Development of somatic embryogenesis for cloning and conservation of mature holm oak trees (Quercus ilex L.)

La encina (Quercus ilex L.) es una de las especies forestales mediterráneas más importantes. Constituye gran parte del estrato arbóreo de dehesas o montados, produce bellota como alimento del ganado y establece simbiosis con hongos micorrizógenos de gran valor económico. La encina está considerada como una especie recalcitrante en términos de conservación de semillas y capacidad morfogénica, lo que dificulta los programas de conservación de recursos genéticos y la mejora de la especie. La propagación vegetativa es una potente herramienta de los programas de mejora, por lo que es preciso desarrollar protocolos de regeneración somática en encina. La embriogénesis somática está considerada como la modalidad más adecuada de regeneración basada en técnicas de cultivo de tejidos vegetales utilizada en biotecnología forestal. Este trabajo se centra en el estudio de determinados aspectos de la embriogénesis somática para la regeneración clonal de encinas adultas. La memoria de esta tesis se ha dividido en capítulos que se corresponden con diferentes aspectos del sistema embriogénico. La embriogénesis somática se indujo en tegumentos maternos de óvulos en desarrollo procedentes de bellotas inmaduras de encinas adultas. A pesar de las bajas frecuencias de inducción, las líneas embriogénicas generadas se amplificaron mediante embriogénesis secundaria observándose cierta pérdida de la capacidad de diferenciación con el tiempo. Tanto el genotipo como la formulación del medio de cultivo influyeron en la respuesta embriogénica, concluyendo que la formulación de macronutrientes de Schenk y Hildebrant del medio sin reguladores de crecimiento fue la combinación más efectiva en la inducción. Los resultados sugirieron la existencia de una ventana en el desarrollo del óvulo más sensible a la inducción. El genotipo in[luyó en la capacidad proliferativa de los cultivos y en la conversión de los embriones somáticos, que se incrementó suplementando el medio con ácido indol-3-butírico y 6-benciladenina. El cultivo en medio líquido de líneas embriogénicas en condiciones de inmersión transitoria incrementó el crecimiento, dependiendo del genotipo, con respecto al cultivo en medio semisólido. Sin embargo, no mejoró la capacidad de diferenciar embriones cotiledonares aislados. Se estableció un protocolo de inicio y mantenimiento de cultivos en suspensión para varias líneas embriogénicas mediante inoculación en alta densidad de agregados embrionarios procedentes del medio semisólido. Para evitar la pérdida de vigor y la capacidad morfogénica debida al cultivo prolongado se desarrolló un protocolo de crioconservación de líneas embriogénicas mediante vitrificación. Al determinar la influencia de los agentes crioprotectores antes y después de su inmersión en nitrógeno líquido se concluyó que las respuestas de capacidad de crecimiento y de diferenciación del material embriogénico son independientes, además de estar bajo influencia del genotipo y el tipo de material crioconservado. La combinación de sacarosa y PVS2 previa a la inmersión en nitrógeno líquido proporcionó la mayor tasa de recuperación. Cuando las líneas fueron crioconservadas 30 días la capacidad de diferenciación se perdió en todas ellas. El análisis de SSR detectó variación somaclonal en el material crioconservado a corto plazo. SSR y RAPD mostraron importantes diferencias genéticas entre los árboles donantes y el material embriogénico que dependieron del genotipo. El grado de detección dependió del marcador empleado. Ambos marcadores revelaron baja inestabilidad intraclonal. Los RAPD revelaron variación genética intra-individuo en las encinas donantes. Se discuten la variación genética pre-existente en encina, su aparición durante las primeras fases de la inducción de embriogénesis, y la presencia de tejidos provenientes de la fertilización en el explanto materno. Esto hace preciso definir la identidad genética del material donante y acometer ensayos de detección precoz de variación somaclonal. ABSTRACT Holm oak (Quercus ilex L.) is one of the most important Mediterranean forest species. It conforms the tree layer of dehesas or montados, it produces acorns to feed the livestock and it establishes symbiosis with profitable mycorrhizal fungi. Holm oak is considered as recalcitrant species in terms of seed conservation and morphogenic capacities, which complicates the development of genetic conservation and improvement programs. Vegetative propagation is one of the mightiest tools for breeding programs therefore; developing protocols for clonal regeneration of holm oak is essential. Somatic embryogenesis is considered the best tissue culture-based way of plant regeneration in forest biotechnology. The present study is focused on the study of certain aspects of somatic embryogenesis for clonal regeneration of mature holm oak. This thesis manuscript is divided into several chapters that match with different aspects of the embryogenic system. Somatic embryogenesis induction was achieved on maternal teguments of developing ovules from immature acorns of adult holm oak trees. Despite the low induction frequencies, the generated embryogenic lines were amplified by secondary embryogenesis. A decline in the differentiation capacity over time was also observed. It