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ARTÍCULO ORIGINAL
Biotecnología
Vegetal Vol. 14, No. 4: 205 - 213, octubre - diciembre, 2014
ISSN 2074-8647, RNPS: 2154 (Versión electrónica)
Instituto de Biotecnología de las Plantas. UCLV. MES.
Efecto de mezclas de sustratos en la fase de conversión de plantas
de Coffea arabica L. cv. `Caturra rojo' obtenidas por embriogénesis
somática
Effect of substrates mixtures on conversion phase of Coffea arabica L. cv. `Caturra rojo' plants obtained by somatic embryogenesis
Raúl Barbon1*, Hien Nguyen Thi2, Alina Capote1, Manuel de Feria1, Anabel Pérez1, Leonardo Rivero1, Michel Leiva2, Ortelio Hurtado1 *Autor para correspondencia
1Instituto
de Biotecnología de las Plantas. Universidad Central Marta Abreu de Las
Villas. Carretera a Camajuaní km 5.5. Santa Clara, Villa Clara, Cuba.
CP 54 830 e-mail: raulb@ibp.co.cu
2Facultad
de Ciencias Agropecuarias. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas. Carretera
a Camajuaní km 5.5. Santa Clara, Villa Clara, Cuba. CP 54 830
RESUMEN
El desarrollo de la embriogénesis somática de cafeto (Coffea spp.) en medios de cultivo líquido es una alternativa viable para la propagación de esta especie pero se requiere incrementar los porcentajes de conversión en plantas. El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de sustratos, elaborados con mezclas de humus de lombriz y zeolita, en la fase de conversión de plantas de Coffea arabica L. cv. `Caturra rojo' obtenidas por embriogénesis somática. Se conformaron cuatro tratamientos (85% humus de lombriz-15% Zeolita, 75% humus de lombriz-25% Zeolita, 65% humus de lombriz-35% Zeolita, 50% humus de lombriz-50% Zeolita) y se evaluó: la altura de las plantas, el número de pares de hojas, longitud de la raíz principal, masa fresca y masa seca. Se alcanzó una alta supervivencia de las plantas procedentes de embriogénesis somática en los diferentes tratamientos, superior al 89.0%. En los sustratos con mayor contenido de humus de lombriz se obtuvieron los mayores valores para las variables evaluadas.
Palabras clave: adaptación ex vitro, embrión somático, humus de lombriz, zeolita
ABSTRACT
The development of somatic embryogenesis of coffee (Coffea spp.) in liquid culture medium is a viable alternative for the propagation of this specie, but high conversion rates are required. The aim of this paper was to determine the effect of substrates elaborated with a mixture of natural zeolite and vermicompost on conversion phase of Coffea arabica L. cv. `Caturra rojo' plants obtained by somatic embryogenesis. Four treatments were used (85% vermicompost -15% zeolite, 75% vermicompost -25% zeolite, 65% vermicompost -35% zeolite, 50% vermicompost -50% zeolite). It was evaluated the plant height, pair leaf number, principal root length, fresh weight and dry weight. It was achieved high survival of plants from somatic embryogenesis in the different treatments, over 89.0%. The mixtures with higher content of vermicompost allowed better results in all the variables evaluated.
Keywords: ex vitro adaptation, somatic embryo, vermicompost, zeolite
INTRODUCCIÓN
El café es uno de los productos agrícolas más importantes a nivel mundial y ocupa el segundo lugar en el comercio internacional, después del petróleo. Como cultivo abarca aproximadamente 10.2 millones de hectáreas en más de 80 países sobre todo en las regiones tropicales y subtropicales de África, Asia y América Latina (FAOSTAT, 2013).
La aplicación de la embriogénesis somática en este cultivo puede contribuir a la multiplicación acelerada de plantas de gran potencial y reducir los costos de producción de posturas (de Rezende et al., 2012).
La embriogénesis somática de cafeto (Coffea spp.) es un tema que ocupa a varios laboratorios en todo el mundo. La producción de embriones somáticos en biorreactores, su germinación en Sistemas de Inmersión Temporal (SIT), la crioconservación y el mejoramiento genético han estado entre las principales temáticas de investigación (Santana-Buzzy et al., 2007).
