroso para plantas dotado de agujeros) con una membrana y luego rellenarse con un medio de cultivo en el que se plante al menos una semilla o una plantita joven de
semillero. La estructura se coloca entonces directamente en agua, o en un medio húmedo que proporcione agua, de
modo que el agua atraviese la estructura rígida por la membrana para introducirse en el medio de cultivo, donde es
recogida por las raíces de la planta en crecimiento. Alternativamente, la propia estructura rígida puede estar compuesta, al menos parcialmente, de una membrana, de modo que pueda prescindirse de la necesidad de una membrana
aparte.
En los ejemplos de realización anteriores del método de modificación del crecimiento de raíces vegetales de la
presente invención, el tamaño y la forma de los orificios y/o recipientes rígidos no son relevantes, salvo en que deben
ser dimensionados de tal modo que las raíces de las plantas estén en la proximidad a la membrana apropiada durante su
desarrollo. De modo similar, con respecto al tamaño de la membrana, solamente hace falta que tenga un área superficial
suficiente para proveer agua suficiente para los sistemas radiculares en desarrollo. El espesor ideal de la membrana
dependerá de los materiales usados en su preparación y en la tasa requerida de transferencia hídrica; sin embargo, el
espesor idóneo está por lo general entre los 10 micrones y los 500 micrones, por ejemplo, 25 micrones.
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Cercando las raíces en desarrollo a corta distancia con una membrana adecuada en conformidad con el método de
la presente invención, puede controlarse de cerca la forma de las raíces, lo cual puede resultar ventajoso (optimización
o normalización del tamaño, forma, etc.) si las propias raíces son un producto comercial (por ejemplo, los rábanos o
las zanahorias).
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Un método adicional de implementar el método de modificar el crecimiento de las raíces vegetales de la presente
invención es esparcir una o más semillas directamente en una primera cara de una membrana apropiada. Luego se
pone en contacto la cara de atrás de la membrana con una fuente de agua (por ejemplo, dejando que la membrana flote
en una superficie de agua) y se dejan germinar las semillas para que las raíces crezcan en estrecha proximidad a la
membrana. De manera opcional, puede proporcionarse un medio de cultivo (inicialmente o tras la germinación) para
soportar a las plantas mientras crecen.
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Al cultivar las raíces en proximidad a una membrana adecuada se pretende que una gran proporción de las raíces,
una vez, crecidas, estén en contacto directo con la membrana o estén muy cerca de ella. Lo bueno es que al menos un
25% en peso de las raíces cultivadas estén en contacto con la membrana o a menos de 10 mm de ella; aún mejor es
que al menos un 50% en peso de las raíces cultivadas estén en contacto con la membrana o a menos de 10 mm de ella;
y lo ideal es que al menos un 75% en peso de las raíces cultivadas estén en contacto con la membrana o a menos de
10 mm de ella.
Es una característica de la presente invención que las raíces crezcan de modo que estén muy cerca de las membranas
apropiadas, o estén en contacto con ellas, pero que no penetren en las membranas con el objetivo de que puedan
separarse de las membranas sin daños significativos.
Los tipos de plantas que pueden beneficiarse del método de modificación de raíces de la presente invención incluyen:
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(a) cultivos comerciales de gran volumen con fines alimentarios, incluyendo, aunque no exhaustivamente, los
cacahuetes, las zanahorias, las patatas, la remolacha, la chirivía, los rábanos y similares;
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(b) cultivos con raíces cultivadas por sus sabores y especias, incluyendo, aunque no exhaustivamente, el jengibre, la cúrcuma, el rábano picante, el regaliz y similares;
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(c) cultivos con raíces que se cosechan para la extracción de tintes, incluyendo, aunque no exhaustivamente, la
cúrcuma, el índigo y similares;
(d) cultivos con raíces que se cosechan para la extracción de sustancias con cualidades farmacéuticas u homeopáticas, incluyendo, aunque no exhaustivamente, la bardana, la consuelda, la genciana, el ginseng, la
ipecacuana, la valeriana y similares (véase la Tabla 1); y
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(e) cultivos con raíces que producen en el suelo, por exudación, sustancias útiles que pueden usarse para controlar el crecimiento de otras plantas o para evitar el arraigo de malas yerbas y similares. Estas sustancias,
denominadas aleloquímicas o sustancias químicas alelopáticas, son producidas por plantas que incluyen,
aunque no exhaustivamente, el centeno, el arroz, el sorgo, las plantas de mostaza, el madroño, el nogal
negro o el tártago (véase la Tabla 2).
