Translate PaperComunicación cortaDesinfección de semillas de pimiento (Capsicum annuum L.) cultivar ‘YAMIL’ para su implantación in vitro
Víctor M. Calaña-Janeiro [1]
Humberto Izquierdo-Oviedo [2] [*]
María C. González-Cepero [2]
Yaritza Rodríguez-Llanes [3]
Marian Rodríguez-Hernández [1]
Dayne Horta-Fernández [2]
[1]
Universidad Agraria de La Habana “Fructuoso Rodríguez Pérez”, carretera
a Tapaste y Autopista Nacional, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba
[2] Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km
3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700
[3] Centro de Investigaciones Científicas de Yucatán. Mérida. México
[*] Autor para correspondencia. hoviedo1966@gmail.com; hioviedo@inca.edu.cu
RESUMENEn el
Departamento de Genética y Mejoramiento de las Plantas del Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas, se llevó a cabo un experimento con
semillas de pimiento (Capsicum annuum L.) cultivar ‘YAMIL’, en el
cual se compararon diferentes concentraciones de hipoclorito de sodio
(NaOCl) [1,25; 2,5 y 5 %] y tiempos de desinfección (uno,tres y cinco
minutos) de las semillas de pimiento cultivar ‘YAMIL’ para su posterior
implantación in vitro, en dos medios de cultivo, que contenían
las sales del medio de cultivo basal de Murashige y Skoog
(MS),suplementado con sacarosa (15 y 30 g L-1), con el
objetivo de determinar el mejor tratamiento y tiempo de desinfección de
las semillas de este cultivar de pimiento. Los resultados obtenidos en
este trabajo, indicaron que el 100 % de las semillas se desinfectaron
con el NaOCl al 2,5% por tres minutos o al 5 % durante tres minutos.El
100 % de las semillas germinaron y la mayor altura de las plántulas
(5,84 cm), así como el número de raíces por plántula (5,15) y el vigor
de las mismas, mostraron los mejores resultados con la utilización del
NaOCl (5 %) durante un minuto y el empleo del medio de cultivo MS
suplementado con sacarosa (30 g L-1) que fueron
estadísticamente superiores a los tratamientos controles. A partir de
los resultados obtenidos se obtiene una metodología de desinfección para
la implantación in vitro del pimiento cultivar ‘YAMIL’.
INTRODUCCIÓNEl pimiento es una de las especies hortícolas más importante para Cuba y el mundo, pertenece al género Capsicum, familia Solanaceae. El género Capsicum contiene alrededor de 25 especies silvestres y cinco cultivadas, que son: Capsicum annuum L., Capsicum frutenscens L., Capsicum chínense Jacq., Capsicum bacatum L. y Capsicum pubescens R y P 1.
Se desarrolla desde cerca del nivel del mar hasta los 2500 m s.n.m,
abarcando diferentes regiones de México y otros lugares del mundo, razón
por la cual se pudiera encontrar este cultivo en el mercado todo el
año, por lo que su consumo es muy generalizado en fresco e
industrializado en diversas modalidades 2,3.
De las especies cultivadas Capsicum annuum
L. es la de mayor importancia económica, ya que es ampliamente
consumida por la población mundial como condimento; además, sus frutos
tienen propiedades medicinales, debido a que contienen aceites
volátiles, capsaisicinoides, carotenoides, vitaminas, proteínas, fibras,
antioxidantes y elementos minerales 4-6. Existen cultivares que se diferencian en forma, tamaño, color, sabor y usos culinarios 7.
Por otra parte, se ha visto que el uso de explantes para la regeneración de meristemos apicales 8, hojas, hipocotilos, cotiledones, raíces y embrionesinducen la embriogénesis somática 9-11.
Sin embargo, no todos los cultivares responden de igual manera a estas
técnicas ni a la desinfección previa de los explantes, por lo que se
necesitan ajustes y conocimientos básicos de los mecanismos fisiológicos
que intervienen en las diferentes etapas de la micropropagación de un
cultivo 12.
’YAMIL’,
es un cultivar de polinización abierta, de un ciclo de 130 días,
presenta buena adaptación climática, se recomienda para época de
invierno (15 de septiembre hasta 15 de febrero); posee buena cobertura
de follaje que permite proteger a los frutos de los golpes de sol y de
los depredadores; comienza a florecer a los 29 días después del
trasplante (ddt), su floración masiva ocurre a los 34 ddt; los frutos
son verde que pasan a rojo en su madurez fisiológica; tiene9,94 cm de
largo y 9,35 cm de ancho, así como un grosor de 6,62 mm, la masa media
del fruto oscila entre 200-230 g y tiene entre seis a siete frutos por
planta; el rendimiento es de 30 tha-1; la acidez (0,16 %),
°Brix (4,5), pH (5,5-5,6) y entre 170-175 mg en 100g de contenido de
vitamina C; es resistente a Potuvirus; este genotipo está inscrito en el
registro oficial de variedades del Ministerio de la Agricultura de Cuba
13.
