SEMILLAS ARTIFICIALES

1
SEMILLAS ARTIFICIALES

• Marina Querejeta Coma
• David Ochoa Castañón César Villares de la Vega

2
Definición de semilla Granos que en diversas
formas producen las plantas y que al caer o ser
sembrados producen nuevas plantas de la misma
especie.

• Muchas especies de plantas son capaces de
  conservar en su estado de semilla un poder vital
  por mucho tiempo si las condiciones no le son
  favorables para desarrollarse, pudiendo llegar a
  ser veinte años o más.
• El cultivo de plantas por el hombre tiene como
  base los beneficios que podemos obtener de ellas,
  bien sea usándolas como alimento o como tejidos
  entre otros muchos usos.

3

• Pero existen muchas especies vegetales que no
  presentan unas cualidades apropiadas para su
  explotación, bien sea porque sus semillas no son
  resistentes o porque ellas mismas no se
  desarrollan en determinadas condiciones. Para
  evitar estos inconvenientes se desarrollan
  métodos que permiten modificar algunas de estas
  cualidades.
• Uno de esos métodos es el de creación de semillas
  artificiales o embriogénesis somática, que
  permite crear semillas de plantas, mejoradas y
  con unas características apropiadas según
  interese.

4

• Una semilla artificial es una estructura vegetal
  de origen normalmente asexual obtenida in vitro a
  partir de cultivo de tejidos y modificada, que
  intenta imitar una semilla natural. Estará
  formada por tejido meristemático totipotente
  capaz de producir una planta completa o por
  brotes originados por cultivos de meristemos
  (embriogénesis somática), y una cubierta y
  endosperma artificiales en el caso de tenerlos.
• El desarrollo de los embriones somáticos pasa por
  los mismos estados morfológicos de desarrollo que
  un embrión cigótico proembrión globular,
  trapezoidal, embrión cordiforme y torpedo.

5

• La idea de producir semillas sintéticas o
  artificiales surge como resultado de la
  posibilidad de su aplicación en agricultura. Este
  proceso de embriogénesis somática fue descrito
  por primera vez en 1958 por Jakob Reinert y
  F.C.Steward y colaboradores.
• Aunque fue Toshio Murashige, quien presentó
  formalmente, en Ghent (Bélgica) en 1977, la idea
  de la producción de las semillas sintéticas.

6

• El objetivo del desarrollo de semillas
  artificiales es el de producir plantas genética y
  morfológicamente iguales (clones) a la especie de
  la que derivan ya que interesa especialmente
  conservar individuos o grupos de plantas que
  tengan un cierto valor. Sería de gran utilidad en
  agricultura el cultivo de plantas con una
  producción y calidad apropiadas, así como la
  posibilidad de obtener semillas resistentes y
  duraderas de plantas que de otra manera no se
  podrían cultivar.

7

• Las semillas artificiales permiten desarrollar
  nuevos cultivos que sean capaces de superar
  limitaciones de adaptación tanto al clima como a
  cualquier otro factor externo limitante como
  nutrición o plagas. Un ejemplo de esto es el de
  las semillas que no se pueden deshidratar para su
  conservación (recalcitrantes), cuya viabilidad se
  ve claramente aumentada, ya que en condiciones
  normales son semillas que poseen una humedad
  elevada y pierden su viabilidad cuando ésta es
  reducida.

8
Pero los embriones obtenidos en el laboratorio
son frágiles y muy pequeños, siendo incapaces de
soportar las condiciones medioambientales y las
técnicas de manejo a las que tendrían que
someterse para su desarrollo. Por esto es
necesario proteger su viabilidad, de manera que
se han ideado dos métodos de producción de
semillas

• 1- Fabricando un sistema hidratado mediante una
  encapsulación en hidrogeles (Radenbaugh et al,
  1986)
• 2- Utilizando un sistema de desecación de lo
  embriones. (Kitto y Janick, 1985)

9
A su vez estos dos métodos producen cinco
posibles tipos de semillas

• 1- Semillas con embriones desecados sin cubierta.
• 2- Semillas con embriones somáticos desecados con
  cubierta.
• 3- Semillas con embriones hidratados sin
  cubierta.
• 4- Semillas con embriones somáticos hidratados
  suspendidos en un gel viscoso (fluid drilling).
• 5- Semillas con embriones somáticos hidratados
  con cubierta.

