Translate PaperArtículo originalConservación in vitro de cafeto (Coffea arabica L.) mediante la disminución de sales minerales en el medio de cultivo
Yanelis Castilla-Valdés [1] [*]
María Esther González-Vega [1]
Llayma Espinosa-Torres [1]
[*] Autor para correspondencia. yanelis@inca.edu.cu
RESUMENLa conservación de
recursos fitogenéticos reviste gran importancia en tiempos en que se
agudizan las consecuencias del cambio climático global. El género cafeto
(Coffea spp) no está exento de estos riesgos, por lo que se buscan alternativas para su conservación ex situ. Específicamente, los métodos de conservación in vitro
conocidos como de ‘crecimiento mínimo’, permiten la preservación a
mediano plazo del material vegetal, mediante la disminución del ritmo de
crecimiento y de la frecuencia entre subcultivos. Son necesarios
estudios acerca del efecto independiente de variaciones en la
concentración de macro y microelementos esenciales, en la conservación a
mediano plazo de cafeto. El objetivo del trabajo fue determinar el
efecto de la disminución del contenido mineral del medio de cultivo en
la respuesta de plantas de cafeto (Coffea arabica L.) conservadas in vitro por un período entre dos y seis meses. Las plantas, previamente obtenidas in vitro,
fueron sembradas en medio MS modificado, con tres tratamientos
consistentes en la reducción al 75, 50 y 25 % de sus macro y
microelementos. La supervivencia, el número de pares de hojas, la
abscisión foliar y el porcentaje de plantas con raíces fueron evaluados a
los dos, cuatro y seis meses. En el tratamiento de MS al 50 %, los
porcentajes de supervivencia variaron entre el 85 y 100 %, se obtuvieron
valores intermedios de pares de hojas y de abscisión foliar, con
respecto al resto de los tratamientos. Además, las plantas desarrollaron
raíces que les permitieron sobrevivir a pesar de la carencia de
nutrientes. Con este tratamiento, que representa un ahorro de la mitad
de los componentes minerales del medio de cultivo, se considera factible
conservar por un período de hasta seis meses las plantas in vitro de cafeto.
INTRODUCCIÓNEl cafeto (Coffea
spp.) juega una importante función en la economía a nivel mundial, ya
que representa una fuente mayoritaria de ingresos foráneos en
aproximadamente 80 países productores 1. Se
estima que el 80 % del volumen exportado de cafeto actualmente es
producido en países latinoamericanos como Brasil, Colombia y Costa Rica 2.
En Cuba, el cafeto es una prioridad en el sector de la agricultura, ya
que a partir de él se obtiene una bebida de consumo habitual por la
población, y también constituye un rubro exportable 3.
Aunque
la vía más común para producir plántulas de cafeto es la utilización de
la semilla botánica, la pérdida de su germinación durante el
almacenamiento resulta un problema para la propagación y conservación de
sus recursos genéticos 4. A partir de esta
realidad, el método de conservación más ampliamente utilizado para las
colecciones de especies de cafeto, son los bancos de germoplasma en
condiciones de campo. Sin embargo, las amenazas a los recursos
fitogenéticos del cafeto son numerosas y su pérdida pudiera ocasionar
una erosión genética significativa al germoplasma. Una de las grandes
dificultades de las colecciones ex situ en campo de cafeto es que
frecuentemente se encuentran localizadas en condiciones ecológicas como
la altitud, el sombreado, la humedad relativa, que no resultan
adecuadas para la supervivencia de todo el material vegetal. La pérdida
de plantas como resultado del envejecimiento, métodos de cultivo
inapropiados, así como las plagas y enfermedades, pueden causar erosión
genética y el peligro del cambio climático incrementa la urgencia de
conservar 1.
Por ello, se estudian otros métodos de conservación ex situ de cafeto que permitan superar estas barreras, por ejemplo, mediante la conservación in vitro, que constituye una de las aplicaciones del cultivo in vitro.
Esta resulta una valiosa alternativa para la preservación de
germoplasma de especies de semilla botánica de corta viabilidad como el
cafeto. También reviste importancia para especies de propagación
vegetativa o de materiales que necesitan ser propagados vegetativamente
para mantener algún genotipo en particular. La conservación in vitrose puede efectuar a través de los métodos de crecimiento mínimo y crioconservación 5.