was concluded that both genotype and culture media formulation influenced the embryogenic response, being the Schenk and Hildebrandt´s macronutrients formulation from culture medium and the lack of plant growth regulators the most effective combination for the induction of the embryogenic response. It has been suggested the existence of a developmental window in which ovules are prone to induction. Genotype influenced the proliferation capacity and the plant conversion of somatic embryos, which was also favoured by the presence of indol-3-butyric acid and 6-bencyladenine. The use of temporary immersion systems as proliferation in liquid culture of the embryogenic lines increased the growth depending on genotype, when compared to semisolid cultures. However, it did not improve the differentiation of single cotyledonary embryos. A protocol for the initiation and maintenance of embryogenic suspension cultures was established for several embryogenic lines with highly dense inoculi of embryogenic clusters from proliferating semisolid cultures. In order to avoid the loss of vigour and morphogenic ability of embryogenic lines due to prolonged cultures, a cryopreservation protocol for embryogenic lines of holm oak has been developed. During the determination of the influence of cryoprotective agents on the growth and differentiation capacities before and after liquid nitrogen immersion, it was concluded that both responses were independent from each other and also under the influence of genotype and the type of cryopreserved material. The combination of sucrose and PVS2 prior liquid nitrogen immersion provided higher recovery rates. When the same embryogenic lines were cryopreserved for 30 days, none was able to differentiate. The SSRs analysis of the short-term cryopreserved material detected somaclonal variation. Both SSR and RAPD markers showed high sensitivity to detect genetic differences between the donor trees and the generated embryogenic material. Nevertheless, the degree of instability detection depended on the marker. The SSR analysis indicated a relationship between genotype, the studied loci and the located polymorphisms. Also, both markers revealed low intraclonal genetic variation. The RAPD detected genetic variation within the donor trees. The presence of pre-existent genetic variation within mature trees, in addition to its occurrence during the early stages of the embryogenic induction, and the presence of tissues of fertilisation origin within the maternal explants are all discussed. Nonetheless, the determination of the genetic identity of donor material is required, in addition to early detection methods of somaclonal variation.

Development of somatic embryogenesis for cloning and conservation of mature holm oak trees (Quercus ilex L.)

La encina (Quercus ilex L.) es una de las especies forestales mediterráneas más importantes. Constituye gran parte del estrato arbóreo de dehesas o montados, produce bellota como alimento del ganado y establece simbiosis con hongos micorrizógenos de gran valor económico. La encina está considerada como una especie recalcitrante en términos de conservación de semillas y capacidad morfogénica, lo que dificulta los programas de conservación de recursos genéticos y la mejora de la especie. La propagación vegetativa es una potente herramienta de los programas de mejora, por lo que es preciso desarrollar protocolos de regeneración somática en encina. La embriogénesis somática está considerada como la modalidad más adecuada de regeneración basada en técnicas de cultivo de tejidos vegetales utilizada en biotecnología forestal. Este trabajo se centra en el estudio de determinados aspectos de la embriogénesis somática para la regeneración clonal de encinas adultas. La memoria de esta tesis se ha dividido en capítulos que se corresponden con diferentes aspectos del sistema embriogénico. La embriogénesis somática se indujo en tegumentos maternos de óvulos en desarrollo procedentes de bellotas inmaduras de encinas adultas. A pesar de las bajas frecuencias de inducción, las líneas embriogénicas generadas se amplificaron mediante embriogénesis secundaria observándose cierta pérdida de la capacidad de diferenciación con el tiempo. Tanto el genotipo como la formulación del medio de cultivo influyeron en la respuesta embriogénica, concluyendo que la formulación de macronutrientes de Schenk y Hildebrant del medio sin reguladores de crecimiento fue la combinación más efectiva en la inducción. Los resultados sugirieron la existencia de una ventana en el desarrollo del óvulo más sensible a la inducción. El genotipo in[luyó en la capacidad proliferativa de los cultivos y en la conversión de los embriones somáticos, que se incrementó suplementando el medio con ácido indol-3-butírico y 6-benciladenina. El cultivo en medio líquido de líneas embriogénicas en condiciones de inmersión transitoria incrementó el crecimiento, dependiendo del genotipo, con respecto al cultivo en medio semisólido. Sin embargo, no mejoró la capacidad de diferenciar embriones cotiledonares aislados. Se estableció un protocolo de inicio y mantenimiento de cultivos en suspensión para varias líneas embriogénicas mediante inoculación en alta densidad de agregados embrionarios procedentes del medio semisólido. Para evitar la pérdida de vigor y la capacidad morfogénica debida al cultivo prolongado