Biorreactores para la propagación de plantas a escala comercial

Escrito por Rafael Salgado Garciglia

Desde hace ya unos sesenta años, las plantas se propagan a nivel comercial mediante los sistemas de micropropagación, que utilizan al cultivo in vitro de células, tejidos y órganos vegetales para su propagación clonal (Saber Más 10:21-24), es decir, plantas idénticas que mantienen los rasgos seleccionados de los frutos (rendimiento, tamaño, forma y características nutricionales y funcionales), de las flores, de la madera y también en la producción de compuestos bioactivos.

Pero, en la actualidad, con los avances tecnológicos, la propagación a escala comercial se realiza con el uso de biorreactores, que hacen más eficiente la producción de plantas, disminuyendo los tiempos y aumentando el número de éstas de manera exponencial. Otra ventaja de estos sistemas de cultivo, es la propagación de individuos con una alta calidad sanitaria, ya que generalmente están libres de patógenos que les causan enfermedades.

Biorreactores ¿Qué y cuáles son sus ventajas?

Con el propósito de optimizar la multiplicación de las plantas producidas en cultivos in vitro, desde hace cuarenta años se han diseñado biorreactores, con los que se automatiza y disminuyen los costos de producción, ya que se utiliza menos mano de obra y no se requiere la adición de gelificantes como el agar. Además, con su uso se tienen altos coeficientes de propagación de plantas, las que además muestran un comportamiento óptimo cuando son cultivadas en condiciones de invernadero o campo, debido a que presentan un mayor metabolismo autotrófico durante las condiciones in vitro.

Un biorreactor para la propagación de plantas es un equipo diseñado para el cultivo de diferentes tejidos vegetales como segmentos de hojas, tallos, brotes y hasta callos (grupos de células sin diferenciación celular), de los que previamente se han establecido las condiciones y medios de cultivo para la formación de plántulas. Consta de un recipiente, que puede ser de vidrio o de plástico claro (policarbonato transparente que pueda ser esterilizado), que proporciona un ambiente controlado de luz y temperatura, y que de forma automática provee el medio de cultivo en tiempo y cantidad óptimas.

Dependiendo del tipo y forma del contenedor, y del sistema de agitación, se han diseñado biorreactores con agitación rotatoria (Tanque agitado o de Tambor rotatorio), por burbujeo (Air-LifT), de difusión o perfusión y de inmersión temporal. Éste último es el más utilizado ya que se caracteriza por sumergir parcialmente los tejidos vegetales durante periodos iterativos por un sistema automatizado.

 

Biorreactores de Inmersión Temporal

Los biorreactores de inmersión temporal se distinguen por utilizar un método que consiste en humedecer de manera intermitente y por un corto periodo de tiempo el tejido de una planta con medio de cultivo líquido, seguido por el secado por gravedad o automatizado. Estos sistemas de propagación de plantas utilizan el mecanismo de adición y remoción del medio de cultivo líquido, lo que evita problemas de asfixia e hiperhidricidad (tejidos con alto contenido de agua), los daños mecánicos, con lo que se logra un aumento en la eficiencia de la micropropagación, dado por el incremento de los ritmos de producción y la calidad de las plantas propagadas. Con este sistema se provee a todos los tejidos bajo cultivo de un óptimo contacto con el medio de cultivo durante un período de tiempo muy corto y con una determinada frecuencia diaria, lo que acelera los procesos de formación, desarrollo y proliferación de plántulas.

El tiempo y frecuencia de inmersión tienen gran importancia, tanto para la asimilación de los nutrientes por los tejidos vegetales, como en la renovación de la atmósfera interna del recipiente de cultivo. Pero también, son determinantes para el éxito de la propagación con este sistema, el tamaño del biorreactor, el volumen del medio de cultivo y la densidad de los tejidos cultivados.

En general, los biorreactores de inmersión temporal se clasifican en cuatro diferentes modelos según su principio de operación: de balancín, sistema de frascos gemelos, de reflujo y los biorreactores automáticos (RITA). Debido a su diseño sencillo, hay desde muy sofisticados hasta muy simples, incluso pueden ser fabricados de manera “casera”. Los primeros biorreactores de inmersión temporal fueron los tipos RITA®, comercializados en Francia, utilizados tanto en laboratorios de investigación como en los grandes laboratorios de propagación comercial de numerosas especies de plantas. Con éstos, la propagación se ha establecido a partir del cultivo de yemas axilares, segmentos nodales, microestacas, callos embriogénicos y callos organogénicos. Este tipo de sistemas reduce los costos de la propagación in vitro hasta en un 20% en comparación con otros sistemas de cultivo líquido y hasta en un 46% con respecto al medio semisólido, esto una vez que se han hecho las inversiones iniciales en la compra de los equipos correspondientes. Como cualquier proceso, para cada especie, es necesario ajustar cada uno de los parámetros de este sistema, ya que varían en dependencia del cultivo, variedad y sistema de regeneración que se emplee.

 

Ejemplos de plantas producidas en biorreactores

Con los diferentes modelos de los biorreactores de inmersión temporal, se ha establecido la propagación masiva de diversas plantas como plátano, cítricos, café, piña, árbol del caucho, vainilla, especies medicinales, forestales y un gran número de plantas de valor ornamental. Algunos sistemas se utilizan también para promover la germinación de diversas plantas, con gran éxito en la propagación exponencial de microtubérculos de papa y ñame. 

Saber más: 

Muñiz, R. (2018). La propagación in vitro de plantas con sistemas de inmersión temporal. Una tecnología apropiada para la agricultura sustentable. Tehkné, 21(3):42-50.

http://revistasenlinea.saber.ucab.edu.ve/temas/index.php/tekhne/article/view/3793/3264

VIDEO: Reyes, I. (2017). Sistema de inmersión temporal RITA para propagación de una planta insectívora (Nepenthes sp).

https://www.youtube.com/watch?v=EXSqGuFuvV4

El Dr. Rafael Salgado Garciglia es Profesor e Investigador del Instituto de Investigaciones Químico Biológicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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