Semillas sintéticas: una alternativa para la conservación de la biodiversidad vegetal, Apuntes de Biotecnología Vegetal

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En las plantas, el resultado de la polinización y la

fecundación es la formación de la semilla; por tanto,

ésta es consecuencia de la reproducción sexual

en las plantas, ya que a partir de ella se formará

la futura planta.

La semilla es generadora de vida, pues, por un

lado, contiene reservas suficientes de nutrientes,

y por otro, tiene la capacidad de absorber el agua

circundante, ambas funciones que darán lugar a la

germinación de la planta, logrando que emerja la raíz;

después empieza a desarrollarse el tallo, aparecen los

cotiledones y se forma la llamada plántula.

» SEMILLAS SINTÉTICAS

Eddy dE JEsús MoralEs Mis y Julia dEl socorro cano sosa

El campo

del futuro

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sEMillas sinTéTicas

D

esde tiempos inmemorables nuestros ancestros han dependido de los frutos y semillas silvestres de muchas plantas, primordialmente, para alimentarse; así, las semillas sostienen y protegen la vida, proporcionando alimento tanto a la hu- manidad como a los animales; son, además, la materia prima para la elaboración de gran cantidad de produc- tos empleados por el hombre; son la riqueza y futuro de nuevas generaciones. De manera natural, las semillas poseen una re- serva alimenticia llamada endospermo, la cual pro- porciona carbohidratos y nutrientes que favorecen la germinación, sin embargo, algunas plantas cuentan con poco o casi inexistente endospermo, por lo cual tienen largos periodos de germinación, y sus semillas

son muy pequeñas o necesitan asociarse con hongos para su alimentación, como las orquídeas; debido a esto, entre los productores y los investigadores ha surgido la necesidad de encontrar sistemas de mul- tiplicación de plantas capaces de llevar a cabo las funciones de una semilla para apoyar su desarrollo, y se ha encontrado que la semilla sintética es una so- lución para este problema. El término semilla sintética describe, general- mente, a un embrión somático,I^ encapsulado con una cubierta que lo protege del ambiente, aunque tam- bién se puede encapsular otros tipos de explantes,II^ y su propagación puede ser con fines comerciales o de conservación. Durante la propagación vegetativa de plantas, es decir, una multiplicación a partir de tejidos vegetales como bulbos, segmentos de tallo, etc., la semilla sin- tética puede permitir la siembra directa de varieda- des de plantas, así como proveer de un medio para su mantenimiento; de esta manera, la semilla sintética puede convertirse en una tecnología que posibilite el escalamiento extensivo requerido para la producción comercial de especies de interés, incluso, con altos porcentajes de germinación, como el caso de semi- llas sintéticas de caña de azúcar germinadas en cam- po, en 2003.^1

Qué son las semillas sintéticas

Los primeros indicios de propagación mediante semi- lla artificial se reportaron en cultivos de plantas como alfalfa y caña de azúcar; actualmente, los sistemas

La tecnología de la producción

de las semillas sintéticas permite

que plantas maderables,

ornamentales o forrajeras con

bajos porcentajes de germinación

puedan obtenerse en periodos

cortos

REpRESENTACIóN ESquEMáTICA

DE uNA SEMILLA SINTÉTICA.

I. Estructura similar a un embrión, pero formada a partir de una célula que es parte de los tejidos y órganos de un ser vivo, es decir, no es producto de reproducción sexual. II. Semillas, tejido, células, plantas o material genético que se conserva para perpetuar una especie.

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En la actualidad, el germoplasma de muchas

especies vegetales se está perdiendo, por lo que

el avance en la producción de la semilla sintética

representa una alternativa viable de conservación

de producción de semillas artificiales han progresado sustancialmente en esta área, y son los más avanza- dos en lo referente a dirigir la siembra en condiciones ex vitro o de campo, obteniendo altos porcentajes de germinación hasta convertirse en planta completa.^2 A diferencia de las semillas naturales, las sinté- ticas –también denominadas semillas artificiales o clonales– son estructuras vegetales de origen nor- malmente asexual, que constan, básicamente, de un embrión encapsulado en un endospermo artificial, formado por alginato de sodio y cloruro de calcio. Generalmente, la técnica de formación de se- millas sintéticas consiste en tomar una gota de una disolución de alginato de sodio, que contiene el ma- terial vegetal destinado a encapsularse, y agregarla a una solución de sal de calcio, lo que da como resul- tado una estructura de forma esférica y blanquecina (figura 1). Mediante la producción de semillas sintéticas se puede contribuir a la conservación del germoplasmaIII de muchas especies vegetales, y garantizar su cons- titución genética, con lo cual se preserva las caracte-

rísticas que podrían ser fuente de resistencia, calidad nutritiva y adaptabilidad, así como genes descono- cidos que, en un futuro no muy lejano, puedan ser valiosos.

encapsulación

El recubrimiento de una semilla artificial, además de brindar protección a la planta contra daños mecánicos, debe ser lo suficientemente blando para que, al germi- nar, pueda romper la cubierta y salir. Los hidrogeles o matrices poliméricas que recubren el material vegetal encapsulado deben también ser capaces de retener los nutrientes con los que éste se alimenta; más aún,

» Figura 1. Semilla sintética, donde podemos observar una plántula encapsulada mediante la técnica de goteo, se apre- cia el endospermo artificial formado por alginato de calcio que rodea la planta.

