Indice1. Introducción 2. Embriogénesis cigótica y somática 3. Tecnología de la semilla artificial 4. Aplicación Práctica 5. Literatura Consultada
La semilla es el vehículo que conecta una generación con otra en gran parte del reino vegetal. Por medio de la semilla, las plantas son capaces de transmitir su constitución genética en forma generacional y por lo tanto las semillas son el medio de multiplicación, almacenaje y dispersión mas adecuado ( 1 ). Son el sistema ideal de propagación; ellas contienen cantidades importantes de sustancias de reservas que aseguran el crecimiento y establecimiento de las plántulas, son quiescentes para minimizar la respiración y maximizar la longevidad y están recubiertas por una testa que permite su manipulación y reduce el ataque de patógenos ( 2 ). En los vegetales existen dos sistemas de propagación: sexual y asexual. En el caso de la reproducción sexual, se forman células reproductoras especializadas, llamadas gametos. La fusión de los gametos masculino y femenino lleva al desarrollo de un embrión y posteriormente a la formación de la semilla ( 1 ). En la reproducción asexual, las nuevas plantas se originan por medio de órganos vegetativos especializados, tales como tubérculos, rizomas, estolones, bulbos, etc.; pero además, lo hacen por otros métodos de propagación como embriogénesis somática natural ( apomixis, embriogénesis adventicia, etc. ), micropropagación y embriogénesis somática in vitro ( 3 ). La embriogénesis somática in vitro es posible ya que virtualmente cualquier tejido somático vegetal tiene la capacidad de desarrollarse en un embrión (totipotencia) a través de la manipulación de las condiciones de cultivo y la aplicación de reguladores del crecimiento. La primera demostración de que las plantas podían producir embriones somáticos in vitro fue publicada en 1958 ( 4 ). En la actualidad, la embriogénesis somática in vitro es un hecho bien establecido en mas de 150 especies de importancia agronómica. Los embriones somáticos se pueden obtener de células vegetativas, de tejidos reproductivos, de embriones cigòticos o de callos producidos de cualquiera de los anteriores ( 5 ). En otras palabras, embriogénesis somática in vitro es el proceso por el cual se forman embriones a partir de células vegetativas. Por lo tanto, los embriones somáticos se desarrollan sin la precedente fertilización, como ocurre en la formación de los embriones cigóticos ( 4 ). A los embriones somáticos les falta la testa y el endospermo, los cuales proveen protección y nutrición al embrión cigótico en las semillas naturales ( 6 ). Entre las ventajas que ofrece la producción de embriones somáticos están: la posibilidad de producir una gran cantidad de embriones ( alta eficiencia de producción ); la característica de bipolaridad que distingue a los embriones como plantas individuales; la similitud en diferentes niveles de organización ( morfológico, fisiológico y bioquímico ) con sus contrapartes sexuales y su capacidad para producir una planta nueva durante los procesos de germinación y conversión ( 7 ). Pero la característica sobresaliente de los embriones somáticos es que se desarrollan de células somáticas y por lo tanto presentan la potencialidad de producir duplicados de un genotipo especifico. Esta característica no solo permite la propagación clonal, tanto en especies propagadas vegetativamente como por semillas; sino también la multiplicación de células somáticas a las cuales se les han introducido genes específicos por ingeniería genética. Los individuos genéticamente modificados pueden ser multiplicados en forma segura y eficiente, evitando los riesgos de la incorporación de genes extraños meióticamente inestables en el resto del germoplasma ( 8 ). La propagación de plantas, a través de la embriogénesis somática, representa el método más eficiente de multiplicación clonal de plantas que se ha desarrollado hasta la fecha ( 6 ). Se puede emplear tanto en especies que se reproducen por semillas como en aquellas de propagación vegetativa ( 9 ).
La semilla artificial se define como la ingeniería de los embriones somáticos que permite su uso en la propagación comercial de plantas ( 10 ).
La tecnología de las semillas artificiales implica el empleo de embriones somáticos encapsulados en una testa sintética protectora. Es un sistema de alta eficiencia de multiplicación y por lo tanto al momento de dominar esta tecnología los costos de producción serán bajos.
