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ESTANDARIZACIÓN DEL SISTEMA DE INMERSIÓN TEMPORAL PARA LA MICROPROPAGACIÓN IN VITRO DE Cattleya Schroederae. DUBAN ANÍBAL AVILA DUARTE. UNIVERSIDAD DE SANTANDER FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y AGROPECUARIAS BUCARAMANGA 2018

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ESTANDARIZACIÓN DEL SISTEMA DE INMERSIÓN TEMPORAL PARA LA

MICROPROPAGACIÓN IN VITRO DE Cattleya Schroederae.

DUBAN ANÍBAL AVILA DUARTE.

UNIVERSIDAD DE SANTANDER

FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, FÍSICAS Y AGROPECUARIAS

BUCARAMANGA

2018

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ESTANDARIZACIÓN DEL SISTEMA DE INMERSIÓN TEMPORAL PARA LA

MICROPROPAGACIÓN IN VITRO DE Cattleya Schroederae.

Duban Aníbal Avila Duarte.

Trabajo de grado para optar por

El título de Microbiólogo Industrial.

Director

Ing. Christian Andrei Chacín Zambrano

MSc. en Biotecnología Microbiana.

Universidad de Santander

Facultad de ciencias exactas, físicas y agropecuarias

Bucaramanga

2018

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Agradecimientos

La vida se encuentra llena de retos, y uno de ellos es la universidad. Tras verme dentro de ella,

me he dado cuenta que más allá de ser un reto, es una base no solo para mi entendimiento dentro

del campo profesional en el que me encuentro inmerso, sino también para lo que concierne para

la vida y mi futuro.

Agradezco a mi Docente y tutor Christian Andrei Chacín Zambrano, por haberme dado la

oportunidad de trabajar con él, por darme ese voto confianza; por acompañarme con su

conocimiento y haberme proporcionado gran parte de él durante el transcurso de estos meses,

que estoy seguro que, sin duda alguna, son y serán de gran base para mi vida profesional.

A mi equipo de trabajo compuesto por la profesional María Inés Cañas, por su tiempo, apoyo,

conocimientos y correcciones brindada durante la realización de este proyecto de investigación.

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Dedicatoria

El presente trabajo es dedicado primero a Dios por haberme dado el libre albedrío para decidir

que este es el camino que quiero seguir en mi vida, por sostenerme cada vez que me siento caer y

por abrirme paso ante cada uno de los obstáculos que se me presentan.

A mi familia, a mis padres Campo Aníbal Avila Pérez y Luz Stella Duarte león, los cuales han

sido parte fundamental para escribir este libro, ellos son quienes me guiaron y me dieron grandes

enseñanzas, valores y me brindaron su apoyo incondicionalmente día a día, siendo ellos los

principales protagonistas de este “sueño alcanzado”.

A mi abuela por haberme enseñado que con esfuerzo, trabajo y constancia todo se logra, y que en

esta vida nadie regala nada, por sus largas pláticas cargadas de consejos.

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Contenido

1. Introducción ........................................................................................................................... 7

2 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN .................................................................................... 10

2.1 Planteamiento del problema ............................................................................................. 10

2.2 Justificación ....................................................................................................................... 11

3. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 13

3.1 Cultivo in vitro de “tejidos vegetales” ............................................................................. 13

3.1.1 Métodos de regeneración de tejidos vegetales. ............................................................ 14

3.1.1.1 Embriogénesis somática......................................................................................... 14

3.1.1.2 Organogénesis. ....................................................................................................... 14

3.2 Sistema de inmersión temporal (SIT) .............................................................................. 15

3.2.1 Clases de sistema de inmersión temporal (SIT). .......................................................... 15

3.2.1.1 Biorreactores tipo RITA. ....................................................................................... 15

3.2.1.2 Biorreactores tipo BIT. .......................................................................................... 16

3.2.1.3 Biorreactores tipo BIG. .......................................................................................... 17

3.3 Orquídeas ........................................................................................................................... 18

3.3.1 Cattleya Schroederae. .................................................................................................. 18

3.3.1.1 Ecología. ................................................................................................................ 19

3.3.1.2 Distribución geográfica. ......................................................................................... 19

4. MARCO REFERENCIAL (ESTADO DE ARTE) ........................................................... 21

5. HIPÓTESIS ............................................................................................................................. 25

5.1 Hipótesis nula .................................................................................................................... 25

5.2 Hipótesis alternativa ......................................................................................................... 25

6. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 26

6.1 Objetivo general ................................................................................................................ 26

6.2 Objetivos específicos ......................................................................................................... 26

7. METODOLOGÍA ................................................................................................................... 27

7.1 Diseño de estudio ............................................................................................................... 27

7.2 Ubicación ............................................................................................................................ 27

7.3 Población y muestra .......................................................................................................... 27

7.4 Fases de investigación ....................................................................................................... 27

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7.4.1 Establecimiento de las condiciones operacionales de los biorreactores del sistema de

inmersión temporal. ............................................................................................................... 28

7.4.2 Evaluación de las variables para la micropropagación de Cattleya schroederae. ........ 28

8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................................ 29

8.1 Establecer las condiciones operacionales del biorreactor del sistema de inmersión

temporal ................................................................................................................................... 29

8.2 Evaluación de las variables para la micropropagación de Cattleya schroederae en el

sistema de inmersión temporal............................................................................................... 31

8.2.1 Material vegetal. ........................................................................................................... 31

8.2.2 Medición de las variables. ............................................................................................ 32

8.2.2.1 Número de brotes. .................................................................................................. 32

8.2.2.2 Número de hojas. ................................................................................................... 33

8.2.2.3 Altura. .................................................................................................................... 35

8.2.2.4 Peso. ....................................................................................................................... 36

9. CONCLUSIONES................................................................................................................... 38

10. RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 39

11. Bibliografía ............................................................................................................................ 40

12. ANEXOS ................................................................................................................................ 42

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Índice de figuras

Figura 1. Cultivo in vitro de tejidos vegetales. ............................................................................ 13

Figura 2. Esquema del sistema de inmersión temporal tipo RITA. ............................................ 16

Figura 3. Representación del funcionamiento del sistema de inmersión temporal BIT. ............. 17

Figura 4. Diagrama del sistema de inmersión por gravedad (BIG). ............................................ 18

Figura 5. Orquídea, Cattleya Schroederae.. ................................................................................ 19

Figura 6. Distribución geográfica (piedemonte llanero) de hábitats de orquídeas. ..................... 20

Figura 7. Prototipo de sistema de inmersión temporal construido. ............................................. 30

Figura 8. Efecto del sistema del sistema inmersión temporal sobre el número de brotes. .......... 32

Figura 9. Efecto del sistema del sistema inmersión temporal sobre el desarrollo de hojas. ........ 33

Figura 10. Explantes y hojas obtenidas en el tratamiento número uno del sistema inmersión

temporal. ....................................................................................................................................... 34

Figura 11. Efecto del sistema del sistema inmersión temporal sobre la altura. ........................... 35

Figura 12. Efecto del sistema del sistema inmersión temporal sobre el peso. ............................. 36

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RESUMEN

Título: Estandarización del sistema de inmersión temporal para la micropropagación in vitro de

Cattleya Schroederae.

Autores: Avila Duarte, Duban Aníbal

Palabras clave: Oxidación, hiperhidricidad, biorreactores y Cattleya schroederae.

