CALIDAD

Obtención sistemática de semillas y plántulas de soya (Glycine max L.) bajo tratamiento con marcadores fluorescentes

Zhen Wang et-al*

La obtención sistemática de granos y plántulas de soya resistentes a ciertos agroquímicos bajo un tratamiento especial con marcadores fluorescentes es una nueva tecnología muy prometedora para la obtención de semillas y plántulas de mayor calidad. En la investigación realizada por Wang Zhen y sus colaboradores en la Sección de Horticultura de la Universidad de Cornell, se utilizaron granos de soya como modelo porque son semillas que tienen una capa permeable, de tal manera que el tratamiento con marcadores fluorescentes permite replicar las semillas y las plántulas, junto con sus raíces, hojas y todos sus tejidos con características idénticas que pueden transportarse hasta la siembra en el campo.

Introducción

Las semillas comerciales son adquiridas y almacenadas por las industrias de semillas o en los campos agrícolas para protegerlas del ataque de insectos y patógenos que es causa de las enfermedades de las plantas. El tratamiento activo de ingredientes en las semillas se da por actividad natural y por contacto sistemático con el entorno natural. Los compuestos que entran en actividad por contacto están restringidos al control de pestes en el entorno cercano. En contraste, las semillas tratadas con marcadores fluorescentes protegen las plantas en su entorno cercano y también cuando se cambian del sitio donde suelen crecer. El tratamiento sistemático permite proteger las plantas durante las primeras etapas de crecimiento antes que aparezca la emergencia.

Los beneficios agronómicos del uso de tratamientos sistemáticos de las semillas es reducir la cantidad de agroquímicos, lo cual no sería posible en etapas posteriores por condiciones climáticas o por la presencia de las semillas en suelos húmedos.

Los objetivos

Los investigadores marcaron varias metas: 1) Obtener 32 marcadores fluorescentes, identificarlos en los granos de soya y entonces replicarlos en plántulas con características idénticas; 2) Estudiar las diferencias de las semillas adquiridas; 3) Examinar la distribución de los marcadores adquiridos por las plántulas dentro de un período de 14 días y, 4) Estudiar y observar la relación entre el tratamiento de las semillas y las raíces.

Germinación de una planta de soya con tratamiento de la semilla con marcadores fluorescentes. Hay cambios en el epicótilo (hypocotyl en inglés) o punto de nacimiento que se transmitirán a la raíz, las hojas y toda la planta

Las propiedades fisicoquímicas requieren tratamientos sistemáticos de las semillas que permitan entrar al interior de la semilla hasta el embrión y, en última instancia influir en la transportación de estas cualidades a las hojas y a la raíz.

Plántulas de soya en una cámara de crecimiento hidropónica, con medición controlada de humedad, nutrientes y características o cambios adquiridos durante 14 días de incubación

Las semillas fueron agrupadas en varias especies y en diversas categorías tomando en cuenta la permeabilidad: aquellas que son permeables, las que tienen permeabilidad selectiva y semillas con capa no-permeable. Los cultivos que tienen semillas con capas permeables, incluyen los granos de soya (Glycine max L.).

Para determinar la permeabilidad de las semillas se utilizaron marcadores fluorescentes con un rango determinado de propiedades físico-químicas que ayudaron a aumentar el conocimiento y la utilidad de estos marcadores en la investigación de la tecnología de las semillas. En forma paralela, se utilizó otra gama de marcadores con las que se pudo observar la relación entre la semilla, la raíz y las hojas.