Las ventajas inherentes a la semilla artificial son la producción de muchos embriones somáticos y el empleo de técnicas de manejo convencionales de las semillas naturales. Estas semillas artificiales son propágulos clonales de la fuente parental, que tienen la capacidad para ser sembradas directamente en el suelo o germinar in vitro y luego sus plántulas ser transplantadas.
El objetivo de la tecnología de la semilla artificial es desarrollar un sistema de propagación clonal, capaz de almacenar por periodos largos de tiempo propágulos vegetativos y que éstos se transformen en una planta nueva ( 11 ).
Actualmente, la propagación vegetativa es una practica limitada a cultivos de alto valor comercial. Esta practica se podría difundir ampliamente si se logran bajar significativamente los costos de producción de la semilla artificial.
Con el empleo de la semilla artificial se mejoraría la producción de especies propagadas vegetativamente como papa, árboles frutales, vid, etc. También aumentaría la eficiencia de producción de árboles forestales, palma datilera, hortalizas, ornamentales y oleaginosas como el coco y la palma
En leguminosas y gramíneas forrajeras, como alfalfa y dactylis, donde los cultivares son poblaciones heterogéneas y heterocigotas; la semilla artificial permitiría la multiplicación eficiente de plantas sobresalientes ( 5 ). Genotipos de especies de alto valor comercial podrían ser propagados de esta manera, evitando el consumo de tiempo y dinero de los programas de mejoramiento genético para desarrollar líneas parentales. Especies de coníferas con ciclos reproductivos muy largos para producir semillas se podrían beneficiar de esta tecnología. Cultivos autógamos, como soya y algodón, donde la producción de semilla híbrida solo es posible en forma manual; la semilla artificial seria la solución. El empleo de la tecnología de la semilla artificial para obtener semillas híbridas de tomate y sandia sin semilla, donde el costo de la semilla híbrida es muy alto ya que se debe producir manualmente, permitiría el acceso de un gran numero de agricultores a dicha semilla ( 12 ). Finalmente, la semilla artificial puede cumplir funciones de almacenamiento de germoplasma. En especies de propagación vegetativa, la conservación del germoplasma de hace muy difícil y riesgoso; el empleo de embriones somáticos desecados parece el método ideal para conserva este tipo de germoplasma ( 2 ). Dos tipos de semilla artificial han sido desarrollados en el transcurso de esta linea de investigación. En una primera etapa se emplean embriones somáticos hidratados sin protección en la propagación de plantas de alto valor, como las ornamentales, donde la eficiencia de la embriogénesis somática reduce los costos en comparación con la micropropagación que requiere recursos humanos especializados e infraestructura adecuada. Sin embargo, los propágulos eran muy débiles y delicados. Para evitar este problema, embriones somáticos individuales fueron encapsulados en un hidrogel, tal como alginato de calcio. Los embriones son mezclados con alginato de sodio y luego sumergidos en una solución con una sal de calcio para formar cápsulas de alginato de calcio ( 3 ). Estos embriones hidratados y encapsulados pueden ser almacenados usando temperaturas bajas por algunas semanas. La frecuencia de conversión ( porcentaje de embriones somáticos que forman una planta completa ) en vitro para alfalfa fue de 60-90%, mientras que en siembras en invernáculos fue de tan solo 2-10% ( 11 ). La etapa actual de desarrollo es la producción de semilla artificial deshidratada. Este tipo de semilla permite prolongar el periodo de almacenaje por varios años, para ello los embriones somáticos deben ser inducidos a presentar tolerancia a la desecación, para luego bajar el contenido de humedad de la semilla que permita su almacenaje seguro ( 13 ). La producción de semilla artificial desecada se aproxima al ideal, que es la semilla natural ortodoxa. A la fecha, ninguno de los métodos de encapsulacion es completamente satisfactorio. Las cápsulas hidratadas son más difíciles de almacenar, debido a los requerimientos de respiración de los embriones. Un segundo problema de estas cápsulas es que se secan rápidamente, por lo que deben ser almacenadas en un ambiente húmedo o emplear una membrana hidrofóbica. Para ambos métodos de encapsulación, todavía no se ha podido desarrollar un endospermo artificial apropiado. Sé esta estudiando el suministro de carbohidratos y otros nutrientes necesarios en el crecimiento del embrión. Sin embargo, el aspecto más limitante de esta tecnología es la producción de embriones somáticos vigorosos de alta calidad fisiológica. Para que la semilla artificial sea competitiva en el ámbito comercial, sus embriones somáticos deben germinar rápidamente y desarrollar plántulas en frecuencias similares a la semilla natural ( 15 ). De lo anterior se desprende que la producción a gran escala de la semilla artificial debe superar algunos retos. Primero se debe contar con un sistema de embriogénesis somática modelo, el cual sea reproducible en condiciones controladas y que al mismo tiempo se tengan altos niveles de producción de embriones de alta calidad fisiológica ( 16). En segundo lugar se debe caracterizar el germoplasma, ya que la embriogénesis somática es controlada genéticamente. Por ultimo, se requiere del diseño de bioreactores específicos para la producción de embriones somáticos a gran escala y de este modo lograr bajar los costos para que dicha tecnología sea competitiva ( 17 ).
