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Efecto del manitol y el nitrato de plata en la conservación in vitro de la malanga (Xanthosoma spp.) Mannitol and silver nitrate effect of taro (Xanthosoma spp.) in vitro conservation


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Efecto del manitol y el nitrato de plata en la conservación in vitro de la malanga (Xanthosoma spp.)

Mannitol and silver nitrate effect of taro (Xanthosoma spp.) in vitro conservation

Título ítulo corto: Efecto del manitol y el nitrato de plata en la conservación in vitro

Aymé Rayas*, Manuel Cabrera*, Arletys Santos*, Milagros Basail*, Jorge López*, Víctor Medero*, Yoel Beovides*

* Instituto de Investigaciones de Viandas Tropicales (INIVIT), Apdo. 6, Santo Domingo, Villa Clara, CP 53000. email: arayas@inivit.cu

Resumen

El mantenimiento en campo de los Bancos de Germoplasma resulta muy costoso, además de los riesgos a que se exponen. El cultivo de tejidos constituye una solución a estos problemas siendo conveniente utilizar una combinación de técnicas de almacenamiento en los cultivos de propagación vegetativa en lugar depara no depender de una sola. El cultivo in vitro ofrece nuevas alternativas para el mejoramiento de la productividad y la producción de material de siembra sano en malanga (Xanthosoma spp.). La presente investigación se desarrolló en el Laboratorio de Cultivo de Tejidos del Instituto de Investigaciones de Viandas Tropicales (INIVIT), Cuba, con el objetivo de estudiar las condiciones para la conservación en crecimiento mínimo in vitro de germoplasma de esta especie. Como material vegetal se utilizó el clon de Malanga Xanthosoma ‘INIVIT MX–2008’. El establecimiento del material vegetal y su posterior multiplicación fueron realizadas según la metodología recomendada por García et al. (1999). Para la conservación en medio de cultivo de crecimiento mínimo se utilizó el medio basal MS y se estudiaron 15 tratamientos que combinaron concentraciones de Manitol (regulador osmótico) (1,5; 3 y 4%) y Nitrato de plata (inhibidor de la acción etileno) (0, 2, 4, 8, 10 mg.L-1). Se concluye que es posible conservar in vitro los recursos genéticos de malanga Xanthosoma, durante más de 10 meses, en un medio de cultivo compuesto por sales y vitaminas MS suplementado con 4% de manitol y 4 mg.L-1 de Nitrato de plata. Las plantas propagadas a partir de este medio de cultivo se recuperaron exitosamente. La mayor concentración de manitol en el medio de cultivo pudo haber influido en la mejor recuperación del material conservado.



Palabras claves: Crecimiento mínimo, conservación de recursos genéticos.

Abstract
Maintenance field genebanks are costly, in addition to the risks they face;, to that effect on tissue culture is a solution to these problems. In vegetative propagated crops is desirable to use a combination of storage technology rather than relying on just one. In vitro culture provides an alternatives for improving productivity and production of healthy planting material of taro (Xanthosoma spp.). This research was conducted in the Tissue Culture Laboratory of the Research Institute of Tropical Crops. Our objectives was to study the conditions for minimal growth conservation in vitro germplasm in this species. As plant material was used clone of Taro Xanthosoma 'INIVIT MX-2008'. The establishment of the plant material and its subsequent multiplication were carried out according to the methodology recommended by García et al. (1999). For the maintenance in culture of minimal growth basal medium MS was used and studied 15 treatments with combined concentrations of mannitol (osmotic regulator) (1.5, 3 and 4%) and silver nitrate (Ethylene inhibitor) (0, 2, 4, 8, 10 mg.L-1). It concludes that it is possible to conserve taro Xanthosoma genetic resources in vitro, for over 10 months in a culture medium composed of MS salts and vitamins and supplemented with 4% mannitol and 4 mg.L-1 of silver nitrate. Plants propagated from thisese culture medium were recovered successfully. The presence of higher concentrations of mannitol, may have influenced that increases survival of preserved material.

Keys words: minimal growth, genetic resources conservation.