TABLA 1
Selección de raíces medicinales y sus usos
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TABLA 2
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Selección de plantas que producen productos químicos alelopáticos
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Ejemplo 1
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Cinco tiestos no porosos para plantas (1) hechos de plástico, de una altura de 8 cm y un diámetro de 8 cm, dotados
de 8 orificios (2) practicados en las bases se rellenaron con tierra para tiestos (3) y se plantaron en el interior de cada
uno dos semillas de rábano, como se muestra a modo de diagrama en la Figura 1. Todos los tiestos se regaron de forma
regular con agua de grifo.
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Después de dos semanas, todas las plantas habían germinado y cada tiesto contenía dos plantitas de rábano (4). Se
seleccionó un tiesto al azar, y se separó el tiesto con sumo cuidado del cepellón de raíces y la tierra. Se utilizó una
membrana hidrófila no porosa (5) de 50 micrones de espesor, hecha a partir de una película extrusionada de elastómero
de polieteréster, para envolver el cepellón de raíces y la tierra, y el conjunto se volvió a colocar en el tiesto para plantas
(1), de modo que la tierra (3) estaba completamente rodeada por esta membrana que hacía de forro del tiesto (5). El
tiesto se colocó a continuación en un recipiente de plástico (6) de mayores dimensiones de modo que este recipiente (6)
rodease el tiesto para plantas (1). Se echó agua de grifo (7) en el espacio que quedaba entre el recipiente circundante
(6) y el tiesto para plantas (1), de modo que la membrana hidrófila (5) evitaba que el agua líquida llegase a la tierra
(3), como se muestra de forma diagramática en la Figura 2. El nivel de agua en el recipiente circundante se mantuvo
elevado, de modo que el nivel del agua alcanzase justo por debajo del nivel del suelo del tiesto para plantas, pero
no se añadió agua adicional alguna directamente al suelo. Los otros cuatro tiestos para plantas (1) que contenían las
plantitas de rábano (4) se regaron de forma convencional, o sea, regando el suelo (3) a intervalos apropiados para que
se desarrollen normalmente las rabaneras. Las cinco plantas se mantuvieron a temperatura y humedad ambiente y se
monitorizaron diariamente.
Después de unas cuatro semanas adicionales, las cinco rabaneras habían crecido bien y no se apreciaba diferencia
alguna entre las plantas cultivadas en el tiesto forrado y los tiestos sin forrar.
60
65
En ese momento, el medio de cultivo que contenía a las plantas se retiró con cuidado de cada tiesto de modo que
pudiese examinarse el estado de las raíces y se encontró que había diferencias muy importantes entre el tiesto forrado
y los tiestos sin forrar.
En los tiestos sin forrar el medio de cultivo estaba muy húmedo y las raíces de las plantas se habían desarrollado
de la forma convencional, de modo que la totalidad del medio de cultivo estaba penetrada por una masa enmarañada
de raíces de aspecto capilar. La separación de estas raíces del medio de cultivo era muy difícil, y la mayoría de las
raíces finas se dañaban o se desprendían completamente de las plantas.
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5
En los tiestos forrados el medio de cultivo estaba mucho más seco y las raíces se habían desarrollado en una forma
marcadamente diferente, de modo que se hicieron visibles de inmediato a modo de estructuras laminares que crecían
en estrecha proximidad a la membrana hidrófila, y en contacto directo con ella. Muy pocas raíces penetraban en el
cuerpo del medio de cultivo y, por lo tanto, las raíces resultaron muy fáciles de separar del medio de cultivo con
muy pocos daños. Fue susceptible de recolección una proporción mucho mayor de raíces del medio de cultivo sin el
tamizado y la separación intensivos requeridos en el caso de los tiestos sin forrar.
