2023.08.03.9
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Influencia de las condiciones de iluminación sobre el establecimiento in vitro de yemas de Solanum tuberosum L. var. Cecilia.
Influence of lighting conditions on the in vitro bud set of Solanum tuberosum L. var. Cecilia.
Silva– Agurto Catherine1*
, Michel Leiva Mora2, Nayeli Sanchez Ortiz3 and Danny del Castillo Bastidas3
, Michel Leiva Mora2, Nayeli Sanchez Ortiz3 and Danny del Castillo Bastidas31* Laboratorio de Biotecnología. Departamento de Agronomía, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Técnica de Ambato.
2 Laboratorio de Biotecnología. Departamento de Agronomía, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Técnica de Ambato.
3 Estudiante de la Maestría de Agronomía Mención Nutrición Vegetal cohorte 2022, Universidad Técnica de Ambato.
3 Estudiante de la Maestría de Agronomía Mención Nutrición Vegetal cohorte 2022, Universidad Técnica de Ambato
* Correspondence: [email protected]; Tel.: +593 998969778.
Available from: http://dx.doi.org/10.21931/RB/2023.08.03.9
RESUMEN
La micropropagación in vitro es una importante herramienta biotecnológica para la producción masiva de plantas, existen varios factores que irtervienen en el desarrollo las plantas in vitro como el medio de cultivo, fitohormonas y condiciones de iluminación. El presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto de condiciones de iluminación sobre el establecimiento in vitro de yemas de S. tuberosum Var. Cecilia. Se utilizaron brotes de tubérculos previamente desinfectados y se sembraron en un medio de cultivo compuesto por MS + 20 g.L⁻¹ de sacarosa + 7 g.L⁻¹ de agar y se expusieron a diferentes condiciones de iluminación, se determinó el número de nudos, número de hojas, número de brote, altura de planta, porcentaje de establecimiento y porcentaje de contaminación. A los 30 días la luz blanca fluorescente total y 12 h luz natural + 12 h oscuridad mostraron una mayor altura de planta, mientras que las condiciones de iluminación no mostraron efecto sobre el número de nudos, número de hojas, número de brotes por planta, porcentaje de establecimiento y porcentaje de contaminación. En base a los resultados del presente trabajo se concluyó que tanto la luz blanca fluorescente total y 12 h luz natural + 12 h oscuridad favorecieron el establecimiento in vitro.
Palabras clave: brotes, crecimiento, luz, oscuridad.
ABSTRACT
In vitro, micropropagation is an essential biotechnological tool for the mass production of plants. Several factors influence in vitro plant development, such as the culture medium, phytohormones, and illumination conditions. The present work aimed to evaluate the effect of illumination conditions on the in vitro establishment of buds of S. tuberosum Var. Cecilia. Previously disinfected tuber shoots were sown in a culture medium composed of MS + 20 g.L⁻¹ sucrose + 7 g.L⁻¹ agar and exposed to different illumination conditions. The number of nodes, the number of leaves, the number of shoots, plant height, percentage of establishment and percentage of contamination were determined. At 30 days, total fluorescent white light and 12 h natural light + 12 h darkness showed a greater plant height, while the lighting conditions showed no effect on the number of nodes, number of leaves, number of shoots per plant, percentage of establishment and percentage of contamination. Based on the results of the present work, it was concluded that both total white fluorescent light and 12 h natural light + 12 h darkness favored in vitro establishment.
Keywords: darkness, growth, light, sprouts.
INTRODUCCIÓN
La micropropagación in vitro es una herramienta que se ha convertido en una alternativa para producir plantas masivamente y satisfacer las necesidades alimenticias de la población actual1. La papa S. tuberosum es uno de los cultivos más importantes a nivel mundial y ventajosamente ha sido una de las primeras especies vegetales en ser desarrolladas por la Biotecnología, esto ha permitido resolver problemas prácticos relacionados con el manejo y su fitomejoramiento. El primer enfoque biotecnológico utilizado para eliminar virus de clones de papa infectados sistémicamente fue posiblemente el cultivo de meristemas; con el paso de los años esta técnica ha sido combinada con la micropropagación in vitro para la producción de semillas sanas y libres de cualquier agente fitopatógeno2, cabe recalcar que debido a la rápida multiplicación de clones sanos se considera como una parte fundamental para la producción de semillas en varios países3.