Introducción

La malanga, Xanthosoma sagittifolium (L.) Schott, es una planta perenne de los trópicos y zonas húmedas perteneciente a la familia de las Aráceas y consumida por el hombre desde tiempos remotos por el alto valor nutritivo de sus cormos. Comúnmente se reproducen de forma vegetativa y una de las principales limitantes del cultivo es la carencia de semilla de alta calidad (Matehus et al., 2006).

Los recursos genéticos vegetales para la agricultura y la alimentación son la base para la seguridad agroalimentaria mundial, por lo que se han iniciado programas de conservación y se han establecido bancos de genes con el objetivo de colectar y mantener la diversidad genética, para satisfacer las necesidades continuas de diferentes usuarios (Kameswara, 2004).

La estrategia de conservación incluye conservación in situ y ex situ, esta última incluye técnicas específicas como el almacenamiento de semillas, bancos de germoplasma en campo, bancos de cultivo in vitro, bancos de ADN, bancos de polen y jardines botánicos cada una con sus ventajas y limitaciones (Engels and Wood, 1999).

Las especies vegetales que producen semillas recalcitrantes o no producen semillas y por tanto se propagan de forma vegetativa se conservan tradicionalmente en colecciones en campo. . Este método presenta grandes desventajas como la exposición a desastres naturales, ataques por plagas y patógenos y un alto costo de mantenimiento que limitan su eficacia y amenazan la seguridad de los recursos genéticos conservados de esta forma (Whiters and Engels, 1990).

Las técnicas modernas de producción de variedades mejoradas altamente homogéneas han provocado la reducción de la variabilidad genética de las especies cultivadas, ocasionando una erosión genética, es decir, la pérdida de la plasticidad en la respuesta del genoma frente a las alteraciones ambientales, siendo necesario recurrir a fuentes genéticas originales de la variabilidad, las que en consecuencia se deben conservar adecuadamente.

Conociendo estas razones existe una alternativa viable, y más satisfactoria que las técnicas tradicionales para especies propagadas vegetativamente, que es la preservación de germoplasma in vitro. EstaEl cultivo in vitro ofrece nuevas alternativas estrategias para el mejoramiento de la productividad y la producción de material de siembra sano de malanga (Xanthosoma spp.) (Salazar, 1991; García et al., 1999 y Montaldo et al., 2004).

Conociendo estas razones existe una alternativa viable, y más satisfactoria que las técnicas tradicionales para especies propagadas vegetativamente, que es la preservación de germoplasma in vitro.

Son numerosas las sustancias que han sido empleadas en los medios de cultivo para reducir el ritmo de crecimiento de las plantas, entre las que pueden citarse el Manitol, Sorbitol, Ácido Salicílico y otras (López-Delgado y Scott, 1998), sin embargo, tanto la sustancia como su concentración, estarán en dependencia de la especie y dentro de éstas, los genotipos a conservar, por lo que resulta de gran importancia probar en cada laboratorio cuál es la sustancia idónea, y qué dosis emplear para lograr los mejores resultados (Castillo et al., 2008).

Watt et al. (2000) consideran que el crecimiento mínimo de cultivos in vitro puede ser alcanzado por cambios en el potencial osmótico de las células en cultivo. El potencial osmótico del medio de cultivo tiene efecto directo en los explantes, conforme sea más negativo, menor será la adsorción de agua y por consecuencia habrá una baja disponibilidad de nutrientes (Uribe, 2010). Rayas et al. (2002) plantearon que el manitol redujo el crecimiento de las plantas in vitro de yuca (Manihot esculenta), aunque observaron una afectación en la recuperación del material vegetal conservado.

El objetivo del presente trabajo fue estudiar las condiciones óptimas para la conservación en crecimiento mínimo in vitro de germoplasma la malanga (Xanthosoma spp.).