En la
actualidad se trabaja en el mejoramiento genético del cultivar ‘YAMIL’
para las altas temperaturas; por una parte, ya que es un genotipo para
campo abierto y para mejorar la calidad de los frutos; por otra parte,
en cuanto al contenido de licopeno. Por lo que obtener plántulas de este
cultivar en un menor tiempo resulta imprescindible y se debe acudir a
las técnicas biotecnológicas, por lo que se deben iniciar las
investigaciones por la desinfección de las semillas para su implantación
in vitro y disminuir el tiempo de mejoramiento con respecto a los métodos tradicionales.
Existe una amplia gama de agentes químicos que se emplean en la desinfección de los explantes antes de su inoculación in vitro,
por lo que es imprescindible establecer el tipo de desinfectante a
utilizar, el tiempo de los tratamientos y las concentraciones, ya que de
la misma forma que estos actúan sobre los microorganismos, lo hacen
sobre el material tratado y pueden ocasionarle daños irreparables 14.
La desinfección de las semillas de diferentes genotipos de Capsicum spp. se realizó con hipoclorito de sodio al 5 % durante 10 minutos 15. Por otra parte, Matos et al.16, informaronque la desinfección adecuada de los explantes (estructuras embrión-endospermo) de semillas de moringa (Moringa oleifera
Lam.), se realizó con hipoclorito de sodio 1 % (v:v) en agitación
durante siete minutos. También se utiliza el hipoclorito de calcio a
concentraciones y tiempos de desinfección diferentes, en dependencia de
la especie y el cultivar. Asimismo, se emplea también el cloruro de
mercurio II (HgCl2) en la desinfección de los explantes para iniciar el cultivo in vitro
en diferentes especies de plantas, pero este agente desinfectante es
muy tóxico, por lo que se debe emplear con mucha precaución.
Teniendo
en cuenta lo antes expuesto, este trabajo se realizó con el objetivo de
determinar el mejor tratamiento de hipoclorito de sodio y tiempo de
desinfección de las semillas de pimiento (Capsicum annuum L.) cultivar ‘YAMIL’para su implantación in vitro.
MATERIALES Y MÉTODOSEl
experimento se realizó en el Departamento de Genética y Mejoramiento de
las Plantas del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), Cuba.
Material vegetal
Se emplearon semillas certificadas de pimiento (Capsicum annuumL.) del cultivar ‘YAMIL’ de la campaña 2016-2017.
Medio de cultivo
Se empleó como medio de cultivo basal las sales de Murashige y Skoog 17 [MS]. Las combinaciones de medios de cultivo fueron las siguientes:
El pH se ajustó a 5,8(0, 2 antes de realizar la esterilización del mismo en autoclave a 1,5 atmósferas de presión y 121 0C de temperatura durante 20 minutos.
En todos los casos se emplearán 10 mL de medio de cultivo por frasco.
Condiciones de cultivo
Todos los frascos con los explantes se colocaron en una cámara de crecimiento a una temperatura de 24±2 0C, a una densidad de flujo de fotones fotosintéticos entre 220-250 µmolm-2s-1, con un foto período de 16 horas luz y ocho de oscuridad y humedad relativa entre 70-75 %.
Los tratamientos fueron los siguientes:
1.
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
inoculación en el medio de cultivo basal MS + sacarosa (15 g L-1) - Control.
2.
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
inoculación en el medio de cultivo basal MS + sacarosa (30 g L-1) - Control.
3.
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (1,25 %) - 5 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (15 g L-1).
4.
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (1,25 %) - 5 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (30 g L-1).
5.
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (2,5 %) - 3 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal basal MS + sacarosa (15 g L-1).
6.
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (2,5 %) - 3 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (30 g L-1).
7.
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (5 %) - 1 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (15 g L-1).
8.
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de
solución)+hipoclorito de sodio (5 %) - 1 minutos + inoculación en el
medio de cultivo basal MS + sacarosa (30 g L-1).
Evaluaciones
Se
realizaron a los 7, 14 y 21 días, pero en el trabajo se presentarán los
resultados de la última evaluación. Las variables evaluadas fueron las
siguientes:
Porcentaje
de desinfección de las semillas [explantes]: se determinó el total de
semillas que se desinfectaron, con respecto al total, que fueron
inoculadas en el medio de cultivo. Posteriormente se determinó el
porcentaje.
Porcentaje de germinación
de las semillas [explantes]: se determinó el total de semillas que
germinaron con respecto al total que fueron inoculadas en el medio de
cultivo. Posteriormente se determinó el porcentaje.
Altura de las plántulas in vitro (cm): se midió con un papel milimetrado estéril que se encontraba en una placa de Petri(.
Número de raíces por plántulas in vitro: se contó el total de raíces de cada plántula por tratamiento y posteriormente se obtuvo la media.
Longitud de las raíces por plántulas in vitro (cm): se siguió el mismo procedimiento para medir la altura de las plántulas.
Vigor de las plántulas in vitro: Se determinó según la escala propuesta por Izquierdo et al18, donde: 1.- Poco vigoroso;2.- Vigoroso; 3.- Muy vigoroso. Esta evaluación se realizó por apreciación visual.
