Cuban Journal of Agricultural Science Vol. 57, January-December 2023, ISSN: 2079-3480
Código QR
CU-ID: https://cu-id.com/1996/v57e05
Pasture Science and other Crops

Evaluation of the effect of disinfection of Cuba CT-115 grass explants with sodium hypochlorite. Technical note

 

iDAndrés Raúl Hernández Montesinos1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba *✉:andresraulhm@gmail.com

iDJosé Jorge Palma Pérez2Universidad Agraria de La Habana, Autopista Nacional, km 23 ½, C.P 32700. San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

iDAmanda Abreu Cruz1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

iDMagaly Herrera Villafranca1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

iDRafael Segundo Herrera García1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba


1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

2Universidad Agraria de La Habana, Autopista Nacional, km 23 ½, C.P 32700. San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

 

*Email:andresraulhm@gmail.com

In order to evaluate the effect of different concentrations of sodium hypochlorite (3 and 5 %) on the disinfection of explants, apical cone of Cenchrus purpureus vc. Cuba CT-115, for its in vitro establishment an experiment was developed in Laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Agraria de La Habana. Two observations were made at four and eight days after sowing. The data were analyzed by Chi-square comparison proportions, for p < 0.05 and ComparPro 1.0. statistical package was applied. The analysis of proportion comparison of the studied variables at four and eight days did not have significant differences between the treatments with sodium hypochlorite at 3 and 5 %. There was not contamination by fungi or bacteria in the two treatments studied at four days. Bacterial contamination occurred at eight days, but there were not differences between treatments. The explants disinfection of Cuba CT-115 can be performed with both concentrations of sodium hypochlorite, but it is recommended to disinfect apical cones of Cuba CT-115 with 3% sodium hypochlorite, which allows a saving of this substance during the procedure. It is suggested to study other concentrations of sodium hypochlorite and different immersion times.

Key words: 
apex, contamination, Cenchrus purpureus, in vitro

Received: 20/12/2022; Accepted: 15/2/2023

Conflict of interest: The authors declare that there is not conflict of interest.

Author’s contribution: Andrés Raúl Hernández Montesinos: Idea, design and conduct of the experiment, analysis of the information, writing of the manuscript. Amanda Abreu Cruz: Analysis of the information, writing of the manuscript. José Jorge Palma Pérez: Conducting the experiment, writing the manuscript. Magaly Herrera Villafranca: Analysis of the information, writing of the manuscript. Rafael Segundo Herrera García: Design of the experiment, analysis of the information, writing of the manuscript.

CONTENT

Plant tissue culture is a biotechnological technique that includes the maintenance of plants or their components under controlled environmental conditions, with the absence of associated microorganisms, heterotrophic nutrition, and plastic or glass containers (Suárez Padrón 2020Suárez Padrón, I. E. 2020. Prehistoria e historia del Cultivo de Tejidos Vegetales. En: Suárez Padrón, I. E. (ed.), Cultivo de Tejidos Vegetales. Fondo Editorial Universidad de Córdoba, pp. 13-19, ISBN: 978-958-5104-09-9.). One of the main problems that arise when trying to establish in vitro cultures is microbial contamination composed of various types of microorganisms (fungi, yeasts, bacteria, phytoplasmas, virus), which can cause the death of plant tissues, since that compete for nutrients and modify the culture medium (Mroginski et al. 2010Mroginski, L., Sansberro, P. & Flaschland, E. 2010. Parte I: Herramientas Básicas. Capítulo 1: Establecimiento de cultivos de tejidos vegetales. En: Levitus, G., Echenique, V., Rubinstein, C., Hopp, E., & Mroginski, L. (eds.), Biotecnología y mejoramiento vegetal II. Editorial Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, Argentina, p. 1-15. and Nikoloff 2015Nikoloff, N. 2015. No siempre sale todo bien... En: Sharry, S. E., Adema, M. & Abedini, W. (eds), Plantas de probeta: manual para la propagación de plantas por cultivo de tejidos in vitro, Editorial de la Universidad Nacional de La Plata (EDULP), Buenos Aires, Argentina, pp. 1-102, ISBN: 978-950-34-1254-1.).

Among the substances used for the disinfection of explants are sodium hypochlorite (NaClO), calcium hypochlorite Ca(ClO)2, hydrogen peroxide (H2O2), commercial chlorine and bichloride of mercury (HgCl2), among others (Alvarado Capó 1998Alvarado Capó, Y. 1998. Contaminación microbiana en el cultivo in vitro de plantas. En: Pérez Ponce, J. N. (ed.), Propagación y mejora genética de plantas por biotecnología, Santa Clara, IBP, pp. 81-104, ISBN:959-7122-02-2.). Of these, the most used is sodium hypochlorite in plant micropropagation, due to its low cost, easy acquisition, and less phytotoxic effect on tissues (Ramírez Correa et al. 2014Ramírez Correa, L. A., Granados Moreno, J. E., & Carreño González, N. E. 2014. "Evaluación del efecto de tratamientos de desinfección con hipoclorito de sodio sobre segmentos nodales de Guadua angustifolia Kunth para el establecimiento del cultivo in vitro". RIAA, 5(1): 155-169, ISSN: 2145-6453.).