Las familias de fitoquímicos más abundantes que se generaron tanto en la semilla como en las plántulas fueron ‘coumarines’¹ y ´xantenes’². Los 120 coumarines que se obtuvieron de semillas registraron un rango de 1.1% a 4.8% a partir del tratamiento aplicado con los marcadores fluorescentes en 15 variedades de semillas de soya amarillas. Se obtuvo un colorante amarillo conocido como Rodamina B 3 , un compuesto de la familia de los ‘xantene’ en las plántulas,

con lo cual se mostró la translación a las plántulas a partir del tratamiento de las semillas y de todos los tejidos de las plántulas con los marcadores fluorescentes. La mayor cantidad de marcadores se midió en las raíces utilizando rayos láser en el epicótilo⁴ y en las hojas de la planta. El Log P ( masa molecular y carga eléctrica) está bien documentado en la literatura y es un modelo común que se obtiene de las raíces, pero el Log P que se obtiene de los marcadores fluorescentes en las semillas es aún un resultado muy nuevo. En esta investigación fueron estudiados los (coumarines 151 – nonitonicos) y los marcadores (rhodamine B) de soya tratada, con capas permeables en la semilla, que pueden llegar hasta el embrión después de permanecer en un medio húmedo de siembra hidropónica. En otros experimentos con marcadores fluorescentes (coumarin 120 y otros) la obtención de un máximo de semillas saturadas o dos variedades de semillasamarillas de cantidades un 50% más grande que las variedades de semillas negras, lo que ilustra las diferencias que existen en las dos variedades y que, sin duda, será tema para futuras investigaciones. Se encontró que el marcador fluorescente del coumarin 151, utilizado para llevar esta investigación y conseguir las cualidades de las plántulas, puede ser tratado desde la base en todas las estructuras de las semillas y hacer un registro o

medición cuantitativa. Se diseñó un sistema de simulación como si fuera real y en vivo con dos marcadores fluorescentes y bioluminiscentes. Se utilizó una cámara con iluminación y un entorno imaginario que se logró con filtros de luz, con lo cual se supuso podría ser captada por pequeños insectos, unos no destructivos, otros no-invasivos, todos capaces de ser atraídos por la luz fluorescente de las semillas. Además, el espectro del sistema también se ha utilizado en la investigación científica de las plantas y tiene un potencial para imaginar fluorescencia emitida por las semillas en una selección de cultivos.

Uno de los objetivos de este estudio es avanzar en la comprensión de las semillas tomadas a través de la evaluación de marcadores fluorescentes que representan un rango Log P (masa molecular y carga eléctrica) que se produce con el uso de fluorescencia en semillas y plántulas,

usando la soya como modelo.

Materiales y métodos

Se utilizaron 32 marcadores fluorescentes pertenecientes a 10 clases de marcadores y colorantes que se utilizan para investigar las semillas y las plántulas de semillas. Las semillas y las plántulas que se utilizaron para investigarlas con los 32 marcadores se aplicaron en variedades de soya amarilla AG1901 con las cuales se llevaron a cabo las pruebas, con mediciones en una cámara de crecimiento hidropónica, en condiciones controladas de humedad, nutrientes y cambios en 14 días de incubación.

Los resultados de esta investigación mostraron que de las 32 variedades de semillas estudiadas, 18 fueron apropiadas, mientras que 16 resultaron tener características muy apropiadas porque se detectaron tanto en las semillas como en las plántulas. Los derivados de coumarin fueron uno de los mayores compuestos químicos, y 7 de los 16 marcadores se distribuyeron en la obtención tanto en las semillas como en las plántulas. Se pudo medir xanteno como otro de los químicos, y tres rhodamine que se obtuvo de los cotiledones (mitad de

cada semilla), cada uno con propiedades únicas, y algunos que se observaron en los cotiledones presentaron algún grado de fitotoxicidad durante el crecimiento de las plántulas.