Diseño experimental y análisis de los datos
Se
empleó un diseño completamente aleatorizado con 15 frascos por
tratamiento con dos semillas (explantes) por frasco y el mismo se
repitió dos veces en el tiempo. Los datos se procesaron mediante
Análisis de Varianza de Clasificación Simple (ANOVA), con el programa
SPSS 11,5 para Windows (SPSS, Inc., Chicago, IL) y la comparación entre
las medias se realizó de acuerdo a la prueba de Tukey (p(0,05).
RESULTADOS Y DISCUSIÓNLos
resultados relacionados con el porcentaje de desinfección y germinación
de las semillas (explantes) de pimiento se reflejan en la Figura 1.
Como se puede observar hubo diferencias significativas en cuanto al
porcentaje de desinfección de las semillas; el 100 % de las semillas de
los tratamientos 6 y 8 se desinfectaron y no hubo diferencias entre las
semillas de estos tratamientos, pero si se diferenciaron de las de los
tratamientos 1 y 2. Es importante aclarar, que la contaminación de las
semillas (explantes) en los diferentes tratamientos fue fundamentalmente
con bacterias. Con respecto al porcentaje de germinación de las
semillas, solo las del tratamiento 8 alcanzaron el 100 % de germinación y
se diferenciaron estadísticamente del resto de los tratamientos.
Porcentaje
de desinfección (EEx = 3,25***; D.E = 4,10) y germinación (EEx =
2,90***; D.E = 3,00) de las semillas (explantes) de pimiento (Capsicum annuum L.) cultivar ‘YAMIL’ en medios de cultivo con diferentes concentraciones de sacarosa, a los 21 días de inoculadas in vitro. n=60
T1.-
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
inoculación en el medio de cultivo basal MS + sacarosa (15 g L-1).- Control
T2.-
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
inoculación en el medio de cultivo basal MS + sacarosa (30 g L-1).- Control
T3.-
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución)
+hipoclorito de sodio (1,25 %) - 5 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (15 g L-1)
T4.-
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (1,25 %) - 5 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (30 g L-1)
T5.-
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (2,5 %) - 3 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (15 g L-1)
T6.-
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (2,5 %) - 3 minutos + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (30 g L-1)
T7.-
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución)
+hipoclorito de sodio (5 %) - 1 minuto + inoculación en el medio de
cultivo basal MS + sacarosa (15 g L-1)
T8.-
Agua corriente + detergente comercial (0,5 g en 100 mL de solución) +
hipoclorito de sodio (5 %) - 1 minuto + inoculación en el medio basal MS
+ sacarosa (30 g L-1)
n.- total de semillas (explantes) del experimento en las dos repeticiones Ttos.- tratamientos
EEX.- error estándar de la media D.E.- desviación estándar
Letras diferentes en las columnas indican diferencias significativas entre tratamientos para la prueba de Tukey (p ≤ 0,05)
Medias con letras distintas difieren estadísticamente según la prueba de Tukey (p(0,05) (*** significativo para p<0,001)
El 100 % de las semillas de pimiento del
cultivar ‘Jalapeño M’, se desinfectaron con 100 y 50 % de Clorox; sin
embargo, el porcentaje de germinación fue superior con la concentración
más elevada (92,6 %) y la más baja afectó la misma (64,2 %) 19.
Explantes obtenidos a partir de semillas de diferentes genotipos de Capsicum
spp., se desinfectaron con agua que contenía Tween 20, etanol al 70 % y
NaOCl al 5 % durante 10 minutos y obtuvieron un elevado porcentaje de
germinación de las semillas 15. Por otra parte, Stanislava y Velichka 20 también obtuvieron buenos resultados con respecto a la germinación de las semillas de los cultivares de pimiento 'Yasen F1' y 'Kurtovskakapia 1619',cuando las mismas se desinfectaron con una solución de hipoclorito de calcio al 5 % durante una hora.
Si
bien el hipoclorito de calcio, es un buen agente desinfectante, es
posible que en los resultados anteriores, se haya afectado un poco el
porcentaje de germinación de las semillas en ambos cultivares de
pimiento, ya que estas semillas estuvieron expuestas mucho tiempo al
agente químico.
En otros cultivos como Aloe vera (L.) Burm. f., Lavanya y Thayamini 21,
se informó que los brotesque extrajeron de la planta madre se lavaron
con agua del grifo durante aproximadamente 40 minutos y después se
desinfectaron con etanol al 70 % durante 30 segundos y posteriormente
estos explantes se colocaron en Clorox al 20 % (5,25 % de NaOCl) con dos
gotas de Tween 20 durante 30 minutos. Según otros autores 22, cuando se realizó la desinfección durante un minuto en alcohol 96° y 20 minutos en NaOCl al 2 % (5,6 gL-1 de cloro activo), con dos gotas de Tween 20, el porcentaje de contaminación in vitro de semillas de Schinus fasciculata
(Griseb) J.M. Johnstvar. fasciculata (molle), implantada en agar, -agua
fue de 16 %. Estos autores, informaron además, que el porcentaje de
germinación fisiológica a los tres días de la inoculación en el medio de
cultivo fue de 40 % y a los siete días alcanzaron el 84 %.
