Revista Colombiana de Biotecnología ISSN: Universidad Nacional de Colombia Colombia


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1 Revista Colombiana de Biotecnología ISSN: Universidad Nacional de Colombia Colombia Espinosa Reyes, Ángel L.; Silva Pupo, Juan J.; Borges García, Misterbino; González Paneque, Orlando; Pérez Pérez, Jorge; Fajardo Rosabal, Lillien Evaluación de plantas de Curcuma longa L. obtenidas por cultivo de tejidos en condiciones de organopónico Revista Colombiana de Biotecnología, vol. XIV, núm. 2, diciembre, 2012, pp Universidad Nacional de Colombia Bogotá, Colombia Disponible en: Cómo citar el artículo Número completo Más información del artículo Página de la revista en redalyc.org Sistema de Información Científica Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

2 ARTÍCULO CORTO Evaluación de plantas de Curcuma longa L. obtenidas por cultivo de tejidos en condiciones de organopónico * Evaluation of Curcuma longa L. plants obtained by tissue culture in organoponic conditions Ángel L. Espinosa Reyes **, Juan J. Silva Pupo ***, Misterbino Borges García ****, Orlando González Paneque *****, Jorge Pérez Pérez ******, Lillien Fajardo Rosabal ******* Resumen La cúrcuma es una planta utilizada como condimento y colorante que posee múltiples propiedades medicinales. La evaluación de la estabilidad genética y la respuesta en condiciones de producción constituye una etapa muy importante en los sistemas de propagación de plantas por cultivo de tejidos. En este trabajo se evaluó la respuesta morfoagronómica de plantas de cúrcuma obtenidas por cultivo de tejido y por rizomas en condiciones de organopónico. Los resultados muestran una alta supervivencia (100%), para las plantas provenientes del cultivo in vitro, así como para las obtenidas a partir de los rizomas. Se logró un mayor crecimiento de las plantas propagadas por el cultivo de tejidos durante todo el ciclo de cultivo, sin cambios en las características morfológicas evaluadas. Los rendimientos en las plantas provenientes del cultivo de tejidos fueron superiores en comparación con las plantas propagadas por el método tradicional. Palabras clave: cúrcuma, biotecnología, micropropagación, cultivo in vitro, evaluación morfológica, evaluación agronómica. Abstract Turmeric is a plant uses like condiment and coloring. It has multiples medicinal properties. The genetic stability and response in production conditions is an important stage in plant propagation system by tissue culture. In this paper was evaluated the morphoagronomic response of turmeric plants obtained by tissue culture in organoponic conditions. Results show a high survival (100%) for a plant from in vitro culture as well as for the plant obtained by rhizomes. A bigger growth of the plants obtained by tissue culture was observed during the whole cultured cycle without changes in the morphologycal * Organopónico es un sistema de cultivo ecológico urbano. Suele consistir en paredes bajas de hormigón rellenadas de materia orgánica y tierra, con sistemas para riego por goteo situados sobre los productos en crecimiento (Wikipedia, 2012) ** Químico. Master en Ciencias Agrícolas. Departamento de Ciencias Básicas. Facultad de Ciencias Técnicas. Universidad de Granma. CP Bayamo. Granma. Autor para correspondencia. *** Agrónomo. Doctor en Ciencias Agrícolas. Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad de Granma. Cuba. **** Biólogo. Doctor en Ciencias Agrícolas. Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad de Granma. Cuba. ***** Agrónomo. Doctor en Ciencias Agrícolas. Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad de Granma. Cuba. ****** Agrónomo. Master en Biotecnología Vegetal. Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad de Granma. Cuba. ******* Biólogo. Master en Biotecnología Vegetal. Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal. Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad de Granma. Cuba. 196 Rev. Colomb. Biotecnol. Vol. XIV No. 2 Diciembre

