Semilla artificial
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Semilla artificial: Es una imitación de una semilla vegetal natural, está formada por un aislado de tejido meristemático totipotente con potencial para diferenciarse y producir una planta completa; este tejido puede estar deshidratado o no, y está recubierto por un agente gelificante, capaz de formar una matriz o cápsula de gel hidratado, dicha matriz puede contener materiales bioactivos.
Esta semilla se diferencia de la semilla verdadera en que el embrión es somático (es decir, producido por el fenómeno conocido como embriogénesis somática) y no cigótico que si tiene endosperma y cubierta seminal, éstos son artificiales .
Sumario
Origen y definición
Desde que en 1977, Toshio Murashige mencionara la posibilidad de regenerar plantas a partir de embriones recubiertos por un endospermo artificial, fue que surgió la idea de la semilla artificial, la cual se llevó a la práctica por vez primera por Kitto y Janick en1982 al obtener semillas sintéticas deshidratadas y por Keith Redenbaugh et al., en1984 al lograr semillas sintéticas hidratadas Kamada, en el año 1989 definió una semilla artificial diciendo ¨.la preparación de una cápsula no es más que el revestimiento de un material de cultivo, órgano o porción de tejido, el cual puede crecer y convertirse en una planta completa, nutriéndose de una lámina artificial, la cual está formada por una lámina externa que fortalece y protege la semilla, una lámina interna por encapsulación (un gel tal como el alginato de sodio), nutrientes requeridos por el embrión para su desarrollo y fitohormonas para el control de la germinación.
Fueron los avances industriales en el campo de la Embriogénesis Somática y la Ingeniería Genética, con la selección y producción masiva de embriones somáticos de elite en grandes birreactores para plantas como la alfalfa, los que crearon la necesidad de desarrollar tecnologías que permitieran el mantenimiento controlado y la manipulación comercial de los mismos, esto es, técnicas de encapsulado y desecación de los embriones somáticos obtenidos por mejora o ingeniería.
Puesto que los embriones son frágiles e incapaces de soportar las condiciones medioambientales ajenas a las de su desarrollo en laboratorio, es necesario protegerlos para mantener y controlar su viablidad y calidad. Además son de tamaño muy pequeño y por los tanto difíciles de manejar, siendo imposible aplicar maquinaria agrícola para su plantación. Estos dos graves problemas se solucionan en gran medida adoptando de la naturaleza soluciones de protección, es decir «creando» semillas de forma artificial
Las semillas artificiales han sido producidas por dos métodos: fabricando un sistema hidratado (encapsulación en hidrogeles) o utilizando un sistema de desecación de los embriones.
Existen muchos tipos de hidrogeles que pueden ser utilizados para encapsular los embriones, quizá el más fácil de fabricar y el que menos daña el material sea el alginato de sodio (alginato sódico+cloruro cálcico). Para reducir la desecación del alginato se suelen aplicar a modo de «cáscara» distintos polímeros y sustancias como el tampón Tris o el éter de petróleo, que además contienen un poco la germinación del embrión. Entre las sustancias bioactivas que pueden ser incluidas en el gel de la cápsula se encuentran todo tipo de nutrientes minerales y orgánicos, productos fitosanitarios (fungicidas, bactericidas) y reguladores de crecimiento, con los que se crea un «cuasi-medio-de-cultivo» en el interior de la semilla artificial.
La aplicación del método de desecación, busca una mayor analogía con las semillas naturales, eliminando los problemas de deshidratación de los hidrogeles, la germinación prematura del embrión y el rápido deterioro del embrión, aunque añade los problemas técnicos para desecar y rehidratar los embriones con alta eficacia. Para determinadas plantas ya se han conseguido éxitos.
En la actualidad la producción industrial de semillas artificiales está limitada a especies y sistemas en los que el dominio de las técnicas de embriogénesis somática y tecnología de biorreactores es total y sobre todo los costos y rendimientos son rentables (alfalfa, maíz, abeto, pino). En este campo donde se ha trabajado y se trabaja intensamente la información está restringida y controlada por patentes de grandes compañías.