The Cenchrus purpureus Schum cv. Cuba CT-115 is widely used in Cuba due to its favorable characteristics of growth and biomass production, less resistance to cutting, more leaves, drought tolerance, low lignin content, high intake and use by the animal and less internodes distance as age advances. For these reasons, it offers better possibilities for its harvest as a biomass bank, including grazing (Herrera and Martínez 2015Herrera, R. S. & Martínez, R. O. 2015. Mejoramiento genético. En: Herrera, R. S. (ed.), Producción de biomasa de variedades y clones de Pennisetum purpureum para la ganadería, EDICA, Mayabeque, Cuba, pp.13-32, ISBN:078-959-7171-67-6. and Crespo and Martínez 2016Crespo, G. & Martínez, R. O. 2016. "Study of the chemical soil fertility in the biomass bank technology of Cenchrus purpureus Schum cv. CUBA CT-115 with different exploitation years". Cuban J. Agric. Sci. 50th Anniversary. 50(2): 497, ISSN: 2079-3472. and Fortes et al.2019Fortes, D., Herrera, R. S., García, M., Cruz, A. M. & Romero A. 2019. "Mineral composition of Cenchrus purpureus cv. Cuba CT-115, as biomass bank, after grazing". Cuban J. Agric. Sci. 53(4): 425-435, ISSN: 2079-3472.).

The disinfection of apical cones of C. purpureus cv. Cuba CT-115 with sodium hypochlorite could reduce contamination by endogenous microorganisms in the in vitro establishment phase of this culture. The objective of this trial was to evaluate the effect of different concentrations of sodium hypochlorite on the disinfection of explants of Cenchrus purpureus cv. Cuba CT-115 for its in vitro establishment.

Plants of Cenchrus purpureus (Schumach) Morrone cv. Cuba CT-115 from Poaceae family, with the same regrowth age, collected in the germplasm bank of Instituto de Ciencia Animal were use as plant material. A total of 24 portions of apex were taken.

The apex were disinfected with 5 % commercial sodium hypochlorite for three minutes and rinsed twice with distilled water at the time of collection. Then they were transferred to the Laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Agraria de La Habana in bottles duly washed with commercial detergent, rinsed twice with distilled water. In the laboratory, the apex were washed with a commercial detergent under agitation for five minutes and rinsed three times with distilled water.

The sowing of the explants, apical cone, was carried out in the laminar flow properly disinfected with 70 % ethanol and an ultraviolet light lamp was placed on for 30 min before starting the sowing. The apical cones were extracted in laminar flow and disinfected with 70% ethanol for one minute. Subsequently, they were washed with sufficient sterile distilled water. Next, two disinfection variants with 3 and 5% sodium hypochlorite were tested for 10 min. For this, a total of 12 apical cones per treatment were used. Finally, they were washed with enough sterile distilled water before sowing.

After disinfection, the explants were placed in Murashige and Skoog (1962)Murashige, T. & Skoog, F. 1962. "A revised medium for rapid growth and biossays with tobacco tissue culture". Physiol Plant, 15: 473-497, Online ISSN: 1399-3054. basal culture medium, with 30 g L-1 sucrose, 1 mg L-1 of 6-BAP, and 8 g L-1 of agar. The pH was fitted to 5.7 with 0.1N sodium hydroxide and 0.1N hydrochloric acid before sterilization, which was performed in an autoclave at 121 ºC and 1.5 kg cm-2 pressure for 20 min. The explants were established in test tubes with 15 mL of culture medium. The research was carried out under controlled conditions in a growth chamber with a photoperiod of 16 h of lighting and 8 h of darkness, relative humidity of 70 ± 5%, light intensity of 45 µmol m-2 s-1 and temperature of 25 ± 2 °C for a period of eight days.

The evaluations were made visually at four and eight days after sowing. The variables number of sprouted explants, number of non-sprouted explants, number of necrotic explants, number of contaminated explants, number of explants contaminated with fungi, and number of explants contaminated with bacteria were observed.

A completely random design was used, with 12 repetitions per treatment. For data processing, an analysis of proportions comparison (Chi-square) was performed using the statistical package ComparPro 1.0 (Font et al. 2007Font, H., Noda, A., Torres, V., Herrera, M., Lizazo, D., Sarduy, L. & Rodríguez, L. 2007. Paquete estadístico ComparPro versión 1, Instituto de Ciencia Animal, Dpto Biomatemática.).

Four days after sowing the explants, there were not differences (p > 0.05) between the treatments with 3 and 5 % sodium hypochlorite (table 1), for the variables number of necrotic explants (figure 1a and 1b), number of sprouted explants and number of non-sprouted explants. After four days, there was not contamination by fungi or bacteria in the two studied treatments (figure 1c).

Table 1.  Analysis of variables at four days
Treatments Variables Sodium hypochlorite 3 % Sodium hypochlorite 5 % Total SE (±) Signif.
No. % No. % No. %
Number of sprouted explants 5 35.71 9 64.29 14 100 13.36
p = 0.2850
Number of non-sprouted explants 7 70.00 3 30.00 10 100 15.81
p = 0.2059
Number of necrotic explants 2 40.00 3 60.00 5 100 15.81
p = 0.6547
Figure 1a.  Necrotic explant with doses of 5 % sodium hypochlorite after four days. Figure 1b. Necrotic explant with doses of 3 % sodium hypochlorite after four days. Figure 1c. View of the sprouted explants after four days, in both concentrations of sodium hypochlorite and without contamination in the culture medium.

After eight days, there were not differences (p > 0.05) between the treatments with 3 and 5 % sodium hypochlorite (table 2), for the variables number of sprouted explants, number of non-sprouted explants, number of necrotic explants, number of contaminated explants and number of explants contaminated by bacteria (Figures 2a, 2b and 2c). In this observation, there was not fungal contamination.

