SEMILLAS ARTIFICIALES

Marina Querejeta ComaDavid Ochoa Castan Csar Villares de la Vega

Definicin 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 aos o ms.El cultivo de plantas por el hombre tiene como base los beneficios que podemos obtener de ellas, bien sea usndolas como alimento o como tejidos entre otros muchos usos.

Pero existen muchas especies vegetales que no presentan unas cualidades apropiadas para su explotacin, bien sea porque sus semillas no son resistentes o porque ellas mismas no se desarrollan en determinadas condiciones. Para evitar estos inconvenientes se desarrollan mtodos que permiten modificar algunas de estas cualidades.Uno de esos mtodos es el de creacin de semillas artificiales o embriognesis somtica, que permite crear semillas de plantas, mejoradas y con unas caractersticas apropiadas segn 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. Estar formada por tejido meristemtico totipotente capaz de producir una planta completa o por brotes originados por cultivos de meristemos (embriognesis somtica), y una cubierta y endosperma artificiales en el caso de tenerlos.El desarrollo de los embriones somticos pasa por los mismos estados morfolgicos de desarrollo que un embrin cigtico: proembrin globular, trapezoidal, embrin cordiforme y torpedo.

La idea de producir semillas sintticas o artificiales surge como resultado de la posibilidad de su aplicacin en agricultura. Este proceso de embriognesis somtica fue descrito por primera vez en 1958 por Jakob Reinert y F.C.Steward y colaboradores.Aunque fue Toshio Murashige, quien present formalmente, en Ghent (Blgica) en 1977, la idea de la produccin de las semillas sintticas.

El objetivo del desarrollo de semillas artificiales es el de producir plantas gentica y morfolgicamente iguales (clones) a la especie de la que derivan ya que interesa especialmente conservar individuos o grupos de plantas que tengan un cierto valor. Sera de gran utilidad en agricultura el cultivo de plantas con una produccin y calidad apropiadas, as como la posibilidad de obtener semillas resistentes y duraderas de plantas que de otra manera no se podran cultivar.

Las semillas artificiales permiten desarrollar nuevos cultivos que sean capaces de superar limitaciones de adaptacin tanto al clima como a cualquier otro factor externo limitante como nutricin o plagas. Un ejemplo de esto es el de las semillas que no se pueden deshidratar para su conservacin (recalcitrantes), cuya viabilidad se ve claramente aumentada, ya que en condiciones normales son semillas que poseen una humedad elevada y pierden su viabilidad cuando sta es reducida.

Pero los embriones obtenidos en el laboratorio son frgiles y muy pequeos, siendo incapaces de soportar las condiciones medioambientales y las tcnicas de manejo a las que tendran que someterse para su desarrollo. Por esto es necesario proteger su viabilidad, de manera que se han ideado dos mtodos de produccin de semillas: 1- Fabricando un sistema hidratado mediante una encapsulacin en hidrogeles (Radenbaugh et al, 1986)

2- Utilizando un sistema de desecacin de lo embriones. (Kitto y Janick, 1985)

A su vez estos dos mtodos producen cinco posibles tipos de semillas: 1- Semillas con embriones desecados sin cubierta.2- Semillas con embriones somticos desecados con cubierta.3- Semillas con embriones hidratados sin cubierta.4- Semillas con embriones somticos hidratados suspendidos en un gel viscoso (fluid drilling).5- Semillas con embriones somticos hidratados con cubierta.

El mtodo de desecacin se asemeja ms a las semillas naturales, y aunque produce algunos problemas como la desecacin y rehidratacin de las semillas, elimina los problemas causadas por los hidrogeles como la deshidratacin de los mismos, la germinacin prematura del embrin y el rpido deterioro de ste.

Una diferencia importante es que, mientras el embrin cigtico se nutre del tejido materno, el somtico recibe sus nutrientes directamente de un medio de cultivo. Por lo tanto las sustancias de reserva del embrin somtico presentan diferencias bioqumicas en relacin con el endosperma de una semilla natural. Adems, las estructuras que rodean al embrin cigtico le proveen de proteccin y controlan el intercambio gaseoso, mientras que el somtico debe ser encapsulado para facilitar su manipulacin y almacenamiento, y por tanto deben ser incorporados nutrientes, reguladores de crecimiento y fungicidas.

Se han obtenido embriones somticos en especies como:

-Alfalfa (Medicago sativa) -Soja (Glycine max) -Apio (Apium graveolens) -Pasto ovillo (Dactylis glomerata)

TECNOLOGA DE LAS SEMILLAS ARTIFICIALES

Pasos en la produccin de semillas artificialesInduccin a la embriognesis somticaProduccin sincronizada y a gran escala de los embriones somticosMaduracin de los embriones somticosEncapsulamiento mecanizado Almacenamiento de las semillas artificialesSiembra en invernadero o campo

Induccin de la Embriognesis SomticaLa embriognesis somtica consiste en el desarrollo de embriones a partir de clulas que no son el producto de fusin gamticaIn Vitro, los primeros en obtener y desarrollar embriones somticos fueron Stewart y Reinert (1958) a partir de tejidos de zanahoria.Los embriones artificiales deben ser ESTRUCTURAS BIPOLARES PERFECTAS :Un polo que genere el VSTAGOOtro polo que genere la RAZDeben ser capaces de generar plantas enterasLa funcin inductiva es llevada a cabo por auxinas. En alfalfa se una comnmente la 2,4-D.

