Publicación Cuatrimestral. Vol. 3, N
o
2, Año 2018 (11-30)
HIDROGELES DERIVADOS DE ACRILAMIDA Y ÁCIDO
ITACÓNICO COMO SOPORTE EN MEDIOS DE CULTIVO DE
PLÁNTULAS DE PAPA
Dr. Jesús Contreras
1*
, Lic. Jessica Juárez
1
, Lic. Juan Jaimez
2
1
Grupo de Polímeros, Departamento de Química, Universidad de Los Andes, Mérida 5101-A, Venezuela.
2
Laboratorio de Cultivo y Tejido Vegetal, Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas (INIA), Mérida 5101-
A, Venezuela.
*
Autor para la correspondencia. E-mail:
Recibido: 2-4-2018 / Aceptado: 1-7-2018
RESUMEN
Hidrogeles de poliacrilamida (PAAm) y de poli(acrilamida-co-ácido itacónico) (P(AAm-co-AI)) sintetizados en
agua y en una solución acuosa de buffer de fosfato al 0,2 M, fueron usados como soporte en los medios de
cultivo de tejido vegetal sistema autotrófico hidropónico (SAH) y cultivo in-vitro con solución nutritiva
Murashige-Skoog (MS) para la producción de plántulas de papa (Solanum Tuberosum, L). En los bioensayos
realizados fue evaluado el comportamiento de los hidrogeles mediante el análisis de las características
morfológicas de las plántulas: longitud de la parte aérea, longitud de la raíz, número de entrenudos y biomasa.
Estos parámetros fueron analizados aplicando el análisis de varianza ANOVA de dos factores con múltiples
muestras, en donde los factores evaluados fueron el tipo de hidrogel y el solvente usado para su síntesis. Los
resultados obtenidos muestran que según el medio de cultivo estas variables se ven favorecidas por el uso
de un determinado tipo de hidrogel, es decir, en el SAH los hidrogeles de PAAm son los que presentaron
mejores resultados desde el punto de vista morfológico y estadístico. Para el cultivo in-vitro con solución
nutritiva MS, las propiedades morfológicas de las plántulas, se vieron beneficiadas por el hidrogel de P(AAm-
co-AI) sintetizado en la solución acuosa de buffer de fosfato.
Palabras clave: Hidrogeles, medios de cultivo, Poliacrilamida, Poli (acrilamida-co-ácido itacónico).
HYDROGELS DERIVED FROM ACRYLAMIDE AND ITACONIC
ACID AS A SUPPORT IN CULTURE MEDIA IN POTATO
SEEDLINGS
ABSTRACT
Hydrogels from poly (acrylamide) (PAAm) and of poly (acrylamide-co-itaconic acid) (P (AAm-co-AI))
synthesized in water and in an aqueous solution of phosphate buffer 0.2 M, were used as a support in the
vegetable tissue culture media hydroponic autotrophic system (HAS) and in-vitro culture with Murashige-Skoog
(MS) nutrient solution for the production of potato seedlings (Solanum Tuberosum, L). In the bioassays carried
out, the behavior of the hydrogels was evaluated by analyzing the morphological characteristics of the
seedlings: length of the aerial part, length of the root, number of internodes and biomass. These parameters
were analyzed by applying the ANOVA variance analysis of two factors with multiple samples, in which the
factors evaluated were the type of hydrogel and the solvent used for its synthesis. The results obtained show
Artículo de Investigación
Ciencias
Químicas
Dr. Jesús Contreras y col.
12
that, according to the culture medium, these variables are favored by the use of a certain type of hydrogel,
which, in the SAH the PAAm hydrogels are the ones that presented the best results from the morphological
and statistical point of view. For the in-vitro culture with MS nutrient solution, the morphological properties of
the seedlings were advantageous due to the P(AAm-co-AI) hydrogel synthesized in the aqueous solution of
phosphate buffer.
Key words: Hydrogels, medium culture, Polyacrylamide, Poly(acrylamide-co-itaconic acid).
HIDROGELES DERIVADOS DE ACRILAMIDA E ÁCIDO
ITACONICO COMO SUPORTE EM MEIO À CULTURA DA
PLANTA DE BATATA
RESUMO
Hidrogeis de poliacrilamida (PAAm) e poli (acrilamida-co-ácido itacónico) (P (AAm-co-AI)) sintetizados em
água e em uma solução aquosa de tampão fosfato 0,2 M, foram usadas como suporte nos médios de cultivo
de tecido vegetal do sistema hidropónico (HAS) com solução nutritiva de Murashige-Skoog (MS), para a
produção de plântulas de batateira (Solanum tuberosum L). Nos bioensaios realizados, o comportamento dos
hidrogéis forami avaliados pela análise das características morfológicas das plantas: comprimento da parte
aérea, comprimento da raiz, número de entrenós e biomassa. Esses parâmetros foram analisados aplicando-
se a análise de variância ANOVA de dois fatores com múltiples amostras, em que os fatores avaliados foram
o tipo de hidrogel e o solvente utilizado para sua síntese. Os resultados mostram que a partir do meio de
cultura dessas variáveis são favorecidos pela utilização de um tipo específico de hidrogel, isto é, na HAS
hidrogéis PAAm são apresentados os melhores resultados obtidos morfologicamente e estatisticamente. Para
a cultura in vitro com solução nutritiva MS, as propriedades morfológicas das plântulas foram beneficiadas
pelo hidrogel P (AAm-co-AI) sintetizado na solução aquosa de tampão fosfato.
