- Resumen
- Justificación
- Planteamiento del problema
- Marco teórico y antecedentes
- Diseño metodológico
- Resultados esperados
- Bibliografía
Cultivo in vitro de Gyrocarpus americanus (Hernandiaceae) como alternativa para la recuperación y conservación de la especie en el departamento del Tolima
A pesar de los esfuerzos que se han hecho en el país para la conservación de la biodiversidad, durante muchos años esta ha estado sujeta a la explotación irracional y a la destrucción de los bosques. Muchas especies que poblaron nuestros bosques hoy día se encuentran en parches, se limitan a áreas muy específicas o bien son raras de hallar (Jiménez, 1993) esto nos obliga no solo a mejorar los métodos de conservación sino también a implementar técnicas de propagación como el cultivo in vitro como estrategia de conservación para la explotación comercial sostenible de las especies (Valverde, 2003), por ello se estudiara a Gyrocarpus americanus , una especie de importancia económica y cultural en el departamento del Tolima con el objetivo de establecer un protocolo de propagación in vitro y de esta manera mitigar el impacto que ha generado su uso masivo como materia prima para la elaboración de tamboras en esta región. Se utilizará como material experimental explantes y semillas que serán sometidas a procesos de desinfección y posteriormente sembrados bajo condiciones asépticas en una serie de ensayos para evaluar las condiciones idóneas de multiplicación in vitro, y finalmente su aclimatación en el invernadero. El producto final serán protocolos de cultivo in vitro y desinfección para esta especie.
Pese a los grandes esfuerzos que se llevan a cabo para establecer planes de recuperación y conservación de especies promisorias que han sido explotadas por su potencial económico, no se ha logrado mitigar del todo los problemas que acarrean el uso masivo de estas, debido a esto nace la necesidad de llevar a cabo estrategias que busquen controlar de alguna manera el impacto que causa la acción del hombre sobre las especies que son utilizadas por su potencial económico y productivo En el departamento del Tolima se ha evidenciado un claro ejemplo de esta problemática con el banco volador (Gyrocarpus americanus) una especies que en el pasado tuvo una amplia distribución en los municipios de Espinal , Guamo y en el Tolima, pero que en la actualidad ha venido disminuyendo su población debido a su importante uso en la elaboración de tamboras, instrumentos folclóricos tolimenses, generando esto la perdida de las especies en esta región. Son muy pocas las investigación que se han realizado alrededor de esta especie, esto hace necesario tomar acciones inmediatas en la búsqueda de alternativas que mejoren sus sistemas de producción y la calidad del material de siembra para la regeneración y recuperación de la especie para el departamento, el uso de la biotecnología vegetal ha sido una de las herramientas más utilizada a nivel de laboratorio para la conservación de muchas especies vegetales especialmente el cultivo in vitro y la micropropagación. Las ventajas que ofrecen las técnicas de cultivo in vitro contribuyen enormemente con un mayor conocimiento de éstas, incrementos en sus tasas de reproducción, material clonado y una selección del material de siembra (Valverde 2003). Este trabajo lo que busca es establecer los protocolos de cultivo de tejidos y germinación in vitro de Gyrocarpus americanus con el objetivo de promover la propagación masiva de la especie como instrumento para la recuperación y conservación de poblaciones en el departamento del Tolima y de esta manera mitigar el impacto que tiene su uso en la elaboración de instrumentos culturales, permitiendo su explotaciónl comercial pero también contribuyendo a su conservación.
