Efecto del intercambio gaseoso sobre el crecimiento y tuberización de vitroplantas de papa

Gaseous exchange effect on growth and tuberization of potato vitroplants

J.G. Lugo G¹., N. Mogollón¹, Z.F. Rodríguez G.² y J.G. Díaz¹

1 Fitotecnia, Decanato de Agronomía, UCLA. Apdo. 400. Barquisimeto, Venezuela.

² Departamento de Agronomía, Facultad de Agronomía de LUZ. Apartado Postal 526, Maracaibo, Venezuela.

Autor de correspondencia e-mail: zulrodriguez@luz.edu.ve; zuliro@hotmai.com

Resumen

La incorporación de microtubérculos de papa es una alternativa importante en los programas de producción de semilla en Lara, Venezuela. Para estudiar los factores que afectan la obtención de microtubérculos, se evaluaron vitroplantas de papa, sometidas a tres condiciones de intercambio gaseoso: alta (tapas de gasa), media (tapa plástica) y baja (tapa sellada con envoltura plástica), sembrando bajo condiciones estériles dos microesquejes uninodales con una yema axilar, de las variedades Andinita y Kennebec. El diseño fue completamente al azar bajo arreglo factorial 2 (variedades) x 3 (intercambio gaseoso), 10 repeticiones y dos unidades experimentales (vitroplantas). Las variables evaluadas fueron: 30 días posterior a la siembra se evaluó: longitud de vitroplantas, número de entrenudos y biomasa fresca y 60 días posterior a inducción de tuberización: número, biomasa y distribución porcentual en tamaño de microtubérculos. Las condiciones de intercambio gaseosos no afectaron la longitud de vitroplantas. El mayor número de entrenudos en ambas variedades se observó en condiciones de bajo intercambio gaseoso. Al favorecer las condiciones de intercambio se incrementó la biomasa, Andinita presentó un mayor promedio de masa fresca (442,15 mg). En condiciones de bajo intercambio gaseoso no hubo formación de microtubérculos en ninguna variedad, la mayor cantidad de microtubérculos (1,62) se observó en Kennebec bajo alto intercambio y en esta misma variedad más del 60% de los microtubérculos producidos fueron clasificados en la categoría de 5 a 10 mm, en condiciones de medio intercambio gaseosos. La mayor biomasa de microtubérculos lo registró la variedad Andinita (0,683 g) en condiciones de alto intercambio. Las vitroplantas presentaron reducido crecimiento de las hojas y epinastía en condiciones de bajo intercambio gaseoso.

Palabras clave: Solanum tuberosum, intercambio gaseoso, microtuberización, CO₂.

Abstract

Potato microtubers incorporation offers an important alternative to the seed programs in Lara state, Venezuela. To determine factors affecting microtubers production, two uninodal micro-cuttings with an axillary bud of "Andinita" and "Kennebec" varieties were sowed under sterile conditions, with the aim of evaluating potato vitroplants submitted to three conditions of gaseous exchange: high (gauge top), medium (plastic lid) and low (plastic lid sealed with a clear plastic paper). The design was a complete randomized factorial design 2 (varieties) x 3 (gaseous exchange), 10 replications and two experimental units (vitroplants). The evaluated variables were: 30 days after sowing: vitroplants length, internodes number and fresh biomass; and 60 days after tuberization induction: number, biomass and percentage distribution of the micro-tubers size. Gaseous exchange conditions did not affect the vitroplants length. The higher inter-nodes number in both varieties was observed in low gaseous exchange conditions. When favoring exchange conditions, biomass increased, "Andinita" showed a higher fresh mass average (442.15 mg). In conditions of low gaseous exchange there was no micro-tubers formation any variety, the higher micro-tubers quantity (1.62) was observed in "Kennebec" under high exchange conditions and in this same variety, more 60% of produced micro-tubers were classified into 5 to 10 mm category, in gaseous exchange media. The higher micro-tubers biomass was registered in "Andinita" variety (0.683 g) in high exchange conditions. Vitroplants showed a reduced leaves growth and epinasty in low gaseous exchange conditions.

