informe parcial - UAM-I

INFORME PARCIAL
PROGRAMA MULTIDISCIPLINARIO
APROBADO PARA EL PERIODO 2005-2006
“ENCAPSULACION DE EMBRIONES SOMÁTICOS DE MEZQUITE PARA SU
PROPAGACIÓN COMO CULTIVO ENERGÉTICO PARA EL DESARROLLO
SUSTENTABLE EN ZONAS ARIDAS Y SEMIÁRIDAS EN MEXICO”
Periodo que cubre el informe: 2005-2006
Responsable del Programa
Dr. Francisco Cruz Sosa
Departamento de Biotecnología
División de Ciencias Biológicas y de la Salud
Participantes:
Dr. Francisco Cruz Sosa
Departamento de Biotecnología, (CBS)
Dr. Juan Gabriel Rivera Martínez
Departamento de Biología de la Reproducción, (CBS)
Dr. Eduardo Jaime Vernon Carter
Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica, (CBI)
Cuadro 1. Avances del proyecto dentro del programa en su primer año de ejecución
Avances en
relación a las
metas del
segundo año (%)
Avances en
relación a las
metas globales
(%)
Cumplimiento de los objetivos del
programa
85
66
Formación de recursos humanos
90
66
Publicaciones
100
66
Presentación en eventos especializados
100
100
Adquisición de equipos y consumibles
100
66
1. ANTECEDENTES
El presente proyecto surgió del interés de aprovechar e integrar la infraestructura, la experiencia y
el conocimiento de un grupo de investigación de la División de Ciencias Biológicas y de la Salud
(CBS) y de un grupo de investigación ínter divisional CBI –CBS formado por un profesor de la
División de Ciencias Básicas e Ingeniería (CBI).y otro profesor de la División de Ciencias
Biológicas y de la Salud (CBS). Dos de los integrantes del proyecto están adscritos al Cuerpo
Académico “Sistemas Dispersos Alimenticios” (Francisco Cruz Sosa “CBS” y E. Jaime Vernon
Carter “CBI”) reconocido por el PROMEP como cuerpo académico consolidado (CAC) y el otro
miembro (Juan Gabriel Rivera Martínez) pertenece al cuerpo académico consolidado (CAC)
“Desarrollo Agropecuario Sustentable”.
Este proyecto pretende emplear la experiencia obtenida en proyectos de investigación de los
participantes, tal como el Dr. Francisco Cruz Sosa (SNI nivel I) en la obtención de especies
mejoradas por cultivo de tejidos de compuestos funcionales y del establecimiento de cultivos
celulares; del Dr. Vernon Carter (SNI nivel III) en la química de coloides y superficies y en la
estabilidad de sistemas dispersos; y del Dr. Rivera Martínez (SNI nivel I) en el desarrollo
sustentable de comunidades agrícolas. En el segundo año de trabajo se logró fomentar la
interacción en las actividades de investigación de los participantes del proyecto lo que ha
producido una mayor participación en los trabajos realizados en conjunto.
2. RESUMEN DE LAS ACTIVIDADES REALIZADAS A LA FECHA
Durante el segundo año del programa se desarrollaron las siguientes actividades:
2.1) Actividades de campo
2.1.a) Viaje al Ejido Llanos de la Angostura, Municipio de Río Verde, S.L.P, viernes 28 y sábado
29 de julio de 2005
Objetivo del viaje: Reunión con los ejidatarios para continuar con la cooperación entre los
profesores de responsables del programa y los residentes del ejido Llanos de la Angostura. La
metodología empleada consistió en métodos participativos, calendarios estaciónales y recorridos
de campo.