Table 2.  Analysis of variables at eight days
Treatments Variables Sodium hypochlorite 3 % Sodium hypochlorite 5 % Total SE (±) Signif.
No. % No. % No. %
Number of sprouted explants 6 40.00 9 60.00 15 100 12.91
p = 0.4386
Number of non-sprouted explants 6 66.67 3 33.33 9 100 16.67
p = 0.3127
Number of necrotic explants 3 50.00 3 50.00 6 100 15.81
p = 0.9999
Number of contaminated explants 7 58.33 5 41.67 12 100 14.43
p = 0.5637
Number of explants contaminated by bacteria 5 50.00 5 50.00 10 100 15.81
p = 0.9999
Figure 2.  Explant disinfected with 5 % sodium hypochlorite, sprouted and contaminated by bacteria after eight days. Figure 2b. Explant disinfected with 3 % sodium hypochlorite, necrotic and contaminated by bacteria after eight days. Figure 2c. View of the sprouted explants at eight days in both concentrations of sodium hypochlorite

The superficial disinfection of plant explants is through chemical compounds. It is not possible to recommend a general procedure that guarantees removal the microorganisms with the least possible damage to the explant. Some procedures are based on the only use of ethanol or sodium hypochlorite. The most popular method consists of a double disinfection by immersing the explants in ethanol (70 %) for 20-60 seconds, followed by 1-3 % sodium hypochlorite. Next, it should be washed with sufficient water and detergent for three to 30 min, depending on the nature of the explant. Finally, it is necessary to remove the remains of these products through several washes with sterile distilled water (Mroginski et al. 2010Mroginski, L., Sansberro, P. & Flaschland, E. 2010. Parte I: Herramientas Básicas. Capítulo 1: Establecimiento de cultivos de tejidos vegetales. En: Levitus, G., Echenique, V., Rubinstein, C., Hopp, E., & Mroginski, L. (eds.), Biotecnología y mejoramiento vegetal II. Editorial Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, Argentina, p. 1-15.).

In studies of genetic improvement by in vitro tissue culture techniques, Herrera et al. (2003)Herrera, R. S., Chaplé, Z., Cruz, A. M., Romero, A. & García, M. 2003. "Obtainment of Pennisetum purpureum plantles resistant to drought and salinity. Technical note". Cuban J. Agric. Sci. 37(2): 189-191, ISSN: 2079-3472. used 10 % sodium hypochlorite for 10 min for the disinfection of apical cones of Cuba CT-115. In the consulted bibliography, there is little evidence of studies referring to the disinfection of explants of C. purpureus cv. Cuba CT-115 for its in vitro establishment. However, in sugar cane (Saccharum officinarum) several studies on this aspect are reported.

Similar results are reported to those of this study with 5 % NaClO treatment for 15 min in apical meristems of S. officinarum, variety CCSP 89-43, which showed a low percentage of contamination (Betancourt Guerrero 2017Betancourt Guerrero, J. M. 2017. Evaluación del cultivo in vitro de caña de azúcar (Saccharum officinarum) var. CCSP 89-43 a partir de meristemos apicales mediante la técnica de organogénesis. Tesis en opción al título de Microbiólogo Industrial, Universidad de Santander, Colombia, pp. 14-47.). This effect could be due to the action of sodium hypochlorite on microorganisms, since it acts to inhibit enzymatic reactions and protein denaturation (Sánchez and Sáenz 2005Sánchez, L. & Sáenz, E. 2005. "Antisépticos y desinfectantes". Dermatol. Peru, 15(2):172-174, ISSN: 1609-7203.).

The results of this study differ from the high values of necrosis that were reported when disinfecting explants of the apical leaf section and axillary buds of four varieties of S. officinarum, with 5 and 7 % NaClO (Araya Contreras 2006Araya Contreras, J. F. 2006. Establecimiento in vitro de cuatro variedades de caña de azúcar a partir de explantes foliares y yemas axilares. Tesis en opción al grado de Master en Ciencias, Zamorano, Honduras, pp. 1-22.). Similarly, in the disinfection of foliar explants of S. officinarum, variety CP 72-2086, a high percentage of necrosis was obtained in plant tissues with concentrations of 10 % sodium hypochlorite for 25 min (Martínez Vega 2005Martínez Vega, A. E. 2005. Elaboración de un procedimiento de desinfección y establecimiento in vitro de caña de azúcar, variedad CP 72-2086 a partir de yemas axilares. Tesis en opción al grado de Master en Ciencias, Zamorano, Honduras, pp. 1-30.).

Similar results to the previous, when using high concentrations of 20 and 30 % sodium hypochlorite and two immersion times (15 and 20 min), to disinfect apical cones of the sugar cane varieties ITV 92-1424, Laica 82-2220 and Q28-2. In this study good results of survival and asepsis are reported when applying 20% commercial chlorine for 20min, while the dose of 30 % NaClO was effective to control the contamination, although it caused darkness of the expalnts (Rangel-Estrada et al. 2016Rangel-Estrada, S. E., Hernández-Meneses, E. & Hernández-Arenas, M. 2016. "Micropropagation of sugarcane varieties grown in México". Rev. Fitotec. Mex, 39(3): 225 - 231, ISSN: 0187-7380.).

According to Nikoloff (2015)Nikoloff, N. 2015. No siempre sale todo bien... En: Sharry, S. E., Adema, M. & Abedini, W. (eds), Plantas de probeta: manual para la propagación de plantas por cultivo de tejidos in vitro, Editorial de la Universidad Nacional de La Plata (EDULP), Buenos Aires, Argentina, pp. 1-102, ISBN: 978-950-34-1254-1., darkening, growth inhibition, necrosis, and explant death may be associated with oxidative stress derived from the use of disinfectant agents. The explant oxidation levels are related to the increase in the concentration and exposure time of the explant to the disinfectant (Lapiz-Culqui et al. 2021Lapiz-Culqui, Y. K., Tejada-Alvarado, J. J., Meléndez-Mori, J. B., Vilca-Valqui, N. C.,Huaman-Huaman, E. y Oliva, Manuel. 2021. "Establecimiento y multiplicación in vitro de papayas de montaña: Vasconcellea chachapoyensis y Vasconcellea x Heilbornii". Bioagro 33(2): 135-142, ISSN 1316-3361.), which shows the toxic effect of NaClO on plant tissues (Causil et al. 2017Causil, V. L. A., Coronado, G. J. L., Verbel, M. L. F., Vega. J. M. F., Donado, E. K. A. & Pacheco, G. C. 2017. "Cytotoxic effect of sodium hypochlorite (NaClO) in apical cells of onion roots (Allium cepa L.) ". Rev. Colomb. Cienc. Hortic. 11 (1): 97-104, Online ISSN: 2422-3719.). It could be showed that the different responses of the explants to the use of sodium hypochlorite correspond to the tolerance level of each plant species.