Los
métodos de crecimiento mínimo consisten en reducir la velocidad de
crecimiento de las plantas, basados en la disminución de la división
celular y el metabolismo, lo cual se logra mediante la alteración de las
condiciones óptimas de cultivo. Se puede variar la composición del
medio de cultivo, o bien modificar el ambiente de crecimiento
(temperatura, intensidad luminosa, disponibilidad de oxígeno) 6,
de esta manera, es posible conservar las plantas a corto o mediano
plazos, lo que permite una reducción en la frecuencia de los subcultivos
e incrementar la longevidad in vitro de los cultivos; así como minimizar el riesgo de cambios genéticos 5,7.
Los nutrientes minerales se encuentran entre los componentes principales de los medios de cultivo de tejidos vegetales 8,
de aquí que en el cultivo del cafeto han sido realizadas diferentes
investigaciones referentes a la interacción entre su concentración, la
adición de reguladores del crecimiento y reguladores osmóticos y/o la
temperatura 9-11.
Sin embargo, se carece de estudios acerca del efecto independiente de
variaciones en la concentración de estos elementos esenciales, en la
conservación a mediano plazo de cafeto.
Por todo
ello, en el presente trabajo se propone como objetivo determinar el
efecto de la disminución del contenido mineral del medio de cultivo en
la respuesta de plantas de cafeto (Coffea arabica L.) conservadas in vitro durante un período comprendido entre dos y seis meses.
MATERIALES Y MÉTODOSEl
trabajo se desarrolló en el Laboratorio de Biotecnología del
Departamento de Genética y Mejoramiento de Plantas del Instituto
Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), ubicado en el municipio San José
de Las Lajas, provincia Mayabeque.
Para obtener las plantas in vitro de cafeto (C. arabica),
previamente se realizó la desinfección de semillas mediante su
inmersión en una solución de hipoclorito de sodio (2,4 % de cloro
activo) por 90 min. Las semillas fueron lavadas tres veces con agua
destilada estéril y sumergidas en una solución de ácido bórico al 0,5 %,
con agitación en zaranda orbital a 150 r.p.m. durante 72 h. Los
embriones cigóticos fueron extraídos en las condiciones estériles del
flujo laminar y sembrados en medio de cultivo Murashige-Skoog (MS)
12)
con sacarosa 30 g L-1, cisteína 25 mg L-1y agar 5 g L-1.
Al germinar los embriones, cuando las plántulas contaban con el primer
par de hojas verdaderas, fueron subcultivadas a medio de cultivo MS con
tiamina 5 mg L-1, inositol 100 mg L-1, sacarosa 30 g L-1, 6-bencil-amino-purina (BAP) 0,5 mg L-1, ácido naftal en-acético (ANA) 0,3 mg L-1, ácido giberélico (AG3) 1 mg L-1 y agar 5 g L-1.
Una vez que las plantas tuvieron cuatro pares de hojas, se tomaron como
donantes de los brotes apicales dedos pares de hojas, utilizados en el
estudio de conservación.
El subcultivo para la conservación in vitro, se realizó en diferentes variantes de medio de cultivo MS 12 suplementado con tiamina 5 mgL-1, inositol 100 mg L-1, cisteína 25 mgL-1, sacarosa 30 g L-1 y agar 5 g L-1. Para retardar el crecimiento de las plantas in vitro
de cafeto, las variantes del medio de cultivo consistieron en la
disminución de la concentración de las sales de MS, de manera tal que T1
(control) estaba constituido por el 100 % de los macro y microelementos
de MS; T2 por el 75 %; T3 por el 50 % y T4 por el 25 %. Para cada
variante se sembraron 20 brotes apicales y se realizaron 3 repeticiones
por tratamiento. Como recipientes para la siembra, se utilizaron tubos
de cultivo (25/100 mm) con 20 mL de medio. Los mismos fueron colocados
en el cuarto de crecimiento a una temperatura de 23 ± 2 ºC, bajo
iluminación artificial con un fotoperiodo de 16 horas luz e intensidad
luminosa de 18,75 µmol m-2 s-1 y humedad relativa del 85 %.