Produccin sincronizada y en gran escala de los embriones somticosEs fundamental contar con embriones:SimplesQue no se fusionen entre sQue no se generen embriones secundariosSe han desarrollado diferentes procedimientos basados en filtros y equipos clasificadores automticosSon biorreactores que permiten el control simultneo de pH, la concentracin de oxgeno, temperatura y mezclado entre otras cosas.

Maduracin de los Embriones SomticosPara la maduracin correcta, se necesitan varios pasos: La suspensin donde estn los embriones somticos se filtraLa fraccin colectada se esparce en un medio de cultivo que le falta reguladores de crecimientoEsto da lugar a homogeneizacin del tamao y estado de desarrollo de embriones somticos:Estado globular-a los 4 dasEstado coraznEstado torpedo-a los 7-10 dasEstado de maduracin finalEs necesario tratarlos con sustancias como acido abscsico, maltosa y de pretratamientos con temperaturas bajas, como en el caso de la alfalfa.La maduracin es el factor esencial y en el que se centra la mayor parte de la investigacin.

Encapsulamiento MecanizadoLos materiales usados para encapsular los embriones somticos son anlogos a la testa de las semillas naturales.Deben cumplir dos funciones:Proteccin fsicaContener nutrientes, antibiticos, funguicidas, microorganismos..etcSe han desarrollado dos tipos diferentes:HidratadoSeco

Almacenamiento de las Semillas SintticasEl almacenamiento es otro aspecto importante a tener en cuentaLo ideal: que las semillas sintticas tengan un comportamiento similar a la mayora de las semillas verdaderas y permanezcan viables por mucho tiempoLa criopreservacin con nitrgeno lquido podra resolver este punto.

Siembra en Invernadero o a CampoLo ideal sera que la semilla sinttica fuese plantada directamente en el suelo ( con elevados porcentajes de conversin en plantas)Sin embargo son plantadas en invernaderos o cmaras climatizadas para luego ser llevadas al campo

Tolerancia a la DesecacinLa tolerancia a la desecacin es una caracterstica de los embriones somticos que debe ser inducida. Requiere de un pretratamiento con cido abscsico u otro factor para lograr la respuesta deseada.El tipo de pretratamiento, la duracin de su aplicacin y el estado de desarrollo del embrin son factores crticos. El mtodo de secado en alfalfa consiste en colocar los embriones somticos en una cmara sellada conteniendo una solucin salina saturada que controla la humedad relativa interior .Diariamente, durante una semana, los embriones son transferidos a cmaras con humedades relativas progresivamente mas bajas y finalmente se secan en condiciones de laboratorio. En este momento los embriones somticos han alcanzado un contenido de humedad de 10-15 % y de este modo pueden ser almacenados por un periodo de tiempo superior al ao, sin que se afecte significativamente su viabilidad

Importancia de las semillasLas semillas constituyen la base de la alimentacin del hombre (aportan carbohidratos, protenas y lpidos. Las principales civilizaciones humanas fundaron sus bases en el cultivo de slo tres semillas, y es as como en Mesopotamia se sembr trigo, los Chinos cultivaron arroz y los Mayas cultivaron el maz en las llanuras de Yucatn. Cabe recordar que muchas semillas son importantes en la elaboracin de fibras, medicinas y bebidas alcohlicas.

ProblemasMuchas especies son estriles y no producen semillas. Otras especies, en particular algunas tropicales, producen semillas recalcitrantes que no pueden ser secadas. Poco efectividad en la conservacin del germoplasma y con grandes gastos (actualmente son con plantas vivas en el campo).Altos costes para la obtencin de pequeas cantidades de semillas hbridas.

VentajasPermite combinar el sistema de propagacin vegetativa (multiplicacin clonal) con la capacidad de almacenaje a largo tiempo.

Ofrece la oportunidad de almacenar plantas genticamente heterocigotas o plantas sobresalientes con una nica combinacin de genes que no podran ser mantenidas por mtodos convencionales de produccin de semillas debido a la recombinacin gentica que existe en cada generacin de multiplicacin de semillas. La embriognesis somtica puede ser una alternativa con relacin a los esquejes para propagar especies estriles o que no producen semillas.

VentajasNos permite incorporar:Nutrientes.Reguladores de crecimiento.Fungicidas.

Obtendremos propgulos libres de virus.Adaptacin climtica.Resistencia a enfermedades.Mejor valor nutricional.

Maz B.t.Bacillus thuringiensis.Es capaz de producir varias protenas que le permiten infectar un amplio rango de insectos deteniendo el proceso normal de absorcin intestinal causando que el insecto deje de alimentarse y muera.

Maz PLAConvierte los carbohidratos de la semilla de la mazorca en un plstico llamado polilactido (PLA) mediante la introduccin de un gen que codifica para una enzima bacteriana que transforma la dextrosa en cido lctico que se unirn en cadenas de un plstico con atributos similares al tereftalato de porietileno.Botellas de bebida y fibras textiles.

Arroz semienanoDoble rendimiento.Variedad insensible al fotoperiodo que puede ser sembrada a lo largo de todo el ao.

Arroz doradoSolucin a la deficiencia de vitamina A (un milln de nios muertos al ao).Introduccin de tres genes que producen beta caroteno, un pigmento que el organismo es capaz de convertir en Vitamina A.

Repoblacin de flora autctona.Dificultad si no hay reproduccin vegetativa o producen pocas semillas.Cambio en la composicin del suelo.Eucalipto salino.

Alimentos transgnicos.Tipo de cultivos en auge.Genes insertados inestables meioticamente.Fusin protoplsmica.