2. Embriogénesis cigótica y somática
Una primera diferencia entre embriones cigóticos y somáticos son sus sistemas de iniciación. Los embriones cigóticos se forman a partir de la unión de los gametos, la doble fecundación y las plantas que se originan son híbridas por la recombinación meiótica de sus genes. Por el contrario, los embriones somáticos se originan de células vegetativas de un único individuo y las plantas resultantes son duplicados genéticos o clones de la planta madre. Sin embargo, tanto los embriones cigóticos como somáticos comparten similar ontogenia. Ambos embriones pasan por los estados globular, torpedo y cotiledonal en especies dicotiledóneas y coníferas ( 18 ) o por los estados globular, escutelar y coleoptilar en monocotiledóneas ( 9 ). No obstante, existen diferencias significativas que limitan su uso como método de propagación. Por ejemplo, especies que son monoembriónicas y producen embriones cigóticos vía un suspensor, generalmente dan origen a embriones somáticos por un sistema evolutivo poco desarrollado donde se forma una masa de tejido embrional ( denominado complejo proembrional ) con múltiples embriones somáticos. Las razones para este retroceso hacia un tipo de desarrollo primitivo son desconocidas ( 8 ). Dicha masa de embriones somáticos se desarrolla en forma asincrónica, de tal forma que múltiples estados de desarrollo embrional están presenten en el cultivo en cualquier momento. Al desarrollarse en diferentes momentos están sujetos a cambios en el régimen nutricional del medio de cultivo. En este ambiente fluctuante desde el punto de vista nutricional, los embriones se vuelven desorganizados, forman nuevas células embriogénicas y de esta manera contribuyen a la asincronía También ocurre una germinación precoz, donde dichos embriones forman solo raíces o tallos; no es una germinación que de origen a una plántula normal. Otro problema es que los embriones somáticos generalmente muestran anormalidades estructurales como cotiledones extras y meristemas apicales pobremente desarrollados ( 18 ). Todos estos problemas se deben a las condiciones de cultivo y no a factores intrínsecos de los embriones somáticos, ya que embriones cigóticos inmaduros al ser removidos de las semillas y cultivados in Vitro presentan similares irregularidades ( 20 ). Otra diferencia significativa entre embriones cigóticos y somáticos, es que a los embriones somáticos les falta la fase de quiescencia ( 21 ). Los embriones cigóticos maduros de las semillas ortodoxas, al llegar a la madurez se deshidratan y entran en un periodo de reposo o quiescencia, que es el principal factor para que las semillas puedan ser almacenadas. Por el contrario, los embriones somáticos continúan creciendo, algunos germinan, otros se vuelven desorganizados y se transforman en tejido proembrional y otros mueren. La falta de una fase de reposo en los embriones somáticos es el mayor obstáculo de su utilización como semilla artificial ( 9 ).
3. Tecnología de la semilla artificial
En esta sección se describirá la tecnología de la semilla artificial de alfalfa ( Medicago sativa L.), ya que es la especie donde se han logrados los mayores avances y por tal motivo ha sido usada como sistema modelo para desarrollar los conceptos y principios de esta tecnología. En consecuencia, se considera pertinente resumir la información generada hasta la fecha ( 2 ).