Descripción:

El sistema de inmersión temporal, conocido por sus siglas (SIT), ha surgido como una nueva

alternativa para la micropropagación de tejidos vegetales, brindando este una alta tasa de

multiplicación y proporcionando una mayor calidad a la planta en su fase de aclimatación, por

ende, el objetivo de este estudio, se basó en la estandarización de un sistema de inmersión

temporal para la micropropagación de la orquídea Cattleya schroederae en el laboratorio de

tejidos vegetales de la Universidad de Santander.

Para ello, se establecieron las condiciones operacionales del sistema de inmersión temporal,

donde posterior a ello, se evaluaron dos variables, el tiempo y frecuencia de inmersión. Los

tiempos para el SIT-1, fue una frecuencia de inmersión de 6 horas (4 veces/día) con un tiempo

inmersión: 3 minutos, para el SIT-2, una frecuencia de inmersión de 4 horas (6 veces/día) con un

tiempo de inmersión de 8 minutos y el SIT-3, una frecuencia de inmersión de 12 horas (2

veces/día) y un tiempo de inmersión de 20 minutos.

El estudio se evaluó durante siete semanas, mostrando que la mejor respuesta en cuanto a

número de brotes, número de hojas, altura y peso, se obtuvo con el tratamiento número uno, el

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cual estaba funcionando con una frecuencia de inmersión cada 6 horas (4 veces/día) y un tiempo

inmersión: de 3 minutos. Así mismo, no se presentó hiperhidricidad ni oxidación entre los

tratamientos. Estos resultados, permiten establecer una metodología eficiente para la

micropropagación de Cattleya schroederae mediante el uso de un sistema de biorreactores.

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ABSTRACT

Title: Standardization of the temporary immersion system for in vitro micropropagation of

Cattleya Schroederae.

Authors: Avila Duarte, Duban Anibal.

Key words: Oxidation, hyperhydricity, bioreactors and Cattleya schroederae.

The temporary immersion system, known by its acronym (SIT), has emerged as a new alternative

for the micropropagation of plant tissues, providing this high rate of multiplication and providing

a higher quality to the plant in its acclimatization phase, therefore, the objective of this study,

was based on the standardization of a temporary immersion system for the micropropagation of

the orchid Cattleya schroederae in the plant tissue laboratory of the University of Santander.

For this, the operational conditions of the temporary immersion system were established, where

after that, two variables were evaluated, the time and frequency of immersion. The times for SIT-

1, was an immersion frequency of 6 hours (4 times / day) with a dive time: 3 minutes, for SIT-2,

an immersion frequency of 4 hours (6 times / day) with an 8-minute immersion time and SIT-3,

an immersion frequency of 12 hours (2 times / day) and an immersion time of 20 minutes.

The study was evaluated over seven weeks, showing that the best response in number of shoots,

number of leaves, height and weight, was obtained with the treatment number one, which was

working with an immersion frequency every 6 hours (4 times / day) and one immersion time: 3

minutes. Likewise, there was no hyperhydricity or oxidation between the treatments. These

results allow establishing an efficient methodology for the micropropagation of Cattleya

schroederae through the use of a bioreactor system.

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1. Introducción

La deforestación de bosques en Colombia ha afectado y sigue impactando de manera negativa la

biodiversidad de nuestras regiones, viéndose expuestas gran cantidad de especies vegetales, entre

las cuales encontramos la familia Orchidaceae, un tipo de plantas muy conocido en nuestro país,

que se encuentra en un estado vulnerable por su peligro de vía extinción, siendo amenazadas por

factores tales como, recolección excesiva para fines comerciales u ornamentales dentro y fuera

del país, como también por deterioro en la calidad de su hábitat con fines para aperturas de

carreteras que hoy por hoy conectan a la región con el centro del país o simplemente para

convertir los terrenos en zonas ganaderas, agrícolas e industriales (Calderón Sáenz, 2006)

Estos factores anteriormente descritos, han influido de manera desfavorable sobre varios géneros

de orquídeas, tales como Anguloa sp, Restrepia sp, Lycaste sp, Dracula sp, Odontoglossum sp,

Masdevallia sp, Miltoniopsis sp y Cattleya sp; todos estos géneros por lo menos con el 50% de

sus especies amenazadas. Un ejemplo claro es, Cattleya schroederae, siendo esta una especie de

gran importancias en Colombia y que hoy por hoy se encuentra en un estado vulnerable, es decir

en riesgo de extinción o deterioro poblacional a mediano plazo (Calderón Sáenz, 2006).

Cattleya schroederae, también conocida con su nombre común “Lirio”, es una de las especies de

orquídea de gran importancia por sus características, dentro de las cuales encontramos, su

característico olor a vainilla que la hace ser la más fragante de las especies colombianas. Dentro

de su ecología encontramos que crecen de forma epifita, es decir que crece sobre otro vegetal,

principalmente en arboles grandes; su hábitat es principalmente en selvas húmedas estacionales

del piedemonte o ladera oriental de la cordillera oriental (Constantino, Calderon, & Julian, 2006)

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Los esfuerzos por fomentar la conservación masiva de géneros de orquídeas ha venido

incrementando después de saber que la mayoría de sus especies se encuentran en un estado de

vulnerabilidad, por ende una de las soluciones a ello, es la conservación in situ, es decir en su

propio ambiente natural, no obstante, en todos los casos es posible realizar el rescate en el área

natural, cuando la velocidad de deterioro del hábitat por diversos factores antropogénicos es alta,

lo cual hace recurrir a otras técnicas, como lo es, la conservación ex situ (fuera de su hábitat

natural) , siendo esta última, una alternativa eficiente, por su aplicabilidad, comodidad y

modificaciones que contribuyen a mejoras, de tal manera que proporciona de esta, un método

con mejores resultados (Martinez Palacios, Chavez Avila, & Ortega, 2009)

Llevar los tejidos vegetales fuera de campo, fue un gran desafío para el hombre y una gran

hazaña que alcanzo. Esto permitió un gran avance en la biología y conservación de especies

vegetales, dando lugar a lo que actualmente se denomina cultivo in vitro a nivel de laboratorio, el

cual, bajo condiciones controladas, busca obtener plantas mejoradas, con el objeto de

incrementar su producción, resistencia a plagas y enfermedades, y la adaptación a ambientes

específicos. Facilitando también considerablemente el progreso en varios campos, tales como la

micropropagación rápida de clones, aislamiento y utilización de protoplastos, cultivo de

embriones y combinaciones de genes por medio de hibridaciones y mutaciones (Gutiérrez,

Santacruz, Cabrera, & Rodríguez, 2003).

Actualmente la micropropagación in vitro “convencional”, es considerada como una técnica de

laboratorio de tejido vegetales de gran utilidad y exitosa por su mecanismo para multiplicar

plantas a partir de un explante (parte vegetal que ha sido separada de la planta), además de

proporcionar beneficios adicionales en el aspecto sanitario de la planta, como generar plantas

libres de virus u otros agentes, no obstante, esta técnica presenta ciertas limitaciones en cuanto a

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su porcentaje de multiplicación, altos costos de insumos de laboratorio, escases de nutrientes que

pueden afectar su desarrollo, lo cual conlleva a buscar nuevas alternativas para la

micropropagación, que pueda satisfacer aquellas necesidades ( Cruzat G, 2009).