Otros autores desinfectaron semillas albahaca (Ocimum basilicum L.) con NaOCl al 10 % durante cinco minutos y etanol al 70 % durante 20 segundos 23. En otras investigaciones se emplearon tres métodos para la desinfección de las semillas de Aristotelia chilensis (Molina) Stuntz 24, la primera desinfección la realizaron en una solución que contenía Mancozeby Benomilo (2 gL-1 de Mancozeb; 0,6 gL-1
de Benomil, más unas gotas de Tween 20) por 20 minutos y se colocaron
en un agitador magnético; la segunda desinfección fue con una solución
de alcohol 75° por cinco segundos y, por último, las semillas se
sumergieron en NaOCl al 1 % por 10 minutos.
Los fertilizantes químicos, como el Benomilo y el Mancozeb, son muy agresivos para emplearlos en la desinfección de explantes in vitro, con independencia de los resultados que se obtengan, ya que pueden ser tóxicos y de difícil remoción del explante in vitro, que posteriormente se convertirá en una planta, que consumen las personas y los animales y, además, afectan el medio ambiente.
La desinfección de los cultivares de berenjena (Solanum melongena
L.) 'Mattu Gulla' y 'Perampalli Gulla', la realizaron introduciendo sus
semillas en una solución jabonosa (dos o tres gotas de Tween 20)
durante cinco minutos, seguido de un tratamiento con etanol al 70 %
durante un minuto y posteriormente colocaron las semillas en cloruro de
mercurio (II) (HgCl2) 0,1 % (w/v) durante cinco minutos 25. La germinación de las semillas de Stenocereus queretaroensis
(F. A. C. Weber) F. Buxb. (una cactácea arborescente, endémica de
México), tratadas conhipoclorito de sodio al 10 % durante cinco minutos,
fue superior a las que no se trataron 26.
El
hipoclorito de sodio y calcio, así como el cloruro de mercurio (II)
causan la muerte de los microorganismos infecciosos como bacterias y
hongos exógenos, que permiten que haya un mayor índice de
establecimiento en el material vegetal. Sin embargo, los dos primeros
deben usarse a ciertas concentraciones y tiempos de desinfección, ya que
son muy potentes y en el último caso, no debe emplearse en la
desinfección de los explantes, ya que es muy tóxico para los mismos
cuando se cultivan in vitro y muy difícil de remover de los mismos.
En la Tabla 1,
se muestra la altura de las plántulas, el número y la longitud de las
raíces, así como el vigor de las plántulas y hubo diferencias
significativas entre los tratamientos en todas las variables que se
evaluaron. Con respecto a la altura de las plántulas, el mejor
tratamiento fue en el que se colocaron las semilla en NaOCl 5 % durante
un minuto y las mismas se implantaron en el medio de cultivo MS
suplementado con 30 g L-1 de sacarosa, con 5,84 cm de altura
de la plántula, que se diferenció estadísticamente de los tratamientos
controles 1 (medio de cultivo MS suplementado con 15 g L-1 sacarosa) y 2 (medio de cultivo MS suplementado con 30 g L-1
sacarosa), que las plántulas alcanzaron 4,61 y 4,94 cm,
respectivamente. Las plántulas del tratamiento 8, también se
diferenciaron estadísticamente de las del resto de los tratamientos.
En relación con el número de raíces, las
plántulas del tratamiento 8, fueron estadísticamente superiores a las
del resto de los tratamientos, incluyendo a las de los tratamientos
controles (1 y 2). Sin embargo, con respecto a la longitud de las
raíces, las plántulas de los tratamientos 3 y 6, con 4,08 y 3,94 cm,
respectivamente alcanzaron los mejores resultados (Tabla 1).
Finalmente,
las plántulas más vigorosas fueron las del tratamiento 8, que
alcanzaron un vigor de 3 y superaron a las de los tratamientos controles
1 y 2, con un vigor de 2 en ambos casos (Tabla 1).
Las
plántulas del cultivar 'Jalapeño M', con aplicaciones de Clorox 50 %
alcanzaron mayor altura y longitud de las hojas cotiledonares a
diferencia de las plántulas en las que se empleó Clorox al 100 %. Sin
embargo, no informaron diferencias significativas estadísticas con
respecto al ancho de las hojas cotiledonares ni en la longitud de las
raíces 19.
Otros autores 27 en estudios realizados con Escobaria cubensis
(Britton y Rose) Hunts, comúnmente denominado “cactus enano de
Holguín”, informaron que el tratamiento de las semillas con 2 % de NaOCl
y doble desinfección, fueron las que tuvieron mayores niveles de
supervivencia de las plántulas; las mamilas respondieron mejor en cuanto
a la supervivencia a las combinaciones mayores de concentración de
NaOCl y el tipo de desinfección.