2.2) Actividades de laboratorio
2.2.a) Dentro del cultivo de tejidos vegetales, la técnica denominada embriogénesis somática ha
sido últimamente muy socorrida, debido a que posee enormes ventajas con respecto a las otras
técnicas englobadas en el cultivo de tejidos vegetales, dentro de estas ventajas se pueden
enumerar las siguientes: es un proceso más directo y potencialmente se pueden obtener tantas
plantas como células posea el cultivo y por ello susceptible de un uso industrial importante,
principalmente en la industria agrícola. Siendo el mezquite una planta atractiva desde múltiples
puntos de vista, se decidió someter a esta planta a dicha técnica, con varios fines:
Micropropagar plantas de mezquites fenotípicamente interesantes con miras a reforestar zonas
áridas o semiáridas con problemas de deforestación por la acción humana y regiones para el
cultivo de esta planta, lo que constituiría una fuente de ingresos importante para los habitantes de
dichas zonas.
Generar semillas artificiales producto de la microencapsulación de los embriones somáticos
obtenidos del cultivo de tejidos vegetales, las cuales tienen un manejo en campo muy similar a las
semillas producidas naturalmente.
El motivo de explorar las dos vías de regeneración, embriogénesis somática y brotes múltiples por
nodo cotiledonar, es que generalmente las plantas leñosas y en particular las leguminosas, como
lo es Prosopis laevigata, muestran un cierto grado de recalcitrancia en cultivos in vitro, de manera
que estudiando las dos vías hay mayor seguridad de establecer uno o dos sistemas de regeneración
in vitro del mezquite.
Se ha explorado otro sistema de micropropagación mediante la producción de brotes múltiples en
el nodo cotiledonar y se han producido hasta 3.37 brotes por explante, los cuales se encuentran en
este momento en etapa de rizogénesis para obtener la regeneración de plantas de P. laevigata.
Hasta el momento se ha logrado un 20% de brotes enraizados en un sistema in vitro con la
presencia de AIB en el medio de cultivo y como soporte agrolita, en lugar del soporte utilizado
comúnmente como lo es el agar. Por lo que se han explorado otros 3 reguladores (ácido
naftalenacético, ácido 2,4-diclorofenoxiacético y ácido indolacético) en tres concentraciones
distintas para evaluar su efecto en la rizogénesis de los brotes y con ello lograr obtener más
plantas susceptibles de aclimatizar
2.2.b) Se desarrolló una técnica para la encapsulación de material vegetal para elaborar semillas
artificiales de alginato de calcio. La técnica incluye la suspensión del material vegetal (semillas de
mezquite) en una solución conteniendo alginato de sodio al 2%, micro y macronutrientes del
medio de cultivo MS y semillas de mezquite, esta solución fue goteada con una jeringa en una
solución de cloruro de calcio 200 mM, después de 20 min se les eliminó el exceso de sal lavando
con agua destilada. Se hicieron pruebas de encapsulación de semillas de mezquite con distintas
mezclas de biopolímeros: alginato–goma guar-goma de mezquite (AGM) y alginato-algarrobogoma de mezquite (AAM) las semillas encapsuladas en estas mezclas tardan mas tiempo en
germinar (AGM 10 días y AAM 12 días) que cuando se usa alginato puro (dos días). Se
determinó el contenido de humedad de las semillas encapsuladas, cuando se uso la mezcla
alginato–goma guar-goma de mezquite (AGM) después de un periodo de dos meses a 70oC el
24% de las semillas se conservaban viables, cuando se uso la mezcla alginato-algarrobo- goma de
mezquite (AAM) después de un periodo de dos meses a 70oC el 14% de las semillas se
conservaban viables y cuando se uso alginato puro después de un periodo de dos meses a 50oC el
5% de las semillas se conservaban viables. Se encontró que después de 24 días de cultivo en un
sustrato compuesto por peat moss – agrolita 1:1 el 100% de las semillas encapsuladas en alginato
puro germinaron rompiendo la cápsula y el 85% sobrevivieron, el 100% de las semillas sin
encapsular germinaron rompiendo la cápsula y el 37.5% sobrevivieron y el 100% de las semillas
encapsuladas en alginato puro deshidratado a 50oC germinaron rompiendo la cápsula y el 83%
sobrevivieron. Se le determinó a las semillas encapsuladas la deformación mediante un
viscoelastómetro de compresión, las semillas que se encapsularon con una solución de alginato al
2% y cloruro de calcio 190 mM son las que tuvieron la menor deformación cuando se les
comprimió con un peso de 400 g.
