Propagación de plantas mediante biorreactores

Martín Mata Rosas, Alejandro Hernández Sánchez, Gabriela M. García Vázquez

Para la propagación de plantas existen varias alternativas, como la germinación de semillas o la propagación vegetativa, pero con el empleo de técnicas como las de cultivo de tejidos vegetales se puede potenciar la capacidad de propagación de las plantas, particularmente mediante el uso de biorreactores o sistemas de inmersión temporal, diseñados para una propagación eficiente y controlada de múltiples variables, además de reducir tiempos y costos de producción.

Palabras clave: Sistemas de inmersión temporal, cultivo in vitro, micropropagación

Las vías de reproducción en plantas pueden variar considerablemente, las estructuras reproductivas y los mecanismos no son iguales entre los musgos, helechos y las plantas con semillas (gimnospermas y angiospermas), pero centrándonos en estas últimas, las dos principales vías de propagación son la sexual y la vegetativa; la primera involucra el intercambio de gametos, es decir la transferencia de polen a los óvulos, seguido de un complejo proceso de fertilización que conduce a la formación de un embrión y tejido circundante de protección y reserva nutricional (endospermo), los detalles de la reproducción sexual son tan amplios, que ameritará que se detalle en otro documento. 

La reproducción vegetativa en plantas es una estrategia de propagación clonal del individuo, muchas plantas poseen la capacidad de regenerase a partir de tejidos y órganos somáticos, como hojas, fragmentos de ramas, tallos, raíces, etc., donde se activan o se forman tejidos meristemáticos (células morfológicamente indiferenciadas, pero especializadas en la función de dividirse ordenadamente y son las responsables del crecimiento de la planta y la formación de nuevos órganos). La reproducción vegetativa convencional se puede hacer mediante hoja, como en el caso de violetas africanas o plantas suculentas; con secciones de la planta (esquejes, acodos, guías, división de la planta, raíces, entre otras más). Reproducir una planta por vía sexual o vegetativa tiene sus ventajas y desventajas, dependiendo, desde el punto de vista antropocéntrico, cual será el uso final de las plantas.

Existe una alternativa biotecnológica para la propagación de plantas, el cultivo de tejidos vegetales o cultivo in vitro, que es un conjunto de técnicas que permiten el establecimiento y crecimiento de plantas a partir de cualquier parte de una planta, como órganos, tejidos y células, genéricamente llamados explantes, cultivadas en un medio nutritivo bajo condiciones nutricionales y ambientales controladas. La aplicación más práctica del cultivo in vitro es la micropropagación de plantas, es decir, la multiplicación de plantas a gran escala, pero también es una importante herramienta de investigación de diversos aspectos básicos, para conservación de germoplasma, mejoramiento genético de plantas, eliminación de enfermedades y producción de metabolitos secundarios. Una de las grandes ventajas es que a partir de fragmentos de tejidos se pueden producir grandes cantidades de plantas en un periodo de tiempo relativamente corto, en espacios reducidos y con condiciones independientes a la temporada y el clima durante todo el año (Fig. 1).

A pesar de que la propagación in vitro permite una producción numerosa y continua de plantas, en algunos casos el costo de propagar plantas por esta vía puede superar los beneficios, además en algunos casos también puede provocar algunos problemas como la hiperhidricidad, que es un trastorno fisiológico caracterizado por alta retención de agua a causa de condiciones adversas de los cultivos, además de una mayor dificultad de aclimatar las plantas producidas bajo condiciones de invernadero, por lo que continuamente se buscan alternativas para poder escalar la micropropagación de plantas, bajar gastos de producción, aumentar la tasa de formación de nuevas plantas y disminuir los tiempos de producción e incrementar los porcentajes de supervivencia de las plantas ex vitro

Muchas de los problemas antes descritos se han logrado solventar mediante el diseño y uso de biorreactores o sistemas de inmersión temporal (Fig. 2), éstos son contenedores de ambiente estéril que aprovecha los sistemas de nutrientes líquidos y aire en un sistema de entrada y salida. Esta diseñado para el cultivo intensivo y para el escalamiento, ofrece la oportunidad de monitorear y controlar las condiciones microambientales (e.g. aireación, temperatura). La característica principal, como su nombre lo señala, es que las plantas cultivadas no están completamente inmersas en medio líquido, sino solo están en contacto con el medio nutritivo por tiempos cortos y permite que la atmosfera del contendor se renueve. Los sistemas de inmersión temporal permiten el control de la contaminación, adecuado suministro de nutrientes y aire, menor número de subcultivos, facilidad de cambiar el medio y menor daño de las plantas por la baja manipulación. En los últimos años se han utilizado diferentes sistemas de inmersión temporal para la micropropagación de un gran número de especies vegetales. Dentro de las variantes más reportadas son los sistemas de frascos gemelos (Twin-Flask system) o biorreactores de inmersión temporal (BIT) (Fig. 3) y los Recipiente de Inmersión Temporal Automatizado (RITA) (Fig. 4), algunos de ellos se han patentado y otros son el resultado del ingenio de los investigadores para hacer mas eficientes y minimizar los costos de los sistemas. Una ventaja mas de los biorreactores es que se elimina el uso de agentes gelificantes (agar), el cual es uno de los componentes más costosos en el cultivo in vitro tradicional. 

Por ahora los biorreactores o sistemas de inmersión temporal poseen una variedad de características que los hace ideales para su uso en la micropropagación semiautomatizada de un gran número de especies. En el INECOL hemos empleado con gran éxito el uso de biorreactores para la micropropagación de diferentes especies de cactus, orquídeas, embriones somáticos de aguacate, plantas ornamentales como anturios, alcatraces, vainilla, pimienta. A pesar de que los parámetros de cultivo establecidos para una especie en particular pueden emplearse como base para la propagación de otra especie, en muchos casos dichos parámetros difieren significativamente de una especie a otra, por lo que las condiciones de cultivo in vitro deben determinarse experimentalmente para cada una de ellas, por lo que en el INECOL nos esforzamos en determinar un mayor número de protocolos para la micropropagación de diversas especies vegetales de interés tanto biológico como económico.

 

Pies de figuras

Fig 1. Cultivo tradicional in vitro de Anturios en medio nutritivo gelificado con agar. Crédito: Martín Mata Rosas 

Fig 2. Sistemas de inmersión temporal o biorreactores para el cultivo de plantas instalados en el Instituto de Ecología, A.C. Crédito: Martín Mata Rosas

Fig 3. Sistemas de frascos gemelos (Twin-Flask system) o biorreactores de inmersión temporal (BIT) utilizados en el INECOL para la propagación de orquídeas. Crédito: Martín Mata Rosas 

Fig 4. Recipiente de Inmersión Temporal Automatizado (RITA) utilizado para la micropropagación de Vainilla. Crédito: Martín Mata Rosas 

 

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