Conclusión

La investigación demostró que los marcadores fluorescentes constituyen una herramienta muy apropiada para obtener semillas y plántulas más sanas con una amplia gama de aplicaciones, incluyendo disminución de agroquímicos en la siembra de estas plantas. Este estudio demostró que el Log P no es la única propiedad que puede ser usada para predecir el tipo de marcadores utilizados para obtener semillas y plántulas de calidad, sino que hay otras propiedades físico-químicas que también interfieren en la selección. El uso de marcadores fluorescentes durante el tratamiento de las semillas y las plántulas puede tener gran utilidad porque se transfiere a las hojas y las raíces, lo cual permite suponer que así será una vez que las semillas hayan sido sembradas en el campo. Además la selección de marcadores fluorescentes tiene gran potencial para mejorar la calidad de las plantas de los cultivos, lo cual puede ser una nueva aportación al desarrollo de la agricultura.

Términos especiales

¹ ‘coumarines’.- (coumarine). Pertenecen a la familia de los fitoquímicos, compuestos químicos que se producen naturalmente en el reino vegetal. Algunos son responsables de las propiedades organolépticas de las plantas. El término es generalmente utilizado para designar aquellos químicos que tienen gran importancia biológica, por ejemplo los carotenoides, flavonoides, coumarines o cromones, aunque no todos contienen nutrientes. Se conocen más de 4,000 diferentes fitoquímicos que tienen actividad potencial contra algunas enfermedades. El nombre ‘coumarin’ procede del francés, que incorporó el término de la lengua Tonka, ‘coumarou’ (Coumarouna odorata), una de las fuentes con las cuales el coumarin fue aislado de productos naturales en 1820. Tiene un aroma dulce, fácil de reconocerse y desde fines del siglo XIX se utiliza en la fabricación de perfumes. Se presume que las plantas producen coumarinas como una defensa química en contra de los predadores. (Matos Maria Joao. Et al.

Univ of Cambridge. In: Phytochemicals. Isolation, Characterisation and Role in Human Health. Publisher: InTech – Editors: Venketeshwer

Rao. Chapter 5 pp. 113-140. September 2015). ² ‘xantenes’.- (Xantene). Es un compuesto químico sólido y soluble en solventes orgánicos comunes. Los colorantes xantene que contienen esta sustancia incluyen algunos con características fluorescentes que van del amarillo al rosa, al azul y al rojizo, que pueden ser muy brillantes. Soluble en éter dietílico. El xanteno se utiliza como fungicida y también es un intermedio útil en la síntesis orgánica, pero sobre todo, por sus cualidades fluorescentes. El xanteno fue descubierto en 1871 cuando von Bayer sintetizó esta sustancia fluorescente a partir de la condensación del resorcinol y otras sustancias.

3 ‘rodamina’.- (Rhodamine B). Rodamina B es un compuesto químico empleado como colorante y perteneciente a la familia de las rodaminas. A menudo se utiliza como colorante de seguimiento mezclado en un líquido con el objeto de rastrear la tasa y dirección de su flujo. La rodamina posee fluorescencia y puede detectarse fácilmente y a un coste bajo mediante instrumentos llamados fluorómetros. Los colorantes de la familia de la rodamina son de uso común en biotecnología; por ejemplo, microscopía de fluorescencia, citrometría de flujo, la espectroscopía de correlación de fluorescencia, y las pruebas Elisa. La rodamina B puede ajustarse a una longitud de onda en torno a 610 nm cuando se utiliza como láser de colorante. El rendimiento depende de la temperatura de fluorescencia. (Wikipedia).

⁴ ‘epicótilo’.-(Epicotyl). Epicótilo. En botánica, el epicótilo es la parte del eje del vástago que, en el embrión, se encuentra situado por encima de la inserción de los cotiledones. En otras palabras, se trata del primer entrenudo de una planta. (Wikipedia)

Nota elaborada con datos del artículo de:

Wang Zhen et-al* Sección de Horticultura. Escuela de Ciencia de las plantas. Cornell AgriTech. Génova, New York, NY, USA. Systemic Uptake of Fluorescent Tracers by Soybean (Glycine max L.) Seed and Seedlings. Agriculture. Multidisciplinary Digital Publishing Institute. MDPI. 23 June 2020.