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SEMILLAS
ARTIFICIALES
Marina Querejeta Coma
David Ochoa Castañón
César Villares de la Vega
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.
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.
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.
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.
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.
Las semillas artificiales permiten
desarrollar nuevos cultivos que
sean capaces de superar
limitaciones de adaptación tanto
al clima como a cualquier otro
factor externo limitante como
nutrición o plagas. Un ejemplo
de esto es el de las semillas que
no se pueden deshidratar para
su conservación (recalcitrantes),
cuya viabilidad se ve claramente
aumentada, ya que en
condiciones normales son
semillas que poseen una
humedad elevada y pierden su
viabilidad cuando ésta es
reducida.
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)
A su vez estos dos métodos producen cinco posibles tipos de semillas:
• 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.
El método de desecación se asemeja
más a las semillas naturales, y
aunque produce algunos
problemas como la desecación y
rehidratación de las semillas,
elimina los problemas causadas
por los hidrogeles como la
deshidratación de los mismos, la
germinación prematura del
embrión y el rápido deterioro de
éste.
Una diferencia importante es que,
mientras el embrión cigótico se
nutre del tejido materno, el
somático recibe sus nutrientes
directamente de un medio de
cultivo. Por lo tanto las sustancias
de reserva del embrión somático
presentan diferencias bioquímicas
en relación con el endosperma de
una semilla natural. Además, las
estructuras que rodean al embrión
cigótico le proveen de protección y
controlan el intercambio gaseoso,
mientras que el somático debe ser
encapsulado para facilitar su
manipulación y almacenamiento, y
por tanto deben ser incorporados
nutrientes, reguladores de
crecimiento y fungicidas.
Se han obtenido embriones
somáticos en especies como:
•
•
•
•
-Alfalfa (Medicago sativa)
-Soja (Glycine max)
-Apio (Apium graveolens)
-Pasto ovillo (Dactylis glomerata)
TECNOLOGÍA
DE LAS
SEMILLAS
ARTIFICIALES
Pasos en la producción de semillas
artificiales
1.
2.
3.
4.
5.
6.
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
Inducción de la 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 :
– Un polo que genere el VÄSTAGO
– 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.
Producción sincronizada y en gran escala
de los embriones somáticos
•
•
•
Es fundamental contar con embriones:
– Simples
– Que no se fusionen entre sí
– Que no se generen embriones
secundarios
Se han desarrollado diferentes
procedimientos basados en filtros y
equipos clasificadores automáticos
Son biorreactores que permiten el
control simultáneo de pH, la
concentración de oxígeno, temperatura
y mezclado entre otras cosas.
Maduración de los Embriones Somáticos
•
Para la maduración correcta, se necesitan varios
pasos:
–
–
•
Esto da lugar a homogeneización del tamaño y
estado de desarrollo de embriones somáticos:
–
–
–
–
•
•
La suspensión donde están los embriones
somáticos se filtra
La fracción colectada se esparce en un medio de
cultivo que le falta reguladores de crecimiento
Estado globular-a los 4 días
Estado corazón
Estado torpedo-a los 7-10 días
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 y en el que
se centra la mayor parte de la investigación.
Encapsulamiento Mecanizado
•
•
•
Los materiales usados para encapsular
los embriones somáticos son análogos a
la testa de las semillas naturales.
Deben cumplir dos funciones:
– Protección física
– Contener nutrientes, antibióticos,
funguicidas, microorganismos..etc
Se han desarrollado dos tipos
diferentes:
– Hidratado
– Seco
Almacenamiento de las Semillas
Sintéticas
•
•
•
El almacenamiento es otro aspecto
importante a tener en cuenta
Lo ideal: que las semillas sintéticas
tengan un comportamiento similar
a la mayoría de las semillas
verdaderas y permanezcan viables
por mucho tiempo
La criopreservación con nitrógeno
líquido podría resolver este punto.
Siembra en Invernadero o a Campo
• 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
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
Importancia de las semillas
•
•
•
Las semillas constituyen la base de la
alimentación del hombre (aportan
carbohidratos, proteínas y lípidos.
Las principales civilizaciones
humanas fundaron sus bases en el
cultivo de sólo tres semillas, y es así
como en Mesopotamia se sembró
trigo, los Chinos cultivaron arroz y
los Mayas cultivaron el maíz en las
llanuras de Yucatán.
Cabe recordar que muchas semillas
son importantes en la elaboración de
fibras, medicinas y bebidas
alcohólicas.
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.
Ventajas
• Permite combinar el sistema de propagación vegetativa
(multiplicación clonal) con la capacidad de almacenaje a largo
tiempo.
• Ofrece la oportunidad de almacenar plantas genéticamente
heterocigotas o plantas sobresalientes con una única combinación
de genes que no podrían ser mantenidas por métodos
convencionales de producción de semillas debido a la
recombinación genética que existe en cada generación de
multiplicación de semillas.
• La embriogénesis somática puede ser una alternativa con relación
a los esquejes para propagar especies estériles o que no producen
semillas.
Ventajas
•
Nos permite incorporar:
 Nutrientes.
 Reguladores de crecimiento.
 Fungicidas.
•
•
•
•
Obtendremos propágulos libres de virus.
Adaptación climática.
Resistencia a enfermedades.
Mejor valor nutricional.
Maíz B.t.
• Bacillus thuringiensis.
• Es capaz de producir
varias proteínas que le
permiten infectar un
amplio rango de insectos
deteniendo el proceso
normal de absorción
intestinal causando que
el insecto deje de
alimentarse y muera.
Maíz PLA
• Convierte los carbohidratos
de la semilla de la mazorca en
un plástico llamado
polilactido (PLA) mediante la
introducción de un gen que
codifica para una enzima
bacteriana que transforma la
dextrosa en ácido láctico que
se unirán en cadenas de un
plástico con atributos
similares al tereftalato de
porietileno.
• Botellas de bebida y fibras
textiles.
Arroz semienano
• Doble rendimiento.
• Variedad insensible
al fotoperiodo que
puede ser sembrada
a lo largo de todo el
año.
Arroz dorado
• Solución a la deficiencia
de vitamina A (un millón
de niños muertos al año).
• Introducción de tres
genes que producen beta
caroteno, un pigmento
que el organismo es
capaz de convertir en
Vitamina A.
Repoblación de flora autóctona.
• Dificultad si no hay
reproducción
vegetativa o
producen pocas
semillas.
• Cambio en la
composición del
suelo.
• Eucalipto salino.
Alimentos transgénicos.
• Tipo de cultivos en
auge.
• Genes insertados
inestables
meioticamente.
• Fusión protoplásmica.