Materiales y métodos

La presente investigación se desarrolló en el Laboratorio de Cultivo de Tejidos del Instituto de Investigaciones de Viandas Tropicales (INIVIT), en Villa Clara, Cuba. Como material vegetal se utilizó el clon de Malanga Xanthosoma ‘INIVIT MX – 2008’. Los cormos de malanga fueron sometidos a desinfección superficial con detergente, alcohol (70%) e Hipoclorito hipoclorito de Sodio sodio (2,5%). Para el establecimiento in vitro, los meristemos fueron cultivados en medio de cultivo MS (Murashige y Skoog, 1962), suplementado con 3% sacarosa y concentraciones hormonales de 0,1 mg.L-1 de 6-bencil aminopurina (BAP) por 21 días.

Para la proliferación de brotes se colocaron los ápices establecidos en medio de cultivo que contiene sales y vitaminas de MS, 3% sacarosa, 3 mg.L-1 de BAP, 1 mg.L-1 de Acido Indolacético (AIA), 0,1g.L-1 de Mio-inisitol y solidificado con agar. Las condiciones de crecimiento durante todo el proceso fueron 26±2ºC y fotoperíodo de 16:8 (Oscuridad:luz).

Los brotes en tercer subcultivo se colocaron en medio de cultivo de crecimiento mínimo constituido por sales y vitaminas MS y se estudiaron 15 tratamientos que combinaron concentraciones de Manitol (regulador osmótico) (1,5; 3 y 4%) y Nitrato de plata (inhibidor de la acción del etileno (Taiz y Zeiger, 2006)) (0, 2, 4, 8, 10 mg.L-1) como se muestra en la tabla 1.



Tabla 1. Combinaciones de Manitol y Nitrato de plata utilizadas para determinar las condiciones de crecimiento mínimo.

Tratamiento

Concentración de manitol (%)

Concentración de AgNO3 (mg.L-1)

I

1,5

0

II

1,5

2

III

1,5

4

IV

1,5

8

V

1,5

10

VI

3

0

VII

3

2

VIII

3

4

IX

3

8

X

3

10

XI

4

0

XII

4

2

XIII

4

4

XIV

4

8

XV

4

10

A los 9 meses de cultivo se evaluaron: altura de la planta, número de brotes, número de hojas activas, número de raíces y número de hojas muertas y los brotes fueron subcultivados a medio de proliferación de malanga para verificar su regeneración en plantas normales. Los resultados obtenidos fueron analizados mediante análisis estadístico de varianza simple y se empleó la prueba de Tukey.



Resultados y discusión

Al evaluar las plantas conservadas in vitro durante nueve meses pudimos apreciar que se encontraban en muy buenas condiciones y existía poco crecimiento, los tratamiento con 4% de manitol (XI - XV) alcanzaron las menores alturas y los mayores números de brotes de las plantas formadas in vitro, no hubo diferencias estadísticas entre ellos (Tabla tabla 2).



Al combinarla con 4 mg.L-1 de Nitrato de plata se apreció el mayor número de hojas activas y el menor de hojas secas lo que demuestra su efecto como inhibidor del etileno y coincide con los resultados obtenidos por Mafla et al. (2002) al estudiar medios de crecimiento mínimo en lulo (Solanum quitoense Lam.) y tomate de árbol (Solanum betaceum Sendt.).

Tabla 2. Respuesta de los explantes de malanga ‘INIVIT MX – 2008’ (Xanthosoma spp.) ante diferentes concentraciones de Manitol y Nitrato de plata.

Tratamientos

Variables evaluadas

Altura (cm)

No. Brotes (u)

No. Raíces (u)

No. hojas (u)

Hojas secas (u)

