Descubre todo sobre los Cultivos in Vitro, en este artículo. Se trata del desarrollo de células y tejidos de la planta mediante técnicas reproductivas logradas en ambientes estériles.
¿Qué es el cultivo in vitro?
Antes de hablar de esta técnica de cultivo es importante saber qué significa in vitro.
Etimológicamente in vitro proviene del latín, que se traduce como “dentro del vidrio”, por tanto es todo aquello que se desarrolla en un ambiente artificial porque es dentro del vidrio, por ejemplo en un tubo de ensayo, un plato o matraz.
Cuando se habla de in vitro, esto es referido a los estudios realizados a elementos orgánicos de manera externa al cuerpo al que pertenecen, por ejemplo: células, tejidos, órganos, entre otros.
El cultivo in vitro se conoce como las técnicas aplicadas en el agro que permiten cultivar en condiciones estériles, ciertos órganos o tejidos derivados de las plantas, utilizando para ello un medio de cultivo artificial. Esta técnica aplicada al cultivo forma parte de la biotecnología.
Las técnicas de cultivo de células y tejidos in vitro son la base de muchos programas de micro-propagación y reproducción para la investigación científica.Es decir, esta clase de cutltivo tienen la capacidad de tomar una célula de cualquier órgano de una planta para reproducir una planta total idéntica a la principal. Pues resulta que las células vegetales se dividen indefinidamente en un medio de cultivo apropiado y se regeneran en una planta completa.
Para el cultivo in vitro, los explantes de partes sanas y jóvenes de la planta se utilizan para regenerar toda la planta. Por lo tanto, las técnicas in vitro también se conocen como técnicas de cultivo de tejidos vegetales.
Historia
El cultivo in vitro se originó a inicios del siglo XX. Por primera vez en Berlín, Haberlandt (1902) originó el concepto de cultivo celular a través del principio de la totipotencia celular, con el cual intentó cultivar las células vegetales aisladas in vitro en un medio artificial. El método fue desarrollándose de a poco a partir de los años 40 hasta lo que hoy se conoce como la biotecnología.
El período entre los años cuarenta y sesenta estuvo marcado por el desarrollo de nuevas técnicas y la mejora de aquellas que ya estaban en uso. La disponibilidad de estas técnicas llevó a la aplicación del cultivo de tejidos a cinco áreas que son: El comportamiento celular, modificación y mejora de plantas, plantas libres de patógenos y almacenamiento de germoplasma, propagación clonal y formación de productos.
La década de 1990 vio un desarrollo acelerado de las tecnologías in vitro y su utilización en un número creciente de especies de plantas. Esta forma de cultivo celular ha sido un medio importante en el estudio de temas de biología vegetal y bioquímica, y están siendo de gran importancia en estudios de biología molecular y biotecnología agrícola. Este tipo de cultivo toma en consideración la importancia de la agricultura para la alimentación en el mundo.
Características de los cultivos in vitro
Los cultivos in vitro tienen unas características particulares que hacen posible la formación y el desarrollo de tejidos para la formación de las plantas. Algunas de estas características son:
- Los trabajos in vitro se llevan a cabo en un tubo de ensayo, plato o matraz, es decir, fuera del organismo vivo. Por lo tanto, las técnicas in vitro también se conocen como técnicas de cultivo de tejidos vegetales.
- Se realiza en espacios reducidos, no requiere de una gran infraestructura.
- El trabajo de cultivo de tejidos se limita realizarse a las plantas unicamente.
- Los tejidos se cultivan en medio nutriente adecuado, es decir en un medio controlado.
- En estos medios se utilizan fitohormonas como la auxina y la citocinina para estimular el crecimiento de la planta.
- Los tejidos se cultivan fuera del organismo progenitor del que se han extraído los tejidos
- En este cultivo existe la posibilidad de manipular las estructuras de la planta.
- Los cultivos in vitro están mantenidos con luz artificial.
- Antes de seleccionar el explante es necesario considerar su tiempo de existencia, en virtud de que mientras más joven es, más sencilla es su adaptación y por ende mejor es el resultado.
¿Qué es la micropropagación?
La micropropagación es un método de cultivo in vitro, que se utiliza para desarrollar plantas a través de un trozo pequeño (segmento) de una planta, llamada planta madre, que permite generar plantas exactamente iguales, que se les conoce como clones.