A.- Producción de embriones somáticos Para inducir la embriogénesis somática se requiere un cambio en el destino de la célula vegetativa (somática). Generalmente, se requiere de un tratamiento inductivo que inicie la división celular y establezca una nueva polaridad en la célula somática ( 6 ). Las auxinas cumplen esta función y en alfalfa se emplea comúnmente el 2,4-D, pero otras auxinas como 2,4,5-T son efectivas ( 6 ). La respuesta de las auxinas es muy compleja; algunas auxinas como ácido indolacético son inefectivos y otros estimulan la formación de callos pero no de embriones somáticos ( ácido clorofenoxiacético ). Compuestos inorgánicos como potasio y compuestos orgánicos como prolina en el medio de cultivo se han empleado para regular la embriogénesis o formación de callos, pero ellos no reemplazan a las auxinas ( 22 ). Un aspecto muy importante de la embriogénesis somática es su control genético ( 23 ). Como en la mayoría de las especies, muy pocas plantas de una población de alfalfa responden al 2,4-D en un medio de cultivo y producen embriones somáticos. La embriogénesis somática es una característica controlada genéticamente y que se hereda sexualmente ( 24 ). Está controlada por dos genes dominantes independientes ( 25 ). En la variedad Rangerlander se identificó un genotipo, denominada RL 34, que es altamente embriogénico y genéticamente estable en cultivos in Vitro ( 6 ). Sin embargo, tienen una serie de características agronómicas indeseables ( susceptible a enfermedades, bajo vigor y rendimiento de semilla ). Por tal motivo, se estableció un programa de selección recurrente con el fin de transferir estos dos genes que controlan la embriogénesis somática en RL 34 a variedades de alfalfa adaptadas de Canadá y USA. Luego de 4 retrocruzamientos en 7 variedades, se encontró una alta frecuencia de estos genes en dichas variedades. La evaluación a campo de este germoplasma mostró individuos con alto potencial de rendimiento de forraje, buena producción de semilla y capacidad combinatoria elevada con otros genotipos ( 26 ).
B.- desarrollo de embriones somáticos Para permitir el desarrollo de embriones somáticos en un medio de cultivo, la suspensión se filtra y la fracción colectada se esparce en un medio de cultivo que le falta reguladores de crecimiento. El filtrado permite la homogenización en tamaño y estado de desarrollo de los embriones somáticos. Aproximadamente a los 4 días posteriores al filtrado, comienzan a aparecer embriones en el estado globular, luego pasan por el estado de corazón y a los 7-10 días se encuentran en el estado de torpedo ( 6 ). Una vez que están en el estado de torpedo, los embriones somáticos comienzan a presentar germinación precoz . Al germinar en este momento, no han tenido suficiente tiempo para almacenar sustancias de reservas o adquirir la tolerancia a la desecación, por lo que estos embriones no entran en el estado de quiescencia. Para evitar estos inconvenientes, los embriones se colocan en un medio con tensión osmótica al incluir 5-6% de sucrosa en lugar del 3% normal; de esta forma se previene la germinación precoz y los embriones siguen su desarrollo. Por lo tanto, los embriones siguen acumulando proteínas y carbohidratos ( 27 ). La acumulación de proteínas de almacenaje se favorece por la inclusión de una fuente de nitrógeno orgánico ( glutamina ) y una fuente de sulfuro inorgánico (sulfato de potasio ) ( 28 ). El estado de maduración final se logra al transferir los embriones a un medio conteniendo ácido abscisico. Este regulador del crecimiento aparentemente inicia un proceso que lleva a la adquisición de la tolerancia a la desecación. Otros tratamientos físicos como frío, calor, tensión osmótica, etc. pueden lograr similar respuesta, presumiblemente debido a que estimulan la síntesis endógena de ácido abscísico Los embriones somáticos, al desarrollarse en un medio de cultivo normal, no pueden acumular las proteínas de reserva 2S y 11S que se encuentran en los embriones cigoticos. La causa de esto es la insuficiencia de nutrientes ( 28 ). Para entender este fenómeno, se debe reconocer que el potencial embriogénico del sistema de medio de cultivo es espectacularmente alto. Por ejemplo, en una caja de Petri se pueden desarrollar al mismo tiempo 900 embriones somáticos en un medio de 25-30 ml. Aquí no hay suficiente N y S para el crecimiento de 900 embriones. Por lo que los medios de cultivos para la fase de maduración deben contener grandes cantidades de glutamina y sulfato . Si los requerimientos de los embriones son satisfechos, tanto por el agregado de estos nutrientes como por la transferencia a un medio nuevo, los embriones somáticos acumulan proteínas de reserva que se aproxima el 50% de la cantidad encontrada en los embriones cigoticos ( 27 ). La proporción de sustancias de reservas que se acumulan en los embriones somáticos es regulada por la relación C:N en el medio de cultivo ( 27 ). Una alta relación C:N incrementa la acumulación relativa de carbohidratos con respecto a las proteínas. Considerando que la nutrición juega un rol crítico en la maduración de los embriones, se debe controlar aquellos factores físicos que tienen influencia en la nutrición, como la densidad de siembra ( número de embriones somáticos por caja de Petri ). En forma similar la intensidad de luz debe ser considerada durante el proceso de desarrollo del cultivo ( 29 ).