The difference between the results of previous studies and those obtained in the disinfection of explants of C. purpureus cv. Cuba CT-115 can be related to the manipulation of plant material, since it is one of the most common sources of contamination. In addition, it is confirmed that the superficial disinfection of the explant is conditioned by factors such as the type, concentration and time of exposure to disinfectant agents, but also by the origin of the explant (Ticona and Triguero 2020Ticona, J. & Triguero. M. L. 2020. "Evaluación del comportamiento in vitro de dos variedades de papaya (Carica papaya L.) mediante embriogénesis somática en la Estación Experimental Sapecho". RIIARn, 7(1): 55-61, ISSN: 2518-6868.).

It is concluded that the indicators studied for the disinfection of apical cones of Cuba CT-115 with concentrations of 3 and 5 % of sodium hypochlorite did not present differences. Therefore, it is recommended to disinfect with 3 % sodium hypochlorite, which saves this substance during the procedure. It is recommended to performed studies with other concentrations of sodium hypochlorite and different immersion times in the in vitro establishment stage of this culture.

Acknowledgments

 

Thanks to the researchers from Laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Agraria de La Habana for their support in carrying out this study.

References

 

Alvarado Capó, Y. 1998. Contaminación microbiana en el cultivo in vitro de plantas. En: Pérez Ponce, J. N. (ed.), Propagación y mejora genética de plantas por biotecnología, Santa Clara, IBP, pp. 81-104, ISBN:959-7122-02-2.

Araya Contreras, J. F. 2006. Establecimiento in vitro de cuatro variedades de caña de azúcar a partir de explantes foliares y yemas axilares. Tesis en opción al grado de Master en Ciencias, Zamorano, Honduras, pp. 1-22.

Betancourt Guerrero, J. M. 2017. Evaluación del cultivo in vitro de caña de azúcar (Saccharum officinarum) var. CCSP 89-43 a partir de meristemos apicales mediante la técnica de organogénesis. Tesis en opción al título de Microbiólogo Industrial, Universidad de Santander, Colombia, pp. 14-47.

Causil, V. L. A., Coronado, G. J. L., Verbel, M. L. F., Vega. J. M. F., Donado, E. K. A. & Pacheco, G. C. 2017. "Cytotoxic effect of sodium hypochlorite (NaClO) in apical cells of onion roots (Allium cepa L.) ". Rev. Colomb. Cienc. Hortic. 11 (1): 97-104, Online ISSN: 2422-3719.

Crespo, G. & Martínez, R. O. 2016. "Study of the chemical soil fertility in the biomass bank technology of Cenchrus purpureus Schum cv. CUBA CT-115 with different exploitation years". Cuban J. Agric. Sci. 50th Anniversary. 50(2): 497, ISSN: 2079-3472.

Font, H., Noda, A., Torres, V., Herrera, M., Lizazo, D., Sarduy, L. & Rodríguez, L. 2007. Paquete estadístico ComparPro versión 1, Instituto de Ciencia Animal, Dpto Biomatemática.

Fortes, D., Herrera, R. S., García, M., Cruz, A. M. & Romero A. 2019. "Mineral composition of Cenchrus purpureus cv. Cuba CT-115, as biomass bank, after grazing". Cuban J. Agric. Sci. 53(4): 425-435, ISSN: 2079-3472.

Herrera, R. S. & Martínez, R. O. 2015. Mejoramiento genético. En: Herrera, R. S. (ed.), Producción de biomasa de variedades y clones de Pennisetum purpureum para la ganadería, EDICA, Mayabeque, Cuba, pp.13-32, ISBN:078-959-7171-67-6.

Herrera, R. S., Chaplé, Z., Cruz, A. M., Romero, A. & García, M. 2003. "Obtainment of Pennisetum purpureum plantles resistant to drought and salinity. Technical note". Cuban J. Agric. Sci. 37(2): 189-191, ISSN: 2079-3472.

Lapiz-Culqui, Y. K., Tejada-Alvarado, J. J., Meléndez-Mori, J. B., Vilca-Valqui, N. C.,Huaman-Huaman, E. y Oliva, Manuel. 2021. "Establecimiento y multiplicación in vitro de papayas de montaña: Vasconcellea chachapoyensis y Vasconcellea x Heilbornii". Bioagro 33(2): 135-142, ISSN 1316-3361.

Martínez Vega, A. E. 2005. Elaboración de un procedimiento de desinfección y establecimiento in vitro de caña de azúcar, variedad CP 72-2086 a partir de yemas axilares. Tesis en opción al grado de Master en Ciencias, Zamorano, Honduras, pp. 1-30.

Mroginski, L., Sansberro, P. & Flaschland, E. 2010. Parte I: Herramientas Básicas. Capítulo 1: Establecimiento de cultivos de tejidos vegetales. En: Levitus, G., Echenique, V., Rubinstein, C., Hopp, E., & Mroginski, L. (eds.), Biotecnología y mejoramiento vegetal II. Editorial Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, Argentina, p. 1-15.