10

• El método de desecación se asemeja más a las
  semillas naturales, y aunque produce algunos
  problemas como la desecación y rehidratación de
  las semillas, elimina los problemas causadas por
  los hidrogeles como la deshidratación de los
  mismos, la germinación prematura del embrión y el
  rápido deterioro de éste.

11

• Una diferencia importante es que, mientras el
  embrión cigótico se nutre del tejido materno, el
  somático recibe sus nutrientes directamente de un
  medio de cultivo. Por lo tanto las sustancias de
  reserva del embrión somático presentan
  diferencias bioquímicas en relación con el
  endosperma de una semilla natural. Además, las
  estructuras que rodean al embrión cigótico le
  proveen de protección y controlan el intercambio
  gaseoso, mientras que el somático debe ser
  encapsulado para facilitar su manipulación y
  almacenamiento, y por tanto deben ser
  incorporados nutrientes, reguladores de
  crecimiento y fungicidas.

12

• Se han obtenido embriones somáticos en especies
  como
• -Alfalfa (Medicago sativa)
• -Soja (Glycine max)
• -Apio (Apium graveolens)
• -Pasto ovillo (Dactylis glomerata)

13
TECNOLOGÍA DE LAS SEMILLAS ARTIFICIALES
14
Pasos en la producción de semillas artificiales

• Inducción a la embriogénesis somática
• Producción sincronizada y a gran escala de los
  embriones somáticos
• Maduración de los embriones somáticos
• Encapsulamiento mecanizado
• Almacenamiento de las semillas artificiales
• Siembra en invernadero o campo

15
Inducción de la Embriogénesis Somática

• La embriogénesis somática consiste en el
  desarrollo de embriones a partir de células que
  no son el producto de fusión gamética
• In Vitro, los primeros en obtener y desarrollar
  embriones somáticos fueron Stewart y Reinert
  (1958) a partir de tejidos de zanahoria.
• Los embriones artificiales deben ser ESTRUCTURAS
  BIPOLARES PERFECTAS
• Un polo que genere el VÄSTAGO
• Otro polo que genere la RAÍZ
• Deben ser capaces de generar plantas enteras
• La función inductiva es llevada a cabo por
  auxinas.
• En alfalfa se una comúnmente la 2,4-D.

16
Producción sincronizada y en gran escala de los
embriones somáticos

• Es fundamental contar con embriones
• Simples
• Que no se fusionen entre sí
• Que no se generen embriones secundarios
• Se han desarrollado diferentes procedimientos
  basados en filtros y equipos clasificadores
  automáticos
• Son biorreactores que permiten el control
  simultáneo de pH, la concentración de oxígeno,
  temperatura y mezclado entre otras cosas.

17
Maduración de los Embriones Somáticos

• Para la maduración correcta, se necesitan varios
  pasos
• La suspensión donde están los embriones somáticos
  se filtra
• La fracción colectada se esparce en un medio de
  cultivo que le falta reguladores de crecimiento
• Esto da lugar a homogeneización del tamaño y
  estado de desarrollo de embriones somáticos
• Estado globular-a los 4 días
• Estado corazón
• Estado torpedo-a los 7-10 días
• Estado de maduración final
• Es necesario tratarlos con sustancias como acido
  abscísico, maltosa y de pretratamientos con
  temperaturas bajas, como en el caso de la
  alfalfa.
• La maduración es el factor esencial y en el que
  se centra la mayor parte de la investigación.