Palavras-chave: Hidrogéis, meios de cultura, Poliacrilamida, Poli (acrilamida-co-ácido itacônico).
1. INTRODUCCIÓN
Los hidrogeles son polímeros hidrófilos tridimensionalmente reticulados cuya principal
propiedad es que son capaces de hincharse en agua y retener enormes volúmenes de dicho
solvente en estado hinchado (polímeros súperabsorbentes (PSA)). Esta propiedad ha
conducido a muchas aplicaciones prácticas de estos nuevos materiales, en particular, en la
agricultura (Akhter et al., 2004; Azzam, 1985; Callaghan & Lindley, 1988; El-Hady & Wanas,
2006; Johnson, 1984; Koupai et al., 2008; Mohana & Padmanabha, 2001; Specht & Harvey-
Jones, 2000; Wang & Boogher, 1987). En este sentido, los PSA tienen un rol muy importante
en el acondicionamiento de suelos (Akhter et al., 2004; Azzam, 1985; El-Hady & Wanas,
2006), liberación controlada de agroquímicos (El-Hady & Wanas, 2006; Hussain et al.,2012;
Mikkelsen, 1994; Saradyn et al., 1998; Zare et al., 2013) y retención de humedad en los
suelos, lo que maximiza la eficiencia de absorción de agua por las plantas (Akhter et al., 2004;
Callaghan & Lindley, 1988; Johnson, 1984; Koupai et al., 2008, Lopez-Elías et al., 2016).
Hidrogeles Derivados de Acrilamida y Ácido Itacónico, como Soporte en Medios de Cultivo de Plántulas de Papa
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Además, mejoran la aireación y la filtración a través del suelo y reducen el estrés hídrico de
las plantas (Eikhof et al., 1994). Se ha encontrado que los hidrogeles mejoran la tasa de
supervivencia de las plántulas en condiciones áridas (Akhter et al., 2004; Callaghan & Lindley,
1988; Dorraji et al., 2010; Robiul et al., 2011; Specht & Harvey-Jones, 2000). Este
considerable aumento en el grado de aprovechamiento del agua por las plantas, trae como
resultado una rápida y más frecuente germinación, una mejora en la actividad biológica y en
la eficiencia de nutrición mineral con el consecuente aumento en la producción de biomasa
(Akhter et al., 2004; Azzam, 1985; Dorraji et al., 2010; El-Hady & Wanas, 2006; Robiul et al.,
2011; Zare et al., 2013).
Por tanto, estos materiales poliméricos se han aplicado para la solución de problemas como
la erosión del suelo, las consecuencias de las sequías, suministro de alimentos, el
establecimiento de cultivos forestales y agrícolas en ambientes áridos (facilitando la
implantación de asentamientos humanos en las mismas) y en preparación de sustratos
artificiales para las plantas (Callaghan & Lindley, 1988; Koupai et al., 2008; Molesmi et al.,
2012; Narjary et al., 2013; Ulla et al., 2015). Por esto, las investigaciones de síntesis y usos
de hidrogeles se deben enfocar en solucionar problemas en este campo; ya que si se aplican
estos materiales como soporte de medios de cultivo se podrá aprovechar al máximo su
capacidad para retener agua, con lo que se estaría disminuyendo la cantidad de agua que
diariamente es utilizada para el riego de los cultivos. También estos materiales se pueden
utilizar de forma sinérgica con fertilizantes y agroquímicos, para favorecer el suelo y a las
plantas durante el proceso de crecimiento aportándole los nutrientes que necesita.
Algunos de estos materiales fueron usados como soporte para medios de cultivo in vitro en
la germinación de semillas de pepino (Cucumis sativus L. var Madina) (Romero, 2010) y de
calabaza (Cucurbita maxima Duch. ex Lam.) (Kurtar et al., 2010), pudiéndose observar que
los mismos no presentaban fitotoxicidad y que en algunos casos el proceso de crecimiento y
desarrollo de las plántulas se veía favorecido. Estos resultados sugieren que los hidrogeles
se pueden utilizar directamente como soporte en medios de cultivo para generar y desarrollar
plántulas en condiciones experimentales con la finalidad inmediata de sustituir el agar-agar,
el cual es el material usado desde hace mucho tiempo como soporte para el desarrollo de
diferentes variedades de plántulas de papa (Solanum Tuberosum, L) (Dodds & Roberts,
1985; López et al., 2013; Mejía et al., 2013; Rigato et al., 2001; Roca & Mroginski, 1993;
Salas, 1995). A diferencia de los hidrogeles, el agar-agar es un material relativamente costoso
y no reusable, ya que una vez terminado su uso suele descartarse. Por lo tanto, al desarrollar
la metodología adecuada y de esta forma poder optimizar las características fisicoquímicas
Dr. Jesús Contreras y col.