Murashige, T. & Skoog, F. 1962. "A revised medium for rapid growth and biossays with tobacco tissue culture". Physiol Plant, 15: 473-497, Online ISSN: 1399-3054.

Nikoloff, N. 2015. No siempre sale todo bien... En: Sharry, S. E., Adema, M. & Abedini, W. (eds), Plantas de probeta: manual para la propagación de plantas por cultivo de tejidos in vitro, Editorial de la Universidad Nacional de La Plata (EDULP), Buenos Aires, Argentina, pp. 1-102, ISBN: 978-950-34-1254-1.

Ramírez Correa, L. A., Granados Moreno, J. E., & Carreño González, N. E. 2014. "Evaluación del efecto de tratamientos de desinfección con hipoclorito de sodio sobre segmentos nodales de Guadua angustifolia Kunth para el establecimiento del cultivo in vitro". RIAA, 5(1): 155-169, ISSN: 2145-6453.

Rangel-Estrada, S. E., Hernández-Meneses, E. & Hernández-Arenas, M. 2016. "Micropropagation of sugarcane varieties grown in México". Rev. Fitotec. Mex, 39(3): 225 - 231, ISSN: 0187-7380.

Sánchez, L. & Sáenz, E. 2005. "Antisépticos y desinfectantes". Dermatol. Peru, 15(2):172-174, ISSN: 1609-7203.

Suárez Padrón, I. E. 2020. Prehistoria e historia del Cultivo de Tejidos Vegetales. En: Suárez Padrón, I. E. (ed.), Cultivo de Tejidos Vegetales. Fondo Editorial Universidad de Córdoba, pp. 13-19, ISBN: 978-958-5104-09-9.

Ticona, J. & Triguero. M. L. 2020. "Evaluación del comportamiento in vitro de dos variedades de papaya (Carica papaya L.) mediante embriogénesis somática en la Estación Experimental Sapecho". RIIARn, 7(1): 55-61, ISSN: 2518-6868.

Cuban Journal of Agricultural Science Vol. 57, January-December 2023, ISSN: 2079-3480
 
Ciencia de los Patos y otros Cultivos

Evaluación del efecto de la desinfección de explantes del pasto Cuba CT-115 con hipoclorito de sodio. Nota técnica

 

iDAndrés Raúl Hernández Montesinos1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba*✉:andresraulhm@gmail.com

iDJosé Jorge Palma Pérez2Universidad Agraria de La Habana, Autopista Nacional, km 23 ½, C.P 32700. San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

iDAmanda Abreu Cruz1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

iDMagaly Herrera Villafranca1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

iDRafael Segundo Herrera García1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba


1Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

2Universidad Agraria de La Habana, Autopista Nacional, km 23 ½, C.P 32700. San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

 

*Email:andresraulhm@gmail.com

Con el propósito de evaluar el efecto de diferentes concentraciones de hipoclorito de sodio (3 y 5 %) en la desinfección de explantes, cono apical de Cenchrus purpureus vc. Cuba CT-115, para su establecimiento in vitro, se desarrolló un experimento en el Laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Agraria de La Habana. Se realizaron dos observaciones, a los cuatro y ocho días después de la siembra. Los datos se analizaron mediante comparación de proporciones Chi-cuadrado, para p < 0.05 y se aplicó el paquete estadístico ComparPro 1.0. El análisis de comparación de proporciones de las variables estudiadas a los cuatro y ocho días no dejó ver diferencias significativas entre los tratamientos con hipoclorito de sodio al 3 y 5 %. No se encontró contaminación por hongos o bacterias en los dos tratamientos estudiados a los cuatro días. La contaminación por bacterias ocurrió a los ocho días, pero no hubo diferencia entre tratamientos. La desinfección de explantes de Cuba CT-115 se puede realizar con ambas concentraciones de hipoclorito de sodio, pero se recomienda la desinfección de conos apicales de Cuba CT-115 con hipoclorito de sodio al 3 %, lo que permite el ahorro de esta sustancia durante el procedimiento. Se sugiere estudiar otras concentraciones de hipoclorito de sodio y diferentes tiempos de inmersión.

Palabras clave: 
ápices, contaminación, Cenchrus purpureus, in vitro

El cultivo de tejidos vegetales es una técnica biotecnológica que comprende el mantenimiento de plantas o de sus componentes en condiciones ambientales controladas, con ausencia de microorganismos asociados, nutrición heterotrófica y recipientes de plástico o vidrio (Suárez Padrón 2020Suárez Padrón, I. E. 2020. Prehistoria e historia del Cultivo de Tejidos Vegetales. En: Suárez Padrón, I. E. (ed.), Cultivo de Tejidos Vegetales. Fondo Editorial Universidad de Córdoba, pp. 13-19, ISBN: 978-958-5104-09-9.). Uno de los problemas principales que se presentan cuando se trata de establecer los cultivos in vitro es la contaminación microbiana compuesta por diversos tipos de microorganismos (hongos, levaduras, bacterias, fitoplasmas, virus), que puede provocar la muerte de los tejidos vegetales, ya que compiten por los nutrientes y modifican el medio de cultivo (Mroginski et al. 2010Mroginski, L., Sansberro, P. & Flaschland, E. 2010. Parte I: Herramientas Básicas. Capítulo 1: Establecimiento de cultivos de tejidos vegetales. En: Levitus, G., Echenique, V., Rubinstein, C., Hopp, E., & Mroginski, L. (eds.), Biotecnología y mejoramiento vegetal II. Editorial Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, Argentina, p. 1-15. y Nikoloff 2015Nikoloff, N. 2015. No siempre sale todo bien... En: Sharry, S. E., Adema, M. & Abedini, W. (eds), Plantas de probeta: manual para la propagación de plantas por cultivo de tejidos in vitro, Editorial de la Universidad Nacional de La Plata (EDULP), Buenos Aires, Argentina, pp. 1-102, ISBN: 978-950-34-1254-1.).