18
Encapsulamiento Mecanizado

• Los materiales usados para encapsular los
  embriones somáticos son análogos a la testa de
  las semillas naturales.
• Deben cumplir dos funciones
• Protección física
• Contener nutrientes, antibióticos, funguicidas,
  microorganismos..etc
• Se han desarrollado dos tipos diferentes
• Hidratado
• Seco

19
Almacenamiento de las Semillas Sintéticas

• El almacenamiento es otro aspecto importante a
  tener en cuenta
• Lo ideal que las semillas sintéticas tengan un
  comportamiento similar a la mayoría de las
  semillas verdaderas y permanezcan viables por
  mucho tiempo
• La criopreservación con nitrógeno líquido podría
  resolver este punto.

20
Siembra en Invernadero o a Campo

• Lo ideal sería que la semilla sintética fuese
  plantada directamente en el suelo ( con elevados
  porcentajes de conversión en plantas)
• Sin embargo son plantadas en invernaderos o
  cámaras climatizadas para luego ser llevadas al
  campo

21
Tolerancia a la Desecación

• La tolerancia a la desecación es una
  característica de los embriones somáticos que
  debe ser inducida.
• 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.
• 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 .
• 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

22
Importancia de las semillas

• Las semillas constituyen la base de la
  alimentación del hombre (aportan carbohidratos,
  proteínas y lípidos.
• Las principales civilizaciones humanas fundaron
  sus bases en el cultivo de sólo tres semillas, y
  es así como en Mesopotamia se sembró trigo, los
  Chinos cultivaron arroz y los Mayas cultivaron el
  maíz en las llanuras de Yucatán.
• Cabe recordar que muchas semillas son importantes
  en la elaboración de fibras, medicinas y bebidas
  alcohólicas.

23
Problemas

• Muchas especies son estériles y no producen
  semillas.
• Otras especies, en particular algunas tropicales,
  producen semillas recalcitrantes que no pueden
  ser secadas.
• Poco efectividad en la conservación del
  germoplasma y con grandes gastos (actualmente son
  con plantas vivas en el campo).
• Altos costes para la obtención de pequeñas
  cantidades de semillas híbridas.

24
Ventajas

• Permite combinar el sistema de propagación
  vegetativa (multiplicación clonal) con la
  capacidad de almacenaje a largo tiempo.
• 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.
• La embriogénesis somática puede ser una
  alternativa con relación a los esquejes para
  propagar especies estériles o que no producen
  semillas.

25
Ventajas

• Nos permite incorporar
• Nutrientes.
• Reguladores de crecimiento.
• Fungicidas.
• Obtendremos propágulos libres de virus.
• Adaptación climática.
• Resistencia a enfermedades.
• Mejor valor nutricional.

26
Maíz B.t.

• Bacillus thuringiensis.
• Es capaz de producir varias proteínas que le
  permiten infectar un amplio rango de insectos
  deteniendo el proceso normal de absorción
  intestinal causando que el insecto deje de
  alimentarse y muera.

27
Maíz PLA

• Convierte los carbohidratos de la semilla de la
  mazorca en un plástico llamado polilactido (PLA)
  mediante la introducción de un gen que codifica
  para una enzima bacteriana que transforma la
  dextrosa en ácido láctico que se unirán en
  cadenas de un plástico con atributos similares al
  tereftalato de porietileno.
• Botellas de bebida y fibras textiles.

28
Arroz semienano

• Doble rendimiento.
• Variedad insensible al fotoperiodo que puede ser
  sembrada a lo largo de todo el año.

29
Arroz dorado

• Solución a la deficiencia de vitamina A (un
  millón de niños muertos al año).
• Introducción de tres genes que producen beta
  caroteno, un pigmento que el organismo es capaz
  de convertir en Vitamina A.

30
Repoblación de flora autóctona.

• Dificultad si no hay reproducción vegetativa o
  producen pocas semillas.
• Cambio en la composición del suelo.
• Eucalipto salino.

31
Alimentos transgénicos.

• Tipo de cultivos en auge.
• Genes insertados inestables meioticamente.
• Fusión protoplásmica.