A
partir de los dos meses de la siembra y con esta frecuencia hasta los
seis meses, se realizaron las evaluaciones del porcentaje de
supervivencia, el número de pares de hojas, la abscisión foliar (número
de hojas escindidas por planta) y el porcentaje de plantas con formación
de raíces. A las variables expresadas en porcentaje se les realizó una
prueba de comparación de proporciones utilizando el programa
Statgraphics Plus 5.1, y al resto de las variables se les realizó un
análisis de varianza de clasificación simple, previa comprobación del
cumplimiento de sus premisas, y en caso de diferencias entre las medias
se realizó una prueba de comparación de medias (Duncan) utilizando el
programa SPSS 10.0 para Windows.
RESULTADOS Y DISCUSIÓNA
los dos meses se alcanzó el 100 % de supervivencia de las plantas, en
todos los tratamientos. De manera semejante, a los cuatro meses la
supervivencia de las plantas de los tratamientos con las mayores
concentraciones de MS mantuvo este valor, sin embargo, a partir de esta
etapa comenzó un descenso en la supervivencia de las plantas de los
tratamientos T3 y T4, los que contaban con las menores concentraciones
de los elementos de MS, obteniéndose diferencias significativas entre
ambos y entre estos y los tratamientos T1 (control) y T2, como se
observa en la Figura 1.
Al
analizar la tercera evaluación, a los seis meses, la supervivencia de
las plantas del tratamiento T3 disminuyó al 85 %, valor que se considera
elevado para las condiciones de cultivo. En esta etapa, la
supervivencia de las plantas del tratamiento T4 disminuyó al 53,33 %,
encontrándose diferencias significativas con el resto de los
tratamientos (Figura 1). Estos resultados coinciden con los informados por otros autores
13)
al realizar la conservación in vitro de clavel español (Dianthus caryophyllus
L.), que encontraron diferencias significativas en la supervivencia de
las plantas cultivadas en medio con reducción al 25 % de las sales de MS
con respecto al resto de los tratamientos, a los tres meses de cultivo.
Porcentaje de supervivencia de las plantas de cafeto (C. arabica) subcultivadas en medio de cultivo de conservación, con diferentes concentraciones de los macro y microelementos de MS
Leyenda:
Tto. 1 (control): 100 %; Tto. 2: 75 %; Tto 3: 50 %; Tto. 4: 25 %. Para
la misma evaluación, letras comunes no difieren significativamente
(Duncan p˂0,05)
A los dos meses, las medias para el número de
pares de hojas de las plantas de los tratamientos T1 (control), T2 y
T4, no difirieron estadísticamente, sin embargo, las plantas obtenidas
en el tratamiento T3 alcanzaron un número de pares de hojas mayoral
resto de los tratamientos (Figura 2). A los cuatro
meses fue el tratamiento T4 el que difirió del resto, con una media de
2,67 pares de hojas por planta, mientras que en los demás tratamientos
la media varió entre 4,60 y 4,87 pares de hojas (tratamientos T3 y T2,
respectivamente).
A los seis meses, continuó la
tendencia a disminuir el número de pares de hojas de las plantas del
tratamiento T4, lo cual se relaciona con un aumento en el número de
hojas escindidas. En el resto de los tratamientos, en esta etapa la
tendencia fue a un incremento en el número de pares de hojas. No
obstante, es de destacar que, aunque el tratamiento T3 (50 % de la
concentración de MS) no difirió estadísticamente de los tratamientos con
las mayores concentraciones de MS, en este caso el valor de la media
fue menor y muy cercano al obtenido en la segunda evaluación,
evidenciando una disminución en su ritmo de crecimiento (Figura 2).
Número de pares de hojas, de las plantas de cafeto (C. arabica) subcultivadas en medio de cultivo de conservación, con diferentes concentraciones de los macro y microelementos de MS
Leyenda:
Tto. 1 (control): 100 %; Tto. 2: 75 %; Tto 3: 50 %; Tto. 4: 25 %. Para
la misma evaluación, letras comunes no difieren significativamente
(Duncan p˂0,05)
Resultados similares han sido obtenidos al realizar la conservación in vitro de segmentos nodales de cuatro genotipos de boniato (Ipomoea batatas
(L.) Lam). En este caso, al evaluar la altura de los brotes sembrados
en medio de cultivo con concentraciones de MS al 100 %, 75 % y 50 % y
sacarosa 30 g L-1, no se obtuvieron diferencias estadísticas
entre estos tratamientos. Teniendo en cuenta los porcentajes de
supervivencia, resultó factible la conservación de dos de los genotipos
de boniato por un período de seis meses en el tratamiento del 50 % de
las sales de MS, mientras el resto fue posible conservarlo en este mismo
tratamiento por un período de hasta nueve meses 14. Según algunos autores, en la conservación in vitro
bajo condiciones de mínimo crecimiento, no es deseable la elongación
excesiva de los explantes porque además de reducir el espacio disponible
en el recipiente de cultivo, también causa el agotamiento de los
nutrientes del medio y puede provocar la muerte del material vegetal 15.