La obtención de diferentes tipos de explantes primarios de tres cultivares de piña (Ananas comosus
(L.) Merr.: yemas de la corona y el meristemo de los hijuelos, a partir
de tallos, que se lavaron previamente con detergente y, posteriormente,
se transfirieron a una solución diluida de cloro comercial al 20 %
(v/v) durante 10 minutos, observaron que a las cuatro semanas de
cultivo, hubo brote de una yema apical en todos los cultivares, con una
longitud de 3 a 4 mm, aproximadamente; después de cuatro semanas
adicionales en el mismo medio de cultivo, hubo alargamiento de las hojas
y del vástago (1 a 3 cm) y el alargamiento se incrementó con el tiempo,
sin que se observara brotación lateral 28.
En sentido general, en este trabajo, las plántulas del tratamiento 8
(NaOClal 5 % durante un minuto e inoculación de las semillas en el medio
de cultivo basal MS suplementado con sacarosa (30 g L-1),
mostraron un desarrollo homogéneo, dada la alta sincronización que se
observó en la germinación de las mismas. Además, este material
constituyó una fuente adecuada de explantes de calidad para los
experimentos posteriores.
A partir de estos
resultado se propone una metodología de desinfección de las semillas de
pimiento, cultivar ‘YAMIL’ para su implantación in vitro.
Pasos de la metodología:
1. Seleccionar semillas de pimiento (Capsicum annuum L.) cultivar ‘YAMIL’ que estén certificadas y síntomas aparentes de enfermedades fungosas o bacterianas.
2.Colocar
las semillas en un beaker de 250 mL de capacidad y enjuagarlas con
abundante agua del grifo y detergente comercial (0,5 g en 100 mL de
solución).
3. Enjuagar las semillas con agua del grifo hasta eliminar toda la espuma proveniente del detergente.
4.
En la cabina de flujo laminar, las semillas se colocan en hipoclorito
de sodio (5 %) durante un minuto y se le agregan dos gotas de Tween 80
por cada 100 mL de solución y se agitaron.
5. Decantar la solución y enjuagar las semillas cuatro veces con agua destilada estéril.
6. Colocar las semillas en una placa de Petri( que contenga papel de filtro estéril, para eliminar la humedad en las mismas.
7. Inocular dos semillas por frasco, que contenga 10 mL de medio de cultivo MS suplementado con 30 g L-1 de sacarosa.
CONCLUSIONES
Se estableció una metodología de desinfección adecuada para la implantación in vitro de las semillas de pimiento (Capsicum annuum
L.) cultivar(YAMIL(, que garantiza la germinación de las semillas
(explantes), así como la supervivencia y el crecimiento adecuados de las
plántulas.
La inoculación de las
semillas se debe realizar en un frasco de cristal, que contenga 10 mL
del medio de cultivo basal MS suplementado con sacarosa (30 g L-1).
INTRODUCTIONThe
pepper is one of the most important horticultural species for Cuba and
the world, belongs to the genus Capsicum, family Solanaceae. The genus
Capsicum contains about 25 wild and five cultivated species, which are: Capsicum annuum L., Capsicum frutenscens L., Capsicum chínense Jacq, Capsicum bacatum L. and Capsicum pubescens R and P 1.
It develops from near sea level to 2500 m a.s.l, covering different
regions of Mexico and other parts of the world, which is why this crop
could be found in the market all year round, so its consumption is very
widespread in fresh and industrialized in various modalities 2,3.
From the cultivated species, Capsicum annuum
L. is the one of greater economic importance, since it is widely
consumed by the world population as a condiment. In addition, its fruits
have medicinal properties, because they contain volatile oils,
capsaisicinoids, carotenoids, vitamins, proteins, fibers, antioxidants
and mineral elements 4-6. There are cultivars that differ in shape, size, color, flavor and culinary uses 7.
On the other hand, it has been seen that the use of explants for the regeneration of apical meristems 8, leaves, hypocotyls, cotyledons, roots and embryos induce somatic embryogenesis 9-11.
However, not all cultivars respond equally to these techniques or to
prior disinfection of explants, so adjustments and basic knowledge of
the physiological mechanisms involved in the different stages of the
micropropagation of a crop are needed 12.
‘YAMIL’,
is a cultivar of open pollination, of a cycle of 130 days, presents
good climatic adaptation, it is recommended for wintertime (September 15
to February 15). It has good foliage cover that allows the fruits to be
protected from sunburn and predators. It begins to bloom at 29 days
after transplantation (dat), its massive flowering occurs at 34 dat; the
fruits are green that turn red at their physiological maturity, it is
9.94 cm long and 9.35 cm wide, as well as a thickness of 6.62 mm. The
average mass of the fruit ranges between 200-230 g and has between six
to seven fruits per plant. The yield is 30 t ha-1; acidity
(0.16 %), °Brix (4.5), pH (5.5-5.6) and between 170-175 mg in 100 g of
vitamin C content; it is resistant to Potyvirus. This genotype is
registered in the official variety registry of the Ministry of
Agriculture of Cuba 13.