  1. Man 1,5; AgNO3 0

3,38 a

1,55 b

7,33 a

7,66 ab

6,33 a

  1. Man 1,5; AgNO3 2

2,85 ab

1,88 b

9,33 a

6,88 b

7,11 a

  1. Man 1,5; AgNO3 4

2,37 abc

2,25 b

5,00 abc

6,75 b

4,50 abc

  1. Man 1,5; AgNO3 8

2,93 ab

2,40 b

10,90 a

6,50 b

7,90 a

  1. Man 1,5; AgNO3 10

3,03 ab

2,70 b

9,80 a

5,70 b

9,50 a

  1. Man 3; AgNO3 0

1,91 bcd

7,71 ab

0,57 bc

12,00 ab

5,57 abc

  1. Man 3; AgNO3 2

1,55 cd

5,40 ab

5,10 ab

10,80 ab

5,10 abc

  1. Man 3; AgNO3 4

1,80 cde

6,42 ab

7,85 a

11,57 ab

5,85 ab

  1. Man 3; AgNO3 8

1,37 cde

7,75 ab

10,50 a

16,12 a

4,25 abc

  1. Man 3; AgNO3 10

1,66 cde

6,00 ab

9,33 a

10,22 ab

5,00 abc

  1. Man 4; AgNO3 0

1,25 cde

6,25 ab

3,50 abc

13,50 ab

4,25 abc

  1. Man 4; AgNO3 2

1,12 de

7,75 ab

1,75 abc

9,70 ab

0,50 bc

  1. Man 4; AgNO3 4

1,43 cde

9,00 a

2,25 abc

14,50 ab

1,75 abc

  1. Man 4; AgNO3 8

1,25 cde

3,00 ab

2,00 abc

9,00 ab

1,50 abc

  1. Man 4; AgNO3 10

0,70 e

5,50 ab

0,00 c

7,00 ab

0,00 c

ES ±

0,20*

0,93*

1,20*

1,63*

1,09*

CV(%)

24,95

51,37

47,55

44,40

53,61

* Medias sin letras en común difieren significativamente para P< 0,05

Al aumentar la concentración de manitol disminuye la altura, aumenta el número de brotes, disminuye el número de raíces, aumenta el número de hojas activas y disminuye la muerte de las hojas. Las plantas propagadas a partir de estos medios se recuperaron exitosamente. La presencia de la mayor concentración de manitol en el medio de cultivo pudo haber influido en estos resultados ya que otros autores sostienen que incrementa la supervivencia del material conservado durante el proceso de la recuperación. Rayas et al. (2008) en la conservación de Dioscorea alata, alcanzaron crecimiento lento de las plántulas, lo que demuestra la efectividad de estos compuestos y concuerda además con Espinosa et al. (2003) quien resalta la importancia de la supervivencia y recuperación de los materiales mantenidos in vitro bajo condiciones de crecimiento lento.

En otras especies de plantas también se ha referido el uso de manitol combinado con otros factores como la temperatura para la conservación in vitro. Por ejemplo, García et al. (1999) lograron mantener in vitro hasta 12 meses diferentes clones de malanga (Xanthosoma spp. y Colocasia sculenta) en medio de cultivo basal MS con distintas concentraciones de manitol, BA y sacarosa sin deterioro fisiológico del material vegetal. Roca (1994) conservaron in vitro yemas de yuca (Manihot esculenta), sin perder su viabilidad durante 18 meses a la temperatura comprendida entre 22 y 24°C. García-Águila et al. (2007) conservaron ápices de papaya (Carica papaya) procedentes de embriones somáticos cultivados in vitro en el medio de cultivo MS con la adición de manitol (0; 0.5; 1; 2 y 3%), donde observaron la existencia de una tendencia a disminuir la capacidad de crecimiento y morfogénesis de los explantes en la medida que se incrementaban las concentraciones de manitol.

Otros autores como Espinosa et al. (2003) indicaron un fuerte efecto de la adición de manitol al 2% en el medio de cultivo MS sobre el crecimiento de plantas in vitro de cuatro clones de boniato (Ipomoea batata), conservados in vitro durante 12 meses a 28 ± 2°C e iluminación solar.



Conclusiones y recomendaciones

Es posible conservar in vitro los recursos genéticos de malanga Xanthosoma, durante más de 10 meses, en un medio de cultivo compuesto por sales y vitaminas MS suplementado con 4% de manitol y 4 mg.L-1 de Nitrato de plata.

Se recomienda utilizar este medio de cultivo en el resto de las accesiones de malanga Xanthosoma y estudiar su comportamiento.

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