se desarrolló un protocolo de crioconservación de líneas embriogénicas mediante vitrificación. Al determinar la influencia de los agentes crioprotectores antes y después de su inmersión en nitrógeno líquido se concluyó que las respuestas de capacidad de crecimiento y de diferenciación del material embriogénico son independientes, además de estar bajo influencia del genotipo y el tipo de material crioconservado. La combinación de sacarosa y PVS2 previa a la inmersión en nitrógeno líquido proporcionó la mayor tasa de recuperación. Cuando las líneas fueron crioconservadas 30 días la capacidad de diferenciación se perdió en todas ellas. El análisis de SSR detectó variación somaclonal en el material crioconservado a corto plazo. SSR y RAPD mostraron importantes diferencias genéticas entre los árboles donantes y el material embriogénico que dependieron del genotipo. El grado de detección dependió del marcador empleado. Ambos marcadores revelaron baja inestabilidad intraclonal. Los RAPD revelaron variación genética intra-individuo en las encinas donantes. Se discuten la variación genética pre-existente en encina, su aparición durante las primeras fases de la inducción de embriogénesis, y la presencia de tejidos provenientes de la fertilización en el explanto materno. Esto hace preciso definir la identidad genética del material donante y acometer ensayos de detección precoz de variación somaclonal. ABSTRACT Holm oak (Quercus ilex L.) is one of the most important Mediterranean forest species. It conforms the tree layer of dehesas or montados, it produces acorns to feed the livestock and it establishes symbiosis with profitable mycorrhizal fungi. Holm oak is considered as recalcitrant species in terms of seed conservation and morphogenic capacities, which complicates the development of genetic conservation and improvement programs. Vegetative propagation is one of the mightiest tools for breeding programs therefore; developing protocols for clonal regeneration of holm oak is essential. Somatic embryogenesis is considered the best tissue culture-based way of plant regeneration in forest biotechnology. The present study is focused on the study of certain aspects of somatic embryogenesis for clonal regeneration of mature holm oak. This thesis manuscript is divided into several chapters that match with different aspects of the embryogenic system. Somatic embryogenesis induction was achieved on maternal teguments of developing ovules from immature acorns of adult holm oak trees. Despite the low induction frequencies, the generated embryogenic lines were amplified by secondary embryogenesis. A decline in the differentiation capacity over time was also observed. It was concluded that both genotype and culture media formulation influenced the embryogenic response, being the Schenk and Hildebrandt´s macronutrients formulation from culture medium and the lack of plant growth regulators the most effective combination for the induction of the embryogenic response. It has been suggested the existence of a developmental window in which ovules are prone to induction. Genotype influenced the proliferation capacity and the plant conversion of somatic embryos, which was also favoured by the presence of indol-3-butyric acid and 6-bencyladenine. The use of temporary immersion systems as proliferation in liquid culture of the embryogenic lines increased the growth depending on genotype, when compared to semisolid cultures. However, it did not improve the differentiation of single cotyledonary embryos. A protocol for the initiation and maintenance of embryogenic suspension cultures was established for several embryogenic lines with highly dense inoculi of embryogenic clusters from proliferating semisolid cultures. In order to avoid the loss of vigour and morphogenic ability of embryogenic lines due to prolonged cultures, a cryopreservation protocol for embryogenic lines of holm oak has been developed. During the determination of the influence of cryoprotective agents on the growth and differentiation capacities before and after liquid nitrogen immersion, it was concluded that both responses were independent from each other and also under the influence of genotype and the type of cryopreserved material. The combination of sucrose and PVS2 prior liquid nitrogen immersion provided higher recovery rates. When the same embryogenic lines were cryopreserved for 30 days, none was able to differentiate. The SSRs analysis of the short-term cryopreserved material detected somaclonal variation. Both SSR and RAPD markers showed high sensitivity to detect genetic differences between the donor trees and the generated embryogenic material. Nevertheless, the degree of instability detection depended on the marker. The SSR analysis indicated a relationship between genotype, the studied loci and the located polymorphisms. Also, both markers revealed low intraclonal genetic variation. The RAPD detected genetic variation within the donor trees. The presence of pre-existent genetic variation within mature trees, in addition to its occurrence during the early stages of the embryogenic induction, and the presence of tissues of fertilisation origin within the maternal explants are all discussed. Nonetheless, the determination of the genetic identity of donor material is required, in addition to early detection methods of somaclonal variation.