Currently
working on the genetic improvement of cultivating ‘YAMIL’ for high
temperatures; on the one hand, since it is a genotype for open field and
to improve the quality of the fruits; on the other hand, in terms of
lycopene content. Therefore, obtaining seedlings of this crop in a
shorter time is essential and biotechnological techniques must be used,
so research should be initiated on the disinfection of seeds for in vitro implantation and decrease the improvement time with respect to traditional methods.
There is a wide range of chemical agents that are used in the disinfection of explants before in vitro
inoculation, so it is essential to establish the type of disinfectant
to be used, the time of treatments and concentrations, since the same
way these act on the microorganisms, they do on the treated material and
can cause irreparable damage 14).
The
disinfection of the seeds of different genotypes of Capsicum spp. it
was performed with 5 % sodium hypochlorite for 10 minutes 15.
On the other hand, some authors, reported that adequate disinfection of
the explants (embryo-endosperm structures) of moringa seeds (Moringa oleifera Lam.) was performed with 1 % sodium hypochlorite (v:v) under stirring for seven minutes (16.
Calcium hypochlorite is also used at different concentrations and
disinfection times, depending on the species and the cultivar. Likewise,
mercury chloride II (HgCl2) is also used in the disinfection of explants to initiate in vitro culture in different plant species, but this disinfectant is very toxic, so it should be used with great caution.
Taking
into account the above, this work was carried out with the objective of
determining the best treatment of sodium hypochlorite and disinfection
time of pepper seeds (Capsicum annuum L.) cultivar ‘YAMIL’ for in vitro implantation.
MATERIALS AND METHODSThe
experiment was conducted in the Department of Genetics and Plant
Improvement of the National Institute of Agricultural Sciences (INCA),
Cuba.
Vegetal material
Certified pepper seeds (Capsicum annuum L.) from the ‘YAMIL’ cultivar of the 2016-2017 campaign were used.
Culture medium
The salts of Murashige and Skoog 17 [MS] were used as the basal culture medium. The combinations of culture media were the following:
• MS + 15 g L-1 sucrose.
• MS + 30 g L-1 sucrose.
The pH was adjusted to 5.8-0.2 before sterilizing it in an autoclave at 1.5 atmospheres of pressure and 121 °C for 20 minutes.
In all cases, 10 mL of culture medium per bottle will be used.
Growing conditions
All
the flasks with the explants were placed in a growth chamber at a
temperature of 24±2 ºC, at a flux density of photosynthetic photons
between 220-250 µmol m-2 s-1, with a photoperiod of 16 light hours and eight of darkness and relative humidity between 70-75 %.
The treatments were as follows:
1.
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution)
+inoculation in the basal culture medium MS + sucrose (15 g L-1)- Control.
2.
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution)
+inoculation in the basal culture medium MS + sucrose (30 g L-1)- Control.
3.
Running water +commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (1.25 %) - 5 minutes + inoculation in the basal
culture medium MS + sucrose (15 g L-1).
4.
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (1.25 %) - 5 minutes + inoculation in the basal
culture medium MS + sucrose (30 g L-1).
5.
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (2.5 %) - 3 minutes + inoculation in the basal
culture medium MS + sucrose (15 g L-1).
6.
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (2.5 %) - 3 minutes + inoculation in the basal
culture medium MS + sucrose (30 g L-1).
7.
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (5 %) - 1 minutes + inoculation in the basal culture
medium MS + sucrose (15 g L-1).
8.
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (5 %) - 1 minutes + inoculation in the basal culture
medium MS + sucrose (30 g L-1).
Evaluations
They were
performed at 7, 14 and 21 days, but the results of the last evaluation
will be presented at work. The variables evaluated were the following:
•
Percentage of disinfection of seeds [explants]: the total number of
seeds that were disinfected was determined, with respect to the total
that were inoculated in the culture medium. Subsequently the percentage
was determined.
• Seed germination
percentage [explants]: the total number of seeds that germinated was
determined with respect to the total that were inoculated in the culture
medium. Subsequently the percentage was determined.
• Height of seedlings in vitro (cm): it was measured with a sterile millimeter paper that was in a Petri dish.
• Number of roots per seedling in vitro: the total roots of each seedling were counted per treatment and subsequently the average was obtained.
• Root length per seedling in vitro (cm): the same procedure was followed to measure seedling height.
• Vigor of seedlings in vitro: It was determined according to the scale proposed by Izquierdo et al. 18, where: 1- Not very vigorous; 2- Vigorous; 3- Very vigorous. This evaluation was performed by visual appreciation.
Experimental design and data analysis
A
completely randomized design with 15 bottles was used per treatment
with two seeds (explants) per bottle and it was repeated twice in time.
The data were processed using Simple Classification Variance Analysis
(ANOVA), with the SPSS 11.5 program for Windows (SPSS, Inc., Chicago,
IL) and the comparison between the means was performed according to the
Tukey test (p(0.05).