Entre las sustancias utilizadas para la desinfección de explantes se encuentran el hipoclorito de sodio (NaClO), hipoclorito de calcio Ca(ClO)2, peróxido de hidrógeno (H2O2), cloro comercial y bicloruro de mercurio (HgCl2), entre otros (Alvarado Capó 1998Alvarado Capó, Y. 1998. Contaminación microbiana en el cultivo in vitro de plantas. En: Pérez Ponce, J. N. (ed.), Propagación y mejora genética de plantas por biotecnología, Santa Clara, IBP, pp. 81-104, ISBN:959-7122-02-2.). De ellos, el que más se emplea es el hipoclorito de sodio en la micropropagación vegetal, debido a su bajo costo, fácil adquisición y menor efecto fitotóxico en los tejidos (Ramírez Correa et al. 2014Ramírez Correa, L. A., Granados Moreno, J. E., & Carreño González, N. E. 2014. "Evaluación del efecto de tratamientos de desinfección con hipoclorito de sodio sobre segmentos nodales de Guadua angustifolia Kunth para el establecimiento del cultivo in vitro". RIAA, 5(1): 155-169, ISSN: 2145-6453.).

El Cenchrus purpureus Schum vc. Cuba CT-115 se utiliza ampliamente en Cuba por sus características favorables de crecimiento y producción de biomasa, menor resistencia al corte, mayor cantidad de hojas, tolerancia a la sequía, bajo contenido de lignina, alto consumo y aprovechamiento por parte del animal y menor distancia entrenudos en la medida que avanza la edad. Por estos motivos, ofrece mejores posibilidades para su cosecha como banco de biomasa, incluyendo el pastoreo (Herrera y Martínez 2015Herrera, R. S. & Martínez, R. O. 2015. Mejoramiento genético. En: Herrera, R. S. (ed.), Producción de biomasa de variedades y clones de Pennisetum purpureum para la ganadería, EDICA, Mayabeque, Cuba, pp.13-32, ISBN:078-959-7171-67-6. y Crespo y Martínez 2016Crespo, G. & Martínez, R. O. 2016. "Study of the chemical soil fertility in the biomass bank technology of Cenchrus purpureus Schum cv. CUBA CT-115 with different exploitation years". Cuban J. Agric. Sci. 50th Anniversary. 50(2): 497, ISSN: 2079-3472. y Fortes et al.2019Fortes, D., Herrera, R. S., García, M., Cruz, A. M. & Romero A. 2019. "Mineral composition of Cenchrus purpureus cv. Cuba CT-115, as biomass bank, after grazing". Cuban J. Agric. Sci. 53(4): 425-435, ISSN: 2079-3472.).

La desinfección de conos apicales de C. purpureus vc. Cuba CT-115 con hipoclorito de sodio pudiera disminuir la contaminación por microrganismos endógenos en la fase de establecimiento in vitro de este cultivo. El objetivo de este ensayo fue evaluar el efecto de diferentes concentraciones de hipoclorito de sodio en la desinfección de explantes de Cenchrus purpureus vc. Cuba CT-115 para su establecimiento in vitro.

Como material vegetal se utilizaron plantas de Cenchrus purpureus (Schumach) Morrone vc. Cuba CT-115 de la familia Poaceae, con la misma edad de rebrote, colectadas en el banco de germoplasma del Instituto de Ciencia Animal. Se tomaron 24 porciones de ápices caulinares.

Los ápices caulinares se desinfectaron con hipoclorito de sodio comercial al 5 % durante tres minutos y se enjuagaron dos veces con agua destilada en el momento de la recolección. Luego se trasladaron hacia el Laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Agraria de La Habana en frascos debidamente lavados con detergente comercial, enjuagados dos veces con agua destilada. En el laboratorio, los ápices se lavaron con detergente comercial en agitación durante cinco minutos y se enjuagaron tres veces con agua destilada.

La siembra de los explantes, cono apical, se realizó en el flujo laminar debidamente desinfectado con etanol al 70 % y se colocó una lámpara de luz ultravioleta encendida por 30 min antes de comenzar la siembra. Los conos apicales se extrajeron en el flujo laminar y se desinfectaron con etanol al 70 % durante un minuto. Posteriormente, se lavaron con suficiente agua destilada estéril. A continuación, se probaron dos variantes de desinfección con hipoclorito de sodio al 3 y 5 % durante 10 min. Para ello se utilizaron 12 conos apicales por tratamiento. Por último, se lavaron con suficiente agua destilada estéril antes de realizar la siembra.

Posterior a la desinfección, los explantes se colocaron en medio de cultivo basal Murashige y Skoog (1962)Murashige, T. & Skoog, F. 1962. "A revised medium for rapid growth and biossays with tobacco tissue culture". Physiol Plant, 15: 473-497, Online ISSN: 1399-3054., con 30 g L-1sacarosa,1 mg L-1 de 6-BAP, 8 g L-1de agar. El pH se ajustó a 5.7 con hidróxido de sodio al 0.1N y ácido clorhídrico al 0.1N antes de la esterilización, que se realizó en autoclave a 121 ºC y 1.5 kg cm-2 de presión durante 20 min. Los explantes se establecieron en tubos de ensayo con 15 mL de medio de cultivo. La investigación se desarrolló en condiciones controladas en cámara de crecimiento con fotoperiodo de 16 h de iluminación y 8 h de oscuridad, humedad relativa de 70 ± 5 %, intensidad lumínica de 45 µmol m-2 s-1y temperatura de 25 ± 2 °C por un período de ocho días.