Conservación de plantas regeneradas in vitro y análisis de la variación somaclonal de Cinchona officinalis, Linneo

Cinchona officinalis (Rubiaceae), especie endémica del Valle de Loja, ubicado en la región sur del Ecuador, es un recurso forestal de importancia medicinal y ecológica, además la especie ha sido catalogada como planta nacional y es un ícono de la región sur por su aporte a la farmacopea mundial. Esta especie, entre los siglos XVII-XIX sufrió una gran presión en sus poblaciones debido a la extracción masiva de la corteza para la cura del paludismo. Aunque la actividad extractiva generó grandes ingresos a la Corona Española y a la región Sur del Ecuador, ésta fue poco o nada sustentable ecológicamente, provocando la desaparición de la especie en muchos sitios de la provincia, pues, en su momento, no se consideraron alternativas de recuperación de las poblaciones naturales. Actualmente la extracción y consumo de la corteza en la zona de origen es baja o nula, sin embargo esta zona enfrenta nuevas amenazas. La deforestación a causa de proyectos de desarrollo en infraestructuras, la práctica de actividades agrícolas y de ganadería, y los efectos del cambio climático han ocasionado, en estos últimos años, la fragmentación de los ecosistemas. La mayoría de los bosques del sur del Ecuador se han convertido en parches aislados (los bosques en los que se distribuye C. officinalis no son la excepción) siendo esta la principal causa para que la especie se encuentre en estado de amenaza. Los individuos de la especie tienen una alta capacidad de rebrote y producen semillas durante todo el año; sin embargo la capacidad germinativa y la tasa de sobrevivencia son bajas, además de estas dificultades la especie requiere de la asociación con otras especies vegetales para su desarrollo, lo cual ha limitado su distribución en pequeños parches aislados. Con esta problemática, la recuperación natural de las poblaciones es una necesidad evidente. Varios trabajos y esfuerzos previos se han realizado a nivel local: i. Identificación de la distribución actual y potencial; ii. Determinación de la fenología y fructificación iii. Programas de educación ambiental, iv. Análisis moleculares para determinar la diversidad genética. v. Ensayos de propagación vegetativa; y otras acciones de tipo cultural. No obstante, el estado de conservación y manejo de las poblaciones naturales no ha mejorado significativamente, siendo necesaria la aplicación de estrategias integradas de conservación in situ y ex situ, que permitan la recuperación y permanencia de las poblaciones naturales a largo plazo. El presente trabajo tiene como fin dar alternativas para el cultivo de tejidos in vitro de Cinchona officinalis centrados en la propagación masiva a partir de semillas, análisis de la fidelidad genética y alternativas de conservación de tejidos. Los objetivos específicos que se plantean son: i. Analizar el proceso de germinación y proliferación in vitro. ii. Evaluar la estabilidad genética en explantes cultivados in vitro, mediante marcadores ISSR. iii. Establecer protocolos de conservación in vitro mediante limitación del crecimiento y criopreservación de segmentos nodales y yemas. Los resultados más significativos de esta investigación fueron: i. El desarrollo de protocolos eficientes para mejorar los porcentajes de germinación y la proliferación de brotes en explantos cultivados in vitro. Para evaluar el efecto de los fenoles sobre la germinación, se determinó el contenido total de fenoles y el porcentaje de germinación en semillas de C. officinalis comparados con una especie de control, C. pubescens. Para inducir a proliferación, se utilizaron segmentos nodales de plántulas germinadas in vitro en medio Gamborg (1968) suplementado con diferentes combinaciones de reguladores de crecimiento (auxinas y citoquininas). Los resultados obtenidos sugieren que el contenido de compuestos fenólicos es alto en las semillas de C. officinalis en comparación con las semillas de C. pubescens. Estos fenoles pueden eliminarse con peróxido de hidrógeno o con lavados de agua para estimular la germinación. La formación de nuevos brotes y callos en la mayoría de las combinaciones de reguladores de crecimiento se observó en un período de 45 días. El mayor porcentaje de proliferación de brotes, formación de callos y presencia de brotes adventicios se obtuvo en medio Gamborg (B5) suplementado con 5.0 mg/l 6-bencil-aminopurina y 3.0 mg/l de ácido indol-3-butírico. ii. La evaluación de la fidelidad genética de los explantes obtenidos con distintas combinaciones de reguladores de crecimiento vegetal y diversos subcultivos. Se realizó el seguimiento a los explantes obtenidos de la fase anterior, determinando el índice de multiplicación y analizando la fidelidad genética de los tejidos obtenidos por las dos vías regenerativas: brotación directa y regeneración de brotes a partir de callos. Este análisis