3 characteristic evaluated. The yields of the plants obtained by tissue culture were higher that the plants planted by the traditional method. Keys words: turmeric, biothecnology, micropropagation, field evaluation, morphologycal evaluation, agronomic evaluation. Recibido: septiembre 19 de 2012 Aprobado: noviembre 21 de 2012 Introducción La cúrcuma (Curcuma longa L. sin. Curcuma domestica Val.), es una planta milenaria, originaria del continente asiático, específicamente de la India Oriental. Ha sido cultivada desde hace más de cinco mil años en este país por sus múltiples usos y beneficios. Planta muy apreciada como condimento y colorante, resulta imprescindible en la preparación de algunos productos alimenticios y platos tradicionales en los países asiáticos (Hossain y Ishimine, 2005). Han sido comprobadas muchas propiedades medicinales en este cultivo, destacándose las antioxidantes (Cousins et al., 2007) y hepatoprotectoras (Medina et al., 2006), mediadas por su fuerte poder antioxidante y su alta capacidad de protección del ADN contra el daño peroxidativo (Bingwen y Ping, 2007). Posee reconocidas propiedades antiinflamatorias y antiescleróticas (Chaniani, 2003), lo que justifica su uso en el tratamiento de inflamaciones y artritis, así como en la prevención de arteriosclerosis y tromboembolismos. Se ha comprobado su eficacia en el control de desórdenes respiratorios, gastrointestinales y en afecciones de la piel como psoriasis o eczemas, es preventiva del cáncer y de los desordenes cardiovasculares (Mesa et al., 2000) Escasamente cultivada en Cuba, a partir de la década del 90 del siglo pasado, comenzó a prestársele atención a este cultivo (Terán, 2002) y actualmente es objeto de atención por parte del Ministerio de Agricultura, sin embargo la escasez de material de propagación de calidad es la principal problemática que ha limitado su mayor extensión. Las técnicas de cultivo de tejidos son alternativas que permiten obtener gran cantidad de material vegetal de propagación en cortos periodos de tiempo, libres de plagas y enfermedades, además, favorecen el intercambio, mejora y conservación de germoplasma (Godliving y Mtui, 2011). En el cultivo de la cúrcuma se han desarrollado protocolos para su establecimiento y multiplicación in vitro (Balachandran et al., 1999; Salvi et al., 2002), sin embargo, son muy escasos los estudios relacionados con la respuesta morfológica y agronómica de plantas de cúrcuma obtenidas por cultivo de tejidos en condiciones de campo, aspecto que resulta imprescindible para recomendar el empleo de un sistema de propagación de plantas con fines de producción. El presente trabajo se realizó con el objetivo de evaluar la respuesta morfoagronómica de plantas de cúrcuma propagadas por cultivo de tejidos en condiciones de organopónico. Materiales y métodos El presente trabajo se realizó en el Organopónico situado en el Reparto Jesús Menéndez de la ciudad de Bayamo, provincia Granma, la cual se encuentra ubicada a 180 m sobre el nivel del mar, con una topografía llana de pendiente 0, durante el periodo de abril 2007 a enero Las temperaturas medias durante el periodo del experimento oscilaron de 21,5-33 C y una humedad relativa media de 77%. Material vegetal Se emplearon plantas de cúrcuma multiplicadas in vitro durante cuatro subcultivos consecutivos con una frecuencia de 30 días. El medio de cultivo estuvo constituido por las sales y vitaminas de Murashigue y Skoog (1962), suplementado con 100,0 mg.l - de mioinositol, 4,0 mg.l - de 6- bencilaminopurina y 30,0 g.l - de sacarosa, solidificado con agar 6,0 g.l -. Las plantas in vitro fueron aclimatizadas durante 30 días en condiciones semicontroladas de casa de adaptación, sobre un sustrato compuesto por una mezcla (1:2) de suelo-estiércol vacuno totalmente descompuesto. Las plantas aclimatizadas alcanzaban una longitud media de 5,0 cm y un número de hojas y raíces promedio de 6 y 7 respectivamente en el momento de la plantación. Para el método de propagación tradicional (tratamiento control), se utilizaron rizomas provenientes de la cosecha anterior, almacenados durante 4 meses en condiciones semicontroladas de laboratorio, seleccionados por su sanidad, libres de daños físicos y de tamaño homogéneo (longitud de 6-7 cm y masa de g). Evaluación de plantas de Curcuma longa L. obtenidas por cultivo de tejidos en condiciones de organopónico 197