Este método forma parte de la llamada Biotécnica y se ocupa de aumentar de manera significativa una gran cantidad de vegetación colocadas en explantes muy pequeños, donde se van desarrollando diminutos retoños que van creciendo hasta formar plantas. Esto ocurre a través de la práctica de la regeneración de células vegetales, con células totipotentes, que son aquellas que están aptas para formar tejidos y por tanto formar una planta.
Ya finalizado el proceso, en el momento en que las plantas se han propagado bajo el método in vitro, deben ser colocadas en depósitos plásticos para trasplantarlas a macetas, bajo en proceso de adaptación de pasar del laboratorio a un invernadero, donde será controlada la cantidad de iluminación y de riego. Después deberán finalmente sembrarlas en el suelo y dependiendo del tipo de planta requerirá un sustrato adecuado.
Importancia de la micropropagación
A pesar de que la micropropagación es un método que se desarrolla en laboratorios y que es limitada por lo costoso de su empleo, es importante por el volumen de plantas que genera. Dentro de las razones que le dan significación a esta técnica, tenemos:
- Se utiliza en plantas que están consideradas en peligro de extinguirse, lo cual ayuda a la reproducción de dichas plantas.
- Se utiliza en los cultivos transgénicos, es decir es un método que colabora con la ingeniería genética, con el desarrollo de plantas cuyo ADN ha sido modificado.
- Ayuda a la multiplicación de aquellas plantas cuyo valor es alto, sacando provecho desde el punto de vista económico, de la planta.
- Al desarrollar la técnica en un ambiente estéril, se desarrollan plantas sanas, es decir, sin hongos, ni bacterias, ni regadas con plaguicidas ni otro químico.
- Permite la obtención de plantas idénticas a la original.
- La cantidad de plantas obtenidas de esta técnica es mayor en comparación con cualquier otro sistema de cultivo.
- No requiere de grandes espacios.
- La producción de plantas obtenidas mediante la utilización de esta técnica, se pueden almacenar o trasladar fácilmente.
- Este cultivo, por su condición de acéptico, elimina los períodos de cuarentena obligatorios por las autoridades cuando los cultivos de plantas se exportan.
Actualmente se realiza la micropropagación de cultivos desarrollados en ambientes líquidos con la finalidad de que las plantas puedan multiplicarse mecánicamente. Al incrementar el número de éstas por el sistema de biotecnologia digital (explantes), de este modo disminuir el costo de producirlas.
Laboratorios especializados utilizan un sistema de inmersión temporal, que se ocupa de suministrar suficiente ventilación a los explantes para ayudarlos a absorber los nutrientes a través de los tejidos. Esto hace que se generen retoños de calidad y en cantidades considerable. Estos sistemas pueden utilizarse para formar brotes por organogénesis en buen número, mecanizando el proceso, como lo mencionamos antes, en la micropropagación.
Estos métodos de micropropagación de vegetales generados in vitro, proponen oportunidades de guiar la genética a favor de los cultivos, originando formas para facilitar la multiplicación de las plantas, para ello, es básico el material genético creado, ya que es utilizado para la clonación y con esto propagar los diversos grupos de plantas.
Tipos de cultivo in vitro
Los cultivos in vitro pueden ser clasificados en dos grupos, de acuerdo a su organización, se clasifican en:
Organizados
Se trata del cultivo de plantas de semillas o de segmentos de tejidos u órganos, por ejemplo el cultivo a través del meristemo apical de tallo, cultivo a través de segmentos nodales, segmentos de raíces con ápice y sin ápice.
Desorganizados
Cultivo de distintos órganos celulares de una o de varias que tengan relación entre sí, por ejemplo: cultivo de callo, clusters, células aisladas, protoplastos, microsporas y de orgánulos celulares.
Pasos en el cultivo in vitro
La técnica de cultivo in vitro normalmente se realiza en cuatro pasos fundamentales, que son:
1.-Aislamiento de tejidos
Aislamiento de tejidos: los tejidos para la regeneración se pueden separar con la ayuda de parte esterilizadas de la planta, es decir, hoja, tallo, brote, etc.
Los tejidos aislados se esterilizan y luego se forman y se desarrollan en medio de cultivo.
2.-Regeneración y formación de callos
Regeneración y formación de callos: los tejidos proliferan en el medio del callo y dan lugar a una masa de células llamadas callos.