RESULTS AND DISCUSSIONThe results related to the percentage of disinfection and germination of pepper seeds (explants) are reflected in Figure 1.
As can be seen there were significant differences in the percentage of
seed disinfection; 100 % of the seeds of treatments 6 and 8 were
disinfected and there were no differences between the seeds of these
treatments, but if they differed from those of treatments 1 and 2. It is
important to clarify that the contamination of the seeds (explants) in
the different treatments it was mainly with bacteria. Regarding the
percentage of seed germination, only those of treatment 8 reached 100 %
germination and were statistically differentiated from the rest of the
treatments.
Percentage of disinfection (EEx=3.25***; SD=4.10) and germination (EEx=2.90 ***; SD=3.00) of pepper seeds (explants) (Capsicum annuum L.) cultivar ‘YAMIL’ in culture media with different concentrations of sucrose, 21 days after inoculation in vitro. n=60
T1.-
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
inoculation in the basal culture medium MS + sucrose (15 g L-1) .- Control
T2.-
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
inoculation in the basal culture medium MS + sucrose (30 g L-1) .- Control
T3.-
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (1.25 %) - 5 minutes + inoculation in the basal
culture medium MS + sucrose (15 g L-1)
T4.-
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (1.25 %) - 5 minutes + inoculation in the basal
culture medium MS + sucrose (30 g L-1)
T5.-
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (2.5 %) - 3 minutes + inoculation in the basal
culture medium MS + sucrose (15 g L-1)
T6.-
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (2.5 %) - 3 minutes + inoculation in the basal
culture medium MS + sucrose (30 g L-1)
T7.-
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (5 %) - 1 minute + inoculation in the basal culture
medium MS + sucrose (15 g L-1)
T8.-
Running water + commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution) +
sodium hypochlorite (5%) - 1 minute + inoculation in the basal medium MS
+ sucrose (30 g L-1)
n.- total seeds (explants) of the experiment in the two repetitions Tts.- treatments
EEx.- standard error of the mean D.E.- standard deviation
Different letters in the columns indicate significant differences between treatments for the Tukey test (p≤0.05)
Means with different letters differ statistically according to the Tukey test (p≤0.05) (*** significant for p <0.001)
100 % of the pepper seeds of the cultivar
‘Jalapeño M’, were disinfected with 100 and 50 % of Clorox; however, the
germination percentage was higher with the highest concentration (92.6
%) and the lowest affected it (64.2 %) 19.
Explants obtained from seeds of different genotypes of Capsicum
spp., were disinfected with water containing Tween 20, 70 % ethanol and
5 % NaOCl for 10 minutes and obtained a high percentage of seed
germination 15. On the other hand, Stanislava and Velichka 20
also obtained good results regarding the germination of the seeds of
the pepper cultivars 'Yasen F1' and 'Kurtovskakapia 1619', when they
were disinfected with a solution of calcium hypochlorite at 5 % for one
hour.
Although calcium hypochlorite is a good
disinfectant agent, it is possible that in the previous results, the
percentage of germination of the seeds in both pepper cultivars has been
slightly affected, since these seeds were exposed for a long time to
the chemical agent.
In other crops such as Aloe vera (L.) Burm. f., Lavanya and Thayamini21,
it was reported that the sprouts extracted from the mother plant were
washed with tap water for approximately 40 minutes and then disinfected
with 70 % ethanol for 30 seconds and then these explants were placed in
20 % Clorox (5.25 % NaOCl) with two drops of Tween 20 for 30 minutes.
According to other authors 22, when disinfection was carried out for one minute in 96° alcohol and 20 minutes in 2 % NaOCl (5.6 g L-1 of active chlorine), with two drops of Tween 20, the percentage of in vitro contamination of Schinus fasciculata
(Griseb) seeds JM Johnstvar. fasciculata (molle), implanted in agar,
-water was 16 %. These authors also reported that the percentage of
physiological germination three days after inoculation in the culture
medium was 40 % and after seven days they reached 84 %.
Other authors disinfected basil seeds (Ocimum basilicum L.) with 10 % NaOCl for five minutes and 70 % ethanol for 20 seconds 23. In other investigations three methods were used for the disinfection of the seeds of Aristotelia chilensis (Molina) Stuntz 24, the first disinfection was carried out in a solution containing Mancozeb and Benomilo (2 g L-1 of Mancozeb; 0.6 g Benomil L-1,
plus a few drops of Tween 20) for 20 minutes and placed on a magnetic
stirrer; the second disinfection was with a 75 ° alcohol solution for
five seconds and, finally, the seeds were immersed in 1 % NaOCl for 10
minutes.
Chemical fertilizers, such as Benomilo and Mancozeb, are very aggressive for use in the disinfection of explants in vitro, regardless of the results obtained, since they can be toxic and difficult to remove the explant in vitro, which is subsequently it will become a plant, consumed by people and animals and affect the environment.