El encontrar nuevas tecnologías que permitan superar dichas limitaciones o bien mejorar la

eficiencia de los sistemas actuales de micropropagación, ha implicado el desarrollo de técnicas

alternativas, como lo es el sistema de inmersión temporal denominado por sus siglas (SIT) como

una opción de semi-automatización de los sistemas de propagación In vitro de plantas. Cuando

mencionamos el término semi-automatización; decimos que aunque sean los dispositivos los que

realicen la mayor parte del trabajo, para su correcto desempeño se necesita de la supervisión

humana (Aitken-Christie, Toyoki, & Smith, 1995).

En función de la necesidad existente hoy en día, de hacer conservación de especies en peligro

de vía de extinción, como lo es la familia Orchidaceae, se plantea desarrollar nuevas tecnologías

sobresalientes en cuanto a un mejor desarrollo con mejores características de plantas a nivel in

vitro, aumentando así los índices de multiplicación (IM) y disminuyendo los costos de los

medios de cultivo, por ende se pretende la semi-automatización en el laboratorio de tejidos

vegetales de la universidad de santander de un sistema inmersión temporal (BIG) para la

micropropagación de la orquídea Cattleya schroederae, evaluándose las variables tales como;

tiempo de inmersión, frecuencia de inmersión, con el fin de determinar cuáles son las mejores u

óptimas condiciones de propagación.

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2 PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

2.1 Planteamiento del problema

Colombia es uno de los países más ricos en orquídeas, debido a la amplia diversidad de hábitats

que se pueden encontrar en él, siendo Santander el segundo departamento con mayor número de

especies y géneros registrados con un porcentaje del 14% de la riqueza de orquídeas reportadas

en Colombia (Martinez, Bonilla, & López, 2015). Sin embargo, se ha venido presentando

inconvenientes en cuanto a la pérdida de orquídeas por problemas como, la recolección excesiva

para fines comerciales u ornamentales, tala de árboles de tal manera que deteriora la calidad de

su hábitat, entre otras, lo cual ha llevado a una reducción de las poblaciones en los últimos 100

años, de por lo menos el 50%, según se infiere por el grado de transformación de los paisajes y

por crónicas de los colectores extranjeros (Constantino, Calderon, & Julian, 2006).

La micropropagación convencional o también denominada tradicional de tejidos vegetales, hoy

en día son y siguen siendo una alternativa exitosa, permitiendo directamente la conservación y

micropropagación in vitro de gran diversidad de plantas, consistiendo en la producción de un

gran número de plántulas a partir de pequeños fragmentos de cualquier tejido vegetal en medios

sólidos y semisólidos, no obstante presenta ciertas limitaciones, que no le permiten ir más allá, es

decir, ir avanzando e ir progresando; tales limitaciones son principalmente los altos costos de

operación ocasionados por la mano de obra, la baja eficiencia biológica, la falta de sistemas de

automatización in vitro, el bajo coeficiente de multiplicación y las dificultades en la etapa de

aclimatización ( Cruzat G, 2009)

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Actualmente se ha venido desarrollando una nueva técnica de propagación de tejidos vegetales,

llamada sistema de inmersión temporal, denominada por sus siglas (SIT), la cual hasta el

momento no hay demasiada información o datos congruentes en cuanto a la micropropagación

masiva de algunas especies de orquídeas. Sin embargo este sistema es una herramienta que abre

la posibilidad de semiautomatizar los procesos de micropropagación de cultivo in vitro a partir

del uso de biorreactores y bajo unas condiciones asépticas y controladas, obteniendo así mejores

resultados (Béllo-Béllo & Iglesias-Andreu, 2015)

De acuerdo a lo anterior se genera la siguiente pregunta de investigación, ¿El efecto del tiempo y

frecuencia de inmersión, genera un coeficiente de multiplicación en la orquídea Cattleya

schroederae bajo el sistema de inmersión temporal?

2.2 Justificación

A partir de lo anteriormente descrito, se desarrolló este proyecto con el fin de estandarizar el

proceso de la técnica del sistema de inmersión temporal (SIT) para la micropropagación in vitro

de Cattleya schroederae, siendo esta una planta perteneciente a la familia Orchidaceae que hoy

en día se encuentra en vía de peligro de extinción, causado por la destrucción de su hábitat, venta

ilegal de estas para usos industriales, entre otras, por ende mediante la aplicación de este sistema

de inmersión temporal se quiere obtener plántulas con altos coeficientes de multiplicación, una

mejor calidad y a la misma vez hacer conservación masiva de esta especie en vía de extinción.

Con la implementación de este sistema también lograremos disminuir las manipulaciones, que

comúnmente se daban en el proceso de micropropagación convencional, ya que ésta implica

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pérdidas del material por contaminación exógena, vitrificación u oxidación fenólica, además de

eso obtendremos una mejor eficiencia en cuanto a la asimilación o incorporación de los

nutrientes por los tejidos , ya que en este sistema se emplea un medio de cultivo líquido , un

mayor contacto entre la biomasa vegetal y el medio, mejorando así de manera directa el

coeficiente de crecimiento y mejoramiento en el porcentaje de enraizamiento y sobrevivencia de

las plantas en la etapa de aclimatación. Además de una reducción hasta de un 50% en los costos

de producción ( Cruzat G, 2009), permitiendo direccionar el laboratorio de tejidos vegetales en

una nueva fase tecnológica para nuevos estudios de investigación.

Cabe resaltar que el laboratorio de tejidos vegetales de la universidad de Santander UDES, tiene

antecedentes en el área del cultivo in vitro, es decir, que ha trabajado con la parte de

micropropagación tradicional a partir de tejidos vegetales, tales como, especies de orquídeas o

especies que son de gran interés agrícola, que hoy por hoy se encuentran en un estado de

vulnerabilidad y también en peligro de vía de extinción.

Es importante resaltar que este proyecto de investigación es pionero, ya que es el primer estudio

realizado a nivel nacional bajo la modalidad de inmersión temporal con este tipo de especie de

orquídea, siendo de gran importancia, ya que todos los datos obtenidos, protocolos y

funcionamientos del equipo, es nuevo conocimiento y podrán usarse como base para futuras

investigación en el cuidado de la biodiversidad.

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3. MARCO TEÓRICO

3.1 Cultivo in vitro de “tejidos vegetales”

Se denomina cultivo in vitro de tejidos vegetales al cultivo de explantes como, semillas,

embriones, órganos, tejidos y células de plantas superiores en un medio nutritivo, este último

tiene todos los requerimientos necesarios para su desarrollo, bajo condiciones estériles ( Cruzat

G, 2009). La producción masiva de plantas puede realizarse mediante el uso de esta técnica in

vitro, y diferentes métodos de regeneración, tales como Embriogénesis somática y

organogénesis.

Figura 1 .Cultivo in vitro de tejidos vegetales. Fuente:

file:///C:/Users/Usuario/Desktop/TESIS%20COLOMBIA/articles-

75552_%20SIT.pdf

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3.1.1 Métodos de regeneración de tejidos vegetales.