Desde principios de 1990, se han logrado importantes avances en la implementación comercial de la embriogénesis somática de cafeto en medio de cultivo líquido (Zamarripa et al., 1991; Neuenschwander y Baumann, 1992; Zamarripa et al., 1993; Van Boxtel y Berthouly, 1996).
Sin embargo, entre los desafíos que impiden la aplicación más amplia de la embriogénesis somática para la propagación clonal y la obtención de plantas de calidad están las bajas tasas de germinación de embriones somáticos y la conversión de las plantas en casa de cultivo y viveros (Afren et al., 2002; Kumar et al., 2006). Aunque se ha logrado en cafeto hasta un 65% de conversión de las plantas (Ducos et al., 2007) es dependiente de factores como los sustratos utilizados, el genotipo y las condiciones ambientales.
Los sustratos elaborados a base de humus de lombriz y zeolita se emplean con frecuencia para la aclimatización de plantas in vitro de diferentes especies, determinar su efecto en la fase de conversión de plantas de Coffea arabica L. cv. `Caturra rojo' obtenidas por embriogénesis somática, fue el objetivo de este trabajo.
MATERIALES Y MÉTODOS
Material vegetal
Se utilizaron plantas in vitro de C. arabica cv. `Caturra rojo' obtenidas a partir de la germinación de embriones somáticos en sistemas de inmersión temporal tipo RITA según Barbón et al. (2014).
Las plantas se seleccionaron de acuerdo con su desarrollo morfológico con las siguientes características: tres pares de hojas, longitud del tallo de 2.0 3.0 cm y desarrollo radicular. Las plantas fueron lavadas con agua corriente y posteriormente se colocaron en bandejas de polipropileno negras de 28 alvéolos con una capacidad de 200 cm3 cada uno.
Para determinar el efecto del sustrato se combinaron diferentes proporciones de humus de lombriz y zeolita con las cuales se conformaron cuatro tratamientos (Tabla 1). El tratamiento I con 85% humus de lombriz - 15% zeolita se empleó como control teniendo en cuenta resultados de ensayos preliminares.
La zeolita natural utilizada fue producida por la Empresa GEOMINERA de Villa Clara (Cuba) y el humus de lombriz fue obtenido del Complejo Científico Productivo Biofábrica de Villa Clara (Cuba). Las características físico-químicas de los sustratos utilizados se muestran en la tabla 2.
Las bandejas se ubicaron en casa de cultivo, a una temperatura promedio durante el día de 27± 5ºC, humedad relativa del 70% e intensidad luminosa que osciló entre 224 y 457 µmol m-2 s-1, medida con un luxómetro EXTECH Light meter 401025. Se empleó una malla de color negro para obtener un 70% de sombreo durante los primeros 15 días. Para el riego se utilizó un sistema automatizado por microaspersión y la frecuencia fue de dos minutos de duración cuatro veces al día (9:00, 11:00, 14:00 y 16:00 horas). Se utilizaron 80 plantas por cada tratamiento.
La supervivencia, se definió como el número de plantas que sobrevivieron a los 15 días de cultivo. Se evaluó, además, el número de días para la emisión del primer par de hojas. Se realizaron observaciones de cambios de coloración y necrosis en las plantas y luego de pasar 90 días se midió la altura de las plantas (cm) desde la base del tallo hasta el ápice y la longitud de la raíz principal (cm). Además, se cuantificó el número de pares de hojas y se determinó la masa fresca y seca de hojas, tallo y raíz por separado.
Para la determinación de la masa fresca y seca, se tomaron al azar 15 plantas de cada tratamiento a los 70 y 90 días de cultivo. Se lavaron con agua las raíces para eliminar los restos de sustrato. Se determinó la masa fresca con una balanza analítica (SCALTEC, modelo SPD 54). Posteriormente, para la determinación de masa seca, el material vegetal fue secado en una estufa (MERMERT) a 70ºC durante 12 horas y el peso se determinó en una balanza analítica (SCALTEC, modelo SPD 54).