se realizó por amplificación mediante PCR de las secuencias ubicadas entre microsatélites-ISSR (Inter simple sequence repeat). El medio Gamborg (B5) con 3.0 mg/l de AIB y 5.0 mg/l de BAP usado como medio de inducción en la primera etapa de cultivo generó el mayor índice de proliferación (11.5). Un total de 13 marcadores ISSR fueron analizados, 6 de éstos fueron polimórficos. El mayor porcentaje de variación somaclonal fue inducido en presencia de 1.0 mg/l 2,4-D combinado con 0.2 mg/l Kin con un 1.8% en el segundo sub-cultivo de regeneración, la cual incrementó a 3.6% en el tercer sub-cultivo. Todas las combinaciones con presencia de 2,4-D produjeron la formación de callos y presentaron variación genética. Por su parte la fidelidad genética se mantuvo en los sistemas de propagación directa a través de la formación de brotes a partir de meristemos preformados. iii. El establecimiento de protocolos de conservación in vitro y crioconservación de segmentos nodales y yemas. Para la conservación limitando el crecimiento, se cultivaron segmentos nodales en los medios MS y B5 en tres concentraciones de sus componentes (25, 50 y 100%); y en medio B5 más agentes osmóticos como el manitol, sorbitol y sacarosa en diferentes concentraciones (2, 4 y 8%); los cultivos se mantuvieron por 12 meses sin subcultivos. Para el establecimiento de protocolos para la crioconservación (paralización del metabolismo) se usaron yemas axilares y apicales a las cuales se les aplicaron los métodos de encapsulación-deshidratación y vitrificación. La efectividad de los protocolos usados se determinó en función de la sobrevivencia, reducción del crecimiento y regeneración. Los resultados obtenidos en este apartado reflejan que un crecimiento limitado puede mantener tejidos durante 12 meses de almacenamiento, usando medio B5 más manitol entre 2 y 8%. En los protocolos de crioconservación, se obtuvo el mayor porcentaje de recuperación tras la congelación en NL en el tratamiento control seguido por el método crioprotector de encapsulación-deshidratación. Este trabajo brinda alternativas para la propagación de C. officinalis bajo condiciones in vitro, partiendo de material vegetal con alta diversidad genética. El material propagado puede ser fuente de germoplasma para la recuperación y reforzamiento de las poblaciones naturales así como una alternativa de producción para las comunidades locales debido a la demanda actual de corteza de la zona de origen para la elaboración de agua tónica. ABSTRACT Cinchona officinalis (Rubiaceae) is endemic to the Loja Valley, located in the southern area of Ecuador. The importance of this plant as medical and ecological resource is so great that it has been designated as the national flower and is an icon of the southern region for its contribution to the world pharmacopoeia. Between XVII-XIX centuries its population suffered great reduction due to massive harvesting of the bark to cure malaria. Although extraction activity generated large revenues to the Spanish Crown and the southern region of Ecuador, this was not ecologically sustainable, causing the disappearance of the species in many areas of the province, because during that time alternatives to prevent extinction and recover natural populations were not taken in account. Currently the extraction and consumption of bark in the area of origin is almost absent, but this species faces new threats. Deforestation due to infrastructure development, the practice of farming and ranching, and the effects of climate change had led to the fragmentation of ecosystems during the recent years. Most of the forests of southern Ecuador have become isolated patches, including those where C. officinalis is diffused. The lack of suitable habitat is today the main threat for the species. The species has a high capacity for regeneration and produces seeds throughout the year, but the germination rate is low and the growth is slow. In addition, the species requires the association with other plant species to develop. All these factors had limited its distribution to small isolated patches. The natural recovery of populations is essential to face this problem. Several studies and previous efforts had been made at local level: i. Identification of current and potential distribution; ii. Phenology determination. iii. Environmental education programs, iv. Molecular analisis to determine the genetic diversity. v. Testing of vegetative propagation; and other actions of cultural nature. Despite these efforts, the state of conservation and management of natural populations has not improved significantly. Implementation of integrated in situ and ex situ conservation strategies for the recovery and permanence of long-term natural populations is still needed. This work aims to provide alternatives for in vitro culture of tissue of Cinchona officinalis focused on mass propagation from seeds, genetic fidelity analysis and