3.- Embriogénesis
Embriogénesis: el proceso de formación de embriones somáticos a partir del callo se denomina embriogénesis. A veces no se forman embriones somáticos, se forman brotes somáticos que dan lugar a la germinación de la planta.
4.-Organogénesis
Organogénesis: el proceso de diferenciación de brotes o raíces de los embriones somáticos se llama organogénesis.
A veces, una planta completa se desarrolla directamente a partir de la yema somática. Las plantas así obtenidas se transfieren después de algún tiempo a un cultivo en maceta desde un medio de cultivo.
Ventajas y Desventajas del cultivo in vitro
El cultivo in vitro, al igual que otros sistemas de cultivo, tiene fortalezas y debilidades, no obstante, el balance entre ambas es a favor de las ventajas. Este sistema de cultivo ofrece calidad y una alta producción. A continuación, una lista de algunas ventajas y desventajas:
Ventajas
- Permite obtener cultivos asépticos, es decir, plantas libres de patógenos, entendiendo por patógeno a todos aquellos agentes que puedan causar daño a la planta.
- El cultivo in vitro a través de la micropropagación de plantas nos ofrece multiplicar y extender abundantemente células, órganos o cualquier tejido de los vegetales incólumes en todo momento durante el año, así mismo mantener en iguales condiciones su capacidad genética y su calidad, todo esto en un período de tiempo corto.
- Aprovecha al máximo las propiedades del ambiente, utilizando sus beneficios y nutrientes en buen medida.
- Simplifica el cultivo de una gran cantidad de plantas en un espacio físico pequeño.
- Ofrece condiciones controladas para conservar el componente biológico por espacios de tiempo prolongados.
- Debido al cuidado de sus procedimientos, disminuye el peligro de pérdidas genéticas.
- A través de este método de multiplicación de cultivos es posible utilizar, en alguna medida, el fitomejoramiento, que es una técnica que permite el cruce entre diversas tipos de una especie de planta, para formarlas menos vulnerables y productivas.
- Permite la propagación de una amplia gama de especies con particularidades y beneficios deseados.
Desventajas
- El cultivo in vitro requiere de productos costosos debido a que es llevado a cabo en medios controlados.
- Solo es posible desarrollarlo con personal especializado y altamente capacitado para ello.
- Es necesario tener una instalación física, instrumentación y equipos adecuados, es decir no puede realizarse en cualquier lugar.
Aplicaciones del cultivo in vitro
El cultivo in vitro permite la propagación de plantas. Esta propagación puede ser por Micropropagación de esquejes o por la técnica de organogénesis de callos.
Una ventaja particular de este tipo de cultivo es la producción de vegetales exento de patógenos, esto se realiza a través de las técnicas:- Cultivo de meristemos y Microinjerto de ápices caulinares in vitro
Este cultivo consiente germinar en ambientes normales, semillas que no proliferan fácilmente, tal como la orquídea.
Este tipo de cultivo contiene ciertos inhibidores que son efectivos para germinar las semillas.
Dado que algunos cruces entre plantas son no son compatibles, pueden ocasionar la pérdida embrionaria. En el cultivo in vitro se evitar que esto ocurra.
También es posible realizar cultivos donde se puede incluir compuestos genéticos para obtener plantas y frutos híbridos.
Aminora el tiempo de las fases de progreso genético, ya que en tiempos breves se puede observar los cambios en las plantas.
Permite producir células haploides, es decir aquella que tienen 1 cromosoma.
Ejemplos
Los árboles frutales pueden ser cultivados en medio in vitro. Muchos laboratorios cultivan, plantas, árboles y arbustos por este sistema de cultivo.
De estas plantas se debe tomar un segmento de su tallo, o de sus hojas. Para comenzar con el cultivo se debe colocar ese fragmento de la planta en un tubo de ensayo, plato o matraz, para colocarle una sustancia nutriente. Esta planta pasa por un proceso de formación y posteriormente se trasplanta y se lleva a un invernadero, ahí cumple una fase, para por último, ser sembrada en el cultivo y esperar a su desarrollo.
En México se han desarrollado cultivos por micropropagación de caña de azúcar con bastante éxito. La industria azucarera representa una de las explotaciones agrícolas con más importancia en el ámbito económico de ese país. Sus cultivos representan un porcentaje considerable del total de cultivos realizados en esa nación.