Pese a los grandes esfuerzos que se han hecho en el país para la conservación de la biodiversidad, durante muchos años ha estado sujeto a la explotación irracional y a la destrucción de los bosques. Muchas especies que poblaron nuestros bosques hoy día se encuentran en parches, se limitan a áreas muy específicas o bien son raras de hallar (Jiménez, 1993). El problema radica en la destrucción acelerada de muchas especies debido a la inconsciente explotación por parte del hombre y a la falta de estrategias para retribuir a la tierra lo que esta nos ofrece, lo que ha llevado a un desequilibrio ecológico y a la perdida de muchas poblaciones de especies nativas y especies promisorias importantes por sus usos económicos, comerciales, entre otros .Ejemplo de ello es el caso del banco volador Gyrocarpus americanus (hernandiaceae), especie pionera de bosque seco y seco pre montano, que años atrás se encontraba bien distribuida en el departamento del Tolima, Espinal, Guamo, y con la cual se fabricaban las tamboras tolimenses, instrumentos musicales que representan la cultura de la región, mas con el tiempo y la acción del hombre dicho árbol se vino diezmando en la región a pesar de los esfuerzos que se han hecho por recuperar la especie. La falta de estudios que se encuentra sobre esta especie, hace necesario tomar acciones inmediatas en la búsqueda de alternativas que mejoren sus sistemas de producción y la calidad del material de siembra para el departamento del Tolima y de esta manera mitigar la disminución de la especie y contribuir en la recuperación, y regeneración de las poblaciones de esta en nuestro departamento y de esta manera aportar para su conservación.
Gyrocarpus americanus Jacq, este miembro de la familia Hernandiaceae fue descrito por Nicolaas Joseph von Jacquin en 1763. Es una especie pionera de bosque seco y seco premontano originaria de Asia, con densidades mayores en sitios pedregosos, claros de bosques secos, la distribución de esta especie va desde el nivel del mar cerca de 900 m. Crece en bosques monzónicos y seco matorral y bosque abierto. Se encuentra en Africa, toda la región del Pacífico América del Sur, Papúa Nueva Guinea, Australia y Asia (Bihrmann, 2006).
El banco volador es un árbol caducifolio que alcanza de 12-30 m de altura y 40-80 cm de diámetro, corteza gris claro a verde o plateada hojas simples, alternas, con pecíolos de 4-30cm de largo, a veces cubiertos de pelillos finos, haz verde oscuro y envés verde claro, ambas superficies finamente pubescentes. Flores verdosas en panículas terminales, ramificadas, con muchas flores machos y pocas flores hembras y bisexuales fruto en sámara con 1.5-2cm de largo con dos alas de 7-8.5cm su dispersión por viento con la ayuda de las alas, presenta una semilla por fruto, estos son en forma de oliva, grande, dura, leñosa, seca y negruzca.
La semilla se recoge de marzo a abril, se puede guardar semilla seca hasta 8 meses en recipientes herméticamente sellados, pero el porcentaje de germinación disminuye notablemente después de 12 meses, sembrada tarda 7-20 días en germinar. Dura de 12-24 semanas en el vivero para alcanzar 30 cm o más de altura. La madera es muy ligera (0.32) y fácilmente trabajable, aunque por su poco peso se requieren herramientas muy afiladas para obtener un acabado satisfactorio (PROCYMAF, 2003).
El cultivo de tejidos es una técnica basada en colocar un fragmento de planta en un recipiente ayudado con soluciones nutritivas artificiales y hormonas vegetales; para propagarla en condiciones o en un medio estéril, es decir en un medio libre de microorganismos, aséptico. Cada fragmento origina una planta idéntica a la que se tomó el fragmento, aunque puede ser modificada genéticamente para tener variedades artificiales.
Para el cultivo de suspensiones celulares de una gran variedad de plantas se ha utilizado el medio MS desarrollado por Murashige y Skoog (1962) A menudo, los medios óptimos para la inducción y crecimiento de callos a partir de explantes primarios no son los mismos que para el establecimiento de suspensiones celulares; el nivel óptimo de auxinas y citocininas, p.ej. puede ser diferente (Torrey et al., 1961). En ocasiones las células en suspensión necesitan de suplementos orgánicos, aminoácidos, CH, ex- tracto de levadura, y AC; la auxina más utilizada es 2,4-D.
Para el cultivo in vitro de células, tejidos u órganos hay una serie de factores que hay que tener en cuenta. El medio de cultivo debe tener los nutrientes necesarios para que las células vegetales puedan desarrollarse con normalidad: sales inorgánicas, una fuente de carbono en el caso de no poder realizar fotosíntesis, vitaminas en algunos casos y fitohormonas.