La microproagación in vitro es un método en el cual el material vegetal se replica a través de explantes, entre los principales factores que intervienen en este proceso se pueden mencionar el medio de cultivo, reguladores de crecimiento, asepsia, pH, condiciones de iluminación, tipo de explante, etcétera4. La luz es uno de los factores ambientales más indispensable para el crecimiento de la papa, debido a que el crecimiento celular, la morfogénesis y la microtuberización de la papa in vitro dependen de la luz; los niveles de irradiación pueden provocar plantas in vitro etioladas y cloróticas, mientras que la calidad de luz influye en su morfología5.
La luz interviene en la actividad de las fitohormonas puesto que estas sustancias químicas necesitan de condiciones de iluminación específicas para un correcto funcionamiento, su regulación y metabolismo dependen considerablemente de la intensidad lumínica6; además, los cambios morfológicos y fisiológicos de la planta asimismo dependen de la intensidad y calidad de la luz, al estar regulados por las fitohormonas, debido a la interacción que existe entre la intensidad de la luz, las auxinas y citoquininas endógenas, que directa o indirectamente intervienen en la expansión celular, callogénesis, proliferación de brotes, formación de raíces y actividad fotosintética7.
Hasta la actualidad, se han utilizado diversos tipos de fuentes de luz, como las lámparas fluorescentes, lámparas de vapor de sodio a alta presión, luces led. Las lámparas fluorescentes proporcionan un amplio espectro de luz y son las más utilizadas para la producción de plantas in vitro, sin embargo, presentan inconvenientes como el alto consumo energético, radiación inestable y emisión de calor8. La implementación de luces LED en el cultivo in vitro es una alternativa a los sistemas convencionales de iluminación, mejoran eficientemente la micropropagación y reducen los costos de producción9, la sustitución de lámparas fluorescentes por luces LED puede reducir hasta en un 50% los costos y consumos anuales de electricidad10.
La papa es una planta que en el sistema in vitro requiere de un fotoperiodo de 16 horas de luz y 8 horas de oscuridad, este fotoperiodo es necesario para los procesos fotosintéticos adecuados11. En cuanto a la proporción adecuada de luz roja y luz azul autores manifiestan que las proporciones que oscilan entre 1:3 y 3:1 son las adecuadas para la mayoría de las plantas12,13. Sin embargo, su utilización individual también muestra efectos positivos en relación al grosor de hojas, diámetro de tallo y peso de tubérculos14.
En base a la problemática anterior, la presente investigación se propuso evaluar el efecto de diferentes condiciones de iluminación en el establecimiento in vitro de yemas de S. tuberosum Var. Cecilia para determinar su efecto en el número de nudos, número de hojas, número de brotes por planta, altura de la planta, porcentaje de establecimiento y porcentaje de contaminación.
MATERIALES Y MÉTODOS
El experimento se realizó en el Laboratorio de Biotecnología Vegetal de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Técnica de Ambato, ubicado en el cantón Cevallos, provincia de Tungurahua, en el período comprendido de abril-septiembre 2022.
Material vegetal
Se seleccionaron yemas de los tubérculos y cortaron con un bisturí, se colocaron en un frasco esterilizado. El protocolo de desinfección consistió en sumergir las yemas en una solución de etanol al 70% por 30 segundos, luego se sumergieron en una solución de hipoclorito de sodio al 2% por 15 minutos y se realizaron tres enjuagues con agua destilada estéril. Una vez desinfectadas las yemas se colocaron en una placa y se cortaron explantes de 2 nudos, para luego colocarlos en un frasco.