14
de los hidrogeles para que estos sirvan como soporte en el desarrollo de plántulas de papa
(Solanum tuberosum, L), se conseguirá sustituir el agar-agar como soporte y con ello la
disminución del costo económico que este material induce en el desarrollo de dichas
plántulas. Por esta razón, en este trabajo se estudió el efecto de los hidrogeles de PAAm y
de P(AAm-co-AI) al ser usados como soporte en los ambientes de cultivo: SAH y cultivo in
vitro con solución MS para la producción de plántulas de papa (Solanum tuberosum, L),
variedad andinita.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Reactivos
Agar-Bacteriological (Alfa Biosciences), acrilamida (AAm, Sigma Aldrich 98 %), ácido
itacónico (AI, Sigma Aldrich 99 %); persulfato de amonio (PSA, Riedel-de-Häen 98 %), N, N´-
bismetilenacrilamida (BMA, Riedel-de-Haën 98 %). Los hidrogeles fueron sintetizados, en
agua y en solución buffer de fosfato, según el método previamente reportado (Contreras et
al., 2017; El Halah et al., 2015).
2.2. Ensayos para el desarrollo de tejido vegetal, plántulas de papa (Solanum
tuberosum, L)
2.2.1. Cultivo de tejido vegetal Sistema Autotrófico Hidropónico (SAH):
-Soportes: Los soportes usados en el cultivo de plántulas de papa (Solanum tuberosum, L)
en el Sistema Autotrófico Hidropónico (SAH) fueron:
a) Turba canadiense (Sunshine professional growing mix): Fue esterilizada durante 1
hora y media usando un autoclave a 121 ° C y 1,34 atm de presión, y luego en
contenedores de polipropileno (14,4 cm x 13cm x 8 cm) con orificios en las tapas, para
permitir el intercambio de gases, se depositaron 150 g del sustrato canadiense.
Posteriormente, fueron añadidos 50 mL de la solución nutritiva del SAH (López et al.,
2013). La solución nutritiva se preparó de acuerdo con lo reportado por Rigato et al
(2001).
b) Hidrogeles: Los hidrogeles de PAAm y P(AAm-co-AI) en su estado deshidratado
(xerogel), previamente fueron triturados y posteriormente fueron hidratados con
solución nutritiva del SAH. Se depositaron 150 gramos de los diferentes tipos de
hidrogel en los contenedores previamente rotulados.
Hidrogeles Derivados de Acrilamida y Ácido Itacónico, como Soporte en Medios de Cultivo de Plántulas de Papa
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-Corte de esquejes y siembra: Para el ensayo en el SAH de cada planta madre se cortaron
los esquejes (cada uno con una yema apical o axilar) de los ápices, medios (entrenudos) y
basales, los cuales fueron sembrados inmediatamente en los contenedores con la turba
canadiense y los hidrogeles (López et al., 2013).
-Siembra: En los contenedores con los respectivos soportes (turba canadiense e hidrogeles)
se realizó un pequeño hoyo con una pinza, para plantar el esqueje y se aplicó una leve
presión para su fijación (Mejía et al., 2013). El esqueje se colocó en forma vertical procurando
que este quedara igual en ambos soportes. En cada contenedor se sembraron 40 esquejes,
realizándose este ensayo por duplicado (n=2). Posteriormente cada contenedor fue colocado
en una cámara de crecimiento, mantenida a un 60 % de humedad relativa y a una
temperatura de 22±1°C, con un fotoperiodo de 16 horas de luz y 8 horas de oscuridad.
-Riego: Se aplicaron dos riegos por semana con agua destilada (lunes y viernes) a los
contenedores con la turba canadiense conteniendo la solución nutritiva del SAH, mientras
que a los contenedores con los hidrogeles se le realizaron riegos cada 5 días con agua
destilada. Esta diferencia en los tiempos de riego es debido a que en este lapso de tiempo el
hidrogel se mantiene hidratado, con lo cual se evitó el estrés hídrico tipo 2 en las plántulas.
igual a 25.
2.2.2. Cultivo in-vitro con solución nutritiva Murashige-Skoog (MS)
La solución nutritiva Murashige-Skoog se preparó utilizando las soluciones madres descritas
en la bibliografía (Dodds & Roberts, 1985; Roca & Mroginski, 1993).
-Soportes: Los soportes usados para el cultivo in-vitro con solución nutritiva Murashige-
Skoog de tejidos meristemático de ápices y medios de papa (Solanum tuberosum, L) fueron
agar-agar (grado bacteriológico), el cual se disolvió en caliente a la temperatura de 60°C
dentro de la solución nutritiva MS. Posteriormente se agregaron 33 mL en frascos de vidrio
(Dodds & Roberts, 1985). Los hidrogeles en su estado deshidratado (xerogel) fueron
triturados e hidratados con la solución nutritiva Murashige-Skoog, y posteriormente en frascos
de vidrio se introdujeron 33 gramos de cada tipo de hidrogel. Estos fueron esterilizados en un
autoclave por 15 minutos a una temperatura de 121°C a 15 psi.