Con
respecto a la abscisión de las hojas, esta variable comenzó a tener
incidencia a partir de los cuatro meses, cuando las plantas del
tratamiento T4 fueron las más afectadas, perdiendo un promedio de 3,40
hojas, que resultó significativo con las plantas del tratamiento T3, que
a su vez perdieron una media de 1,13 hojas (Figura 3).
Los menores valores de abscisión foliar fueron obtenidos en las plantas
de los tratamientos T1 (control) y T2, en los cuales se utilizaron las
mayores concentraciones de los elementos de MS. A los seis meses se
incrementó el número de hojas caídas en las plantas de todos los
tratamientos, pero se mantuvieron los mismos grupos de significación. De
esta forma, se evidencia que la disminución del contenido mineral en
los medios de cultivo favorece el retardo en el crecimiento, debido a
variaciones que ocurren en el metabolismo celular. El incremento en los
valores de abscisión foliar indica que a medida que se disminuyó la
concentración de sales minerales en el medio de cultivo, aumentó
significativamente el deterioro y necrosis del tejido foliar 13.
Número de hojas escindidas, de las plantas de cafeto (C. arabica) subcultivadas en medio de cultivo de conservación, con diferentes concentraciones de los macro y microelementos de MS
Leyenda:
Tto. 1 (control): 100 %; Tto. 2: 75 %; Tto 3: 50 %; Tto. 4: 25 %. Para
la misma evaluación, letras comunes no difieren significativamente
(Duncan p˂0,05)
Desde los cuatro meses, en las plantas de los tratamientos T3 y T4 se observó la formación de raíces (Figura 4),
posiblemente como resultado de la escasez de nutrientes que influyó en
que las plantas emitieran raíces que facilitaran la obtención de
sustancias que se agotaron primeramente en el entorno más cercano al
explante. Los porcentajes de formación de raíces fueron del 26 % en el
tratamiento T3 y del 21 % en el tratamiento T4 en la segunda evaluación,
y del 36 % y 23 % respectivamente, en la tercera evaluación.
En una investigación con el objetivo de preservar germoplasma de C. arabica mediante el cultivo de brotes obtenidos a partir de meristemos apicales de plantas in vitro,
se ha realizado la modificación del medio de cultivo mediante la
adición de los reguladores del crecimiento 6-benciladenina y zeatina a
diferentes concentraciones. Cuando los meristemos del cafeto fueron
cultivados en medio Murashige- Skoog (MS) suplementado con
6-benciladenina (BA) o zeatina a las concentraciones de 5 o 10 μM, se
obtuvieron múltiples brotes, mientras que a menores niveles de estas
hormonas (0,1 o 1 μM), se obtuvieron brotes únicos. La regeneración de
las raíces solo fue posible al cultivar los brotes diferenciados en un
medio MS al 50 %, libre de sacarosa y suplementado con ácido
indol-butírico (AIB) 1μM, lo cual facilitó la preservación de las
plantas 9.
Resulta
interesante destacar que en el presente estudio, utilizando un único
subcultivo en medio al 50 % de los macro y microelementos de MS y en
ausencia de reguladores del crecimiento, fue posible lograr tanto el
retardo del crecimiento de las plantas de cafeto, como su emisión de
raíces, lo cual simplifica la composición y elaboración del medio de
cultivo, así como el proceso de conservación.
Porcentaje de plantas de cafeto (C. arabica)
que formaron raíces al ser subcultivadas en medio de cultivo de
conservación, con diferentes concentraciones de los macro y
microelementos de MS
Leyenda:
Tto. 1 (control): 100 %; Tto. 2: 75 %; Tto 3: 50 %; Tto. 4: 25 %. Para
la misma evaluación, letras comunes no difieren significativamente
(Duncan p˂0,05)
A pesar de la respuesta de la emisión de
raíces, las plantas del tratamiento T4, que fue el consistente en la
menor concentración de los nutrientes de MS, no presentaron elevados
porcentajes de supervivencia a los seis meses, ya que al parecer la
carencia de macro y microelementos superó los requerimientos
nutricionales de las mismas. Además, para dicha etapa, este tratamiento
fue en el que se obtuvieron mayores medias de abscisión foliar y menores
medias de formación de hojas (Figura 5). Sin embargo,
a los dos meses estas plantas conservan valores aceptables para todas
las variables evaluadas, por lo que se considera que por este período
resulta factible utilizar el tratamiento del 25 % de los macro y
microelementos de MS, teniendo en cuenta también que este resulta el
tratamiento que permite un mayor ahorro de componentes del medio de
cultivo.