Con el fin de evitar las enfermedades por hongos, bacterias y virus observadas en los cultivos convencionales, y debido a la gran demanda de sus productos, se puso en práctica la micropropagación en el cultivo de tejidos in vitro, en algunas variedades de este producto.
Han desarrollado estos cultivos in vitro en el medio adecuado y con la asepsia debida, con explantes extraídos del tallo de plantas de caña de azúcar de seis meses de cultivadas. Obteniendo exitosos resultados.
Otro de los cultivos in vitro que se ha propagado es el de la vid. En España el cultivo de esta planta es fundamental para el desarrollo de la industria vinícola.
El cultivo in vitro se ha presentado como una alternativa para obtener material sin ningún patógeno que les permita la propagación rápida del vegetal. Así pues se han realizado los cultivos a través de explantes de yema, hojas y segmentos de algunas variedades.
Es importante mencionar que en el caso de la vid, también el cultivo in vitro ha sido importante para la preservación de variedades autóctonas de este producto. Como es el caso de la variedad tempranillo que es originaria de La Rioja y que se utiliza para la elaboración del vino tinto.
Los explantes son analizados minuciosamente para determinar el protocolo que resulte conveniente para el cultivo de cada una de las variedades de las plantas de la vid.
Estos cultivos han sido de gran ayuda para el cultivo de gran número de plantas para su posterior cultivo en campo.
En México, también existen empresas con alta tecnología en sus laboratorios. Cuentan también con invernaderos, con los que buscan optimizar la productividad de la industria agraria a través del cultivo in vitro. Su objetivo es comercializar los servicios de cultivos por micropropagación y por lo general se especializan en tres procesos:
1.-plantas producidas en el sistema de cultivo in vitro que una vez que han salido de los procesos de estudio en el laboratorio, pasan a una fase de control en el invernadero.
2.-plantas que ya ha pasado por el proceso de adaptación en el invernadero, cuyas raíces están colocadas en sustratos estéril, para posteriormente ser sembradas.
3.-plantas en cepellón que son transportadas a pequeños sacos con sustrato.
Cultivo in vitro de Plantas
Tal como lo hemos referido en este artículo, el cultivo in vitro se realiza dentro de vidrio, y se trata del desarrollo de diversos métodos utilizados en la propagación de vegetales y animales. No obstante el tema que nos ocupa es el de las plantas. En este sentido, cultivar tejidos de plantas requiere de diferentes técnicas que le permitan multiplicar diversos materiales vegetales, como el protoplastos, tejidos, órganos, células y también plantas enteras.
Esta clase de cultivo se hace, tomando un segmento de la planta, denominado explante, y ofrecerle de manera controlada un ambiente de cultivo aséptico y con nutrientes necesarios para la regeneración de la planta. Tanto el medio estéril y el control de formación de la planta, permiten que este sistema de cultivo sea de especial importancia para la formación en masa de plantas de difícil cultivo, en extinción, o para la clonación de plantas.
El cultivo in vitro de plantas puede utilizarse en otras formas: crear semillas artificiales, plantas sin enfermedades, ni daños de ningún tipo, híbridos, perfeccionamiento de plantas a través de su genética, y otros.
En Orquídeas
Por medio del cultivo in vitro también se realiza la propagación de especies de plantas ornamentales, desarrolladas en medios controlados como la temperatura y la luz.
Para realizar el cultivo de orquídeas in vitro hay que realizar una serie de pasos que se nombran a continuación.
El cultivo de orquídeas in vitro ofrece la posibilidad de producir flores desde ambientes simulados como tubos de ensayo o matraz, para luego trasplantar la planta ya crecidas en otros medios convencionales como las macetas. Con este sistema de cultivo se pueden obtener plantas saludables que pueden ser designadas a la venta. El cultivo de orquídeas evoluciona muy bien en ambientes controlados, a temperatura y humedad regulada.
En los viveros, el cultivo de orquídeas, se realiza a través de el cultivo cruzado de plantas, y permanece allí hasta terminar la fase de gestación. En el vivero se recaban las cápsulas de las semillas de orquídea. Estas se llevan a un tratamiento de esterilización realizado previamente a su incorporación en el laboratorio. Todos estos pasos se hacen a través de procedimientos llamados protocolos.