Tabla 1. Tratamientos utilizados en el experimento.
Los explantes se cultivaron en medio MS + 20 g.L⁻¹ de sacarosa y 7 g.L⁻¹ de agar, el pH se ajustó a 5.9, se sembró un explante por tubo de ensayo.
Evaluaciones
Se determinó el número de nudos, número de hojas, número de brotes por planta, altura de la planta, porcentaje de establecimiento y porcentaje de contaminación a los 15 y 30 días del ensayo.
Diseño experimental y análisis estadístico
Se utilizó un diseño completamente al azar. Los datos obtenidos de las variables se registraron en el paquete SPSS versión 26.0, se comprobaron si presentaban distribución normal por medio de la prueba de Kolmogorov Smirnov y la homogeneidad de varianza mediante la prueba de Levene. Para las variables que no cumplieron con estos requerimientos, se utilizó la prueba de Kruskal Wallis completada con una prueba de U Mann Whitney. Para un nivel de significación de un 95%.
RESULTADOS
A los 15 y 30 días del ensayo se observó que no existieron diferencias estadísticas significativas sobre el establecimiento in vitro de segmentos nodales de S. tuberosum Var. Cecilia sobre las variables número de nudos y número de hojas por planta; sin embargo, a los 30 días los explantes expuestos a luz blanca fluorescente total y 12 h luz natural + 12 h oscuridad mostraron una mayor altura (Tabla 2 y Figura 1).
Tabla 2. Efecto de las condiciones de iluminación sobre el número de nudos, número de hojas y altura de planta en el establecimiento in vitro de yemas de S. tuberosum a los 15 y 30 días.
Rangos promedios que en una misma columna tengan letras no comunes, difieren según la prueba de Kruskal Wallis complementada con la prueba U de Mann Whitney para p<0,05 con n=10.
Con relación a las variables número de brotes por explante, porcentaje de contaminación y porcentaje de establecimiento, a los 15 y 30 días del ensayo no mostraron diferencias estadísticas significativas entre las condiciones de iluminación (Tabla 3 y Figura 1).
Tabla 3. Efecto de las condiciones de iluminación sobre el número de brotes, porcentaje de establecimiento y porcentaje de contaminación en el establecimiento in vitro de yemas de S. tuberosum a los 15 y 30 días.
Figura 1. Yemas de S. tuberosum Var. Cecilia establecidas in vitro bajo condiciones: Oscuridad total (A), luz blanca fluorescente total (B) y 12 horas luz natural + 12 horas oscuridad (C) a los 15 y 30 días.
DISCUSIÓN
La luz es uno de los factores principales dentro del cultivo de tejidos vegetales, de ello depende el crecimiento y desarrollo de las plantas15; la iluminación artificial es clave en la producción de plantas in vitro, siendo las más utilizadas las lámparas fluorescentes, éstas emiten luz omnidireccionalmente lo cual permite obtener una gran uniformidad lumínica16. La utilización de lámparas fluorescentes de luz blanca cálida indujo una mayor altura en planta, área foliar y peso fresco y seco de plantas de Cucumis sativus L., mientras que la luz blanca fluorescente fría produjo un mayor grosor en los tallos17. En la presente investigación la luz blanca fluorescente mostró una mayor altura de las plantas de S. tuberosum a los 30 días.
Autores han señalado que los explantes de S. tuberosum expuestos a condiciones de luz total mostraron los mejores resultados para las variables longitud de brote, número de raíces y hojas en comparación con los explantes mantenidos en condiciones de oscuridad total o temporal, también cabe mencionar que las condiciones de oscuridad ocasionaron que las plantas tuvieran un menor número de raíces, hojas y longitud18. Los resultados obtenidos en esta investigación, demostraron que la mayor longitud de planta se obtuvo con la exposición a luz blanca fluorescente total; además, las plantas en oscuridad tuvieron una menor longitud y se tornaron cloróticos y etiolados.