Las evaluaciones se realizaron de forma visual a los cuatro y ocho días posteriores a la siembra. Se observaron las variables número de explantes brotados, número de explantes no brotados, número de explantes necrosados, número de explantes contaminados, número de explantes contaminados con hongos y número de explantes contaminados con bacterias.

Se empleó un diseño completamente aleatorizado, con 12 repeticiones por tratamiento. Para el procesamiento de los datos se realizó análisis de comparación de proporciones (Chi-cuadrado) mediante el paquete estadístico ComparPro 1.0 (Font et al. 2007Font, H., Noda, A., Torres, V., Herrera, M., Lizazo, D., Sarduy, L. & Rodríguez, L. 2007. Paquete estadístico ComparPro versión 1, Instituto de Ciencia Animal, Dpto Biomatemática.).

A los cuatro días de sembrados los explantes, no hubo diferencias (p > 0.05) entre los tratamientos con hipoclorito de sodio al 3 y 5 % (tabla 1), para las variables número de explantes necrosados (figura 1a y 1b), número de explantes brotados y número de explantes no brotados. A los cuatro días no se observó contaminación por hongos ni bacterias en los dos tratamientos estudiados (figura 1c).

Tabla 1.  Análisis de variables a los cuatro días
Tratos Variables Hipoclorito de sodio 3 % Hipoclorito de sodio 5 % Total SE (±) Signif.
No. % No. % No. %
Número de brotados explantes 5 35.71 9 64.29 14 100 13.36
p = 0.2850
Número de explantes no germinados 7 70.00 3 30.00 10 100 15.81
p = 0.2059
Número de necróticos explantes 2 40.00 3 60.00 5 100 15.81
p = 0.6547
Figura 1a.  Explante necrótico con dosis de hipoclorito de sodio al 5 % a los cuatro días. Figura 1b. Explante necrótico con dosis de hipoclorito de sodio al 3 % a los cuatro días. Figura 1c. Vista de los explantes brotados a los cuatro días, en ambas concentraciones de hipoclorito de sodio y sin contaminación en el medio de cultivo.

A los ocho días tampoco hubo diferencias (p > 0,05) entre los tratamientos con hipoclorito de sodio al 3 y 5 % (tabla 2), para las variables número de explantes brotados, número de explantes no brotados, número de explantes necrosados, número de explantes contaminados y número de explantes contaminados por bacterias (figuras 2a, 2b y 2c). En esta observación no se halló presencia de contaminación por hongos.

Tabla 2.  Análisis de variables a los ocho días
Tratos Variables Hipoclorito de sodio 3 % Hipoclorito de sodio al 5 % Total SE (±) Signif.
No. % No. % No. %
Número de explantes germinados 6 40.00 9 60.00 15 100 12.91
p = 0.4386
Número de explantes no germinados 6 66.67 3 33.33 9 100 16.67
p = 0.3127
Número de explantes necróticos 3 50.00 3 50.00 6 100 15.81
p = 0.9999
Número de explantes contaminados 7 58.33 5 41.67 12 100 14.43
p = 0.5637
Número de explantes contaminado por bacterias 5 50.00 5 50.00 10 100 15.81
p = 0.9999
Figura 2a.  Explante desinfectado con hipoclorito de sodio al 5 %, brotado y contaminado por bacterias a los ocho días. Figura 2b. Explante desinfectado con hipoclorito de sodio al 3 %, necrótico y contaminado por bacterias a los ocho días. Figura 2c. Vista de los explantes brotados a los ocho días en ambas concentraciones de hipoclorito de sodio.

La desinfección superficial de los explantes vegetales es mediante compuestos químicos. No es posible recomendar un procedimiento general que garantice eliminar los microorganismos con el menor daño posible al explante. Algunos procedimientos se basan en el empleo único de etanol o de hipoclorito de sodio. El método más popularizado consiste en una doble desinfección mediante la inmersión de los explantes en etanol (70 %) durante 20-60 segundos, seguido de hipoclorito de sodio 1-3 %. A continuación, se debe lavar con suficiente agua y detergente de tres a 30 min, en dependencia de la naturaleza del explante. Finalmente, es necesario eliminar los restos de estos productos mediante varios lavados con agua destilada estéril (Mroginski et al. 2010Mroginski, L., Sansberro, P. & Flaschland, E. 2010. Parte I: Herramientas Básicas. Capítulo 1: Establecimiento de cultivos de tejidos vegetales. En: Levitus, G., Echenique, V., Rubinstein, C., Hopp, E., & Mroginski, L. (eds.), Biotecnología y mejoramiento vegetal II. Editorial Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, Argentina, p. 1-15.).

En trabajos de mejora genética por técnicas de cultivo de tejidos in vitro, Herrera et al. (2003)Herrera, R. S., Chaplé, Z., Cruz, A. M., Romero, A. & García, M. 2003. "Obtainment of Pennisetum purpureum plantles resistant to drought and salinity. Technical note". Cuban J. Agric. Sci. 37(2): 189-191, ISSN: 2079-3472. utilizaron hipoclorito de sodio al 10 % durante 10 min para la desinfección de conos apicales de Cuba CT-115. En la bibliografía consultada, es escasa la evidencia de estudios referidos a la desinfección de explantes de C. purpureus vc. Cuba CT-115 para su establecimiento in vitro. Sin embargo, en caña de azúcar (Saccharum officinarum) se informan diversos trabajos sobre este aspecto.