The disinfection of the eggplant cultivars (Solanum melongena
L.) 'Mattu Gulla' and 'Perampalli Gulla', were carried out by
introducing their seeds in a soapy solution (two or three drops of Tween
20) for five minutes, followed by ethanol treatment 70 % for one minute
and subsequently placed the seeds in mercury (II) chloride (HgCl2) 0.1 % (w/v) for five minutes 25. The germination of the seeds of Stenocereus queretaroensis
(F. A. C. Weber) F. Buxb. (An arborescent cactus, endemic to Mexico),
treated with 10 % sodium hypochlorite for five minutes, was superior to
those that were not treated 26).
Sodium
and calcium hypochlorite, as well as mercury (II) chloride cause the
death of infectious microorganisms such as bacteria and exogenous fungi,
which allow a higher rate of establishment in the plant material.
However, the first two should be used at certain concentrations and
disinfection times, since they are very potent and in the latter case,
they should not be used in the disinfection of explants, since it is
very toxic to them when grown in vitro and very difficult to remove from them.
Table 1 shows the height of the seedlings, the
number and length of the roots, as well as the vigor of the seedlings
and there were significant differences between the treatments in all the
variables that were evaluated. With respect to the height of the
seedlings, the best treatment was in which the seeds were placed in 5 %
NaOCl for one minute and they were implanted in the MS culture medium
supplemented with 30 g L-1 sucrose, with 5, 84 cm high of the
seedling, which was statistically differentiated from the control
treatments 1 (MS culture medium supplemented with 15 g L-1 sucrose) and 2 (MS culture medium supplemented with 30 g L-1
sucrose), which The seedlings reached 4.61 and 4.94 cm, respectively.
The seedlings of treatment 8 also differed statistically from those of
the rest of the treatments.
In relation to the number of roots, the
treatment seedlings 8 were statistically superior to those of the rest
of the treatments, including those of the control treatments (1 and 2).
However, with respect to the length of the roots, the seedlings of
treatments 3 and 6, with 4.08 and 3.94 cm, respectively achieved the
best results (Table 1).
Finally,
the most vigorous seedlings were those of treatment 8, which reached a
vigor of 3 and exceeded those of control treatments 1 and 2, with a
vigor of 2 in both cases (Table 1).
The
seedlings of the 'Jalapeño M' cultivar, with 50 % Clorox applications,
reached greater height and length of the cotyledon leaves unlike the
seedlings in which 100 % Clorox was used. However, they did not report
significant statistical differences with respect to the width of the
cotyledon leaves or the length of the roots 19).
Other authors 27 in studies conducted with Escobaria cubensis
(Britton and Rose) Hunts, commonly called “Holguin dwarf cactus”,
reported that the treatment of the seeds with 2 % NaOCl and double
disinfection, were those that had higher levels of seedling survival;
the mammals responded better in terms of survival to the greater
combinations of NaOCl concentration and the type of disinfection.
Obtaining different types of primary explants from three pineapple cultivars (Ananas comosus
(L.) Merr.:crown yolks and the meristem of the grandfathers, from
stems, which were previously washed with detergent and subsequently
transferred to a diluted solution of commercial chlorine at 20 % (v/v)
for 10 minutes, they observed that at four weeks of cultivation, there
was an apical bud in all cultivars, approximately 3 to 4 mm long. After
an additional four weeks in the same culture medium, there was
elongation of the leaves and the stem (1 to 3 cm) and the elongation
increased with time, without lateral sprouting being observed 28.
In this work, the seedlings of treatment 8 (5 % NaOCl for one minute
and inoculation of the seeds in the MS basal culture medium supplemented
with sucrose (30 g L-1), showed a homogeneous development,
given the high synchronization that it was observed in the g eradication
of them. In addition, this material constituted an adequate source of
quality explants for subsequent experiments.
From these results, a methodology of disinfection of pepper seeds is cultivar ‘YAMIL’ proposed for in vitro implantation.
Steps of the methodology:
1. Select pepper seeds (Capsicum annuum L.) cultivar ‘YAMIL’ that are certified and apparent symptoms of fungal or bacterial diseases.
2.
Place the seeds in a 250 mL capacity beaker and rinse them with plenty
of tap water and commercial detergent (0.5 g in 100 mL of solution).
3. Rinse the seeds with tap water until all foam from the detergent is removed.
4.
In the laminar flow cabinet, the seeds are placed in sodium
hypochlorite (5 %) for one minute and two drops of Tween 80 per 100 mL
of solution are added and stirred.
5. Decant the solution and rinse the seeds four times with sterile distilled water.
6. Place the seeds in a Petri dish containing sterile filter paper to remove moisture in them.
7. Inoculate two seeds per bottle, containing 10 mL of MS culture medium supplemented with 30 g L-1 sucrose.
CONCLUSIONS
• An adequate disinfection methodology was for the in vitro implantation of pepper seeds (Capsicum annuum
L.) established to cultivar ‘YAMIL’, which guarantees the germination
of the seeds (explants), as well as the adequate survival and growth of
the seeds seedlings.
• Seed inoculation
should be carried out in a glass jar, containing 10 mL of the MS basal
culture medium supplemented with sucrose (30 g L-1).