2.2.c) El alginato ha sido el biopolímero de elección en la encapsulación de explantes vegetales,
en más del 90% de las investigaciones recientes no se reportan las propiedades reológicas y
difusivas de éstas matrices encapsulantes, que determinan las propiedades mecánicas e
intercambio de gases, producto del metabolismo de los explantes ubicados dentro de una matriz
polimérica. Se elaboró una solución estándar de alginato de sodio al 2% en peso en combinación
con soluciones de iones calcio (CaCO3) de 100 mM a 300 mM, utilizando como liberador de
iones calcio a la D-glucono-δ-lactona. Se realizó un estudio comparativo entre las mezclas de
cuatro biopolímeros (alginato, guar, algarrobo y goma de mezquite) al 2% en peso cada una con
una solución de iones calcio 100 mM. Todas las determinaciones reológicas se realizaron a una
temperatura de 25°C. Se determinaron barridos de deformación entre 0.1 y 100 Pa a una
frecuencia de 1 Hz para encontrar la región viscoelástica lineal, obteniéndose un intervalo
viscoelástico lineal entre 0.1 y 2 Pa. Para determinar el barrido de frecuencia en función de las
concentraciones de iones calcio se uso un esfuerzo de 1 Pa, dando los mejores valores del módulo
de almacenamiento (G’) en el intervalo de concentración de iones calcio (170 y 210 mM) con
alginato al 2%. Para las mezcla de biopolímeros los mejores valores del módulo de
almacenamiento (G’) se obtuvieron en una concentración de ión calcio de 100 mM, usando las
combinaciones: alginato / algarrobo/ mezquite (50 /12.5 / 37.5) y con alginato / algarrobo/ guar
(50 /37.5 / 12.5) dando como resultado que estos tratamientos dan mezclas viscoelásticas e
independientes de la frecuencia en el intervalo ensayado. Se muestra el efecto de la concentración
de alginato y la concentración de catión polivalente en la formación de geles. Se estudiaron las
concentraciones relativas de biopolímeros en la formación de geles y se estudia la región
viscoelástica lineal.
2.2.d) Se evaluo el potencial de la goma de la vaina de mezquite (Prosopis laevigata) mediante un
estudio del comportamiento de la goma a través de una serie de pasos que iniciaron con la
recolecta de la vaina de mezquite, la separación de la semilla de la goma, el análisis proximal de
la harina de la vaina y la capacidad de la goma en forma dispersiones a diferentes temperaturas.
2.2.e) Se encuentra en proceso el estudio de evaluación del efecto del ácido 2,4,5,triclorofenoxiacético (2,4,5-T) en cultivos in vitro de explantes nodales de mezquite (P. laevigata)
2.2.f) Se encuentra en proceso el estudio de las propiedades superficiales y el contenido de fibra
dietética de la goma de mezquite
2.3 Actividades socio-ambientales asociadas al mezquite (P. leavigata) como una alternativa de
manejo sustentable de los recursos naturales en el Ejido de Llanos de la angostura, San Luis
Potosí
2.3.a) El objetivo del trabajo en campo fue determinar mediante la utilización de calendarios
estaciónales las estrategias de vida de la comunidad en el uso que hacen de sus recursos naturales
a lo largo del año.
2.3.b) La producción y colecta es parte del fólder de oportunidades que dependen de la
estacionalidad de sus actividades agropecuarias. Las cuales están regidas por la marcada
estacionalidad de época de lluvias y secas propias de la región. El presente trabajo tiene como
finalidad presentar mediante calendarios estaciónales la distribución y uso del capital natural de
los habitantes de la región a lo largo del año do que pueden alcanzar su mejor producción a los
100 años y una longevidad de hasta 200 años.