Key words: Solanum tuberosum, gaseous exchange, microtuberization, CO₂.

Recibido el 20-6-2007 Aceptado el 21-4-2009

Introducción

En América Latina la papa (Solanum tuberosum L.), ocupa el sexto lugar en términos de producción entre los cultivos alimenticios (Scott et al., 2000). Comercialmente la papa se propaga vegetativamente por tubérculos-semillas; sin embargo, emplear el material vegetativo por ciclos repetidos puede ocasionar degeneración del cultivo por la acumulación de enfermedades, especialmente virales (Scherwinski y Luces, 2004).

Uno de los problemas a los que se enfrentan los productores de papa en Venezuela es la limitación en la disponibilidad de semilla de buena calidad, por lo que la producción de semilla, a través de la micropropagación permite una multiplicación rápida de clones en un tiempo relativamente corto, libres de plagas y enfermedades y en un ambiente controlado (Barquero et al., 2001) lo que podría constituir una alternativa viable para resolver la demanda de semillas. Este método de propagación ha sido utilizado en forma creciente los últimos años especialmente para la obtención de material de propagación de alta calidad fitosanitaria y por el consecuente beneficio para los productores, asociado con el consecuente aumento en la productividad del cultivo (Pereira y Fortes, 2003). Para tales fines se cultiva segmentos de tallos con dos o tres nudos en medio líquido o semisólido pudiéndose multiplicar varias veces hasta obtener el número de plántulas requeridas (Mejia y Vitorelli, 1988).

Las vitroplantas provenientes de microestacas nodales, tienen la capacidad de producir microtubérculos, los cuales se originan en forma aérea, (Lago, 1991; Martínez y Tissio, 1991; Harvey et al., 1992; Ahloowalia, 1994). La microtuberización es considerada un proceso complejo por estar controlada por varios factores (Pereira et al. 2005), entre ellos, los componentes del medio de cultivo, reguladores del crecimiento y suplencia de carbohidratos como fuentes de energía (Vespaciano y Campos, 2003). Otros factores a considerar, son el control efectivo del medio ambiente en el cultivo in vitro (Zimmerman, 1995; Desjardins, 1995), luz (Simmons et al., 1989), fotoperíodo (Fujiwara et al., 1995) y temperatura (Harvey et al., 1992).

Tradicionalmente los envases para el cultivo in vitro son diseñados para prevenir la entrada de contaminantes, ocasionando una restricción en el intercambio gaseoso entre el interior y exterior del envase; este bajo intercambio disminuye la concentración de CO₂ en el frasco durante el fotoperíodo como resultado de la fijación del mismo por el cloroplasto de los tejidos fotosintéticos; la baja concentración de CO₂ ocasiona poca fotosíntesis neta in vitro (Desjardins, 1995). La concentración de gases especialmente el CO₂ en los envases, tiende a cambiar rápidamente en el tiempo, dependiendo de la tasa de ventilación del mismo y de otros factores (Niu y Kosai, 1997).

En envases sellados con envoltura plástica transparente las vitroplantas presentan crecimiento irregular, alto porcentaje de vitrificación, así como, alta condensación debido a la alta humedad relativa dentro del envase (McClelland y Smith, 1990). Como consecuencia de esta situación es evidente que existe una respuesta del crecimiento de las vitroplantas con relación al sellado o no de los envases de cultivo. Considerando la importancia del cultivo y la poca información sobre el tema, el presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el crecimiento y la tuberización de vitroplantas de papa cultivadas en tres condiciones de intercambio gaseoso.