3.1.1.1 Embriogénesis somática.

Tipos de propagación in vitro, tales como, la embriogénesis somática, constituyen una

herramienta de trabajo para la conservación in vitro a nivel de laboratorio. La embriogénesis

somática consiste en la formación de un embrión a partir de una célula, sin necesidad de fusión

de gametos, permitiendo incrementar los coeficientes de multiplicación y disminuir los costos de

producción. El desarrollo de un sistema experimental para la regeneración de plantas vía

embriogénesis somática incluye las siguientes etapas: inducción de los embriones somáticos,

desarrollo de los embriones somáticos, proliferación, maduración, germinación y conversión.

La característica más distintiva de un embrión somático es que constituye un nuevo individuo

con estructura bipolar (raíz y brote) capaz de originar una planta completa (Seijo, 2003).

3.1.1.2 Organogénesis.

La regeneración de plantas por organogénesis, ha sido un método que ha demostrado ser

eficiente en la propagación comercial de muchas especies vegetales, el cual comprende el

desarrollo de yemas o de meristemos radicales a partir de los explantes directamente o a partir de

callos. Generalmente la regeneración por esta vía involucra 4 etapas de desarrollo: inducción y

desarrollo de yemas adventicias, alargamiento de yemas, multiplicación de brotes y

enraizamiento (OJEDA ZACARIAS, 1996)

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3.2 Sistema de inmersión temporal (SIT)

Los problemas que presentan la micropropagación convencional pueden ser superados por

métodos alternativos, como los biorreactores cuyo principio básico es la inmersión periódica de

los explantes en el medio de cultivo, lo que permite el intercambio gaseoso dentro del recipiente.

Con este sistema los explantes son inmersos en el medio de cultivo sólo por un tiempo definido,

permitiendo la absorción de nutrientes por toda su superficie. El intercambio gaseoso se restaura

cuando el medio de cultivo es trasladado a recipiente de mantención (Damiano, Gentile, La

Starza, Frattarelli, & Monticelli, 2003).

3.2.1 Clases de sistema de inmersión temporal (SIT).

3.2.1.1 Biorreactores tipo RITA.

El sistema RITA consta de envases de un litro que comprenden dos compartimentos, uno

superior con las plantas y uno inferior con el medio. La sobrepresión aplicada en el

compartimento más bajo empuja el medio hacia el superior. Las plantas están sumergidas tanto

tiempo como la presión es aplicada. Durante el período de inmersión el aire es insuflado a través

del medio, agitando los tejidos suavemente y renovando la atmósfera dentro del frasco, con la

sobrepresión escapando a través de salidas en la parte superior del aparato (Etienne & Berthouly,

2002).

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3.2.1.2 Biorreactores tipo BIT.

El sistema BIT es diseñado con dos recipientes transparentes de vidrio o plástico de un litro de

capacidad, uno de los cuales contiene el material vegetal de interés y el otro contiene los

nutrientes necesarios para el desarrollo de las plantas es decir el medio de cultivo líquido. Estos

dos recipientes se conectan mediante mangueras de silicona, el flujo aire pasa a través de

microfiltros de 0.2 µm. La presión que ejerce el aire permite que el medio líquido pase de un

recipiente a otro, sumergiendo totalmente las plántulas, posteriormente el flujo de aire se invierta

para devolver el medio líquido a su recipiente de origen (Oviedo-Pereira, Venutolo, & Lozano ,

2016)

Figura 2. Esquema del sistema de inmersión temporal tipo

RITA. Fuente: (Etienne & Berthouly, 2002)

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3.2.1.3 Biorreactores tipo BIG.

El sistema de biorreactores de inmersión por gravedad, denominado con sus siglas BIG, es uno

de los prototipos de bajo costo, capacidad variable, permitiendo con ello disminuir los gastos de

inversión y electricidad del sistema neumático. Este sistema funciona de la siguiente manera,

ambos frascos estuvieron comunicados a través de mangueras de silicona, donde las condiciones

de esterilidad se lograron mediante el empleo de filtros hidrofóbicos de 0.2 m. Según el tiempo

programado, la válvula y el aire proveniente del compresor se abren para impulsar el medio de

líquido hacia la parte superior donde se encuentran los explantes a evaluar, este se mantiene allí

por un tiempo determinado y pasado este tiempo, el líquido regresa por gravedad al reservorio de

medio de cultivo (Bello, Spinoso, & Iglesias, 2014).

Figura 3. Representación del funcionamiento del sistema de

inmersión temporal BIT. Fuente:

file:///C:/Users/Usuario/Downloads/SIT_AADECA.pdf

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18

3.3 Orquídeas

La orquídea es una planta Epifita de origen tropical perteneciente a la familia de las Orchidaceae,

denominada como una de las familias de plantas más numerosa que se distingue por la

complejidad de sus flores, por ende, forman parte del grupo de las plantas con flor;

Angiospermas. Las orquídeas son un grupo de plantas bastante diverso respecto a la gran

cantidad de formas y colores que poseen, y al número de especies que se conocen; de hecho, en

Colombia se han registrado 4270, lo cual ubica al país en el primer puesto en riqueza de este

tipo de plantas en el mundo (Torres & Castellanos, 2017)

3.3.1 Cattleya Schroederae.

Es esta la más fragante de las especies colombianas, con olor a vainilla y con gran importancia

en cuanto a lo ornamental. Puede crecer en agro ecosistemas arbolados y florece en los meses de

la temporada de verano, entre diciembre y marzo (Constantino, Calderon, & Julian, 2006)

Figura 4. Diagrama del sistema de inmersión por gravedad (BIG).Fuente:

file:///C:/Users/Usuario/Downloads/Vainilla_9%20(2).pdf

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19

3.3.1.1 Ecología.

Crece en buenas condiciones cuando hay mucha luz solar y aire en movimiento, por ello se

ubican en las selvas húmedas estacionales del piedemonte o ladera oriental de la cordillera

Oriental, vertiente de la Orinoquia, Creciendo de manera epífita sobre árboles grandes

(Constantino, Calderon, & Julian, 2006)

3.3.1.2 Distribución geográfica.

En Colombia es exactamente en piedemonte llanero, en los departamentos de Meta, Casanare,

Arauca, Boyacá, Norte de Santander, Caquetá; desde 3° 30’ a 7° 15’ latitud norte, y desde 72° a

74° longitud Oeste; entre 500 y 1600 msnm. Exclusiva de Colombia (Constantino, Calderon, &

Julian, 2006).

Figura 5. Orquídea, Cattleya Schroederae. Tomada de:

Libro rojo de plantas de Colombia Eduardo Calderón Sáenz

editor, volumen 6 Orquídeas, primera Parte.

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Figura 6. Distribución geográfica (piedemonte llanero) de

hábitats de orquídeas. Tomada de: Libro rojo de plantas de

Colombia Eduardo Calderón Sáenz editor, volumen 6

Orquídeas, primera Parte.

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4. MARCO REFERENCIAL (ESTADO DE ARTE)

El desarrollo del sistema de inmersión temporal ha permitido avanzar en el campo de la

investigación, llevando así a ser un complemento con mejores características para técnicas

simples. Siendo esta una técnica complementaria al sistema de micropropagación in vitro

“convencional”, que traen consigo mismo una mejora en cuanto a la producción masiva tejidos

vegetales en condiciones controladas, permitiendo un mayor contacto entre la biomasa vegetal y

el medio y abriendo la posibilidad de controlar la composición del medio, así como la de la

atmósfera dentro del biorreactor (CURTIS, 2014).