Usos potenciales
La semilla artificial tiene el potencial de servir, como un sistema rápido, barato y universal para la propagación clonal en invernaderos o campo de los germoplasmas élites y mejorados, tales como: híbridos, plantas de cultivo intensivo, material genético seleccionado y plantas obtenidas por ingeniería genética donde la recombinación meiótica para la producción de las semillas es indeseable, por otra parte permite el monocultivo a gran escala y sirve de portador de otros auxiliares como microorganismos, reguladores del crecimiento, pesticidas entre otros.
Tipos de semilla sintética
Actualmente se desarrollan dos tipos de semillas artificiales como son las hidratadas y las deshidratadas, las primeras consisten en un embrión somático encapsulado individualmente en un hidrogel como el alginato de sodio y goteados en una solución de cloruro de calcio formándose de esta forma la cápsula, las cuales son lavadas y plantadas, este método fue empleado en alfalfa por primera vez obteniendo de un 60 - 90 % de conversión "in vitro" y de un 2 - 10 % de conversión en siembra directa a campo, mientras que la semilla artificial deshidratada consiste en el revestimiento de un embrión somático de zanahoria con polyoxyethylene glicol.
La aplicación práctica de la tecnología de la semilla artificial para la producción en masa de plantas requiere del desarrollo de las siguientes tecnologías:
- Producción de embriones somáticos con un alto porcentaje de conversión en condiciones de fase de adaptación.
- Sistema de escalado en biorreactores
- Proceso de integración de la embriogénesis somática y encapsulación.
El más importante requerimiento para el uso de la semilla artificial en la propagación masiva es una alta y uniforme conversión en fase de adaptación, umbráculo o campo. Solo muy pocos reportes describen esta habilidad para la conversión bajo condiciones "ex vitro". Estando como primer requisito para llegar a la encapsulación el que las unidades encapsulables (embriones somáticos o yemas) muestren una vigorosa conversión en planta bajo condiciones no estériles.
Consideraciones
Para la implementación de un programa de semilla artificial deben tomarse en cuenta diferentes consideraciones, tanto económicas, como biológicas y tecnológicas.
Económicas
Cultivos que pueden ser beneficiados con el desarrollo de esta tecnología.
- Plantas de propagación vegetativa (caña de azúcar, bananos y plátanos, ajo, boniato, etc)
- Plantas perennes (Fundamentalmente especies forestales).
- Híbridos obtenidos por cruzamiento.
- Genotipos los cuales pueden perderse por la vía de la reproducción sexual (Plantas obtenidas por Ing. Genética, germoplasmas élites).
- Cultivos en los cuales un solo sexo es el útil (esparrago, kiwi).
Biológicas
Contar con protocolos que permitan obtener embriones de calidad.
- Embriones somáticos uniformes y sincrónicos.
- Capaces de permanecer en dormancia.
- Alta frecuencia de germinación en plantas.
- Conversión bajo condiciones de asépcia y de baja nutrición.
- Variación somaclonal controlada.
Tecnológicas
Materiales y Mecanización.
- Proceso de escalado que permita un número elevado de embriones somáticos.
- Mecanización del proceso de encapsulación.
- Encapsulación que permita almacenar, comerciar y una alta conversión en suelo.
- Condiciones de almacenado que retenga la viabilidad y contrarreste las enfermedades.
- Sistema que permita el máximo de conversión y un vigoroso crecimiento.
- Control de las enfermedades y plagas.
Fuentes
- Jiménez, E y Quiala, E. 1998. Semilla artificial. Capítulo 13 En: Pérez, J. (ed). Propagación y Mejora Genética de Plantas por Biotecnología. pp. 225-240.
- Kamada, H. 1989. Stress induced somatic embryogenesis in carrot and its application to synthetic seed production. In Vitro Cell Dev. Biol. 25:1163
- Kitto S. and J. Janick. 1982. Polyox as an artificial seeds coat for asexual embryos. Hort. Science 17 (Abstr.113):448.
- Redenbaugh, K., J. Nichol, M. Kossler, P. y B. Paasch 1984. Encapsulation of somatic embryos for artificial seed production. In vitro 20:256.