El medio inorgánico más empleado es la mezcla de sales diseñada por Murashige y Skoog (MS). Este medio se puede completar con glucosa, vitaminas, auxinas y/o citoquininas para el cultivo de distintos tipos de tejidos y células (Del Campo et al, 2007).
Murashige y Skoog o (MS), es un medio de cultivo nutritivo utilizado en los laboratorios para el cultivo de plantas y células vegetales. MS fue inventado por los científicos Toshio Murashige y Skoog Folke K. durante la búsqueda de un nuevo regulador de crecimiento vegetal . Es el medio más comúnmente utilizado en cultivo de tejidos vegetales en experimentos de laboratorio.
El cultivo in vitro de plantas, es una de las herramientas que, permite propagar árboles seleccionados por sus características fenotípicas como: altura, rectitud de fuste, copa y alto rendimiento de madera. Además, esta técnica permite incrementar la tasa de multiplicación que por la vía sexual difícilmente se pueden alcanzar. Otras de las ventajas, es que puede mantener un alto margen de sanidad y estabilidad genética del material propagado por esta vía, sin importar las condiciones ambientales y en espacios más reducidos. Lo que trae como ventaja que se mantienen en flujo constante de material vegetativo durante todo el año, y de esta forma no se entorpecen los programas de reforestación con fines comerciales o de protección (Cruz, 2004).
El cultivo in vitro ofrece una serie de posibilidades y ventajas no solo para la micro propagación y conservación de plantas de interés (George, 2008 citado por Alvarenga, 2010). Estas técnicas constituyen una valiosa herramienta para el establecimiento de sistemas de células en suspensión, con posibilidad de incrementar el rendimiento de los principios activos presentes en las plantas y controlar su producción (Verpoorte y Hoopen, 2006). La propagación vegetativa es un método de reproducción en el cual se ha encontrado respuesta para solventar problemas de disminución de las especies. (Alfaro, 2004).
Con la aplicación de nuevas técnicas, como el cultivo de tejidos -micropropagación, es posible obtener un incremento acelerado del número de plantas por genotipo, reducir el tiempo de multiplicación, aumentar la sanidad del material propagado, multiplicar rápidamente una variedad de la cual existen pocos individuos, además, facilitar el transporte de material de un país a otro debido a las menores restricciones aduaneras con respecto al material in vitro. Además, todo el proceso de multiplicación se lleva a cabo en un espacio reducido e independiente de las condiciones ambientales (Alfaro, 2004).
La experiencia en cultivo de tejidos de G. americanus hasta el momento según la literatura citada es casi nula, es una especie de importancia cultural y económica que años atrás tuvo una amplia distribución en el departamento del Tolima pero que en la actualidad por su uso como materia prima ha sido disminuida su población es por esto que surge la necesidad de implementar técnicas biotecnológicas de cultivo in vitro para la recuperación y conservación de la especie en la región.
10. OBJETIVOS:
10.1 OBJETIVO GENERAL
Establecer el cultivo in vitro de Gyrocarpus americanus para la recuperación y conservación de la especie en el departamento del Tolima
10.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Plantear una metodología de cultivo in vitro eficiente para distintos explantes y semilla de Gyrocarpus americanus.
Establecer el protocolo de desinfección de distintos explantes y semilla de Gyrocarpus americanus.
Determinar cuál de los tratamientos implementados es más eficaz en el cultivo in vitro de la especie.
11. HIPÓTESIS:
El cultivo de tejidos in vitro es una alternativa viable y eficaz para contribuir con la recuperación y conservación de especies que han sido disminuidas debido a su potencial económico y cultural.
Para la consecución del cultivo in vitro de Gyrocarpus americanus será necesario el previo planteamientode los pasos a seguir y los diferentes tratamientos a evaluar en laboratorio. La idea es llevar a cabo la preparación de una planta madre juvenil en invernadero, posteriormente realizar la desinfección de explantes de hoja, tallo de juveniles de Gyrocarpus americanus y posteriormente pasar a la siembra de estos explantes en los distintos tratamientos con el fin de evaluar cuál de todos es el màs eficaz.