-Corte de esquejes y siembra: Para la micro-propagación de meristemos de papa (Solanum
tuberosum, L) por cultivo in vitro con solución nutritiva MS se seccionaron asépticamente los
explantes bajo una cámara de flujo laminar, los segmentos de los explantes estaban provistos
con una yema apical y una yema del medio. Luego, fueron transferidos a recipientes de vidrio
Dr. Jesús Contreras y col.
16
(250 mL), con 33 mL de medio de cultivo (Salas, 1995). En cada recipiente se colocaron 8
explantes. Se realizaron un total de diez réplicas (n=10) por cada tratamiento.
Diseño experimental estadístico. Análisis de varianza de dos factores (ANOVA) (Miller
& Miller, 2002)
Tal y como se representa en la figura 1, durante el desarrollo experimental se evaluó el efecto
que tiene sobre las plántulas de papa el uso de diferentes tipos de hidrogeles que fueron
sintetizados con dos tipos de solventes.
Figura 1. Esquema representativo del diseño experimental a aplicar.
Caracterización de las plántulas de papa (Solanum tuberosum, L) obtenidas en los
ambientes de cultivo (SAH e in-vitro) y de los hidrogeles de PAAm y P(AAm-co-AI)
usados como soporte:
Caracterización morfológica de las plántulas de papa (Solanum tuberosum, L):
-Longitud de la parte aérea: Luego de cumplido el tiempo de crecimiento, se retiraron, una
a una, las plántulas del contenedor y usando un vernier se les determinó la longitud de su
tallo desde la yema hasta el cuello de la plántula. El valor promedio de la longitud del tallo,
fue obtenido a partir de los valores obtenidos de este parámetro para cada una de las
plántulas que fueron sometidas al mismo tratamiento experimental (López et al., 2013).
-Longitud de la raíz: Se tomó de cada contenedor la plántula de papa y se midió con un
vernier la longitud de las raíces más largas, las cuales fueron consideradas como las raíces
principales. Se determinó el valor promedio de la longitud de la raíz (López et al., 2013).
Variable dependiente: Crecimiento de plántulas de papa
Factor 1) Hidrogel con dos niveles 1
er
nivel PAAm y 2
do
nivel P(AAm-co-AI).
Factor 2) solvente de síntesis con dos niveles 1
er
nivel agua y 2
do
nivel solución acuosa de buffer de fosfato.
Hidrogeles Derivados de Acrilamida y Ácido Itacónico, como Soporte en Medios de Cultivo de Plántulas de Papa
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 17
- Biomasa: masa fresca y masa seca: Para la determinación de la masa fresca de las
plántulas de papa, todas las plántulas de cada contenedor se pesaron en una balanza
analítica OHAUS GA-200. Posteriormente se colocaron las plántulas en papel de aluminio y
se llevaron a una estufa (OHAUS, GA360) a 50°C hasta alcanzar peso constante (masa seca)
(López et al., 2013). Con todas las medidas se determinaron los valores promedio de ambos
tipos de biomasa.
-Número de entrenudos: Para la determinación del número de entrenudos de las plántulas,
se contó el número de entrenudos por planta, el cual indica la cantidad de hojas nuevas que
se formarán por plántula en función del tiempo de estudio. Con estos datos se determinó el
valor promedio del número de entrenudos en función del tratamiento (López et al., 2013).
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Ambos ensayos (Sistema Autotrófico Hidropónico (SAH) y cultivo in vitro con solución nutritiva
Murashige-Skoog (MS)), fueron realizados durante treinta días (1 mes).
Cultivo de plántulas de papa (Solanum Tuberosum, L), usando el SAH:
En los resultados mostrados en la tabla 1, se puede observar que el solvente usado como
medio de síntesis de los hidrogeles usados como soportes, pareciera no afectar al
crecimiento de las plántulas. Sin embargo, existen diferencias significativas en el desarrollo
normal de la plántula según el tipo de hidrogel considerado, pudiéndose determinar que las
plántulas muestran un mayor crecimiento en los hidrogeles de PAAm que los de P(Am-co-
IA).
Tabla 1. Análisis de varianza (ANOVA): aplicando como variable longitud parte aérea plántula de papa y tipo
de hidrogel usado como soporte de crecimiento.
Tratamiento
F
Probabilidad
valor crítico F
Diagnostico
Solvente
7,35522
0,05342
7,70865
NS
Hidrogel
17,30406
0,01415
7,70865
PAAm>P(AAm-co-
AI)
Interacción
5,04349
0,08806
7,70865
NS
Probabilidad (p< 0,05). NS: no hay diferencia significativa. n=80.
En la figura 2 se muestran los resultados obtenidos para el crecimiento de la parte aérea de
la plántula, donde es posible observar que el soporte control (turba canadiense) es más
eficiente que los hidrogeles. Es muy posible, que en los experimentos en los que fueron
usados los hidrogeles como soportes del medio de cultivo, los nutrientes pudieran quedar
Dr. Jesús Contreras y col.
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ocluidos dentro de la estructura de los mismos. Este hecho, pudiera provocar que los
diferentes nutrientes migren más lentamente hacia las raíces y, por tanto, su posterior
absorción se hace más lenta. En este aspecto los nutrientes que parecen ser más afectados
son: el fósforo, el boro, y el potasio, puesto que estos están asociados al crecimiento de la
plántula de papa (Navarro & Navarro, 2003).