3. FORMACION DE RECURSOS HUMANOS EN EL PROYECTO
3.1 Doctorado (en proceso)
3.1.1. Biol. Leticia Buendía González. Regeneración de mezquite (Prosopis laevigata) vía nodo
cotiledonar y embriogénesis somática. Doctorado en Biotecnología, UAM-Iztapalapa inicio
20/09/2004
3.2 Especialización (concluidos)
3.2.1. I.Q: Itzel Aguilar Gallegos. Efecto de las propiedades reológicas y actividad acuosa en la
germinación y sobrevivencia de semillas de mezquite encapsuladas en matrices
poliméricas. Especialización en Biotecnología UAM-Iztapalapa inicio 25/04/2005
trimestre 05-P
3.2.2. IBQ Eristeo García Márquez. Determinación de las propiedades reológicas y difusivas de
geles para su uso potencial como matrices poliméricas en la formación de semillas
artificiales. Especialización en Biotecnología UAM-Iztapalapa inicio 25/04/2005 trimestre
05-P
3.2.3. I.Q. María de los Ángeles Suárez Sánchez. Proceso de obtención y caracterización
reológica del mucílago de la vaina del mezquite. Especialización en Biotecnología UAMIztapalapa inicio 19/09/2005 trimestre 05-O
3.3 Especialización (en proceso)
3.3.1 IBI Kimi Ehecatl Villanueva Pérez. Efecto del ácido 2,4,5,-triclorofenoxiacético (2,4,5-T)
en cultivos in vitro de mezquite (P. laevigata). Especialización en Biotecnología UAMIztapalapa inicio 24/04/06 trimestre 06-P
3.3.2 Angélica Román Guerrero. Estudio de las propiedades reológicas y composición química de
la goma de mezquite y sus fracciones. Especialización en Biotecnología UAM-Iztapalapa
inicio 09/01/06 trimestre 06-I
3.4 Servicio Social (concluidos)
3.4.1. David Niño Anzurez, 2006. Proceso de obtención de harina de la vaina del mezquite
(Prosopis leavigata). 07/11/05 a 23/05/06 Ingeniería Bioquímica Industrial, UAMIztapalapa. Asesores: Francisco Cruz Sosa, J.G. Rivera Martínez y E.J. Vernon Carter
3.4.2. Carolina Aidee Sánchez Guerrero, 2006. Separación mecánica del embrión del mezquite
(Prosopis laevigata). 07/11/05 a 23/05/06 Ingeniería de los Alimentos, UAM-Iztapalapa.
Asesores: Francisco Cruz Sosa, J.G. Rivera Martínez y E.J. Vernon Carter
3.5 Servicio Social (en proceso)
3.5.1 Montserrat Zavala León, 2006. Maduración de embriones somáticos de Prosopis leavigata
(mezquite). 25/05/06 a 25/11/06 Ingeniería Bioquímica Industrial, UAM-Iztapalapa.
Asesores: Francisco Cruz Sosa, José Ángel Lechuga Corchado y Leticia Buendía
González
3.5.2 Ramiro Terán López, 2006. Mantenimiento de mezquite (Prosopis leavigata) en
invernadero y campo. 22/05/06 a 22/11/06 Ingeniería Bioquímica Industrial, UAMIztapalapa. Asesores: Francisco Cruz Sosa, José Ángel Lechuga Corchado y Juan Orozco
Villafuerte (UAEM).
3.5.3 Horacio Tinoco Montañez, 2006. Supervisión y control del proceso de separación de las
distintas fracciones que componen la legumbre de mezquite (Prosopis laevigata) a nivel
de planta piloto. 01/06/06 a 30/11/06 Ingeniería de los Alimentos, UAM-Iztapalapa.
Asesores: Francisco Cruz Sosa, J.G. Rivera Martínez y E.J. Vernon Carter
4. PUBLICACIONES (enviado para su publicación)
4.1. L. Buendía González, J. Orozco Villafuerte, F. Cruz Sosa, V.M. Chávez Avila and E.J.
Vernon Carter, 2006. Clonal propagation of mesquite tree Prosopis laevigata H. & B.