Bello et al, 2014, demostraron en un estudio realizado con Vanilla planifolia (orquídea), la

eficiencia del protocolo de cultivo in vitro convencional en medio sólido con el sistema de

inmersión temporal en medio líquido en un tiempo de estudio de 30 días de cultivo. Donde se

proporcionó una tasa inducción de brotes en los dos sistemas evaluados. Sin embargo, el cultivo

en biorreactores resultó ser el más eficiente ya que permitió obtener 12 brotes por explante en

promedio, en cambio el cultivo en medio semisólido solo permitió obtener una tasa de

multiplicación de siete brotes por explante, llegando a concluir que el sistema de inmersión

temporal en biorreactores aumentó en 42% la tasa de multiplicación, comparado con el sistema

convencional.

Así mismo encontramos que Pérez, et al., para año 2011, en el Laboratorio de Biotecnología

Vegetal del Instituto de Investigaciones en Viandas Tropicales (INIVIT), se ejecutó un estudio

aplicando el Sistema de Inmersión Temporal, con fines a incrementar el coeficiente de

multiplicación en el cultivo de plátano vianda, logrando demostrar un incremento notable en el

coeficiente de multiplicación y la calidad del material micro propagado a través del Sistema de

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Inmersión Temporal con un tiempo de 10 minutos de inmersión y una frecuencia cada 3 horas (8

inmersiones al día) y un tiempo de cultivo de 18 días se garantizó el mejor comportamiento del

material.

Otra investigación realizada, con el propósito de generar una metodología que permita disminuir

los costos de producción por la exclusión del gelificante en los medios de cultivo, se evaluó el

cultivo en sistemas de inmersión temporal en la fase de multiplicación in vitro de guayabo

(Psidium guajava l). Para lo cual se comparó los sistemas de inmersión temporal de tipo BIT y

RITA y se evaluó el tiempo (1 y 2 min) y frecuencia (3 y 4 veces/día) de inmersión por un

tiempo de seis semanas de cultivo, teniéndose en cuenta las siguientes variables : número de

brotes (NB), numero de nudos (NN), longitud de brote (LB) y coeficiente de multiplicación

(CM), concluyéndose que los cultivos en el sistema de inmersión temporal (BIT Y RITA) en la

fase de multiplicación favoreció el crecimiento y la proliferación de brotes de guayabo (Vilchez

& Albany, 2014).

Con el fin de encontrar nuevas alternativas o herramientas para reducir los costos de producción

en el cultivo a escala, también se han desarrollado investigaciones para determinar el proceso de

propagación de inmersión temporal más eficiente para el escalamiento de la producción masiva

de Stevia rebaudiana, la cual es una planta de la región de Sudamérica, propia de Paraguay,

utilizada para fines comerciales, por ende se emplearon medios líquidos en sistemas de

inmersión temporal automatizado (RITA® y BIT) para el proceso de micropropagación,

obteniendo como resultado “ Que La mayoría de los tratamientos en los sistemas de inmersión

temporal BIT y RITA produjeron plantas vigorosas con bajos niveles de hiperhidricidad, mayor

número promedio de hojas y brotes, así como un crecimiento activo con mayor masa seca

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promedio, lo cual saca una gran ventaja en comparación con la micropropagación convencional o

también llamada tradicional (Venutolo & Aguilar Salazar, 2015)

Otro estudio, en el cual se estableció un protocolo para la multiplicación del clon de malanga

"Viequera" justo con el mismo sistema de inmersión temporal, se evaluó el efecto de tres

tiempos de inmersión (7, 14 y 21 minutos), tres frecuencias de inmersión (2, 4 y 6 horas por día),

cuatro volúmenes de medio de cultivo (5, 10, 15 y 20 ml por brote inicial) y cuatro tiempos de

cultivo (15, 18, 21 y 25 días) en la multiplicación de los brotes de yemas axilares. Dicho lo

anterior; el mejor comportamiento del material y el coeficiente máximo de multiplicación

alcanzado, se lograron con un tiempo de 14 minutos de inmersión cada 4 horas, una densidad de

ocho brotes de yemas axilares, con un volumen de 15 ml de medio de cultivo por brote y un

tiempo de cultivo de 18 días, lo cual el protocolo propuesto aumenta la productividad del

material propagado en comparación con los desarrollados en medios de cultivo semisólidos, lo

que representa una reducción en los costos de producción al introducir la multiplicación del

cultivo en laboratorios comerciales de propagación (Santos Pino, et al., 2011)

Es importante resaltar que para el funcionamiento efectivo de un sistema de inmersión temporal

(SIT) deben existir condiciones óptimas de cultivo, además de factores ambientales como

intensidad lumínica y temperatura, se debe considerar la frecuencia y tiempo de inmersión,

densidad del cultivo, volumen del medio y composición y duración del cultivo, por consiguiente,

se deben determinar para cada especie y etapa de desarrollo. Es evidente la gran importancia que

ha tornado esta nueva alternativa de micropropagación a partir del uso de biorreactores, dando

nuevos desarrollos para conservación masiva de especies o simplemente producción a gran

escala para fines comerciales. Es por ello que todos los estudios realizados han arrojado

resultado positivo, en cuanto a la tasa de multiplicación, numero de brotes, etapa de a

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climatización, baja hiperhidricidad en los tejidos entre otros aspectos, de diferentes géneros y

especies de plantas, como se expresó anteriormente.

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5. HIPÓTESIS

5.1 Hipótesis nula

El efecto del tiempo y frecuencia de inmersión, no genera un coeficiente de multiplicación en la

orquídea Cattleya schroederae bajo el sistema de inmersión temporal.

5.2 Hipótesis alternativa

El efecto del tiempo y frecuencia de inmersión, genera un coeficiente de multiplicación en la

orquídea Cattleya schroederae bajo el sistema de inmersión temporal.

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6. OBJETIVOS

6.1 Objetivo general

Estandarizar el sistema de inmersión temporal para la micropropagación de la orquídea Cattleya

schroederae.

6.2 Objetivos específicos

Establecer las condiciones operacionales del biorreactor del sistema de inmersión temporal.

Evaluar las variables para la micropropagación de Cattleya schroederae en el sistema de

inmersión temporal.

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7. METODOLOGÍA

7.1 Diseño de estudio

Este proyecto de investigación se basó en un estudio de tipo descriptivo- experimental, ya que

evidencia la estandarización de un sistema de inmersión temporal para la micropropagación de

una especie de orquídea (Cattleya schroederae) en el laboratorio; además de experimental, ya

que se manipuló variables como tiempo y frecuencia de inmersión para determinar cuáles son las

mejores condiciones de micropropagación de Cattleya schroederae en tal sistema.

7.2 Ubicación

Se ejecutó en los laboratorios correspondientes a la universidad de Santander (UDES),

específicamente en el laboratorio de tejidos vegetales ubicado en el edificio chibcha, 1er piso.

7.3 Población y muestra

Población: Plantas de la familia Orchidaceae. Muestra: Se trabajaron con 42 explantes de

Cattleya schroederae, de 2 meses de fase de establecimiento cedidas por el laboratorio de tejidos

vegetales de la UDES.

7.4 Fases de investigación

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7.4.1 Establecimiento de las condiciones operacionales de los biorreactores del sistema de

inmersión temporal.