C.- Tolerancia a la desecación La tolerancia a la desecación es una característica de los embriones somáticos que debe ser inducida y por lo tanto requiere de un pretratamiento con ácido abscísico u otro factor para lograr la respuesta deseada. El tipo de pretratamiento, la duración de su aplicación y el estado de desarrollo del embrión son factores críticos ( 30 ). El sistema de secado de los embriones tiene una importancia secundaria. Si los embriones son inmaduros, un secado lento durante una semana es lo ideal, pero si predominan los embriones maduros un secado rápido es preferible ( 31 ). Tolerancia a la desecación es una característica cuantitativa y no cualitativa, por lo que los embriones varían en el grado de tolerancia. Esto es particularmente cierto entre diferentes especies, pero también se pone en evidencia con diferentes tratamientos inductivos ( 2 ). Durante el secado los embriones experimentan cambios metabólicos, en particular con el tipo y cantidad de carbohidratos. Antes del secado, los embriones somáticos de alfalfa contienen cantidades importantes de sucrosa, glucosa y fructosa; mientras que luego del secado, las cantidades de glucosa y fructosa disminuyen significativamente ( 32 ). Dada la importancia de estos azucares en el proceso de tolerancia a la desecación en las semillas, estos cambios podrían ser muy significativos ( 33 ). El método de secado en alfalfa consiste en colocar los embriones somáticos en una cámara sellada conteniendo una solución salina saturada que controla la humedad relativa interior ( 31 ). Diariamente, durante una semana, los embriones son transferidos a cámaras con humedades relativas progresivamente mas bajas y finalmente se secan en condiciones de laboratorio. En este momento los embriones somáticos han alcanzado un contenido de humedad de 10-15 % y de este modo pueden ser almacenados por un periodo de tiempo superior al año, sin que se afecte significativamente su viabilidad ( 32 ).
D. – Encapsulado Los materiales usados para encapsular los embriones somáticos son análogos a la testa de las semillas naturales ( 9 ). Las testas sintéticas no solo deben cumplir la función de protección física de los embriones somáticos, sino que además deben permitir que dichas cápsulas contengan nutrientes, antibióticos, funguicidas, microorganismos, etc. como elementos que favorecen la germinación y posterior sobrevivencia de la plántula( 5 ). El encapsulado de los embriones somáticos permite además el manipuleo y empleo de equipos convencionales de siembra ( 10 ). Dos tipos de encapsulación han sido desarrollados: hidratado y seco. Para ciertas especies hortícolas, que deben ser sembradas en el invernadero previo a ser transplantadas, embriones somáticos no quiescentes colocados en una cápsula hidratada puede ser la solución. Tal encapsulación suministra protección a los embriones somáticos y permiten un conveniente manejo similar a las semillas naturales. Para este tipo de encapsulación se emplea alginato de calcio y ha tenido éxito en varias especies; sin embargo, el establecimiento permanece bajo todavía ( 14 Los estudios de encapsulación con hidrogeles como el alginato han sido pioneros en el desarrollo de la tecnología de semillas artificiales, la información que se ha generado sientan las bases para buscar nuevas alternativas que hagan más cercano el concepto de " semilla somática " ( 34 ). Este método tiene el inconveniente de la capacidad de almacenaje, no se han podido lograr periodos de almacenaje superiores a los 30 días. La forma de semilla artificial que más se asemeja a la semilla natural en sus cualidades de almacenaje y manejo es la utilización de embriones somáticos quiescentes y desecados en cápsulas simulando una testa. En este sistema se trata de hacer todavía más semejante la fisiología y bioquímica de los embriones somáticos con los sexuales. En zanahoria se ha desarrollado dicho método, donde se emplea una resina plástica soluble llamado Polyox ( 35 ). Un medio de cultivo rico en embriones somáticos se mezcla con Polyox y se secan con aire estéril en condiciones ambientales de temperatura y humedad relativa. El secado es rápido, se alcanza el equilibrio en aproximadamente 4 horas. Solo los embriones encapsulados en Polyox sobreviven al secado; embriones somáticos sin encapsular no sobrevivieron al secado.