III. Tejido o sección de una planta que se utiliza para multiplicarla.

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Eddy de Jesús Morales Mis es licenciado en Biología por la Universidad Autónoma de Yucatán. Actualmente es estudiante de la maestría en Ciencias de la flori- cultura (Mejoramiento genético vegetal), en el Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco A. C. (CIATEJ), Unidad Sureste.

Julia del Socorro Cano Sosa es doctora por el Centro de Investigación Científica de Yucatán. Actualmente es inves- tigador asociado C y docente de la maestría en Ciencias de la flo- ricultura del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y diseño del Estado de Jalisco A. C. (CIATEJ), unidad Sureste. Su línea actual de inves- tigación se basa en propagación de plantas ornamentales y plantas bajo protección.

La semilla sintética facilita

el manejo, transporte y

preservación de muchas especies

vegetales, contribuyendo al

rescate de la biodiversidad

REfEREnCIAS

1. n. nieves, Y. Zambrano, R. Tapi, M. Cid, D. Pina and R. Castillo. “field Performance of Artificial Seed-Derived Sugarcane Plants. 2003. 2.P. Cartes, H. Castellanos, D. Ríos, K Sáenz, S. Spierccolli y M. Sánchez. “Encapsulated Somatic Embryos and Zygotic Embryos for Obtaining Artificial Seeds of Rauli-Beech ( Nothofagus alpine)” Chilenian Journal of Agricultural Research 69, 1, (January- March 2009): 112-118. 3.W. Wang, X. Liu, Y. Xie, H. Zhang, W. Yu, Y. Xiong, W. Xie and X. Ma. “Microencapsulation Using natural Polysaccharides for Drug Delivery and Cell Implantation”. Journal of Materials Chemistry, 16, (2006): 3252–3267 [This journal is of The Royal Society of Chemistry].
2. J. Porter. Analysis of Tomato Synthetic Seeds for the Development of an Optimized Encapsulation System. Thesis of Master of Science in Horticulture. Davis College of Agriculture, forestry and Consumer Sciencies at West Virginia University, 2008.
3. K. Redenbaugh. Synseeds: Application of Synthetic Seeds to Crop Improvement. florida: CRC Press, 1993.

deben permitir el intercambio gaseoso resultante de la respiración del embrión, es decir, la difusión del oxíge- no hacia el interior y del CO 2 hacia el exterior. En la actualidad se utiliza un material llamado al- ginato como recubrimiento para diversos usos, pues sus gránulos ofrecen la ventaja de no ser tóxicos, además de ser incapaces de abrirse en entornos áci- dos, mientras que sí lo hacen con facilidad en entor- nos alcalinos. El alginato se emplea, principalmente, como matriz de captura para las células y enzimas, así como para aditivos nutracéuticos (suplementos alimenticios encapsulados) y alimentarios. De igual forma, el alginato es uno de los políme- ros más utilizados en los procesos de encapsulación de semilla sintética,^2 pues es un polímero natural que forma parte de la pared celular de las algas cafés ( Phaeophycoeae ). Por ello, el proceso de encapsula- miento con base en estos compuestos químicos sumi- nistra una protección adecuada para el tejido vegetal, gracias a que posee una dureza idónea (figuras 2 y 3). A pesar de que el proceso de encapsulación o forma- ción de semillas sintéticas depende mucho de las pro- piedades químicas de los alginatos, es sorprendente ver la forma como se producen las semillas sintéticas, mediante estructuras, generalmente, esféricas.

aplicaciones

La tecnología de la semilla sintética tiene muchas apli- caciones, por ejemplo, en especies de difícil propagación como las orquídeas, las cuales pueden ser producidas en masa; o en especies susceptibles a enfermedades, como la papa, ya que pueden crecer libres de virus y otros patógenos al utilizar la micropropagación y la tec- nología de la semilla sintética. Además, esta tecnología provee un método de almacenamiento de germoplas- ma, transporte y utilización de poblaciones vegetales clonales. En suma, la producción de semillas sintéticas ofrece múltiples beneficios sobre la calidad y almace- namiento de las plantas.^3 La producción de semillas sintéticas se erige como una estrategia viable de conservación de plan- tas, para fines de preservación del material genético de innumerables especies vegetales, evitando la pér- dida de muchos recursos naturales. Con este siste- ma, plantas con características deseables pueden ser propagadas, y algunas semillas se pueden sembrar directamente en el campo, manteniendo la uniformi- dad genética; asimismo, pueden ser almacenadas por largos periodos, reduciendo los costos de producción en comparación con los métodos tradicionales de propagación.

una estrategia viable

La tecnología de las semillas sintéticas ha demos- trado ser una estrategia viable para la conservación del germoplasma de plantas, y puede tener múlti- ples aplicaciones tanto científicas como industriales, permitiendo el manejo de los recursos naturales de forma sustentable. Un desafío científico sería encon- trar nuevas matrices para encapsular, adicionando nutrientes o sustancias que permitan la germinación de las plántulas, así como obtener plantas libres de patógenos. Así pues, continúa el avance de las téc- nicas de encapsulación y el potencial para el proceso del encapsulamiento es ya amplio, por lo que es re- comendable encontrar nuevas aplicaciones.

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