Para el análisis de los datos se utilizaron las prueba de Kruskal Wallis/ Mann Whitney y la prueba de Bonferroni, previa comprobación del cumplimiento o no de los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianzas. Se utilizó el paquete estadístico SPSS versión 18.0 sobre Windows.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Los resultados indicaron que el sustrato a base de humus de lombriz y zeolita en diferentes proporciones tuvo efecto en la supervivencia de las plantas de C. arabica cv. `Caturra rojo' (mayor del 89.0%) en las condiciones de la casa de cultivo. Se demostró que en el tratamiento II (75% humus de lombriz - 25% zeolita) se obtuvo un 100% de supervivencia de las plantas con diferencias significativas con respecto a los otros tratamientos, mientras que en el tratamiento IV (50% humus de lombriz - 50% zeolita) se lograron los valores más bajos (89.3%) (Figura 1). Además, se observaron diferencias en cuanto a la morfología de las plantas (Figura 2).
Se observó que en los tratamientos con mayor contenido de humus de lombriz las plantas presentaron, desde el punto de vista morfológico, una mejor calidad en cuanto a coloración, calidad y uniformidad y no se presentaron daños por necrosis en el área foliar (Figura 3).
De igual forma, en estos tratamientos el tiempo para emitir un nuevo para de hojas fue significativamente menor. En el tratamiento IV con 50% de humus de lombriz las plantas demoraron más tiempo para emitir el primer par de hojas mientras que en el tratamiento I (85% humus - 15% zeolita) fue donde se obtuvo el mayor número de pares de hojas con respecto a los otros tratamientos con diferencias significativas (Tabla 3).
En cuanto a la altura de las plantas también en los tratamientos I y II obtuvieron los mayores valores y se presentaron diferencias significativas con respecto a los otros tratamientos. De igual forma, con respecto a la influencia en la longitud de la raíz, en el tratamiento I (85% humus de lombriz y 15% zeolita) se obtuvo un mayor crecimiento de la raíz con una longitud de 9.84 cm a los 90 días de cultivo, con diferencias significativa con los otros tratamientos (Figura 4).
En correspondencia con los resultados anteriores, la masa fresca y la masa seca de las plantas in vitro de C. arabica cv. `Caturra rojo' mostraron valores superiores. En los tratamientos I y II se obtuvo el mayor contenido de masa fresca y seca de hojas y del tallo. Sin embargo, en el tratamiento I los valores de masa fresca y masa seca de la raíz fueron superiores al resto (Figura 5 y 6). En el tratamiento IV se obtuvo la menor masa fresca y masa seca de hojas, tallo y raíz lo cual indica que no tuvo un crecimiento eficiente como los otros tratamientos.
DISCUSIÓN
Los resultados de este estudio indicaron la posibilidad del uso de mezclas de sustratos a base de humus de lombriz y zeolita para la fase de conversión en la embriogénesis somática de Coffea arabica L. cv. `Caturra rojo' con supervivencia de las plantas superior al 89%.
Para la conversión en cafeto se han empleado sustratos a base de materia orgánica con resultados variables. Por ejemplo, Santana-Buzzy et al. (2007) obtuvieron la mayor supervivencia de las plantas in vitro de C. arabica con un sustrato compuesto por suelo y humus de lombriz (1:1).
Otros investigadores como Etienne et al. (2002) lograron con sustratos compuestos por suelo, arena y pulpa de café (2:1:1) un porcentaje de conversión de las plantas de cafeto con valores de 45%; mientras que, Santana - Buzzy et al. (2007) obtuvieron los mejores resultados durante la fase de conversión de las plantas de C. arabica y C. canephora P. con una mezcla de materia orgánica y suelo (1:1) o con una mezcla de musgo de turba, agrolite y suelo (1:1:1). Según Ducos et al. (2007), en la fase de conversión de C. arabica varía la respuesta de los diferentes cultivares con un rango de conversión de los embriones somáticos a plántulas entre 25% y 67%, con influencia del genotipo.