Materiales y métodos

Esta fase se realizó en el Laboratorio de cultivo in vitro del Decanato de Agronomía, Universidad Centroccidental "Lisandro Alvarado", donde existe un plantel de vitroplantas de papa libres de patógenos de las variedades Andinita y Kennebec, procedentes del Laboratorio de cultivo in vitro del INIA-Lara. Se procedió a multiplicar el material inicial en frascos de 175 mL, colocando 10 microesquejes uninodales por frasco en medio semisólido (6 g L^-1 de agar) de Murashige y Skoog (MS) (Murashige y Skoog, 1962), sin reguladores de crecimiento bajo condiciones de fotoperíodo largo (16 horas) con luz artificial fluorescente (8000 lux) y temperatura de 24 ± 2ºC en el día y 22 ± 2ºC en la noche según la metodología de Harvey et al. (1992) y Orellana (1995), para mantenerlos en estado juvenil hasta obtener aproximadamente unas 400 vitroplantas.

Para evaluar el crecimiento de las vitroplantas y su tuberización bajo tres condiciones de intercambio gaseoso. Se utilizaron tubos de ensayos de 25 x 150 mm con tres diferentes tapas (de gasa, plástica "Bellco autoclavable" y plástica "Bellco autoclavable" + una envoltura plástica transparente con osmosis positiva), de manera que resultaran los siguientes tratamientos:

· Alto intercambio gaseoso (tapas de gasa)

· Mediano intercambio gaseoso (tapas plásticas)

· Bajo intercambio gaseoso (tapas plásticas selladas con envoltura plástica transparente)

Las variables evaluadas durante el ensayo fueron:

Crecimiento de las vitroplantas

En tubos de ensayo con 20 mL de medio semisólido modificado para crecimiento, se sembraron bajo condiciones estériles dos microesquejes uninodales de 0,5 a 1 cm de longitud con una yema axilar cada uno, de las variedades Andinita y Kennebec. Se colocaron las diferentes tapas, que luego se ubicaron en una cámara de crecimiento con luz artificial fluorescente bajo fotoperíodo de 16 horas, con intensidad de 8000 lux y temperatura de 24 ± 2ºC en el día y 22 ± 2ºC en la noche. Transcurridos 30 días se procedió a evaluar las siguientes variables de crecimiento:

Longitud: se midió tomando como referencia las cuadrículas de una lámina de papel milimetrado, la longitud desde el callo hasta la última yema terminal, en dos plantas tomadas al azar por tratamiento y por repetición previamente marcadas.

Número de entrenudos: se cuantificó el número de entrenudos por planta, empleando las mismas plantas a las cuales se les midió la longitud.

Biomasa fresca: se realizó un muestreo, para determinar el contenido de humedad de toda la planta, utilizando para ello todas las vitroplantas.

Tuberización

A los 35 días de crecimiento se procedió a inducir tuberización en vitroplantas desarrolladas bajo fotoperíodo de 16 horas e intensidad de luz de 8000 lux, adicionando medio de cultivo MS líquido con 80 g de sacarosa + 12 mg de Benzilaminopurina (BA) bajo condiciones estériles (Lugo, 1997). Posteriormente se ubicaron en una cámara oscura con temperaturas de 22 ± 2ºC. Transcurridos 60 días de cultivo, se procedió a cosechar y evaluar las variables:

Número de microtubérculos: se cuantificó el número de tubérculos por vitroplanta, en dos plantas tomadas al azar por bloque y por tratamiento.

Biomasa: todos los microtubérculos producidos por dos vitroplantas se pesaron empleando una balanza analítica con apreciación al mg, se promedio su biomasa y se expresó en gramos.

Distribución porcentual del tamaño de los microtubérculos: la producción total de microtubérculos se clasificó en tres categorías por diámetro: < 5 mm, 5 a 10 mm y > 10 mm, el diámetro se midió tomando como referencia una lámina de papel milimetrado.

El diseño estadístico fue un completamente al azar bajo un arreglo factorial 2 x 3 (dos variedades y tres intercambios gaseosos) con 10 repeticiones y dos unidades experimentales (vitroplantas) por tratamiento, tanto para crecimiento como para tuberización.