Figura 2. Comparación de la longitud de la parte aérea de las plántulas de papa (Solanum Tuberosum, L)
según el sustrato empleado en el medio de crecimiento: B1(sustrato canadiense), A1(PAAm
(agua)
), A2
(PAAm
(Buffer fosfato)
),
A3 (P(AAm-co-AI)
(agua)
),
A4 (P(AAm-co-AI)
(buffer fosfato)
).
Por otro lado, en la tabla 2, se puede observar que el comportamiento del crecimiento de la
raíz se ve afectado por el tipo de solvente de síntesis y del tipo de hidrogel, ya que al comparar
los valores críticos de F, los soportes en los que fueron observados una mayor longitud de la
raíz, fueron aquellos hidrogeles sintetizados con la solución acuosa de buffer de fosfato al 0,2
M.
Tabla 2. Análisis de varianza (ANOVA): variable longitud raíz plántula según el tipo de solvente y soporte de
crecimiento de la papa (Solanum Tuberosum, L).
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
11,6445
0,0270
7,7086
Buffer>Agua
Hidrogel
8,6744
0,0422
7,7086
HAAm>HAAm-AI
Interacción
2,5987
0,1822
7,7086
NS
Probabilidad (p< 0,05). NS: no hay diferencia significativa. n=80.
Este resultado indica que estos materiales al tener adsorbida la solución buffer, en cierta
medida regulan el pH del medio; evitando con ello una disminución brusca del mismo lo cual
podría dificultar la movilidad de los nutrientes que favorecen el crecimiento radicular (calcio,
fosforo, cinc y el potasio) (Navarro & Navarro, 2003). Tal como se puede apreciar en la figura
3, el crecimiento de las raíces es mayor en los hidrogeles que en el soporte control (turba
canadiense).
Parte aérea (mm)
Tratamiento
Hidrogeles Derivados de Acrilamida y Ácido Itacónico, como Soporte en Medios de Cultivo de Plántulas de Papa
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Figura 3. Comparación del desarrollo de la raíz de la plántula de papa (Solanum tuberosum, L) según el
sustrato empleado en el medio de crecimiento. B1 (sustrato canadiense), A1 (PAAm)
(agua)
, A2 (PAAm)
(Buffer
fosfato)
, A3 (PAAm-co-AI)
(agua)
,
A4 (P(AAm-co-AI)
(buffer fosfato)
.
Los resultados correspondientes al número de entrenudos (tabla 3 y figura 4) muestran el
mismo comportamiento observado en lo que respecta al crecimiento de la longitud de la raíz
de la plántula, siendo los hidrogeles sintetizados en la solución de buffer de fosfato en los
que se presenta un mayor número de entrenudos, ya que en este caso los hidrogeles
dosifican la movilidad de los macro y micro nutrientes, los cuales favorecen el crecimiento de
los entrenudos de las plántulas (Navarro & Navarro, 2003).
Tabla 3. Análisis de varianza (ANOVA): variable número de entrenudos plántula de papa (Solanum tuberosum, L).
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
24,9391
0,0075
7,7086
Buffer>Agua
Hidrogel
25,6755
0,0071
7,7086
HAAm>HAAm-AI
Interacción
20,0839
0,0110
7,7086
HAAm-AI
(agua)
< Los
otros
Probabilidad (p<0,05). n=80.
Figura 4. Comparación del número de entrenudos plántula de papa (Solanum tuberosum, L): B1(sustrato
canadiense), A1 (PAAm)
(agua)
, A2 (PAAm)
(Buffer fosfato)
,
A3 (P(AAm-co-AI))
(agua)
, A4 (P(AAm-co-AI))
(buffer fosfato)
.
Longitud raíz (mm)
Tratamiento
N de entrenudos
Tratamiento
Dr. Jesús Contreras y col.
20
En la tabla 4 y en la figura 5, se muestra que el contenido de materia fresca se ve
influenciado por el tipo de soporte, siendo en este caso los hidrogeles sintetizados en el buffer
de fosfato, más efectivos.
Tabla 4. Análisis de varianza (ANOVA): para la variable masa fresca de plántula según el soporte de cultivo
y solvente.
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
11,9425
0,0259
7,7086
Buffer > Agua
Hidrogel
8,8788
0,0407
7,7086
HAAm>HAAm-AI
Interacción
0,1189
0,7476
7,7086
NS
Probabilidad (p< 0,05). NS: no hay diferencia significativa. n=2.
Figura 5. Comparación del contenido de masa fresca plántula de papa (Solanum tuberosum, L) B1 (sustrato
canadiense), A1 (PAAm)
(agua)
, A2 (PAAm)
(Buffer fosfato)
, A3 (P(AAm-co-AI))
(agua)
,
A4 (P(AAm-co-AI))
(buffer fosfato)
.