El diseño del biorreactor se realizó basado en lo descrito por (Monroy Álvarez & Filgueira

Duarte, 2010) en el año 2010, en un estudio acerca de la organogénesis directa del clavel en

medio líquido, utilizando un sistema de biorreactores. Lo cual se tomó como guía para la

construcción, acondicionamiento y funcionamiento del sistema inmersión temporal (Anexo A).

7.4.2 Evaluación de las variables para la micropropagación de Cattleya schroederae.

Para esta etapa se establecieron seis (6) tratamientos con diferentes tiempos y frecuencias de

inmersión, además de la utilización del carbón activado (Tabla 1), para deducir tal eficiencia de

cada tratamiento, se realizaron las siguientes mediciones en el SIT: Oxidación, hiperhidricidad,

número de brotes, número de hojas, altura y peso.

Tabla N º1. Tiempos y frecuencias de inmersión a evaluar en los sistemas de inmersión temporal

VARIABLES

Sistema Inmersión

Temporal 1

(SIT-1).

Sistema Inmersión

Temporal 2

(SIT-2).

Sistema Inmersión

Temporal 3

(SIT-3).

Tratamiento 1

Carbón

Activado

Tratamiento 2 Tratamiento 3

Carbón

Activado

Tratamiento 4 Tratamiento 5

Carbón

Activado

Tratamiento 6

Frecuencia

De

Inmersión

6 horas

6 horas

4 horas

4 horas

12 horas

12 horas

Tiempo De

Inmersión

3 minutos

3 minutos

8 minutos

8 minutos

13 minutos

13 minutos

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8. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

8.1 Establecer las condiciones operacionales del biorreactor del sistema de inmersión

temporal

Se desarrolló un prototipo de sistema de biorreactores de inmersión temporal por gravedad semi-

automático para la micropropagación de tejidos de Cattleya schroederae, construyéndose en

total tres sistemas de inmersión temporal (anexo B), cada sistema de inmersión temporal estaba

compuesto por frascos de vidrio con capacidad de un litro, que funcionaban como biorreactores

que contenían el medio de cultivo líquido, donde la tapa de plástico de estos mismos frascos

tenían adaptado dos pasamuros de doble entrada, que funcionarían como conectores, acoplando

las mangueras neumáticas, que se encargarían de la distribución del aire, con el fin de hacer

circular el medio de cultivo liquido presente en los biorreactores de vidrio (reservorio de medio

de cultivo liquido) hacia los biorreactores de plástico de un litro de capacidad, siendo este

último un segundo biorreactor donde se encuentra depositado los explantes a evaluar (figura 7).

El aire era proporcionado por una bomba de 12 voltios adaptada al sistema.

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Por otro lado, la parte automática del prototipo de sistema inmersión temporal, generaba las

señales (ON y OFF) por tiempos determinados de la siguiente manera: este comienza desde la

toma de corriente 110 v y va alimentado con un adaptador de 12 Vdc, de ese voltaje de 12 Vdc

se extrae un cableado que pasa por el relee y alimenta el motor, el otro cableado, entra al

A

B

C

D

E

F

Figura 7. Prototipo de sistema de inmersión temporal. Constituido por

frascos de vidrio, lo cuales funcionaban como biorreactores que contenía el

medio de cultivo líquido (A). Bomba de aire de 12 voltios, que alimenta al

sistema con aire (B). Pasamuros, que funcionan como acople para las

mangueras neumáticas presentes en el sistema (C). Mangueras (D).

Biorreactores de plástico, donde se encontraban los explantes a evaluar (E).

Caja de control de configuración de tiempos.

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convertidor dc-dc para tener una salida de entre 7 y 7.5 Vdc que va a alimentar al arduino, a su

vez el arduino alimenta con 5V los demás componentes. La conexión del arduino al teclado va

con Jumpers macho-macho, y la conexión al módulo relee y display va con Jumpers macho--

hembra, por aparte se implementa un pequeño circuito alimentado con 5 v con un potenciómetro

de 10 K, este circuito es para controla el brillo del display con el potenciómetro (anexo C).

8.2 Evaluación de las variables para la micropropagación de Cattleya schroederae en el

sistema de inmersión temporal

8.2.1 Material vegetal.

Para el inicio de este estudio, se trabajaron siete (7) explantes de Cattleya schroederae por

tratamiento (anexo D), los cuales tenían dos meses de establecimiento. Además de realizarse un

proceso de desinfección con solución jabonosa (tiempo: 20 Minutos), alcohol (tiempo: 15

minutos) y glutaraldehído (tiempo: 15 minutos), con lavados intermedios utilizando agua estéril

(Procedimiento tomado del laboratorio de tejidos vegetales de la universidad de Santander

UDES).

El medio de cultivo líquido utilizado en el presente estudio, fue un medio de cultivo

estandarizado por el laboratorio de tejidos vegetales (anexo E), la cantidad de medio agregado al

sistema de biorreactores de inmersión temporal fue de 250 mL. Luego los explantes a evaluar

fueron inoculados en los sistemas, de manera aséptica y controlada, mediante el uso de la cabina

de flujo laminar, con fines a mantener la esterilidad del sistema y de los explantes previamente

desinfectados, finalmente fue llevado al área de incubación ubicado en el laboratorio de tejidos

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vegetales de la universidad de Santander, el cual tenía las siguientes condiciones de temperatura

18 °C y humedad relativa 55%.

8.2.2 Medición de las variables.

Después de realizado el estudio se generaron los siguientes resultados:

8.2.2.1 Número de brotes.

De acuerdo a la Figura número 8, se observa que hay diferencias significativas p>0,05 (anexo F)

Por consiguiente se puede inferir que el tratamiento número uno (T1), tuvo el mejor desarrollo en

cuanto a un número de brotes, obteniendo una media de 3,39 brotes/explante, a diferencia del

tratamiento dos (T2) con una media de 2,13. Así mismo, el tratamiento que presentó menor

coeficiente de multiplicación de brotes/explante fue el tratamiento cuatro (T4) con una media de

1,30 brotes/explante. Lo anterior se explica posiblemente, a la presencia del carbón activado en

Figura 8. Efecto del sistema del sistema inmersión temporal

sobre el número de brotes.

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el tratamiento número uno ( La concentración de carbón activado trabajada fue de 4.5% ), ya que

este compuesto ejerce un efecto positivo en el crecimiento, como lo explica (Pedroza Manrique,

2009) donde indica que el carbón activado es una sustancia que al ser adicionada al medio de

cultivo, incide de manera positiva sobre la tasa de desarrollo de los protocormos de una especie

de orquídeas, bajo condiciones de cultivo in vitro. Por ende, el carbón activado administrado en

bajas concentraciones a los medios de cultivo, dosis que pueden variar desde los 0,5 a 5,0 g.L-1,

estimula los procesos de desarrollo morfo genético en diferentes orquídeas.

Por otra parte, se resalta que ninguno de los tratamientos evaluados generó ningún tipo de

oxidación, esto es debido a la presencia de los agentes antioxidantes presentes en el medio de

cultivo líquido, tales como ácido ascórbico y ácido cítrico los cuales ejercen un control al cambio

en la coloración del tejido vegetal en el cultivo in vitro.

8.2.2.2 Número de hojas.

Figura 9. Efecto del sistema del sistema inmersión

temporal sobre el desarrollo de hojas.