Mientras que, otros autores señalaron que todos los fatores de crecimiento medibles a excepción del número de hojas y nudos obtuvieron los mejores resultados al mantener los explantes por 30 días expuestos a condiciones de luz solar (con un fotoperiodo de 16 horas luz y 6 horas de oscuridad)19. También se menciona que el fotoperiodo de 16 horas luz favorece la regeneración in vitro y establecimiento de brotes de S. tuberosum20. Del mismo modo, para la microtuberización in vitro se observó que 16 horas de luz con 8 horas de oscuridad fue el fotoperiodo más recomendable, seguido de las condiciones completas de oscuridad21.
En algunas investigaciones se ha señalado que la simulación del espectro solar mediante iluminación artificial LED permitió el desarrollo de plantas con mayor longitud, entrenudos más largos y mayor uniformidad en la longitud de entrenudos por planta22. Los resultados obtenidos indicaron que en las plantas que se expusieron a luz natural también se favoreció la variable altura.
Por otra parte, la luz es un elemento esencial para el crecimiento y desarrollo de plantas en el sistema in vitro, en su ensayo probaron diferentes colores de luz LED y encontraron que la luz roja es superior a la luz blanca pues existió un incremento significativo en la longitud de la planta y grosor de las raíces23. Los resultados mostraron que la combinación de la luz roja y azul aumentaron el masa fresca, masa seca, el diámetro del tallo, el número de láminas, el área foliar, el peso específico de la hoja y el índice de salud de plántulas de patata in vitro25.
CONCLUSIONES
Con el uso de la luz blanca fluorescente total y 12 h luz natural + 12 h oscuridad se logró una mayor altura de las plantas lo cual beneficia el establecimiento in vitro de yemas de Solanum tuberosum L. Var. Cecilia. El uso de oscuridad total en los explantes fue perjudicial al producir plantas cloróticas y con una menor altura.
Contribuciones de los autores: Conceptualización, Catherine Silva Agurto, Metodología, Catherine Silva Agurto y Michel Leiva Mora, software, Catherine Silva Agurto y Nayeli Sánchez Ortiz, validación, Catherine Silva Agurto y Danny del Castillo Bastidas, análisis formal, Catherine Silva Agurto y Danny del Castillo Bastidas; investigación, Catherine Silva Agurto y Michel Leiva Mora; recursos, Michel Leiva Mora, Catherine Silva Agurto y Nayeli Sánchez Ortiz, curado de datos, Michel Leiva Mora, Catherine Silva Agurto; redacción—redacción borrador original, Michel Leiva Mora, Catherine Silva Agurto; redacción, revisión y edición, Michel Leiva Mora, Catherine Silva Agurto, Nayeli Sánchez Ortiz y Danny del Castillo Bastidas; supervisión, Catherine Silva Agurto; administración del proyecto, Michel Leiva Mora, adquisición del financiamiento, Michel Leiva Mora y Catherine Silva Agurto; Todos los autores han leído y están de acuerdo con la versión publicada del manuscrito.
Agradecimientos: Agradecemos al apoyo ofrecido por la coordinadora de investigación Deysi Alexandra Guevara Freire y a las autoridades de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Técnica de Ambato, así como a la Dirección de Investigación y Desarrollo (DIDE-FCAGP) por reconocer y brindar el apoyo a los esfuerzos realizados en este proyecto, mismo que fue autofinanciado por la Ingeniera Catherine Silva Agurto y el Doctor Michel Leiva Mora.
Conflictos de interés: “Los autores declaran no tener conflicto de interés”.
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Received: 28 May 2023/ Accepted: 15 July 2023 / Published:15 September 2023
Citation: Silva Agurto C, Leiva Mora M, Sanchez Ortiz N, del Castillo Bastidas D. Influencia de las condiciones de iluminación sobre el establecimiento in vitro de yemas de Solanum tuberosum L. var. Cecilia. Revis Bionatura 2023;8 (3) 9. http://dx.doi.org/10.21931/RB/2023.08.03.9