Plantas in vitro de cafeto (C. arabica)
subcultivadas por seis meses en medio de cultivo de conservación, con
la disminución al 25 % de los macro y microelementos de MS (tratamiento
T4). Se observa la marchitez foliar, como indicio que generalmente
precede a su abscisión
Por otra parte, a los seis meses las plantas
del tratamiento T3 lograron sobrevivir en un elevado porcentaje (85 %) y
tuvieron menores valores de formación de hojas que los tratamientos T1
(control) y T2 y valores de pérdida de hojas intermedios entre estos dos
tratamientos y T4. Adicionalmente, un número significativo de estas
plantas formaron raíces, las que posiblemente les brinden mayores
posibilidades de supervivencia, debido a una mayor eficiencia ante la
absorción de los nutrientes, así como un mejor sostén en el medio de
cultivo.
De esta manera, se considera que el
tratamiento de la reducción de macro y microelementos de MS al 50 %,
resulta el más adecuado para realizar la conservación de las plantas in vitro de cafeto por seis meses (Figura 6). Lo observado con esta concentración de elementos de MS, coincide con la realizada por otros autores
10)
al realizar la conservación de germoplasma de cafeto (C. arabica)
mediante la encapsulación de yemas apicales. En este caso, se realizó
la encapsulación de los explantes en alginato de sodio al 5 % y se les
preservó a tres temperaturas en diferentes variantes de medios de
cultivo. El que permitió disminuir el crecimiento por un mayor período
de tiempo (12 meses), fue el medio de cultivo que contenía las sales de
MS al 50 %, con sacarosa 1 % y ácido abscícico (ABA) 10 mgL-1, a una temperatura de 20 ºC.
Plantas in vitro de cafeto (C. arabica)
subcultivadas por seis meses en medio de cultivo de conservación con la
disminución al 50 % de los macro y microelementos de MS (tratamiento
T3)
La reducción de los niveles de macro y
microelementos de MS en el medio de cultivo, constituye una de las
estrategias más habituales para la conservación in vitro de plantas 14.
La conservación de brotes de cafeto mediante este método, resulta una
forma simple y accesible a los laboratorios de recursos limitados, que
puede facilitar la preservación a corto y mediano plazo de germoplasma e
incluso permitir el ahorro de reactivos durante la elaboración de medio
de cultivo, así como de tiempo debido a la disminución de la frecuencia
de los subcultivos.
CONCLUSIONESResulta factible realizar la conservación de las plantas in vitro
de cafeto por un período de dos y hasta seis meses, con los
tratamientos de reducción de los macro y microelementos de MS al 25 % y
al 50 %, respectivamente.
INTRODUCTIONCoffee (Coffea
spp.) plays an important role in the economy worldwide, as it
represents a major source of foreign income in approximately 80
producing countries 1. It is estimated that
80% of the exported volume of coffee is currently produced in Latin
American countries such as Brazil, Colombia and Costa Rica 2.
In Cuba, coffee is a priority in the agriculture sector, since from it a
drink of habitual consumption is obtained by the population, and also
constitutes an exportable item 3.
Although
the most common way to produce coffee seedlings is the use of botanical
seed, the loss of their germination during storage is a problem for the
propagation and conservation of their genetic resources 4.
From this reality, the most widely used conservation method for coffee
tree species collections are germplasm banks in field conditions.
However, the threats to coffee plant genetic resources are numerous and
their loss could cause significant genetic erosion to germplasm. One of
the great difficulties of the ex situ collections in coffee fields is
that they are often located in ecological conditions such as altitude,
shading, relative humidity, which are not suitable for the survival of
all plant material. Loss of plants as a result of aging, inappropriate
cultivation methods, as well as pests and diseases, can cause genetic
erosion, and the danger of climate change increases the urgency of
conserving 1.