Selección planta madre, explantes y semillas
Se seleccionarán en campo 5 semillas de la especie, luego estás se sembrarán en condiciones de invernadero hasta obtener plántulas, luego de dos meses se seleccionará la planta de la cual se extraerán los explantes de meristemos, tallo y hoja.
Desinfección
Posteriormente los explantes y semillas serán lavados con jabón líquido, colocados en una solución de cloruro de calcio Ca(OCl2)2 al 10%, durante 15 minutos y sumergidos en etanol al 70% por 5 minutos.
Fase de establecimiento
En esta parte del cultivo se evaluará cuál es la mejor concentración de citoquininas para el establecimiento de la plántula in vitro, sembrando distintos explantes en los siguientes tratamientos:
MS (testigo)
MS + 0,5 mg/l BAP
MS + 1,0 mg/l BAP
Fase de multiplicación
Con los brotes obtenidos de los explantes del mejor tratamiento de la fase anterior se evaluará cual es la concentración de citoquininas más eficiente para la fase de multiplicación, para lo cual las vitroplantas se colocaron en los siguientes tratamientos:
MS (testigo)
MS + 0,5 mg/l BAP + 0,25 mg/l KIN
MS + 1,0 mg/l BAP + 0,50 mg/l KIN
Fase de enraizamiento in vitro
El objetivo en esta fase será evaluar la mejor concentración de las auxinas a emplearse en el enraizamiento in vitro de los brotes de Gyrocarpus americanus.
MS (testigo)
MS + 0,5 mg/l ANA + 0,5mg/l AIB
MS + 1,0 mg/l ANA + 0,5mg/l AIB
Fase de germinación
Luego de la desinfección e inoculación de la semilla se determinará cuál de los siguientes es el mejor tratamiento para la germinación in vitro de G. americanus.
MS (testigo)
MS + 1,0mg/l BA
MS + 2,0 mg/l BA
En cada fase se utilizará un diseño con tres tratamientos y seis repeticiones. Cada frasco será una repetición,con tres explantes o semillas , a los 15 días se evaluará número de brotes, longitud de brotes y supervivencia.
El pH se ajustará a 5.8, con una temperatura de 25° C, intensidad lumínica adecuada y un fotoperído de 12 horas.
Una vez establecida la metodología de cultivo más eficiente para la especie, se procede a la producción masiva de los materiales para su siembra y evaluación en el campo.
Dentro de los resultados esperados se pretende establecer una metodología eficiente para el cultivo in vitro de la especie, la cual podrá ser adoptada por la comunidad cientìfica, empresas e instituciones.
Así mismo se espera que al final del proyecto se cuente con una técnica para la conservación in vitro de la especie bajo estudio, de manera que se disponga de material valioso para los programas de recuperación, conservación y para la producción con un fin comercial y cultural de la especie.
Una vez que el proyecto finalice formalmente las investigaciones pretenden la divulgación de los resultados mediante publicación en revistas cientìficas, charlas y seminarios dirigidos a la población regional, empresas e instituciones involucradas de manera directa e indirecta con el proyecto.
En fin, esperamos la obtención de buenos resultados en cuanto al porcentaje de brotes o plántulas generadas in vitro a partir de la especificidad y eficacia de uno de los tratamientos. Luego de un mes de monitoreo en el ambiente, de las plantas generadas en el laboratorio, se procederá a trasladar las plantas completas a zonas del departamento, para de esta manera permitir que se recupere el uso de esta especie con fines culturales, la elaboración de tamboras en base a esta materia prima, que sabemos van a beneficiar al sector regional, contribuirán con el medio ambiente y con el sector forestal gracias a las técnicas del cultivo in vitro, lo que facilitará la integración de estas herramientas a la producción además sin duda el desarrollo de este proyecto sirve de base para realizar proyectos similares con otras especies.
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TRAYECTORIA DE LOS INVESTIGADORES
Angélica María Ortiz Medina
Estudiante de Biología VIII semestre
Universidad del Tolima
Gianina Rozo Rey
Estudiante de Biología VIII semestre
Universidad del Tolima
Autor:
Gianina Rozo Rey
Jetsika Montiel Zambrano
Leidy Esther Sánchez Rey
Biotecnología vegetal