E.- germinación, conversión y vigor Si bien los embriones somáticos pueden ser secados y alcanzar contenidos de humedad del 10-15%, ser almacenados por varios meses; cuando se ponen a imbibir y germinar, el vigor de las plántulas de estos embriones somáticos es muy inferior al vigor de las plántulas de semillas naturales ( 6 ). La razón de este bajo vigor no esta claro, pero existen varias explicaciones posibles. A los embriones somáticos secos les puede faltar proteínas de reserva o algún otro requerimiento esencial para el desarrollo de las plántulas. Incrementos en el nivel de proteínas de reserva han mejorado el vigor ( 36 ). Los embriones somáticos almacenan almidón y sucrosa, mientras que las semillas naturales almacenan una hemicelulosa en las paredes celulares llamada galactomanana. En un principio se pensó que los carbohidratos no estaban disponibles para la germinación de los embriones somáticos, sin embargo, se observó que las reservas de almidón y sucrosa en los embriones somáticos eran rápidamente consumidas luego de la germinación ( 37 ). El consumo de agua de los embriones somáticos secos es muy rápido en comparación a las semillas naturales. Debido a que los embriones somáticos les faltan una testa, no hay una barrera que controle el consumo de agua. Por lo que otra posible causa del vigor bajo de las semillas artificiales son los daños ocurridos durante el proceso de imbibición. Otra causa que influye significativamente en el pobre vigor de las plántulas es el desarrollo anormal de la plúmula. En el proceso de germinación de embriones somáticos se deben diferenciar dos términos: " germinación " que es definida como el proceso que culmina con la potrusión de la radícula y " conversión " que es la emergencia de la radícula y el tallo. Raramente un embrión somático da origen a una plántula con parte aérea sin raíces; pero la emergencia de la radícula sin la plúmula es muy común. Esto nos estaría indicando que los meristemas radiculares son más resistentes al proceso de desecación que los meristemas apicales. Por lo que si bien los porcentajes de germinación entre semillas naturales y embriones somáticos secos son muy similares; los porcentajes de conversión son mucho más bajos en embriones somáticos ( 37 ). Aunque las proteínas y carbohidratos de reservas son hidrolizados rápidamente en el proceso de imbibición, la germinación de embriones somáticos en un medio con nutrientes, origina plántulas sustancialmente más vigorosas ( 38 ). Se piensa que uno de los principales factores que limita el desarrollo de las semillas artificiales es probablemente la disponibilidad de nutrientes. Para superar este problema, los embriones somáticos deben poseer su propia fuente de nutrientes ( alto contenido de proteínas y carbohidratos de reserva) o proporciónaselos en forma endógena a través de un endospermo artificial ( 6 ).
