SEMILLAS ARTIFICIALES

1. SEMILLAS ARTIFICIALES Marina Querejeta Coma David Ochoa Castañón César Villares de la Vega

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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) 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:

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. Se han obtenido embriones somáticos en especies como: • -Alfalfa (Medicago sativa) • -Soja (Glycine max) • -Apio (Apium graveolens) • -Pasto ovillo (Dactylis glomerata)

13. TECNOLOGÍA DE LAS SEMILLAS ARTIFICIALES

14. 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

15. 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.

16. 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.

17. Maduración de los Embriones Somáticos • Para la maduración correcta, se necesitan varios pasos: • 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 • Esto da lugar a homogeneización del tamaño y estado de desarrollo de embriones somáticos: • 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.

18. 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

19. 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.

20. 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

21. 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

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. Ventajas • Nos permite incorporar: • Nutrientes. • Reguladores de crecimiento. • Fungicidas. • Obtendremos propágulos libres de virus. • Adaptación climática. • Resistencia a enfermedades. • Mejor valor nutricional.

26. Maíz B.t. • Bacillus thuringiensis. • Es capaz de producir varias proteínas que le permiten infectar un amplio rango de insectosdeteniendo el proceso normal de absorción intestinal causando que el insecto deje de alimentarse y muera.

27. 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.

28. Arroz semienano • Doble rendimiento. • Variedad insensible al fotoperiodo que puede ser sembrada a lo largo de todo el año.

29. 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.

30. Repoblación de flora autóctona. • Dificultad si no hay reproducción vegetativa o producen pocas semillas. • Cambio en la composición del suelo. • Eucalipto salino.

31. Alimentos transgénicos. • Tipo de cultivos en auge. • Genes insertados inestables meioticamente. • Fusión protoplásmica.