4 Condiciones generales del experimento Se utilizó como sustrato el tradicionalmente utilizado por la entidad productiva (organopónico) para otros cultivos, compuesto por una mezcla (1:1) de suelo y materia orgánica proveniente de estiércol vacuno totalmente descompuesto. El sustrato se preparó de forma manual hasta lograr su homogeneidad y se añadió en canteros de cemento de una altura de 40 cm, los cuales se rellenaron hasta 3 cm antes del borde. El sustrato se mantuvo humedecido durante los tres días anteriores a utilizarse. La distancia de plantación fue de 0,20 m entre plantas y 0,70 m entre hileras (Terán, 2002). Para la siembra de las plantas provenientes del cultivo de tejidos, se cubrió totalmente su sistema radical con el sustrato y se presionó ligeramente para asegurar la estabilidad de las plantas. Los rizomas se colocaron sobre el cantero y se cubrieron con una capa de 4-5 cm de sustrato (Terán, 2002). Se sembraron 120 plantas por cada tratamiento. Se empleó un diseño completamente aleatorizado con tres repeticiones, debido a la homogeneidad que brinda el organopónico en las condiciones del sustrato, iluminación y posición del experimento. Durante el primer mes, el riego a las plantas se realizó diariamente, durante 20 minutos utilizando microaspersores, espaciándose posteriormente a tres veces en la semana según las necesidades del cultivo. Se mantuvo el experimento libre de plantas indeseables y se realizaron dos aporques, al mes y a los tres meses después de la siembra. Evaluación de caracteres cualitativos La totalidad de la población se evaluó según los caracteres morfológicos que aparecen en la lista de descriptores para la caracterización de la cúrcuma (Milián y Sánchez, 2002). Evaluación de caracteres cuantitativos Para evaluar la supervivencia (%) se consideró la totalidad de las plantas y rizomas plantados y se realizó por conteo del número de plantas vivas al mes y tres meses de establecido el experimento. A los 3 y 6 meses después de plantadas, fueron seleccionadas 30 plantas de forma aleatoria por cada tratamiento y se evaluaron las siguientes variables: Longitud de las plantas (cm): Se midió con la ayuda de una cinta métrica desde la base del tallo hasta el ápice de la hoja superior totalmente extendida. Número de tallos por plantas: Por conteo visual del número total de tallos por plantón. Número de hojas por plantas: Se realizó por conteo del número de hojas totalmente extendidas. A los 9 meses se procedió a la cosecha, para ello con la ayuda de un tenedor se removió el sustrato para extraer las plantas completas. Fueron seleccionadas 20 plantas por cada tratamiento a las cuales se les eliminó el suelo adherido a los rizomas y se evaluaron las variables: Número de rizomas por planta: Se realizó por conteo del número total de rizomas por planta. Masa fresca de los rizomas (g): Se determinó con una balanza analítica Sartorius el peso fresco de 40 rizomas por cada uno de los tratamientos. Masa seca de los rizomas (g): Se determinó por deshidratación de 40 rizomas a 105 C durante 8 horas (Souza y Gloria, 1998) y luego se pesaron con una balanza analítica Sartorius. Longitud de los rizomas (cm): se midió con ayuda de una regla. Grosor de los rizomas (cm): se realizó con la ayuda de un pie de rey. Rendimiento de rizomas en masa fresca por planta (g.planta -1 ): se pesó el total de rizomas frescos de cada planta con la ayuda de una balanza analítica Sartorius. Rendimiento de rizomas en masa seca por planta (g.planta -1 ): se pesó el total de rizomas deshidratados a 105 C durante 8 horas (Souza y Gloria, 1998) de cada planta con la ayuda de una balanza analítica Sartorius. Análisis estadístico Se realizó un análisis de varianza simple para todas las variables. Se utilizó el paquete estadístico STATISTICA (1998) versión 6.0 sobre Windows. En todos los casos cuando existieron diferencias significativas entre las medias fue aplicada la prueba de comparación múltiples de rango de Tukey para p 0,05. Resultados y discusión Las plantas procedentes de rizomas comenzaron a brotar transcurridos 25 días de sembrados, aspecto que coincide con lo planteado por Ishimine et al. (2003), quienes plantean que la brotación de las ye- 198 Rev. Colomb. Biotecnol. Vol. XIV No. 2 Diciembre

5 mas de cúrcuma a partir de los rizomas se produce a partir de los 20 días posteriores a la siembra. A los 30 días se había alcanzado el 100% de plantas brotadas. En ambos tratamientos se obtuvo el 100% de supervivencia de las plantas. A los tres meses de sembradas, las plantas obtenidas de vitroplantas mostraban una longitud promedio de 24,85 cm, significativamente superior a las plantas provenientes de rizomas, las cuales alcanzaron un tamaño de 5,50 cm (tabla 1). Las plantas producidas de rizomas a los meses de plantadas presentaron solamente un tallo por plantón, mientras que las plantas micropropagadas mostraron 5,95 tallos por plantón, con un promedio de 6,60 hojas por tallo, las que mostraban mayor tamaño que las producidas por las plantas provenientes de rizomas, en las cuales se alcanzó un promedio de 5,50 hojas por tallo. La