F.- producción comercial La automatización de la producción de semilla artificial permitiría reducir los costos de producción y por lo tanto ser competitiva con la semilla natural ( 8 ). La producción de semilla artificial puede ser dividida en etapas, cada una de las cuales son factibles de automatización. Etapas : 1º.- Crecimiento de células embriogénicas en un medio de cultivo. 2º.- Selección de embriones somáticos 3º.- Encapsulado y deshidratación Para la primer etapa se debe contar con sistemas de embriogénesis somática bien desarrollados y reproducibles cien por cien, que incluyan la producción de embriones somáticos de alta calidad a gran escala por medio de bioreactores El empleo de bioreactores para la producción a gran escala de embriones somáticos permite el control simultaneo del pH, la concentración de oxigeno, de otros gases, el potencial de oxido-reducción del medio, la temperatura y el mezclado. Los bioreactores además permiten la cosecha continua de embriones somáticos del medio de cultivo. Minimizan la contaminación y maximizan la homogeneidad del cultivo ( 10 ). Un gran numero de embriones somáticos pueden ser multiplicados en la masa de cultivo ( un gramo de inoculo origina 2300 embriones somáticos en Dactylis glomerata) de un bioreactor. Para la segunda etapa es posible desarrollar equipos de clasificación basados en la tecnología de la máquina de visión, ya que los embriones somáticos se ajustan dentro de un rango discreto por su tamaño y forma ( 8 ). Tales máquinas deberán permitir la elección de embriones somáticos de alta calidad. Finalmente, la automatización del encapsulado y deshidratación es factible de lograr en forma simultánea con el empleo de una testa sintética osmóticamente activa. Los embriones hidratados se colocarían en dicho material y comenzarían a perder agua durante el proceso de endurecimiento de la cápsula. El contenido de humedad final de las semillas artificiales se controlaría por medio de la composición de la mencionada testa sintética ( 9 ).-
La semilla artificial al combinar el sistema de propagación vegetativa ( multiplicación clonal ) con la capacidad de almacenaje a largo tiempo tiene diversas aplicaciones en la agricultura ( 3, 8 ). La aplicación de este sistema en la producción de semilla híbrida de alfalfa ha sido discutida en detalles ( 4, 6 ). La semilla artificial ofrece la oportunidad de almacenar plantas genéticamente heterocigotas o plantas sobresalientes con una única combinación de genes que no podrían ser mantenidas por métodos convencionales de producción de semillas debido a la recombinación genética que existe en cada generación de multiplicación de semillas ( 9 ). Muchas especies son estériles y no producen semillas. La embriogénesis somática puede ser una alternativa con relación a los esquejes para propagar este tipo de plantas. Otras especies, en particular algunas tropicales, producen semillas recalcitrantes que no pueden ser secadas. En consecuencia, el almacenaje de larga duración en bancos de germoplasma en estas especies no es posible. La semilla artificial puede ser una alternativa en la medida que se conozca más el mecanismo por el cual este tipo de semillas no presenta tolerancia a la desecación ( 33 ). En especies autógamas, donde la producción de semilla híbrida es difícil y muy cara, la tecnología de la semilla artificial ofrece muchas ventajas y oportunidades ( 12 ). Una de las limitantes del método de micro propagación es que deben estar en un mismo sitio físico los laboratorios de cultivo de tejidos y los invernaderos, ya que la producción de propágulos debe ser sincronizada en aquellos periodos de máxima demanda del mercado. La producción de semilla artificial en estas especies no implicaría ligar las instalaciones del laboratorio con los invernáculos ( 8 ).
Especies ornamentales El mercado de las especies ornamentales implica un movimiento anual de dinero muy importante. El alto costo de producción de estas especies esta dado por la laboriosidad de la micro propagación y la mano de obra necesaria en las etapas posteriores de multiplicación y producción. El empleo del sistema de embriogénesis somática en estas especies reduciría significativamente los costos de mano de obra.
Especies hortícolas En ciertas especies hortícolas se emplea semillas híbridas de alto costo y por lo tanto el valor por planta es muy alto. Por ejemplo, en tomate y sandia sin semillas se emplean semillas híbridas de muy alto costo. El motivo de este alto costo es que las polinizaciones se realizan en forma manual, requiriéndose un alto consumo de mano de obra. En otras especies se emplea la reproducción vegetativa que también consume mucho tiempo, espacio y mano de obra. El empleo de la tecnología de la semilla artificial reduciría considerablemente los costos, al reducir la mano de obra necesaria, el tiempo y el espacio ( 41 ).
Coníferas Las especies forestales coníferas pueden ser propagadas en forma económica a través de semillas. Los programas de mejoramiento genético convencionales en estas especies consumen mucho tiempo ya que el ciclo de vida de las coníferas es muy largo. Los montes de coníferas son muy heterogéneos ya que la semilla de individuos sobresalientes no necesariamente da origen a una progenie mejorada. La semilla artificial ofrece la posibilidad de clonar aquellos árboles sobresalientes a costos razonables y en un tiempo mínimo ( 9 ).
Cultivos industriales En el ámbito comercial es muy difícil producir semilla híbrida a bajos costos en especies como algodón ( Gossypium hirsitum L.) y soya ( Glicine max Merril .) debido a que presentan flores cleistógamas y con problemas de abscisión. Por lo que la semilla que se emplea actualmente en estas especies proviene de autopolinizaciones. Sin embargo, semilla híbrida en pequeñas cantidades se produce en forma muy laboriosa por medio de la polinización manual. Este pequeño volumen de semilla híbrida podría ser multiplicado en forma masiva a través de la tecnología de la semilla artificial. De esta forma, el vigor híbrido podría ser utilizado a nivel comercial al originarse una reducción importante de costos ( 42 ).