Johnston Ex Willd via cotyledonary nodes. In vitro Cellular and Developmental Biology
(enviado para su publicación)
5. PRESENTACION EN EVENTOS ESPECIALIZADOS
5.1. E. García Márquez, E.J. Vernon-Carter, F. Cruz Sosa, H. Losada y J.G. Rivera Martínez,
2005. Aspectos socio-ambientales en el uso del mezquite (Prosopis laevigata) como una
alternativa en el manejo sustentable en el Ejido de Llanos de la Angostura, San Luis
Potosí, México. VIII Simposio Internacional y III Congreso Nacional de Agricultura
Sustentable, Cd. Victoria, Tamaulipas 16 al 18 de noviembre
5.2. E. García Márquez, E.J. Vernon Carter, F. Cruz Sosa, R. Pedroza Islas y H. Espinosa
Andrews, 2006. Determinación de las propiedades reológicas de hidrogeles para su uso
potencial como matrices para la formación de semillas artificiales. XXVII Encuentro
Nacional de la AMIDIQ. Iztapa, Gro. 2 al 5 de mayo
5.3. J.G. Rivera-Martínez, H. Losada, J. Cortés E.J. Vernon-Carter, F. Cruz-Sosa y R. Soriano,
2006. Colecta de goma de mezquite (Prosopis laevigata) como parte del fólder de
oportunidades en el manejo sustentable en el Ejido de Llanos de la Angostura, San Luís
Potosí. México. XVIII Semana Internacional de Agronomía FAZ-UJED Gómez Palacio,
Durango 4 al 8 de septiembre
5.4 Rivera-Martínez J.G., E.J. Vernon-Carter, F. Cruz-Sosa, H. Losada y J. Cortés, 2006.
Vinculación socio-ambiental en el uso tradicional del árbol de mezquite (Prosopis
laevigata) mediante el uso de calendarios estaciónales en el Ejido de Llanos de la
Angostura, San Luís Potosí. México. VII Congreso Latinoamericano de Sociología Rural
20-24 de Noviembre del 2006 Quito, Ecuador
5. ANEXOS
5.1 FORMACION DE RECURSOS HUMANOS EN EL PROYECTO
5.1.1 Leticia Buendía González (doctorado, cursando el séptimo trimestre)
5.1.2 Itzel Aguilar Gallegos (especialización, terminó en el trimestre 06-P)
5.1.3 Eristeo García Márquez (especialización, terminó en el trimestre 06-I)
5.1.4 María de los Ángeles Suárez Sánchez (especialización, terminó en el trimestre 06-P)
5.1.5 Kimi Ehecatl Villanueva Pérez (especialización, cursando el segundo trimestre)
5.1.6 Angélica Román Guerrero. Especialización en Biotecnología cursando el tercer trimestre)
5.1.7 David Niño Anzurez, (Servicio Social, terminó en 23/05/06)
5.1.8 Carolina Aidee Sánchez Guerrero (Servicio Social, terminó en 23/05/06)
5.1.9 Montserrat Zavala León (Servicio Social, termina en 25/11/06)
5.1.10 Ramiro Terán López (Servicio Social, termina en 22/11/06)
5.1.11 Horacio Tinoco Montañez (Servicio Social, termina en 30/11/06)
5.2 PUBLICACIONES
5.2.1 L. Buendía González y col., 2006. In vitro Cellular and Developmental Biology enviado
para su publicación
5.3 PRESENTACION EN EVENTOS ESPECIALIZADOS
5.3.1 E. García Márquez y col. 2005. VIII Simposio Internacional y III Congreso Nacional de
Agricultura Sustentable
5.3.2 E. García Márquez y col. 2006. XXVII Encuentro Nacional de la AMIDIQ
5.3.3 J.G. Rivera-Martínez, H. Losada, J. Cortés E.J. Vernon-Carter, F. Cruz-Sosa y R. Soriano,
2006. XVIII Semana Internacional de Agronomía FAZ-UJED
5.3.4 J.G. Rivera-Martínez, y col., 2006. VII Congreso Latinoamericano de Sociología Rural 2024 de Noviembre del 2006 Quito, Ecuador