Tal como se muestra en la tabla 5 y en la figura 6, al analizar la masa seca para las plántulas
de papa se tiene que el valor de esta variable no se ve afectado por el solvente usado para
la síntesis de los hidrogeles. Sin embargo, el tipo de hidrogel si modifica este, siendo en este
caso el hidrogel de PAAm
(agua)
más eficiente en comparación con la turba canadiense.
Tabla 5. Análisis de varianza (ANOVA): variable masa seca plántula de papa (Solanum tuberosum, L) según
el tipo de soporte y de solvente.
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
0,9396
0,3873
7,7086
NS
Hidrogel
39,1307
0,0033
7,7086
HAAm>HAAm-AI
Interacción
51,8262
0,0020
7,7086
HAAm-AI < Los otros
Probabilidad (p<0,05). (n=2). NS no hay diferencia significativa.
Tratamiento
Masa fresca (g)
Hidrogeles Derivados de Acrilamida y Ácido Itacónico, como Soporte en Medios de Cultivo de Plántulas de Papa
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 21
Figura 6. Comparación del contenido de masa seca plántula de papa (Solanum tuberosum, L): B1 (sustrato
canadiense), A1 (PAAm)
(agua)
, A2 (PAAm)
(Buffer fosfato)
,
A3 (P(AAm-co-AI))
(agua)
,
A4 (P(AAm-co-AI))
(buffer fosfato)
.
En general, se puede observar que en este medio de cultivo (SAH), el crecimiento de las
plántulas de papa se vio afectado por el solvente usado en la síntesis de los hidrogeles
sintetizados: crecimiento Hidrogel
Buffer de fosfato
> hidrogel
agua
. Igualmente, este parámetro fue
influenciado por el tipo de hidrogel, dado que con los hidrogeles de PAAm se obtuvo un mejor
crecimiento que con los hidrogeles de P(AAm-co-AI).
Cultivo de plántulas de papa (Solanum tuberosum, L), cultivo in-vitro con solución
nutritiva Murashige-Skoog
En cuanto al crecimiento de la parte aérea se aprecia en la tabla 6, que el tipo de hidrogel
que afecta este parámetro desde el punto de vista estadístico es el hidrogel de P(AAm-co-
AI) sintetizado en buffer de fosfato. En la figura 7 se muestra el comportamiento de los
diferentes soportes, y en este caso se observa que el soporte control (agar-agar) es más
efectivo que los hidrogeles.
Tabla 6. Análisis de variable (ANOVA): variable longitud parte aérea plántula de papa (Solanum tuberosum,
L).
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
0,4996
0,4842
4,1132
NS
Hidrogel
10,6180
0,0024
4,1132
HAAm-AI>HAAm
Interacción
1,1092
0,2993
4,1132
NS
Probabilidad (p<0,05). NS No hay diferencia significativa.
Masa seca (g)
Tratamiento
Dr. Jesús Contreras y col.
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Figura 7. Comparación de la Longitud parte aérea de papa (Solanum tuberosum, L): A1 (Agar-Agar), A2
(PAAm)
(agua)
, A3 (PAAm)
(Buffer fosfato),
A4 (P(AAm-co-AI)
(agua),
A5 (P(AAm-co-AI))
(buffer fosfato)
.
Para la longitud de la raíz, en la tabla 7 se muestra el análisis realizado usando ANOVA,
pudiéndose notar que los diferentes tipos de hidrogeles de PAAm y P(AAm-co-AI)
sintetizados en ambos solventes de reacción, no presentan diferencia significativa entre los
valores medios.
Tabla 7. Análisis de varianza para la longitud de la raíz plántula de papa.
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
0,1594
0,6921
4,1132
NS
Hidrogel
0,0533
0,8187
4,1132
NS
Interacción
3,6402
0,0644
4,1132
NS
Probabilidad (p>0,05). NS No hay diferencia significativa.
En la figura 8 se observa que los hidrogeles PAAm
(buffer de fosfato)
y P(AAm-co-AI)
(agua)
son más
efectivos que el soporte control (agar-agar).
Figura 8. Comparación de la longitud de la raíz de las plántulas de papa (Solanum tuberosum, L): A1 (agar-
agar), A2 (PAAm)
(agua)
, A3 (PAAm)
(Buffer fosfato)
,
A4 (P(AAm-co-AI)
(agua)
,
A5 (PAAm-co-AI)
(buffer fosfato)
.
Tratamiento
Parte
aérea (mm)
Longitud raíz (mm)
Tratamiento
Hidrogeles Derivados de Acrilamida y Ácido Itacónico, como Soporte en Medios de Cultivo de Plántulas de Papa
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 23
En general, el crecimiento de la longitud de la raíz de las plántulas aumenta en mayor medida
cuando son usados los hidrogeles de PAAm como soportes de los medios de cultivo, que
cuando se usan los hidrogeles de P(AAm-co-AI). Este comportamiento podría estar asociado,
a la posible ionización de los grupos carboxilo (-COOH) de las unidades comonoméricas
ácido itacónico (AI) presentes en el hidrogel, lo que da lugar a la formación de grupos
carboxilato (-COO-) en las cadenas del hidrogel sintetizado (R-COOH + H
2
O → RCOO
-
+
H
3
O
+
; o en el caso de los hidrogeles sintetizados en la solución buffer: R-COOH + H
2
PO
4
-
→
RCOO
-
+ H
3
PO
4
). Tomando en cuenta que los nutrientes presentes en la solución nutritiva
MS, están en la forma de iones positivos, es muy posible que entre los grupos carboxilato y
estos iones se establezca una atracción electrostática; lo que implicaría que dichos nutrientes
sean liberados al medio de cultivo de forma controlada, y por tanto, el crecimiento de las
raíces sea más lento (Guo et al., 2005; Milani et al., 2017).