Especies forrajeras La siembra de semilla de variedades sintéticas es una práctica común en especies forrajeras como alfalfa ( Medicago sativa L. ) y orchargrass ( Dactylis glomerata L.). Tales variedades provienen de la selección y entrecruzamiento de líneas fenotípicamente uniformes, pero distintas genotípicamente. Estas líneas al cruzarse libremente año tras año para producir semillas, originan poblaciones heterocigotas y heterogéneas. El empleo de la semilla artificial permite la multiplicación de genotipos sobresalientes y genéticamente uniformes, ya que por este método no es necesario que anualmente se efectué la polinización cruzada ( 6 ).
Frutales La gran mayoría de las especies frutales se propagan vegetativamente debido a la presencia de autoincompatibilidad y a los ciclos de mejoramiento genético muy largos. El empleo de la semilla sintética facilitaría su propagación. Sin embargo, la mayor utilidad de la semilla artificial estaría en la conservación del germoplasma de estas especies ( 43 ). Actualmente se mantienen bancos de germoplasma como plantas vivas en el campo. Este método de conservación es muy caro y peligroso, ya que esta expuesto a los desastres naturales. El uso de semilla artificial permitiría conservar estos clones en un pequeño espacio, en condiciones controladas ( cryopreservación) y sin el peligro de los desastres naturales. Además, este sistema de conservación de germoplasma seria particularmente útil en especies tropicales donde las medios de conservación son inadecuados o inexistentes. La vid ( Vitis spp.) es un ejemplo práctico de este sistema de conservación.
Cereales En especies alógamas como el maíz donde la producción de semilla híbrida es una práctica muy difundida. La creación de híbridos a través de un programa convencional de mejoramiento genético consume mucho tiempo y recursos en la obtención y mantenimiento de las líneas parentales adecuadas. Una posibilidad es el empleo de la semilla artificial para propagar aquellos genotipos sobresalientes sin la necesidad de generar líneas parentales costosas en tiempo y dinero. Esto podría facilitar la comercialización de nuevos híbridos y estimular el surgimiento de nuevas empresas semilleras, ya que seria posible producir nuevos híbridos sin la necesidad de tener un gran volumen de líneas parentales ( 9 ). En especies autógamas como trigo, cebada y avena donde la producción de semilla híbrida a nivel comercial no es posible por los altos costos de producción, la semilla artificial permitiría difundir la semilla híbrida. En este caso, se producirían pequeñas cantidades de semilla híbrida en forma manual y luego, con la tecnología de la semilla artificial se realizaría la multiplicación masal ( 44 ).
Recuperación de la flora autóctona En nuestro planeta cada vez son mas las especies que están en proceso de desaparición por el manejo inconsciente del ser humano. Aumenta la tala indiscriminada de las selvas, aumenta la desertificación, desaparecen bosques, etc. Muchas de estas especies nativas no se pueden propagar vegetativamente o producen muy bajas cantidades de semillas. Por tal motivo la semilla artificial es una alternativa para estas especies ( 45 ). Por ejemplo, en Australia ( 46 ) se ha logrado obtener eucaliptos tolerantes a los suelos salinos. Estos eucaliptos no pueden multiplicarse por estacas ni por semillas verdaderas. Una opción es la tecnología de la semilla artificial.-
Transgénicos Los cultivos provenientes de plantas genéticamente modificadas han experimentado un gran auge en los ultimos años. Existe poca información de lo que ocurre con estos organismos genéticamente modificados en su proceso de reproducción sexual. Cabe la posibilidad que durante su multiplicación sexual, los genes introducidos de otras especies, sea inestables meióticamente y se pierdan. Con el empleo de la tecnología de la semilla artificial se evitarían tales riesgos. En forma similar, esta tecnología se podría emplear en la propagación de híbridos somáticos y citoplásmicos ( obtenidos a través de la fusión protoplásmica ) y en genotipos estériles e inestables ( 44 ).
5. Literatura Consultada
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Autor:
Alberto Artola