Para analizar las diferentes variables se utilizó el programa estadístico computarizado SAS (1998); los valores de las variables expresados en porcentaje fueron transformados de acuerdo a la ecuación √x+1. Se realizó análisis de varianza y separación de medias a través de la prueba de rango múltiple de Duncan. La tendencia central de los resultados se expresó por la media de los valores y la dispersión mediante la desviación estándar de la media.

Resultados y discusión

Crecimiento de las vitroplantas

Longitud de vitroplantas

Aún cuando no se detecto ningún efecto significativo de los tratamientos ni las variedades sobre la longitud de plantas, ambas especies (cuadro 1) tuvieron mayor desarrollo en condiciones de alto intercambio gaseoso, posiblemente debido a que al incrementarse la concentración de CO₂ se estimuló la fotosíntesis y con ello el crecimiento de las plantas. Estos resultados coincidieron con lo reportado por Jackson et al. (1991), quienes utilizando envases cerrados herméticamente y envases con alto intercambio gaseoso, con y sin peclorato de mercurio (absorbente de etileno), indicaron que, en los envases cerrados sin perclorato de mercurio (alto contenido de etileno), produjeron vitroplantas súper alargadas. La variedad Andinita reportó la mayor altura (5 cm), valores que fueron mayores a los reportados por Scherwinski y Luces (2004), quienes estudiando tres especies (Baronesa, Eliza y Pérola) cultivadas en medios semi-sólidos, sólo alcanzaron 0,65 cm en promedio y por Pereira et al. (2005), para el cultivar Baronesa quienes reportan 3,9 cm en promedio para explantes básales cultivados en medio semi-sólidos.

Cuadro 1. Longitud, número de entrenudos y biomasa fresca de vitroplantas de las variedades Kennebec y Andinita bajo tres condiciones de intercambio gaseoso.

⁽¹⁾ Para valores transformados de acuerdo a la ecuación √x+1

⁽²⁾ Medias con distintas letras difieren significativamente (P<0,05) según la prueba de rango múltiple de Duncan. Las letras mayúsculas representan el efecto de las variedades y las minúsculas el intercambio gaseoso.

Número de entrenudos

En la variedad andinita se observó el mayor número de entrenudos en las tres condiciones de intercambio gaseoso, lo que podría relacionarse con una mayor susceptibilidad de esta variedad a las condiciones de restricciones en el intercambio gaseoso. En ambas variedades se observó el mayor número de entrenudos en la condición de bajo intercambio gaseoso (cuadro 1). Esto pudiera estar relacionado con las evidentes modificaciones en el desarrollo de las vitroplantas que ocurrieron como consecuencia de una restricción en el intercambio gaseoso, que se manifestó, en aumentos en el número de entrenudos y reducción de la distancia entre ellos, tal como lo reportaron Lai et al. (1998), quienes observaron similares modificaciones en plantas de Carica papaya sometidas a varios tratamientos de aireación.

Biomasa fresca

Bajo condiciones de alto intercambio gaseoso, la variedad Andinita presentó un mayor promedio de biomasa fresca (442,15 mg), con respecto a la variedad Kennebec (314,75 mg). Los resultados obtenidos coincidieron con lo observado por Wheeler et al. (1999) quienes al favorecer el intercambio gaseoso en vitroplantas de papa bajo una cámara de crecimiento controlado, reportaron incrementos importantes en la biomasa. Por otra parte, al restringir el intercambio gaseoso a medio y bajo, la biomasa fresca promedio en las dos variedades disminuyó progresivamente, pudiéndose observar que el descenso fue más acentuado para la variedad Andinita.

Las vitroplantas en condiciones de bajo intercambio gaseoso presentaron un reducido crecimiento de las hojas y éstas tuvieron epinastía, es decir, aumento excéntrico en espesor del ápice de crecimiento, con posterior encorvado del mismo, estos síntomas coincidieron con lo reportado por Lai et al. (1998) y Jackson et al. (1991), quienes observaron retardo en el crecimiento y disminución del tamaño de las hojas, reducción de la biomasa de las vitroplantas en 64%, el diámetro del tallo se incrementó en 61%, y epinastía en los pecíolos, así como, encorvamiento y alargamiento en vitroplantas de otras especies, sometidas a condiciones de bajo intercambio gaseoso.