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De acuerdo a la figura número 9, se logró observar que el tratamiento número uno (T1) presentó

diferencias significativas con respecto a los demás tratamientos p< 0.05 (anexo G), ya que se

evidencia que el tratamiento uno, presentó mejor desarrollo de hojas con respecto al tratamiento

número seis, con valores de 3 hojas/ explante y 2.43 hojas/explante, respectivamente. Las hojas

obtenidas en el tratamiento número uno presentó una muy buena pigmentación verde además de

presentar hojas con características vigorosas, es decir fueres, robustas y con buena apariencia

saludable (libre de contaminación u otros factores) además de no presentar hiperhidricidad

(figura 10), el cual se define como un desorden morfológico y fisiológico asociado a una

excesiva hidratación. Lo dicho anteriormente se debe posiblemente al uso de biorreactores y

tiempos adecuados, lo cual es afirmado por (Venutolo & Aguilar Salazar, 2015) en donde

asevera que el uso de sistemas de inmersión temporal aumentan el número promedio de

regeneración de hojas y aseguran que el tiempo de inmersión y frecuencia de inmersión son

variables muy importante, ya que determina la tasa de absorción de nutrientes y controla la

hiperhidricidad.

Figura 10. Explantes y hojas obtenidas en el

tratamiento número uno del sistema inmersión

temporal.

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8.2.2.3 Altura.

En cuanto a la altura, se observó una diferencia significativa de p>0,05 (anexo H) entre los

tratamientos, donde nuevamente el tratamiento número uno (T1), presentó plántulas con un

promedio de altura de 2,91, valor que está por encima de los demás tratamientos (figura 11). Lo

dicho anteriormente se debe a que el tiempo y frecuencia de inmersión en el sistema de

inmersión temporal es un factor trascendental que influye de forma significativa en el desarrollo

de los explantes en criterios tales como la altura, esto es contrastado por (Perez, et al., 2013), en

un estudio para la micropropagación del cultivar del plátano vianda, en el que explica que al

utilizar frecuencias de inmersión de 6 horas y tiempos de inmersión cercanos a 10 minutos en el

sistema de inmersión, va a facilitar una mayor eficiencia en la asimilación de nutrientes por los

explantes y este influirá de manera significativa en la altura de los explantes.

Figura 11. Efecto del sistema del sistema

inmersión temporal sobre la altura.

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8.2.2.4 Peso.

Finalmente encontramos que el peso obtenido, pasadas las siete semanas de evaluación, fue

mayor en el tratamiento número uno, presentando diferencias significativas P<0.05 en

comparación a los demás tratamientos (anexo I) presentando una media, específicamente de 0,13

gr/explante (figura 12). lo cual comparado con un estudio realizado por ( Quiala, et al., 2014)

obtuvieron los mejores resultados para el peso fresco al utilizar frecuencia de inmersión de 6

horas y 4 horas en sistemas de inmersión temporal de un litro de capacidad, alcanzando

significativamente más biomasa en los brotes sumergidos. Esto debido al uso de biorreactores

junto con el uso de medios de cultivo liquidos y variables adecuadas u optimas, aceleran de

manera satisfactoria el desarrollo de los explantes (Perez, et al., 2013), permitiendo una mayor

absorción de nutrientes, lo que mejora la parte morfo genética y el crecimiento del material

vegetal.

Figura 12. Efecto del sistema del sistema inmersión

temporal sobre el peso.

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También se logra ratificar la posibilidad de que el carbón activado junto con tiempo y frecuencia

de inmersión apropiada, influye sobre el desarrollo de los explantes, ya que los tratamientos

número uno, tres y cinco, los cuales contenían carbón activado, fueron aquellos que presentaron

mejor desarrollo en cuanto a los demás tratamientos (figura 12).

A manera importante, el mecanismo del carbón activado en una planta actúa funcionando al

combinarse con el hidrógeno y con el oxígeno y en esta combinación polar, también se combina

con sí mismo. En múltiples de sus inter-combinaciones el carbón, suministra la base de un

sinnúmero de sustancias orgánicas halladas en la naturaleza, que sirven de base para en la

construcción de sustancias corporales de los organismos vivos; una de estas sustancias son los

carbohidratos. En la construcción de ellos claramente se aprecia la doble función del carbón,

alternando en los estados de construcción de almidones y azúcares (Mendez, 2017). Siendo estos

compuestos de gran importancia para el desarrollo de las plantas con muy buenas características

en el criterio morfo genético de los tejidos vegetales.

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9. CONCLUSIONES

Se logró la construcción y estandarización de un prototipo del sistema de inmersión temporal

(SIT) de tipo BIG en el laboratorio de tejidos vegetales de la universidad de Santander.

Se evidenció que la micropropagación de explantes de Cattleya schroederae a partir del uso de

biorreactores, mediante la aplicación de sistemas de inmersión temporal (SIT), ES VIABLE, ya

que se obtienen explantes con muy buenas características, sin alteraciones o cambios fisiológicos

en su desarrollo, tales como, oxidación e hiperhidricidad, además de presentar resultados

significativos en cuanto al número brotes, número de hojas, altura y peso.

Se estableció que frecuencia de inmersión (F.I) de cada 6 Horas (4 veces/día) y un tiempo de

inmersión de 3 minutos, presentan un efecto positivo en el desarrollo y micropropagación de

tejidos vegetales de Cattleya schroederae.

Se deduce el efecto positivo que tiene el carbón activado al ser suministrado en bajas

concentraciones a los medios de cultivo, ya que al adicionarse tal sustancia mejora la tasa de

desarrollo y crecimiento.

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10. RECOMENDACIONES

Generar nuevas mediciones de variables al prototipo con el fin de mejorar aún más el

proceso in vitro de los explantes, no solo de orquídeas sino de otros géneros de plantas.

Optimizar el diseño de los biorreactores del prototipo de sistema inmersión temporal para

fortalecer nuevos estudios en el ámbito in vitro.

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11. BIBLIOGRAFÍA

Cruzat G, R. (2009). Resultados y lecciones aprendidas. En Sistema de Inmersión Temporal En Especies

Anuales, Frutales y vides (págs. 5-26). Región Metropolitana del Biobío y de Los Ríos ,Chile:

Ograma Ltda.

Quiala, E., Barbón, R., Capote, A., Pérez Alonso, N., Chávez, M., De Feria, M., & Jiménez, E. (2014).

Scaling-up the biomass production of Cymbopogon citratus L. Revista Biotecnología Vegetal,

14(2), 67 - 71,.

Aitken-Christie, J., Toyoki, K., & Smith, M. (1995). Automatización en el cultivo de tejidos vegetales -

introducción general y descripción general. En J. Aitken-Christie, K. Toyoki, & T. Shinsaku,

Automatización y control ambiental en cultivos de tejidos vegetales (págs. 1-18). Springer,

Dordrecht.

Bello, J., Spinoso, J., & Iglesias, A. (2014). Establecimiento de un sistema de biorreactores para la

micropropagación de vainillla (Vanilla planifolia). Revista Agro Productividad, 63-68.

Béllo-Béllo, J., & Iglesias-Andreu, L. (2015). Desarrolla el INBIOTECA sistemas de biorreactores para la

micropropagación de especies vegetales de importancia para el estado de Veracruz. Agro

Entorno, INBIOTECA, 7-8.

