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Sistema de Inmersión Temporal

Sistema de Inmersión Temporal
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SIT platano.jpg
Concepto:Son sistemas semi–automatizados en la propagación in vitro.
Sistemas de Inmersión Temporal (SIT). Son sistemas semi–automatizados en la propagación in vitro. Está basado en el contacto intermitente del medio de cultivo líquido con los explantes por un corto período de tiempo y la consecuente renovación de la atmósfera gaseosa, para evitar la hiperhidricidad de los tejidos y la acumulación de gases tóxicos.

Importancia

Permite airear los tejidos de los brotes unido al contacto completo de los mismos lo que facilita una mayor incorporación y asimilación de los nutrientes por los tejidos y como consecuencia aumenta el coeficiente de multiplicación y la calidad de los brotes. Estos sistemas alternativos con el empleo de medio de cultivo líquido se han desarrollado con el propósito de automatizar, al menos las fases que requieran mayor manipulación del proceso in vitro y con ello, la consiguiente reducción de los costos de producción. Los SIT pueden ser utilizados para la producción de brotes vía organogénesis a escala masiva, brindando la posibilidad de automatizar algunas etapas del proceso de micropropagación. Además, ofrecen mayor facilidad de escalado, con la finalidad de producir grandes volúmenes de plantas.

Componentes

Está formado por dos frascos de cultivo, uno para el crecimiento de los explantes y el otro como reservorio de medio de cultivo. Estos frascos son conectados entre sí por una manguera de silicona de 6 mm de diámetro mediante conectores que atraviesan la tapa. En la parte interna de la misma se coloca una manguera menos flexible, la cual desciende hasta el fondo en ambos recipientes. El medio de cultivo circula de un frasco a otro en dependencia de la apertura o cierre de las electroválvulas, las cuales están conectadas a un temporizador programable para la determinación de la frecuencia y la duración de la inmersión. A la entrada de los frascos se colocaron filtros hidrofóbicos (0,22 µm, Midisart 2000, Sartorius AG) para garantizar la esterilidad y la presión de aire, está es regulada por un manómetro. Además, posee un compresor de aire con encendido automático que garantiza la disponibilidad del mismo.

Ventajas

  • El contacto directo con el medio de cultivo renovado durante cada inmersión garantiza una forma más eficiente de suministro de los nutrientes en comparación con la forma estática en que se toman los mismos en el cultivo convencional (semisólido ó líquido).
  • Los tiempos de inmersión son cortos, la mayoría del tiempo los explantes están solamente recubiertos de una película de medio de cultivo líquido y de esta forma se evita la desecación de los mismos.
  • La resistencia a la difusión de gases es baja y existe una mínima ruptura del intercambio gaseoso entre los tejidos y la atmósfera, por tal razón está dentro del vaso de cultivo se renueva en intervalos regulares de tiempo.
  • La agitación por el flujo de aire durante la fase de inmersión causa expansión de los tejidos y se facilita un mayor contacto de estos con el medio de cultivo.
  • Mayor optimización biológica por los altos coeficientes de multiplicación que se obtienen.
  • Reducción importante de los costos por vitroplantas.
  • Reducción del número de frascos y estantes en las cámaras de cultivo y por tanto mayor producción por metro cuadrado de cámara.
  • Eliminación de la fase de enraizamiento in vitro.
  • Mejor comportamiento de las vitroplantas ex vitro por mayor metabolismo autotrófico durante la fase in vitro.