El parámetro del número de entrenudos, tal como se muestra en la tabla 8, no se ve afectado
por usar los hidrogeles como soporte, ya que entre cada uno de los tratamientos no hay
diferencias significativas en la cantidad de entrenudos que presentaron las plántulas de papa
(Solanum Tuberosum, L).
Tabla 8. Análisis de varianza (ANOVA): variable Número de entrenudos plántula según el tipo de soporte
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
0,3519
0,5568
4,1132
NS
Hidrogel
0,0049
0,9447
4,1132
NS
Interacción
0,0032
0,9555
4,1132
NS
Probabilidad (p>0,05). NS no significativo.
En la figura 9, es posible notar que, en comparación con los hidrogeles, el agar-agar es el
que presenta el mayor número de entrenudos.
Figura 9. Comparación del número de entrenudos en las plántulas de papa (Solanum tuberosum, L): A1
(agar-agar), A2 (PAAm)
(agua)
, A3 (PAAm)
(Buffer fosfato)
,
A4 (P(AAm-co-AI))
(agua)
,
A5 (P(AAm-co-AI))
(buffer fosfato)
.
Tratamiento
N de entrenudos
Dr. Jesús Contreras y col.
24
Por otra parte, tal como se muestra en las tablas 9 y 10 la masa fresca y masa seca de las
plántulas de papa (Solanum tuberosum, l) no se vio afectada por el uso de los hidrogeles
como soporte en el cultivo in vitro con solución nutritiva Murashige-Skoog. Esto se deduce
del hecho, de que, desde el punto de vista estadístico, la diferencia tanto en el contenido de
masa fresca como de masa seca, varía poco cuando fueron usados los diferentes tipos de
hidrogeles como soportes.
Tabla 9. Análisis de varianza (ANOVA): variable masa fresca plántula de papa según el soporte usado y el
solvente.
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
0,0283
0,8674
4,1132
NS
Hidrogel
0,0698
0,7931
4,1132
NS
Interacción
2,8479
0,1001
4,1132
NS
Probabilidad (p>0,05). NS No hay diferencia significativa.
Tabla 10. Análisis de varianza (ANOVA): variable masa seca plántula de papa según el tipo de soporte y el
solvente.
Tratamiento
F
Probabilidad
Valor crítico de F
Diagnóstico
Solvente
0,65081
0,42512
4,11317
NS
Hidrogel
0,05713
0,81245
4,11317
NS
Interacción
1,06269
0,30948
4,11317
NS
Probabilidad (p<0,05). NS no hay diferencia significativa.
No obstante, evaluando el comportamiento gráficamente se puede observar en la figura 10,
que el contenido de peso fresco es mayor en el soporte control (agar-agar) en comparación
con los hidrogeles.
Figura 10. Comparación del contenido de masa fresca en las plántulas de papa (Solanum tuberosum, L):
A1 (agar-agar), A2 (PAAm)
(agua)
, A3 (PAAm)
(Buffer fosfato)
,
A4 (P(AAm-co-AI))
(agua)
,
A5 (P(AAm-co-AI))
(buffer fosfato)
.
Tratamiento
Masa fresca (g)
Hidrogeles Derivados de Acrilamida y Ácido Itacónico, como Soporte en Medios de Cultivo de Plántulas de Papa
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 25
En la figura 11, en comparación con los hidrogeles se nota que el contenido en peso seco,
es mayor en el soporte control (agar-agar).
Figura 11. Comparación del contenido de masa seca em las plántulas de papa (Solanum tuberosum,L): A1
(agar-agar), A2 (PAAm)
(agua)
, A3 (PAAm)
(Buffer fosfato)
,
A4 (PAAm-co-AI)
(agua)
,
A5 (P(AAm-co-AI))
(buffer fosfato)
.
En lo que respecta al contenido de biomasa (masa fresca y masa seca), se puede observar
que el hidrogel de PAAm
(agua)
presentó los valores más bajos. Indicando que, en comparación
con los demás soportes utilizados, este material no favoreció la capacidad de retención de
agua y por ende la asimilación de los macro y micro nutrientes que estaban presentes en el
medio de cultivo.
Finalmente, en la tabla 11 se muestra de manera comparativa el orden de eficiencia de los
diferentes soportes (hidrogeles, turba canadiense y agar-agar) sobre el desarrollo de los
parámetros morfológicos de las plántulas de papa.