Ejemplo 2
10
15
20
Refiriéndonos a las Figuras 3 y 4 (cada una de los cuales muestra un único tiesto para plantas 31), un total de doce
tiestos para plantas, hechos de terracota o de plástico, de 60 cm de longitud, 15 cm de anchura, y 15 cm de altura,
fueron dotados de ventanas acrílicas (32) en uno de los lados largos, permitiendo que se viesen las raíces (30) según
se desarrollaban las plantas cultivadas en ellos. Los tiestos de terracota para plantas permitían que se difundiese con
suma rapidez la humedad a través de las paredes del tiesto para plantas, simulando así el efecto de un mayor volumen
de suelo alrededor de las plantas en desarrollo, mientras que los tiestos de plástico retenían más la humedad del suelo y
así proporcionaban un entorno más favorable al desarrollo. El suelo (33) usado en estos tiestos para plantas era marga
arenosa de sasafrás, con un 1% de fertilizante de N-P-K añadido en forma de bolitas y de un contenido de humedad
entre el 10% y el 15%. Se prepararon los tiestos y se sembraron plantitas de semillero de maíz, sorgo y alfalfa, como
se describe más abajo. Se usaron estas tres plantas porque exhiben una eficacia en la absorción de agua muy diferente
unas de otras-siendo el sorgo el más eficaz (o sea, el que usa menor cantidad de agua para cultivar una unidad de
biomasa), y siendo la alfalfa la menos eficaz, y estando la eficacia del maíz en el uso de agua en medio de los dos.
Se colocaron todos los tiestos en un invernadero en los meses de verano. Las temperaturas del aire registradas en el
invernadero estaban típicamente por encima de los 30ºC.
35
Refiriéndonos a la Figura 3, en cada uno de los experimentos 1, 2, 5, 6, 9 y 10 se colocó aproximadamente 1 cm
de profundidad de tierra en la parte inferior del tiesto para plantas. A continuación, se colocó una bolsa-membrana
cilíndrica sellada (34) de unos 30 cm de longitud y un área superficial de unos 265 cm2 , hecha de una lámina de
elastómero de polieteréster de un espesor de unos 50 micrones, de modo que descansaba horizontalmente en la capa
de tierra. Cada bolsa-membrana cilíndrica estaba equipada con un trozo de manguera de plástico (35), que salía del
tiesto a través de un pequeño orificio (36) taladrado en su lateral, y conectada con una junta estanca (no mostrada) a
una botella de agua (37). El tiesto para plantas se rellenó de tierra, de modo que la bolsa-membrana quedó enterrada
hasta una profundidad de unos 10 cm bajo el nivel del suelo. Las bolsas se volvían a llenar diariamente con agua
desionizada (38), de modo que la única entrada de agua a la tierra de los tiestos era a través de la pared de las bolsasmembrana. Se cultivaron tres semilleros (39), posicionados en los extremos y en la mitad de cada tiesto para plantas,
como se muestra en la Figura 3.
40
Cada uno de los tiestos en los experimentos 3, 4, 7, 8, 11 y 12 se llenó con tierra, y se cultivaron tres plantas de
semillero (41), posicionadas en los extremos y en la mitad de los tiestos para plantas, como se muestra en la Figura
4. Las raíces (40) eran observables a través de las ventanas acrílicas. Las plantas se regaban de forma convencional
desde arriba con agua desionizada.
25
30
45
50
Se observó a lo largo del tiempo el patrón de crecimiento de las raíces de los doce experimentos. Los resultados
se dan en la Tabla 3. Los resultados muestran claramente que las raíces en los tiestos para plantas regadas mediante
una bolsa-membrana hidrófila crecían principalmente alrededor de la superficie de esta bolsa, independientemente de
la naturaleza de la planta y del tiesto usado. La forma de las raíces en estos experimentos 1, 2, 5, 6, 9 y 10 era la de
una estructura enredada, con algunas raíces bastas y otras finas que seguían la superficie de la bolsa pero sin penetrar
en el material de la bolsa.