El crecimiento del cafeto es lento, no obstante, se observó la emisión de nuevas hojas durante el periodo evaluado. Esto es un indicador que la plantas in vitro se han adaptación a las condiciones de casa de cultivo. Según Chandra et al. (2010) las plantas están aclimatizadas cuando se desarrollan nuevas hojas durante el proceso de crecimiento.
Tanto el humus de lombriz como la zeolita ha sido reconocidos por su efecto positivo en la aclimatización de plantas. En este estudio se corroboró el criterio de Henry et al. (2002) quienes apuntaron que la elección del tipo de sustrato debe garantizar permeabilidad, elevada capacidad de retención de agua, baja densidad aparente, capacidad de intercambio catiónico, capacidad para mantener constante el pH y mínima velocidad de descomposición; además de servir como soporte. Las combinaciones de sustratos con mayor contenido de humus de lombriz proporcionaron los nutrientes necesarios para garantizar un mayor crecimiento de las plantas lo cual se evidenció en las variables evaluadas.
Es necesario apuntar que en la literatura científica no siempre se detallan las características morfológicas de los embriones germinados o de las plantas obtenidas de estos que se transfieren a casa de cultivo. Por ello, los resultados en muchos casos no pueden ser comparados.
En este estudio fueron seleccionadas plantas obtenidas a partir de embriones germinados en SIT tipo RITA del cv. `Caturra rojo' con características morfológicas que permitieran evaluar el efecto de los sustratos elaborados a base de humus de lombriz y zeolita en no más de 90 días. Los resultados sientan las bases para continuar profundizando en las condiciones de cultivo que garanticen que los embriones germinados puedan ser transferidos a la fase de conversión en condiciones ex vitro en estadios más tempranos de desarrollo.
CONCLUSIONES
Los resultados mostraron que en todos los sustratos evaluados se logró la conversión en plantas de los embriones somáticos germinados. Sin embargo, los mejores resultados morfo-fisiológicos se obtuvieron en los sustratos compuestos por 85% Humus de lombriz-15% Zeolita y 75% Humus de lombriz - 25% Zeolita.
REFERENCIAS
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Barbón R, Nguyen Thi H, Capote A, de Feria M, Quiala E, Pérez A (2014) Efecto de la densidad de inoculación en la germinación de embriones somáticos de Coffea arabica L. cv. `Caturra rojo' en Sistemas de Inmersión Temporal. Biotecnología Vegetal 14 (2): 91-97
Chandra S, Bandopadhyay R, Kumar V, Chandra R (2010) Acclimatization of tissue culture plantlets: from laboratory to land. Biotechnol Lett 32: 1199-1205
De Rezende J, De Carvalho C, Carolina R, Pasqual M, Batista J (2012) Multiplication of embryogenic calli in Coffea arabica L. Acta Scientiarum. Agronomy Maringá 34(1): 93 - 98
Ducos, J, Lambot C, Pétiard V (2007) Bioreactors for Coffee Mass Propagation by Somatic Embryogenesis. International Journal of Plant Developmental Biology 1(1): 1 - 12
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Neuenschwander B, Baumann T (1992) A novel type of somatic embryogenesis in Coffea arabica. Plant Cell Reports 10: 608 - 612
Santana - Buzzy N, Rojas - Herrera R, Galaz - Ávalos R, Ku - Cauich J, Mijangos - Cortés J, Gutiérrez-Pacheco L, Adriana C, Quiroz - Figueroa F, Loyola - Vargas V (2007) Advances in coffee tissue culture and its practical applications. In Vitro Cell. Dev. Biol. Plant 43: 507520
Van - Boxtel J, Berthouly M (1996) High frequency somatic embryogenesis from coffee leaves. Plant Cell Tissue Organ Cult 44: 7 - 17
Zamarripa A (1993) Study and development of somatic embryogenesis in liquid medium of coffee. PhD Thesis, Ecole Nationale Supérieure Agronomique.120p.
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Recibido: 15-07-2015
Aceptado: 09-10-2015
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