mejor respuesta de las plantas provenientes del cultivo de tejidos en relación con el número de tallos por plantón pudiera estar asociada a un efecto residual de la citoquinina (6-BAP) utilizada durante la multiplicación in vitro, sumado a esto, los rizomas demoraron alrededor de 30 días en brotar, lo que provocó que las vitroplantas presentaran mayores valores de las variables en el momento de la evaluación. A los seis meses posteriores a la siembra, se observó un incremento en los valores de las variables evaluadas en los dos tratamientos, manteniéndose una mejor respuesta de las plantas obtenidas in vitro, con valores superiores en todas las variables a las plantas obtenidas de rizomas (tabla 1). Las plantas procedentes del cultivo de tejidos, alcanzaron a los 6 meses una longitud promedio de 62,45 cm, un número de tallos por plantón de 6,80 con 6,95 hojas por tallo. Las plantas provenientes de rizomas mostraron una longitud de 18,70 cm y 5,40 tallos por planta con un valor medio de 6,10 hojas por tallo. Los mayores valores obtenidos en las variables evaluadas en las plantas obtenidas por cultivo de tejidos, puede estar relacionado con el efecto de rejuvenecimiento fisiológico y sanitario que produce el cultivo in vitro. Según Cardone et al. (2004), en los materiales de plantación provenientes del cultivo in vitro, el efecto que se produce cuando el tejido pierde la señal que poseía de la planta madre, se puede manifestar en los mismos con un aumento en el vigor fisiológico de determinadas variables morfológicas y agronómicas. En investigaciones realizadas por Nayak y Pradeep (2006), se evaluaron en condiciones de campo plantas de cúrcuma, procedentes del cultivo in vitro. Se observó que en la primera generación las plantas micropropagadas, mostraron a los cuatro meses posteriores a la siembra, un número de brotes por planta significativamente superior en comparación con las plantas obtenidas por el método tradicional de siembra, pero sin diferencias en cuanto la longitud y número de hojas por tallo, los que no coincide totalmente con los resultados obtenidos en el presente trabajo. Así mismo, los valores de las variables evaluadas alcanzados en el presente trabajo fueron superiores a los reportados por los autores antes mencionados. La evaluación de los caracteres cualitativos, mostró que las plantas provenientes del cultivo in vitro no presentaron diferencias al compararlas con las plantas propagadas por el método tradicional (tabla 2), observándose en ambos tratamientos un comportamiento similar en todas las variables evaluadas. Los resultados indican que durante el cultivo in vitro no se produjeron cambios fenotípicos en las plantas, lo concuerda con los resultados obtenidos por Salvi et al. (2002), quienes no observaron cambios morfológicos en plantas de cúrcuma obtenidas por cultivo de tejidos durante su evaluación en condiciones de campo, lo Tabla 1. Respuestas de las plantas de cúrcuma a los tres y seis meses de sembradas en el organopónico. Tratamientos Longitud del tallo (cm) Número de tallos por plantón Número de hojas por tallo 3 meses 6 meses 3 meses 6 meses 3 meses 6 meses Vitroplantas 24,85 a 62,45 a 5,95 a 6,80 a 6,60 a 6,95 a Rizomas 5,50 b 18,70 b 1,00 b 5,40 b 5,50 b 6,10 b ESx(±) 1,59 3,51 0,43 0,28 0,16 0,13 ESx(±): Error estándar de la media. (Medias con letras diferentes para una misma columna difieren estadísticamente según Tukey para p 0,05). Evaluación de plantas de Curcuma longa L. obtenidas por cultivo de tejidos en condiciones de organopónico 199

6 Tabla 2. Resultados de la caracterización morfológica de las variables cualitativas. Descriptores Plantas provenientes cultivo tejidos Forma del rizoma unido unido Color externo del rizoma amarillo amarillo Plantas provenientes de rizomas Color interno del rizoma amarillo intenso amarillo intenso Color principal de la parte aérea verde verde Color de la parte basal del tallo blanco blanco Color del pecíolo verde verde Color de la hoja verde verde Formación de flores si si Color de la flor amarillo pálido amarillo pálido cual fue corroborado con un análisis de RAPDS. En estudios realizados por Him (2003), al evaluar en condiciones de campo plantas micropropagadas de jengibre, no observó cambios morfológicos al comparar las plantas propagadas por el método tradicional con las obtenidas por cultivo de tejidos, resultados que coinciden con los obtenidos en el presente estudio. A los nueve meses después de la siembra las plantas, en ambos tratamientos, mostraban