Las cápsulas obtenidas en el paso anterior, son cortadas al medio para retirar de su interior las semillas de la planta de orquídeas. Estas semillas se cultivan en un medio simulado y controlado, dentro del laboratorio.
La germinación de las plantas de orquídeas, dependen en gran medida, de la variedad que se cultiva, ya que pueden tardar lapsos de tiempo distintos, algunas de ellas demoran unos tres meses en hacerlo.
Cuando se habla del estadio del cultivo, se habla de el tiempo que demora un cultivo en un ambiente específico.
Finalizado el proceso de germinado de la semilla, ésta se transfiere a otro envase de vidrio para realizar allí el cultivo secundario. En ese estadio se mantendrá por un lapso de tiempo. De este proceso se desprenden otros cultivos secundarios de acuerdo al crecimiento de la plántula, ordenándolos por tamaño.
Dado que los cultivos realizados a través de semilla no son uniforme, la producción puede variar, por tanto estas semillas se eligen por su tamaño de manera manual y se ubican en estadios clasificados por números.
En el último estadio, en este caso, es el tercero, se procederá a trasladar a la planta del ambiente controlado al vivero.
Las pequeñas plantas que fueron retiradas del laboratorio, son ubicadas en unas superficies con sustrato para que queden sujetas. Este sustrato puede tratarse de musgo por su valor nutricional que le ofrece a las plántulas de esta especie. Estas plántulas deben pasar por un período de adaptación en el invernadero, de más o menos 30 días y posteriormente pasa a la siguiente fase que es la de fertilización. Seguido de este tiempo, ya la planta ha ido desarrollándose de a poco.
En el momento en que ya comienzan a surgirle las raíces, en todo el proceso, se llevan de un estadio al otro modificando el sustrato, en concordancia con lo requerido por la planta. Aquellas plantas más desarrolladas, se pasan a macetas, mientras que aquellas que ya están en flor se colocan aparte.
Por último, durante el trasplante, se pasan las plantas grandes a otra bandeja, se le retira el sustrato y se limpian con sumo cuidado las raíces para higienizarlas y luego trasladarlas a un pote o maceta, anotando la fecha en que se hizo este traspaso, para ir revisando su progreso. Estas plantas requerirán de riego y nutrientes. Ya durante este proceso o posterior, las orquídeas dadas por la planta, serán objeto de venta. Tal vez te interese saber cómo sembrar orquídeas.
De tejidos vegetales
El cultivo de tejidos es un proceso que implica exponer el tejido vegetal a un régimen específico de nutrientes, hormonas y luz en condiciones estériles e in vitro para producir muchas plantas nuevas, cada una de ellas es un clon de la planta madre original.
Este proceso se realiza en un período de tiempo relativamente corto. Las plantas de cultivo de tejidos se caracterizan por tener un crecimiento libre de enfermedades, un sistema radicular más sano y fibroso, un hábito de ramificación más veloz y una mayor tasa de supervivencia.
Actualmente es posible cultivar varios tipos de órganos de plantas en cultivos estériles, incluyendo raíces, ápices de brotes, hojas, partes florales y frutos. Los requisitos de nutrientes para el cultivo de órganos varían considerablemente de una especie a otra y de acuerdo con el tipo de órgano. No obstante, se pueden necesitar ciertas condiciones generales para el cultivo de tejidos vegetales, importantes para su desarrollo, estas son: Condición aséptica, Aireación, Equipos y Medio nutritivo.
La condición aséptica se realiza con incubadoras que emiten calor seco para esterilizar los equipos y calor húmedo es para esterilizar a altas temperaturas. En cuanto a la higienización del área de trabajo y los instrumentos se utilizan productos químicos como el alcohol.
La adecuada aireación del tejido en el medio de cultivo es esencial. Aquellos tejidos, que se cultivan en medio semisólido no requieren ningún método especial para la aireación. Pero esos tejidos, que se cultivan en medio líquido requieren un dispositivo especial para la aireación.
Los artículos de vidrio utilizados para el cultivo de tejidos deben ser de vidrio de borosilicato, ya que el vidrio de soda puede dificultar el crecimiento del tejido.
Los medios nutritivos requeridos para el cultivo varían según el tipo de planta y el propósito de producir el cultivo. La mayoría de los medios contienen algunas sales inorgánicas de elementos mayores y menores, vitaminas y sacarosa. Tal medio se llama medio basal.