Resultados obtenidos en los SIT

Han sido utilizado exitosamente en diferentes especies de plantas cultivadas, entre ellas: plátanos, bananos, cítricos, café, piña, papa, malanga, yuca, ñame, papaya, boniato etc.; respecto a las distintas técnicas de cultivo de tejidos como proliferación de meristemos, desarrollo de embriones a partir de callos, germinación y conversión de embriones somáticos a planta, etc. En el Sistema de Inmersión Temporal se logra un aumento de la eficiencia biológica y productiva del material propagado; debido entre otros aspectos al incremento de los coeficientes de multiplicación y la obtención de plantas de mayor calidad en comparación con el empleo del medio de cultivo en estado líquido o semisólido, así como la reducción de los costos de producción producidos en estos sistemas con respecto a los métodos convencionales. Entre las líneas de trabajo del Laboratorio de Biotecnología Vegetal del INIVIT se encuentra la automatización de la micropropagación en SIT y en particular en el cultivo de plátanos y bananos se han obtenido resultados significativos en los cultivares 'FHIA 21' (AAAB), 'INIVIT PV 06-30' (AAB) y 'FHIA-25' (AAA).

Automatización de la micropropagación

La automatización del proceso de propagación in vitro es una necesidad para la reducción de los costos en la industria de la micropropagación. El uso de medios de cultivos líquidos es un aspecto primordial para la automatización de la propagación in vitro. Además, es considerada como la técnica ideal para la propagación masiva de plantas, ya que disminuye la manipulación y permite reducir los costos del medio de cultivo. Su principal desventaja radica en el efecto negativo que provoca sobre los tejidos de los brotes, bien sea por hiperhidricidad o hipoxia. El desorden fisiológico es eliminado o minimizado mediante la agitación del medio de cultivo líquido o sistemas de cultivo que permiten la aireación parcial o continúa del medio de cultivo. Para la micropropagación de plátanos y bananos se han empleado los medios de cultivo en estado líquido aunque el estado semisólido ha sido el mayormente empleado.

Empleo de medios líquidoss

Ventajas y desventaja

Sus ventajas incluyen la facilidad de preparación, esterilización y manipulación, mayor rapidez en la absorción de sustancias nutritivas y la difusión de sustancias tóxicas producidas por el metabolismo de las plantas. Además, el cambio en la composición del medio puede efectuarse por simple transferencia, brinda grandes posibilidades para la automatización y la reducción de los costos por producción. Sin embargo, en condiciones estáticas provoca un efecto depresivo sobre el crecimiento del tejido en el cultivo in vitro, ya sea por hipoxia o por hiperhidricidad. Para evitar este problema se han diseñado nuevos tipos de biorreactores y sistemas semiautomatizados de cultivo líquido basados en la inmersión parcial y temporal de los explantes.

Plátanos y bananos

Han alcanzado mayor importancia como cultivo comercial y de subsistencia en regiones lejanas de su centro de origen primario; específicamente en los países del trópico y subtrópico, ya que se han convertido en el principal producto para la alimentación de los habitantes y de centenares de millones de personas en países en desarrollo. En la alimentación, son fuente importante de carbohidratos (35%), proteínas (1,2%) y fibras (6-7%); adicionalmente aportan potasio, magnesio, fósforo, calcio y vitamina A y C. Es considerado una buena fuente de vitaminas A, B1, B2 y C, por el alto contenido de Vitamina B6 Se clasifican en diploides, triploides y tetraploides. Los tetraploides son clones de altos rendimientos que presentan racimos con un elevado número de manos y frutos y son tolerantes a las principales plagas y enfermedades que afectan a este cultivo. Motivado por la alta productividad de los mismos, en muchas zonas de nuestro país se han sustituido los plátanos triploides por este material, con una buena aceptación por parte de la población cubana.

FHIA 21 (AAAB)

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Sistema de Inmersión Temporal en FHIA-21