síntomas claros de marchites y la caída de los tallos, lo que indicó el momento óptimo para la cosecha. En la tabla 3 puede observarse que el número de rizomas por plantón en las plantas obtenidas por cultivo de tejidos, fue significativamente superior con valores de 61,20 en relación a las plantas obtenidas por el método convencional de siembra, donde se alcanzaron valores de 45,75 rizomas por planta. Estos resultados pudieran estar asociados a que, en las plantas micropropagadas, el crecimiento vegetativo fue mucho mayor durante todo el ciclo de cultivo y, además, se formó un mayor número de tallos por plantón. La longitud y el grosor de los rizomas no mostraron diferencias entre los tratamientos, obteniéndose valores similares a los publicados para el cultivo de la cúrcuma en condiciones de campo (Akamine et al., 2007). Los resultados obtenidos en este experimento se corresponden con los logrados por Salvi et al. (2002), cuando evaluaron la respuesta de plantas micropropagadas de cúrcuma pero en condiciones de campo y observa- Tabla 3. Respuestas de plantas de cúrcuma a los nueve meses de sembradas en condiciones de organopónico. Variables Plantas provenientes cultivo tejidos Plantas provenientes de rizomas ESX(±) Número de rizomas por plantón 61,20 a 45,75 b 1,88 Longitud de los rizomas (cm) 6,65 a 6,56 a 0,50 Grosor de los rizomas (cm) 2,84 a 2,77 a 0,09 Masa de los rizomas frescos (g) 11,88 a 11,20 a 1,21 Masa de los rizomas secos (g) 2,52 a 2,45 a 0,13 Rendimiento rizomas frescos (g.plantón -1 ) 722,16 a 512,40 b 0,36 Rendimiento rizomas secos (g.plantón -1 ) 154,22 a 117,85 b 0,15 ESx(±): Error estándar de la media. Medias con letras diferentes para una misma fila difieren estadísticamente según Tukey para p 0, Rev. Colomb. Biotecnol. Vol. XIV No. 2 Diciembre

7 ron un incremento significativo en la cantidad y peso fresco de los rizomas por planta en comparación con las plantas propagadas por el método convencional de siembra. En estudios realizados por Him (2003), al comparar en condiciones campo plantas de jengibre (Zingiber officinale Roscoe) logradas por cultivo in vitro con plantas obtenidas de rizomas, observó en la primera generación ex vitro, que las plantas obtenidas por cultivo de tejidos fueron superiores en el número de brotes, masa fresca y seca de brotes y masa de raíces; pero inferiores en la altura de brotes y masa total de rizomas. Estos mismos autores observaron que las plantas in vitro desarrollaron numerosos rizomas, de tamaño pequeño, acompañados de alta cantidad de raíces carnosas con estructuras tuberosas en sus extremos, lo cual no fue observado en la presente investigación. Resultados alcanzados por Cabrera et al. (2010) al evaluar en campo microtubérculos de ñame producidos in vitro, indican un mayor número de tubérculos por planta para los materiales de plantación obtenidos in vitro, al compararlo con las plantas procedentes de las coranas de tubérculos de la propagación convencional, lo cual fue atribuido al efecto de rejuvenecimiento fisiológico y sanitario que produce el cultivo in vitro. Las variables peso fresco y peso seco de los rizomas no mostraron diferencias entre los tratamientos evaluados, obteniéndose valores similares a los obtenidos para el cultivo (según refieren Hossain y Ishimine, 2007 y Akamine et al., 2007). El rendimiento por planta de los rizomas, tanto en forma fresca como seca fue significativamente superior en las plantas provenientes del cultivo de tejidos, lo cual está asociado a la formación de una mayor cantidad de rizomas por plantón. Los valores de los rendimientos están en correspondencia con los publicados para el cultivo por diferentes autores en condiciones de campo (Terán, 2002; Ishimine et al. 2003) Conclusiones Se logró una alta supervivencia (100%) de las plantas propagadas por cultivo in vitro de tejidos, con rendimientos significativamente superiores en comparación con las plantas propagadas por el método tradicional en condiciones de organopónico. No se observaron cambios en las características morfológicas del material vegetal proveniente de la propagación in vitro que hagan suponer modificaciones genéticas. Sin embargo, se precisaría de un estudio molecular complementario, mediante RAPD, para confirmar su estabilidad genética. Agradecimientos A la Diputación Foral de Álava, Bilbao y la Asociación Euskadi- Cuba por el financiamiento otorgado que permitió realizar esta investigación. 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