Como es posible observar, la efectividad de los hidrogeles como soportes de los medios de
cultivo depende de este. Así en el caso del medio de cultivo SAH, en general los hidrogeles
permiten un mejor desarrollo de los diferentes parámetros morfológicos en comparación con
el sustrato control (turba canadiense). Las variaciones en el comportamiento de los diferentes
tipos de hidrogeles en cada uno de los parámetros analizados, pueden estar asociadas a la
regulación del pH del medio, lo que controla la migración de algunos nutrientes que necesitan
las plántulas para su crecimiento (Navarro & Navarro, 2003). Por otra parte, en el caso del
medio de cultivo MS el soporte control (agar-agar) muestra un mejor desempeño que los
hidrogeles. En este caso los componentes de la solución nutritiva MS, pueden interaccionar
con los grupos amida (CONH
2
) y grupos carboxilato presentes en los hidrogeles, ya sea
formando complejos o mediante interacciones electrostáticas, lo que provoca que la
dosificación de dichos nutrientes hacia las plántulas de papa sea más lenta (Contreras et al.,
2017; Rudzinski et al., 2002).
Tratamiento
Masa seca (g)
Dr. Jesús Contreras y col.
26
Tabla 11. Eficiencia de los soportes sobre la evolución de los parámetros morfológicos de las plántulas de
papa, según el medio de cultivo.
Medio de
cultivo
Parámetro
morfológico
Eficiencia de los soportes
Parte aérea
turba canadiense>PAAm
(buffer fosfato)
>PAAm
(agua)
>P(AAm-co-AI)
(Buffer
fosfato)
>P(AAm-co-AI)
(agua)
Longitud de la raíz
PAAm
(buffer de fosfato)
>P(AAm-co-AI)
(buffer de fosfato)
> PAAm
(agua)
> turba
canadiense>P(AAm-co-AI)
(agua)
SAH
N° de entrenudos
PAAm
(buffer de fosfato)
>P(AAm-co-AI)
(buffer de fosfato)
> PAAm
(agua)
> turba
canadiense>P(AAm-co-AI)
(agua)
Masa fresca
PAAm
(buffer de fosfato)
> turba canadiense> P(AAm-co-AI)
(buffer de
fosfato)
>PAAm
(agua)
> P(AAm-co-AI)
(agua)
Masa seca
PAAm
(agua)
> turba canadiense>P(AAm-co-AI)
(buffer de
fosfato)
>PAAm
(buffer de fosfato)
> P(AAm-co-AI)
(agua)
Parte aérea
Control
(agar-agar)
>P(AAm-co-AI)
(buffer fosfato)
> P(AAm-co-
AI)
(agua)
>PAAm
(agua)
> PAAm
(buffer de fosfato)
Longitud de la raíz
PAAm
(buffer de fosfato)
>P(AAm-co-AI)
(agua)
>Control
(agar)
>PAAm
(agua)
>P(AAm-co-AI)
(buffer de fosfato)
MS
N° de entrenudos
Control
(agar)
>PAAm
(buffer fosfato)
>P(AAm-co-AI)
(buffer fosfato)
> P(AAm-co-
AI)
(agua)
>PAAm (agua)
Masa fresca
Control
(agar-agar)
>PAAm
(buffer fosfato)
>P(AAm-co-AI)
(agua)
> P(AAm-co-
AI)
(buffer fosfato)
>PAAm
(agua)
Masa seca
Control
(agar-agar)
>PAAm
(buffer fosfato)
> P(AAm-co-AI)
(agua)
>P(AAm-co-
AI)
(buffer fosfato)
>PAAm
(agua)
4. CONCLUSIONES
Tomando en cuenta que las diferentes variables evaluadas, resultaron ser comparables con
ambos soportes control (turba canadiense y agar-agar), los resultados obtenidos permiten
establecer que ambos hidrogeles ensayados: PAAm y P(AAm-co-AI), pueden ser usados
como posibles soportes de medios de cultivo de plántulas de papa. Por tanto, Estos
materiales pueden sustituir como soportes de los medios de cultivo, al agar-agar y a la turba
canadiense; los cuales son relativamente más costosos, y a diferencia de los hidrogeles, no
reusables.
La eficiencia de estos hidrogeles como soporte, depende del solvente de síntesis y del medio
de cultivo (SAH o MS). En comparación con la turba canadiense, los hidrogeles resultaron
ser más efectivos cuando se usan como soportes en el sistema SAH. Mientras que el agar-
Hidrogeles Derivados de Acrilamida y Ácido Itacónico, como Soporte en Medios de Cultivo de Plántulas de Papa
Instituto de Ciencias Básicas. Universidad Técnica de Manabí. Portoviejo-Ecuador 27
agar fue más efectivo que los hidrogeles, como soportes en el cultivo in-vitro con solución
nutritiva MS.
5. AGRADECIMIENTO
Los autores agradecen el financiamiento otorgado por el Consejo de Desarrollo Científico,
Humanístico, Tecnológico y de las Artes de la Universidad de Los Andes (CDCHTA-ULA) a
través del proyecto C-2001-18-08-A. Además, agradecemos al Dr. Daniel Machado, del
Laboratorio de Investigación en Análisis Químico, Industrial y Agropecuario (LIAQIA),
Departamento de Química, Facultad de Ciencias, Universidad de Los Andes, por su
asesoramiento en el tratamiento estadístico de los datos.
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