El "FHIA 21" es un cultivar tetraploide ya que el conteo cromosómico de las células presenta 2n=44 cromosomas. El grupo genómico del clon donante de "FHIA 21" es AAAB, por lo que a partir de los tamaños diferenciales de los cromosomas de los grupos genómicos A y B pudiera explicarse la pérdida de un juego de cromosomas y la reversión del nivel de ploidía al ser sometido a las condiciones del cultivo in vitro. El tipo de raquis presente tiene una forma intermedia de la yema masculina, el ápice de las brácteas ligeramente puntiagudo, lobos de color amarillo verdoso sin signos visibles de pigmentación, resultados estos que reafirman sus relaciones fitogenéticas, así como su ubicación dentro de los híbridos tetraploides. Con la aplicación del SIT se establece una tecnología para la propagación in vitro en el cultivo del plátano vianda "FHIA 21" (AAAB) más eficiente que la micropropagación convencional donde se obtiene un coeficiente de multiplicación de 17,53 con el medio MS suplementado con 2,0 mgL-1 6-BAP; 0,65 mgL-1 AIA y 1,0 mgL-1 de paclobutrazol en 18 días de cultivo en condiciones de oscuridad.

INIVIT PV 06-30 (AAB)

En este cultivar de plátano vianda se obtienen resultados muy elevados con la utilización del SIT donde se alcanza un coeficiente de multiplicación de 16,61 con el medio MS suplementado con 2,25 mgL-1 6-BAP; 0,65 mgL-1 AIA en 18 días de cultivo.

FHIA-25 (AAA)

En este cultivar de banano se han obtenido coeficientes de multiplicación de 13,21 con la utilización del medio de cultivo de cultivo MS suplementado con 2,25 mgL-1 6-BAP; 0,65 mgL-1 AIA en 18 días de cultivo.

Biorreactores

Los biorreactores empleados en la fermentación microbiana han sido modificados para el cultivo in vitro de plantas y utilizados en el escalado de la propagación vía organogénica o embriogénica; ya que tienen la posibilidad de producir grandes volúmenes de plantas bajo un sistema computarizado que permite definir los requerimientos para el desarrollo de las células y la regeneración de plantas de una forma más precisa que las técnicas convencionales in vitro.

El uso de biorreactores, es idóneo para eliminar los efectos de hiperhidricidad debido que es posible monitorear y controlar no sólo el sistema de aireación, sino también otros parámetros ambientales del cultivo in vitro (temperatura, velocidad del agitador, pH, etc.). Se ha empleado con éxito en la micropropagación de gladiolos (Gladiolus nanus cv. Ronit y Eurovision), helecho (Nephrolepis exaltata schoot cv. Bostoniensis), papa (Solanum tuberosum var. Desirré) y bananos (cv. Williams, AAA y Gran Enano, AAA); utilizando retardantes del crecimiento, que estimulan el desarrollo de clusters durante los estados de proliferación, y con ello reducen el crecimiento y desarrollo de tallos y hojas evitando la hiperhidricidad de los mismos.

Para la propagación masiva de plantas, los biorreactores facilitan la automatización y escalado de la producción, lo que permite reducir los costos por planta. Sin embargo estos beneficios deben ser balanceados con las dificultades que implica esta tecnología para la propagación comercial, principalmente el alto costo de la inversión y mantenimiento del equipo, así como también las dificultades de la aclimatización de las plantas al ambiente ex vitro. Razón por la cual otros sistemas se han desarrollado con la finalidad de disminuir los costos de producción, sin incurrir en grandes inversiones en equipos sofisticados.

Fuentes

  • Basail, M. (2005). Multiplicación en Sistema de Inmersión Temporal del cultivar híbrido ‘FHIA 21’ (AAAB). Tesis para optar por el Grado Científico de Master en Biotecnología Vegetal. Instituto de Biotecnología de las Plantas. Santa Clara.
  • Basail, M. (2011). Empleo del Sistema de Inmersión Temporal para la multiplicación del clon de plátano vianda 'INIVIT PV 06-30' (AAB) y su generalización en las biofábricas. (http:///bva.fao.cu).
  • Basail M, Medero V, Otero E, Torres M, Cabrera M, López J, Santos A, Rayas A, Bauta M, Páz E, Beovidez Y, Ortega A, Enrique J. (2011). Multiplicación in vitro de ‘FHIA-25’ (Musa spp., AAB) en Sistemas de Inmersión Temporal. Revista Biotecnología Vegetal 11(1): 27-31.