Se refieren resultados similares a los del presente estudio con tratamiento de NaClO al 5 % durante 15 min en meristemos apicales de S. officinarum, variedad CCSP 89-43, que mostró escaso porcentaje de contaminación (Betancourt Guerrero 2017Betancourt Guerrero, J. M. 2017. Evaluación del cultivo in vitro de caña de azúcar (Saccharum officinarum) var. CCSP 89-43 a partir de meristemos apicales mediante la técnica de organogénesis. Tesis en opción al título de Microbiólogo Industrial, Universidad de Santander, Colombia, pp. 14-47.). Este efecto se pudo deber a la acción del hipoclorito de sodio en los microorganismos, ya que actúa en la inhibición de las reacciones enzimáticas y desnaturalización de las proteínas (Sánchez y Sáenz 2005Sánchez, L. & Sáenz, E. 2005. "Antisépticos y desinfectantes". Dermatol. Peru, 15(2):172-174, ISSN: 1609-7203.).

Los resultados de este trabajo difieren de los valores elevados de necrosis que se informaron al desinfectar explantes de la sección foliar apical y yemas axilares de cuatro variedades de S. officinarum, con NaClO al 5 y 7 % (Araya Contreras 2006Araya Contreras, J. F. 2006. Establecimiento in vitro de cuatro variedades de caña de azúcar a partir de explantes foliares y yemas axilares. Tesis en opción al grado de Master en Ciencias, Zamorano, Honduras, pp. 1-22.). De igual forma, en la desinfección de explantes foliares de S. officinarum, variedad CP 72-2086, se obtuvo alto porcentaje de necrosis en los tejidos vegetales con concentraciones de 10 % de hipoclorito de sodio durante 25 min (Martínez Vega 2005Martínez Vega, A. E. 2005. Elaboración de un procedimiento de desinfección y establecimiento in vitro de caña de azúcar, variedad CP 72-2086 a partir de yemas axilares. Tesis en opción al grado de Master en Ciencias, Zamorano, Honduras, pp. 1-30.).

Resultados similares a los anteriores, al utilizar concentraciones altas de hipoclorito de sodio 20 y 30 % y dos tiempos de inmersión (15 y 20 min), para desinfectar conos apicales de las variedades de caña de azúcar ITV 92-1424, Laica 82-2220 y Q28-2. En este estudio se reportan buenos resultados de supervivencia y asepsia al aplicar 20 % de cloro comercial por 20 min, mientras que la dosis de 30 % de NaClO fue efectiva para controlar la contaminación, aunque ennegreció los explantes (Rangel-Estrada et al. 2016Rangel-Estrada, S. E., Hernández-Meneses, E. & Hernández-Arenas, M. 2016. "Micropropagation of sugarcane varieties grown in México". Rev. Fitotec. Mex, 39(3): 225 - 231, ISSN: 0187-7380.).

Según plantea Nikoloff (2015)Nikoloff, N. 2015. No siempre sale todo bien... En: Sharry, S. E., Adema, M. & Abedini, W. (eds), Plantas de probeta: manual para la propagación de plantas por cultivo de tejidos in vitro, Editorial de la Universidad Nacional de La Plata (EDULP), Buenos Aires, Argentina, pp. 1-102, ISBN: 978-950-34-1254-1., el oscurecimiento, la inhibición del crecimiento, la necrosis y la muerte del explante, pueden estar asociadas al estrés oxidativo derivado del uso de agentes desinfectantes. Los niveles de oxidación del explante se relacionan con el aumento en la concentración y el tiempo de exposición del explante al desinfectante (Lapiz-Culqui et al. 2021Lapiz-Culqui, Y. K., Tejada-Alvarado, J. J., Meléndez-Mori, J. B., Vilca-Valqui, N. C.,Huaman-Huaman, E. y Oliva, Manuel. 2021. "Establecimiento y multiplicación in vitro de papayas de montaña: Vasconcellea chachapoyensis y Vasconcellea x Heilbornii". Bioagro 33(2): 135-142, ISSN 1316-3361.), lo que evidencia el efecto tóxico de NaClO en los tejidos vegetales (Causil et al. 2017Causil, V. L. A., Coronado, G. J. L., Verbel, M. L. F., Vega. J. M. F., Donado, E. K. A. & Pacheco, G. C. 2017. "Cytotoxic effect of sodium hypochlorite (NaClO) in apical cells of onion roots (Allium cepa L.) ". Rev. Colomb. Cienc. Hortic. 11 (1): 97-104, Online ISSN: 2422-3719.). Se podría indicar que las diferentes respuestas de los explantes al uso del hipoclorito de sodio corresponden con el nivel de tolerancia propia de cada especie de planta.

La diferencia entre los resultados de estudios anteriores y los que se obtuvieron en la desinfección de explantes de C. purpureus vc. Cuba CT-115 se pueden relacionar con la manipulación del material vegetal, ya que es una de las fuentes más comunes de contaminación. Además, se confirma que la desinfección superficial del explante está condicionada por factores como el tipo, concentración y tiempo de exposición a los agentes desinfectantes, pero también por la procedencia del explante (Ticona y Triguero 2020Ticona, J. & Triguero. M. L. 2020. "Evaluación del comportamiento in vitro de dos variedades de papaya (Carica papaya L.) mediante embriogénesis somática en la Estación Experimental Sapecho". RIIARn, 7(1): 55-61, ISSN: 2518-6868.).

Se concluye que los indicadores estudiados para la desinfección de conos apicales de Cuba CT-115 con concentraciones de 3 y 5 % de hipoclorito de sodio no presentaron diferencias. Por tanto, se recomienda realizar la desinfección con hipoclorito de sodio al 3 %, lo que permite un ahorro de esta sustancia durante el procedimiento. Se recomienda realizar estudios con otras concentraciones de hipoclorito de sodio y diferentes tiempos de inmersión en la etapa de establecimiento in vitro de este cultivo.

Agradecimientos

 

Se agradece a los investigadores del Laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Agronomía de la Universidad Agraria de La Habana por su apoyo en la realización del presente estudio.