Por otro lado, las raíces de las plantas regadas de forma convencional crecían de una manera que exploraba todas
las regiones del suelo para la absorción del agua y de los nutrientes.
55
60
65
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TABLA 3
Experimentos seleccionados para evaluar la morfología radicular (Ejemplo 2)
5
10
15
20
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35
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5
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REIVINDICACIONES
5
1. Un método de modificar el desarrollo de las raíces vegetales cultivando las raíces en proximidad a una membrana
desde la que se suministra el agua durante el crecimiento de las raíces (30), donde la membrana es una membrana
hidrófila no porosa (5).
2. Un método, como se reivindica en la reivindicación 1, en el que la membrana (5) es la principal fuente de agua
durante el crecimiento de las raíces (30).
10
3. Un método, como se reivindica en la reivindicación 2, en el que la membrana (5) sea sustancialmente la única
fuente de agua durante el crecimiento de las raíces (30).
15
4. Un método, como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en el que la planta en desarrollo esté
soportada en un medio de cultivo.
20
5. Un método, como se reivindica en la reivindicación 4, en el que el sistema de raíces en desarrollo y el medio de
cultivo de soporte estén circundados por un material impermeable, al menos parte del cual conste de una membrana
hidrófila no porosa (5) de tal modo que el agua sustancialmente pueda alcanzar las raíces (30) únicamente atravesando
la membrana hidrófila no porosa (5).
6. Un método, como se reivindica en cualquier reivindicación precedente, en el que la planta y la membrana (5)
estén dispuestas de tal modo que, una vez cultivada, al menos un 25% en peso de las raíces cultivadas (30) esté en
contacto con la membrana (5) o a menos de 10 mm de ella.
25
7. Un método, como se reivindica en la reivindicación 6, en el que la planta y la membrana (5) estén dispuestas
de tal modo que, una vez cultivada, al menos un 50% en peso de las raíces cultivadas (30) esté en contacto con la
membrana (5) o a menos de 10 mm de ella.
30
8. Un método, como se reivindica en la reivindicación 7, en el que la planta y la membrana (5) estén dispuestas
de tal modo que, una vez cultivada, al menos un 75% en peso de las raíces cultivadas (30) esté en contacto con la
membrana (5) o a menos de 10 mm de ella.
35
9. Un método, como se reivindica en la reivindicación 8, en el que la membrana hidrófila (5) conste de un polímero
seleccionado de entre elastómeros de copolieteréster, poliamidas de bloque de poliéter, uretanos de poliéter, homopolímeros o copolímeros de alcohol polivinílico, o mezclas de los mismos, o una mezcla de dos o más elastómeros de
copolieteréster.
40
10. Un método, como se reivindica en la reivindicación 9, en el que la membrana hidrófila (5) conste de uno o
más elastómeros de copolieteréster dotados de una multiplicidad de unidades de éster de cadena larga recurrentes y
unidades de éster de cadena corta unidas completamente mediante enlaces de éster, en donde las unidades de éster de
cadena larga están representados por la fórmula:
45
O
O
k
k
– OGO – C – R – C –
(I)
50
y las referidas unidades de éster de cadena corta están representadas por la fórmula:
O
O
k
k
– ODO – C – R – C –
55
(II)
donde:
60
G es un radical divalente que queda tras la eliminación de los grupos hidroxil terminales de un poli(alkileno óxido)
glicol con un número media de peso molecular de unos 400-4000;
65
R es un radical divalente que queda tras la eliminación de los grupos carboxil de un ácido dicarboxílico con un
peso molecular inferior a 300;
D es un radical divalente que queda tras la eliminación de los grupos hidroxil de un diol con un peso molecular
inferior a aproximadamente 250;
13
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el copoliesteréster contiene del 0 al 68 porcentual en peso basado en el peso total de los grupos de grupos de
copolieteréster y óxido de etileno incorporados en las unidades de éster de cadena larga del copolieteréster, y
5
el copolieteréster contiene entre aproximadamente el 25 y el 80 por ciento en peso de unidades de éster de cadena
corta.
10
15
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25
30
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40
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50
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