Tuberización

Número de microtubérculos

En condiciones de bajo intercambio gaseoso no hubo formación de microtubérculos en ninguna de las variedades (cuadro 2). La mayor cantidad de microtubérculos se observó en la variedad Kennebec en condiciones de alto intercambio gaseoso. Por otra parte se observó que al restringir el intercambio gaseoso a medio y bajo, el número de microtubérculos en las dos variedades disminuyó progresivamente, pudiéndose relacionar con la reducción en el tamaño de las hojas y la disminución en la capacidad de realizar la fotosíntesis (Desjardins, 1995; Zimmerman, 1995).

Cuadro 2. Características de los microtubérculos producidos bajo tres condiciones de intercambio gaseoso.

⁽¹⁾ Para valores transformados de acuerdo a la ecuación arco seno»^√x

⁽²⁾ Medias con diferentes letras difieren significativamente (P<0,05) de acuerdo a la prueba de rango múltiple de Duncan.

Biomasa

La mayor biomasa la registró la variedad Andinita con 0,683 g en condiciones de alto intercambio gaseoso, este patrón de comportamiento se repitió para la variedad Kennebec, donde en iguales condiciones de intercambio se observó la biomasa mayor de los microtubérculos con 4,451 g. Este efecto coincidió con lo reportado por Wheeler y Tibbitis (1997) y Fujiwara et al. (1995), quienes atribuyeron incrementos en la biomasa en condiciones donde se favoreció el intercambio gaseoso. Este efecto podría relacionarse con una mayor disponibilidad de CO₂ para realizar fotosíntesis neta (Desjardins, 1995) y como fuente de carbono fácilmente asimilable que estimuló el crecimiento y acumulación en los órganos de reserva, en condiciones donde se favoreció el intercambio gaseoso.

Distribución por tamaño de microtubérculos

La distribución por tamaño de los microtubérculos es un factor importante al momento de seleccionar la semilla tubérculo que va a ser empleada como material de siembra. En la variedad Kennebec más del 60% de los

microtubérculos producidos fueron clasificados en la categoría de 5 a 10 mm, en condiciones de intercambio gaseosos medio (cuadro 2), mientras que para la variedad Andinita el mayor porcentaje se observó en los microtubérculos mayores de 10 mm, en condiciones de alto intercambio gaseosos, lo que podría estar relacionado con una respuesta varietal asociada a las condiciones de intercambio gaseoso. El aumento en la concentración de microtubérculos en las categorías de 5 a 10 mm y mayores de 10 mm en las condiciones de medio y alto intercambio gaseoso, se asoció con el efecto benéfico que tuvo la mayor disponibilidad de CO₂ para realizar fotosíntesis y con ello estimular el tamaño de los órganos de reserva, condiciones favorables desde el punto de vista de uso de los microtubérculos como material de propagación, ya que es en estas categorías donde se garantizó mayor probabilidades de supervivencia de los microtubérculos por semilla.

Conclusiones

Las condiciones de intercambio gaseoso tuvieron efecto considerable sobre el comportamiento de las variedades evaluadas, observándose que a mayor intercambio gaseoso, mayor fue la expresión varietal.

La variedad Andinita mostró plantas de mayor longitud y acumulación de biomasa fresca en vitroplantas y microtubérculos, mientras que, el mayor número de microtubérculos se presentó en la variedad Kennebec, por lo que, estas repuestas genéticas deben considerarse al seleccionar una variedad.

Al favorecer el intercambio gaseoso aumentó el tamaño de los microtubérculos de papa y con ello sus posibilidades de supervivencia al ser empleado como material de propagación.

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