Calderón Sáenz, E. (2006). Libro Rojo de Plantas de Colombia (Vol. 6). Bogota, Colombia.

CHACI, C., & CAÑAS, M. (2016). GGGGJJDJDJJJD. RHFFHF, 12 - 25.

Constantino, E., Calderon, E., & Julian, F. (2006). Cattleya schroederae. En E. Calderon, Libro Rojo Plantas

De Colombia (págs. 263-265). Bogota.

CURTIS, W. (2014). BIOREACTORS, Application of bioreactor design principles to plant. En A. Hvoslef, &

W. Preil, Liquid culture systems for un vitro plant propagation (págs. 21-155). Springer.

Damiano, C., Gentile, A., La Starza, S., Frattarelli, A., & Monticelli, S. (2003). AUTOMATION IN

MICROPROPAGATION THROUGH TEMPORARY IMMERSION TECHNIQUES. ISH, 359-364.

Etienne, H., & Berthouly, M. (2002). Temporary Inmmersion systems in plant micropropagation. (K. A.

publishers, Ed.) Springer, 215-231.

Gutiérrez, A., Santacruz, F., Cabrera, J., & Rodríguez, B. (2003). MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL IN

VITRO. e-Gnosis, 1-19.

Martinez Palacios, A., Chavez Avila, V. M., & Ortega, M. (2009). Conservación y propagación de

orquídeas. Revista UNAM, 483-495.

Page 46: ESTANDARIZACIÓN DEL SISTEMA DE INMERSIÓN TEMPORAL …³n... · de orquídeas, tales como Anguloa sp, Restrepia sp, Lycaste sp, Dracula sp, Odontoglossum sp, Masdevallia sp, Miltoniopsis

41

Martinez, S., Bonilla, M., & López, H. (2015). LIST OF ORCHIDACEAE FROM SANTANDER AND COMMENTS

ON THEIR ENDEMIC SPECIES. Magazine, Faculty of Basic Sciences., 54-111.

Mendez, J. (11 de 09 de 2017). Carbón en Agricultura. Engormix, comunidad agropecuaria.

Monroy Álvarez, I. E., & Filgueira Duarte, J. J. (2010). Organogenesis directa en medio líquido en clavel

en un biorreactor de bajo costo. Revista Facultad De Ciencias Basicas, 84-93.

Monroy, J., & Hilguera, f. (2016). ggfhfhfhffhh. ffhffh, 34 45.

OJEDA ZACARIAS, C. (1996). INDUCCION DE ORGANOGENESIS Y EMBRIOGENESIS EN Pinus cembroides.

(tesis de grado).

Oviedo-Pereira, D., Venutolo, S., & Lozano , S. (2016). Micropropagación de Stevia rebaudiana Bertoni,

un Cultivo promisorio de México. Revista Biotecnología, 14-26.

Pedroza Manrique, J. A. (2009). Efecto del carbón activado, ácido indolacético (AIA) y bencil amino

purina (BAP) en el desarrollo de protocormos de Epidendrum elongatum Jacq bajo condiciones

in vitro. Revista Colombiana de Biotecnología, 17-32.

PedrozaManrique, J. A. (2009). The effect of activated charcoal, indol acetic acid (IAA) and

benzylaminopurine (BAP) on Epidendrum elongatum Jacq. colombiana de Biotecbología, 17-32.

Perez, M., Medero Vega, V., Delgado, M., Lopez Torres, J., Pino, A., Cabrera, Á., & Toledo, M. (2013).

Nueva alternativa para la micropropagación en inmersión temporal del cultivar del platano

vianda. Revista Colombiana de Biotecnología, 98-107.

Pierik, & Sagasta, L. (1990). Cultivo in vitro de las plantas superiores. España: Mundi Prensa Libros S.A.

Santos Pino, A., Cabrera Jova, M., López Torres, J., Gómez Kosky, R., Cabrera, A., & Pérez, M. (2011).

Multiplicación en sistema de inmersión temporal del clon de malanga “Viequera” (Xanthosoma

spp.). Revista Colombiana de Biotecnología, 97-106.

Seijo, M. F. (2003). Aspectos básicos de la embriogénesis somática. Biotecnología Vegetal, 195-209.

Torres, G., & Castellanos, c. (2017). Las 10 Orquideas mas bellas de colombia. Colombia: Semana.

Venutolo, S., & Aguilar Salazar, T. (2015). Micropropagación masiva de Stevia rebaudiana Bertoni en

sistemas de inmersión temporal. Revista INCA, 50-57.

Vilchez, J., & Albany, N. (2014). Multiplicación in vitro de Psidium guajava L. en sistemas de inmersión

temporal. Revista Colombiana de Biotecnología, 1-8.

Perez, M., Vega, V., Delgado, M., Torees, Jorge y Pino, Arletys. (2011) Nueva alternativa para

la micropropagación en inmersión temporal del cultivar de plátano vianda. Revista Colombiana

Biotecnologica. Volumen 15(1), 105-106.

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12. ANEXOS

ANEXO A. Materiales utilizados para el proceso de construcción de los biorreactores del

sistema de inmersión temporal.

Nombre Descripción Cantidad Unidad

Frascos de vidrio Con capacidad de 1000 mL 2 Unidades

Manguera azul neumática

Grosor 8 mm 1 Metros

Tarros de plástico Con capacidad de 1000 mL 2 Unidades

Pasamuros De doble entrada de 8 mm 2 Unidades

Racores Entrada sencilla 8 mm 2 Unidades

O-rings 6 Unidades

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ANEXO B. Sistemas de inmersión temporal (SIT-1, SIT-2) construidos y adaptados al

laboratorio de tejidos vegetales de la universidad de Santander (UDES).

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ANEXO C. Diagrama de la programación realizada para que los sistemas de inmersión temporal

(SIT-1, SIT-2, SIT-3), encendieran y apagaran de manera automática por tiempos específicos.

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ANEXO D. Explantes con los que se inició el estudio (Tenían dos meses de establecimiento,

tomados del laboratorio de tejidos vegetales, universidad de Santander UDES), los cuales se

introdujeron en los tres sistemas de inmersión temporal.

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ANEXO E. Medio de cultivo líquido utilizado en el presente estudio, medio de cultivo

estandarizado por el laboratorio de tejidos vegetales.

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ANEXO F. Cuadro de análisis de varianza y diferencias significativas en cuanto al

número de brotes de los seis tratamientos (T1, T2, T3, T4, T5, T6) correspondientes a

los tres sistemas de inmersión temporal (SIT-1, SIT-2, SIT-3).

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ANEXO G. Cuadro de análisis de varianza y diferencias significativas en cuanto al

número de Hojas de los seis tratamientos (T1, T2, T3, T4, T5, T6) correspondientes a

los tres sistemas de inmersión temporal (SIT-1, SIT-2, SIT-3).

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ANEXO H. Cuadro de análisis de varianza y diferencias significativas en cuanto a la

altura de los seis tratamientos (T1, T2, T3, T4, T5, T6) correspondientes a los tres

sistemas de inmersión temporal (SIT-1, SIT-2, SIT-3).

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ANEXO I. Cuadro de análisis de varianza y diferencias significativas en cuanto a su

peso de los seis tratamientos (T1, T2, T3, T4, T5, T6) correspondientes a los tres

sistemas de inmersión temporal (SIT-1, SIT-2, SIT-3).