Therefore, other methods of ex situ conservation of coffee are studied that allow these barriers to be overcome, for example, by in vitro conservation, which constitutes one of the applications of in vitro
culture. This is a valuable alternative for the germplasm preservation
of botanical seed species of short viability such as coffee. It is also
important for species of vegetative propagation or materials that need
to be in a vegetative way propagated to maintain a particular genotype. In vitro conservation can be carried out through the methods of minimum growth and cryopreservation 5.
The
minimum growth methods consist in reducing the growth rate of the
plants, based on the decrease in cell division and metabolism, which is
achieved by altering the optimal culture conditions. The composition of
the culture medium can be varied, or the growth environment can be
modified (temperature, light intensity, oxygen availability) 6.
In this way, it is possible to conserve the plants in the short or
medium term, which allows reduction in the frequency of subcultures and
increase in vitro longevity of crops; as well as minimizing the risk of genetic changes 5,7.
Mineral nutrients are among the main components of plant tissue culture media 8,
hence the cultivation of coffee has been carried out in different
studies regarding the interaction between its concentration, the
addition of growth regulators and osmotic regulators and temperature 9-11.
However, studies on the independent effect of variations in the
concentration of these essential elements on the medium-term
preservation of coffee are lacking.
For all
these reasons, this paper aims to determine the effect of the decrease
in the mineral content of the culture medium on the response of coffee
plants (Coffea arabica L.) preserved in vitro for a period between two and six months.
MATERIALS AND METHODSThe
work was carried out in the Biotechnology Laboratory of the Department
of Genetics and Plant Improvement of the National Institute of
Agricultural Sciences (INCA), located in San José de Las Lajas
municipality, Mayabeque province.
In order to obtain in vitro coffee plants (C. arabica)
seed disinfection was previously carried out by immersion in a solution
of sodium hypochlorite (2.4% active chlorine) for 90 min. The seeds
were washed three times with sterile distilled water and immersed in a
0.5% boric acid solution, with stirring in orbital strainer at 150
r.p.m. for 72 h. Zygotic embryos were extracted under sterile laminar
flow conditions and seeded in Murashige-Skoog (MS) culture medium 12 with 30 g L-1 sucrose, 25 mg L-1 cysteine and 5 g L-1
agar. When the embryos germinated, when the seedlings had the first
pair of true leaves, they were subcultured to MS culture medium with
thiamine 5 mg L-1, inositol 100 mg L-1, sucrose 30 g L-1, 6-benzyl- amino-purine (BAP) 0.5 mg L-1, acid-acetaphthalene-acetic acid (ANA) 0.3 mg L-1, gibberellic acid (AG3) 1 mg L-1 and agar 5 g L-1.
Once the plants had four pairs of leaves, finger pairs of leaves, used
in the conservation study were taken as donors of the apical sprouts.
The subculture for in vitro preservation was performed in different variants of MS 12 culture medium supplemented with thiamine 5 mgL-1, inositol 100 mg L-1, cysteine 25 mgL-1, sucrose 30 g L-1 and agar 5 g L-1.
In order to retard the growth of in vitro coffee plants, the variants
of the culture medium consisted of a decrease in the concentration of
the MS salts, so that T1 (control) was constituted by 100 % of the macro
and microelements of MS; T2 for 75 %; T3 for 50 % and T4 for 25 %. For
each variant, 20 apical shoots were sown and 3 repetitions were
performed per treatment. As sowing containers, culture tubes (25/100 mm)
with 20 mL of medium were used. They were placed in the growth room at a
temperature of 23 ± 2 °C, under artificial lighting with a photoperiod
of 16 light hours and light intensity of 18.75 µmol m-2 s-1 and relative humidity of 85 %.
From
the two months of sowing and with this frequency until the six months,
the evaluations of the survival percentage, the number of pairs of
leaves, the foliar abscission (number of leaves cleaved per plant) and
the percentage of plants were carried out With root formation. The
variables expressed as a percentage were tested for proportions using
the Statgraphics Plus 5.1 program, and the rest of the variables had a
simple classification variance analysis, after checking compliance with
their premises, and in case of differences between the means, a means
comparison test (Duncan) was performed using the SPSS 10.0 program for
Windows.
RESULTS AND DISCUSSIONAfter
two months, 100 % plant survival was achieved in all treatments.
Similarly, at four months the survival of the treatment plants with the
highest concentrations of DM maintained this value, however, from this
stage a decrease in the survival of the T3 and T4 treatment plants
began, those with the lowest concentrations of the MS elements,
obtaining significant differences between them and between them and the
treatments T1 (control) and T2, as seen in Figure 1.
When
analyzing the third evaluation, at six months, the survival of the T3
treatment plants decreased to 85 %, which is considered high for the
growing conditions. At this stage, the survival of the T4 treatment
plants decreased to 53.33 %, finding significant differences with the
rest of the treatments (Figure 1). These results coincide with those reported by other authors 13 when performing in vitro conservation of Spanish carnation (Dianthus caryophyllus
L.), which found significant differences in the survival of plants
grown in medium with 25 % reduction of the salts of MS with respect to
the rest of the treatments, after three months of cultivation.
Survival percentage of coffee plants (C. arabica) subcultured in conservation culture medium, with different concentrations of MS macro and microelements
Tt.
1 (control): 100 %; Tt. 2: 75 %; Tt 3: 50 %; Tt. 4: 25 %. For the same
evaluation, common letters do not differ significantly (Duncan p˂0.05)
At two months, the means for the number of
leaf pairs of the T1 (control), T2 and T4 treatment plants did not
differ statistically, however, the plants obtained in the T3 treatment
reached a number of leaf pairs mayoral rest of the treatments (Figure 2).
At four months it was the T4 treatment that differed from the rest,
with an average of 2.67 pairs of leaves per plant, while in the other
treatments the average varied between 4.60 and 4.87 pairs of leaves (T3
treatments and T2, respectively).
At six months,
the tendency to decrease the number of leaf pairs of the T4 treatment
plants continued, which is related to an increase in the number of
cleaved leaves. In the rest of the treatments, at this stage the
tendency was to an increase in the number of pairs of leaves. However,
it is noteworthy that although the T3 treatment (50 % of the DM
concentration) did not differ statistically from the treatments with the
highest DM concentrations, in this case the value of the mean was lower
and very close to that obtained in the second evaluation, showing a
decrease in its growth rate (Figure 2).
Number of leaf pairs, of coffee plants (C. arabica) subcultured in conservation culture medium, with different concentrations of MS macro and microelements
Tt.
1 (control): 100 %; Tt. 2: 75 %; Tt 3: 50 %; Tt. 4: 25 %. For the same
evaluation, common letters do not differ significantly (Duncan p˂0.05)
Similar results have been obtained by performing in vitro conservation of nodal segments of four sweet potato genotypes (Ipomoea batatas
(L.) Lam). In this case, when evaluating the height of the shoots sown
in culture medium with concentrations of 100, 75 and 50 % DM and sucrose
30 g L-1, no statistical differences were obtained between
these treatments. Taking into account the survival percentages, it was
feasible to preserve two of the sweet potato genotypes for a period of
six months in the treatment of 50 % of the DM salts, while the rest was
possible to keep it in this same treatment for a period up to nine
months 14. According to some authors, in in vitro
conservation under conditions of minimum growth, excessive elongation
of explants is not desirable because in addition to reducing the
available space in the culture vessel, it also causes the depletion of
nutrients from the medium and can cause death of plant material 15.
With
respect to the abscission of the leaves, this variable began to have an
impact after four months, when the T4 treatment plants were the most
affected, losing an average of 3.40 leaves, which was significant with
the T3 treatment plants. , which in turn lost an average of 1.13 leaves (Figure 3).
The lowest values of foliar abscission were obtained in the T1
(control) and T2 treatment plants, in which the highest concentrations
of the MS elements were used. At six months the number of fallen leaves
on the plants of all treatments was increased, but the same significance
groups were maintained. In this way, it is evident that the decrease of
the mineral content in the culture media favors the retardation in the
growth, due to variations that occur in the cellular metabolism. The
increase in foliar abscission values indicates that as the concentration
of mineral salts in the culture medium decreased, the deterioration and
necrosis of the foliar tissue significantly increased 13.
Number of cleaved leaves of coffee plants (C. arabica) subcultured in conservation culture medium, with different concentrations of MS macro and microelements
Tt.
1 (control): 100 %; Tt. 2: 75 %; Tt 3: 50 % and Tt. 4: 25 %. For the
same evaluation, common letters do not differ significantly (Duncan
p˂0.05)
From the four months, in the plants of the treatments T3 and T4 the formation of roots was observed (Figure 4),
possibly as a result of the shortage of nutrients that influenced the
plants to emit roots that facilitated the obtaining of substances that
were they sold out first in the environment closest to the explant. Root
formation percentages were 26 % in the T3 treatment and 21 % in the T4
treatment in the second evaluation, and 36 and 23 % respectively, in the
third evaluation.
In an investigation with the objective of preserving germplasm of C. arabica
by cultivating shoots obtained from apical meristems of plants in
vitro, the modification of the culture medium has been carried out by
adding the 6-benzyldenine growth regulators and Zeatin at different
concentrations. When coffee meristems were grown in Murashige-Skoog (MS)
medium supplemented with 6-benzyladenine (BA) or zeatin at
concentrations of 5 or 10 μM, multiple outbreaks were obtained, while at
lower levels of these hormones (0.1 or 1 μM), single shoots were
obtained. Root regeneration was only possible by growing differentiated
shoots in a 50 % MS medium, free of sucrose and supplemented with 1μM
indole-butyric acid (AIB), which facilitated the preservation of plants 9.
It
is interesting to note that in the present study, using a single
subculture in the middle of 50 % of the macro and microelements of MS
and in the absence of growth regulators, it was possible to achieve both
the growth retardation of coffee plants, and their emission of roots,
which simplifies the composition and elaboration of the culture medium,
as well as the conservation process.
Percentage of coffee plants (C. arabica)
that formed roots when subcultured in conservation culture medium, with
different concentrations of the macro and microelements of MS
Tt.
1 (control): 100 %; Tt. 2: 75 %; Tt 3: 50 %; Tt. 4: 25 %. For the same
evaluation, common letters do not differ significantly (Duncan p˂0.05)
In spite of the response of the emission of
roots, the plants of the T4 treatment, which was the one consisting of
the lowest concentration of the nutrients of DM, did not present high
percentages of survival at six months, since apparently the lack of
macro and microelements exceeded their nutritional requirements. In
addition, for this stage, this treatment was in which greater means of
foliar abscission and lower means of leaf formation were obtained (Figure 5).
However, at two months these plants retain acceptable values for all
the variables evaluated, so it is considered that for this period it is
feasible to use the treatment of 25 % of the macro and microelements of
MS, also taking into account that this results the treatment that allows
greater savings of components of the culture medium.
In vitro coffee plants (C. arabica)
subcultured for six months in conservation culture medium, with a 25 %
decrease in the macro and microelements of MS (T4 treatment). Foliar
wilt is observed, as evidence that generally precedes its abscission
On the other hand, at six months the T3
treatment plants managed to survive in a high percentage (85 %) and had
lower leaf formation values than the T1 (control) and T2 treatments and
intermediate leaf loss values between these two treatments and T4.
Additionally, a significant number of these plants formed roots, which
possibly give them greater chances of survival, due to greater
efficiency in the absorption of nutrients, as well as a better support
in the culture medium.
In this way, it is
considered that the treatment of the macro and microelements reduction
of MS to 50 %, is the most suitable for the conservation of in vitro coffee plants for six months (Figure 6). The observed with this concentration of MS elements, coincides with that carried out by other authors 10 when carrying out the conservation of coffee germplasm (C. arabica)
by encapsulating apical buds. In this case, the explants were
encapsulated in 5 % sodium alginate and preserved at three temperatures
in different variants of culture media. The one that allowed the growth
to be reduced for a longer period of time (12 months), was the culture
medium containing the 50 % DM salts, with 1 % sucrose and 10 mgL-1 abscic acid (ABA), at a temperature of 20 °C.
In vitro coffee plants (C. arabica)
subcultured for six months in conservation culture medium with a 50 %
decrease in the macro and microelements of MS (T3 treatment)
The reduction of the levels of macro and
microelements of MS in the culture medium is one of the most common
strategies for the in vitro conservation of plants 14.
The conservation of coffee sprouts by this method is a simple and
accessible to laboratories with limited resources, which can facilitate
the short and medium term preservation of germplasm and even allow
reagent savings during the development of culture medium, as well as
time due to the decrease in the frequency of subcultures.
CONCLUSIONSIt
is feasible to carry out the conservation of coffee plants in vitro for
a period of two and up to six months, with the macro and microelement
reduction treatments of MS at 25 and 50 %, respectively.