tissue conservation alternatives. The specific aims are: i. Analyze the process of germination and proliferation in vitro. ii. To evaluate the genetic stability of the explants cultured in vitro by ISSR markers. iii. Establish protocols for in vitro conservation by limiting growth and cryopreservation of nodal segments and buds. The most significant results of this research were: i. The development of efficient protocols to improve germination rates and proliferation of buds in explants cultured in vitro. To study the effect of phenols on germination, the total phenolic content and percentage germination was measured in C. officinalis and in a control species, C. pubescens, for comparison. The content of phenolic compounds in C. officinalis seeds is higher than in C. pubescens. These phenols can be removed with hydrogen peroxide or water washes to stimulate germination. To analyze the regeneration, we used nodal explants from seedlings germinated in vitro on Gamborg medium (1968) supplemented with different combinations of growth regulators (auxins and cytokinins) to induce proliferation. The formation of new shoots and calluses was observed within a period of 45 days in most combinations of growth regulators. The highest percentage of shoot proliferation, callus formation and adventitious buds were obtained in B5 medium supplemented with 5.0 mg/l 6-benzyl-aminopurine and 3.0 mg/l indole-3-butyric acid. ii. Evaluating genetic fidelity explants obtained with various combinations of plant growth regulators and different subcultures. The genetic fidelity was analyzed in tissues obtained by the two regenerative pathways: direct sprouting and shoot regeneration from callus. This analysis was performed by PCR amplification of the sequences located between microsatellite-ISSR (Inter Simple Sequence Repeat). Among a total of 13 ISSR markers analyzed, 6 were polymorphic. The highest percentage of somaclonal variation was induced in the presence of 1.0 mg/l 2,4-D combined with 0.2 mg/l Kin with 1.8% in the second round of regeneration, and increased to 3.6% in the third round. The presence of 2,4-D induced genetic variation in all the combinations of growth regulators. Meanwhile genetic fidelity remained systems propagation through direct shoot formation from meristems preformed. iii. Establishing conservation protocols in vitro and cryoconservation of nodal segments and buds. For medium-term conservation (limited growth) nodal segments were cultured in MS and B5 media at three concentrations (25, 50 and 100%); we tested B5 medium with different concentrations of osmotic agents such as mannitol, sorbitol and sucrose (2, 4 and 8%); cultures were maintained for 12 months with regular subculturing. To establish protocols for cryoconservation (cessation of metabolism) different methods of encapsulation-dehydration and vitrification were applied to axillary and apical buds. The effectiveness of the used protocols is determined based on the survival, growth and regeneration success. The results show that these tissues can be maintained in storage for 12 months, using B5 medium plus mannitol between 2 and 8%. The cryoconservation protocol with highest percentage of recovery was obtained by contral treatment, followed by freezing in NL with encapsulation-dehydration method. This work provides alternatives for the propagation in vitro of C. officinalis, starting from plant material with high genetic diversity. The obtained material represents a source of germplasm to support the recovery and strengthening of natural populations as well as a creation of alternative sources for local communities due to the current demand of bark for the preparation of tonic water.

Determinación de carbohidratos totales en bebidas analcohólicas consumidas por adolescentes en la ciudad de Cuenca y Nabón

Este trabajo presenta la determinación del contenido de carbohidratos totales en treinta bebidas analcohólicas altamente consumidas por adolescentes escolarizados de la ciudad de Cuenca y Nabón, por medio de la cual se identificaron las bebidas analcohólicas con el más alto contenido calórico que se consumen localmente y se realizó una comparación con lo declarado en sus respectivas etiquetas. Esta cuantificación se realizó mediante el método de Dubois, aplicado sin clarificación previa y utilizando la curva de calibración de sacarosa como patrón. Debido a la alta concentración de carbohidratos en las bebidas se realizaron diluciones sucesivas de cada muestra, para posteriormente aplicar el método de Dubois: a 1 mLde muestra diluida se añadió 500 µL de fenol y 2,5 mL de ácido sulfúrico concentrado; luego de una incubación en baño de hielo por 30 minutos, se realizó la medición de absorbancias en el espectrofotómetro a una longitud de onda de 490 nm. Tras los cálculos utilizando la curva de calibración, los resultados se expresaron en mg/L y en mg de carbohidratos totales por porción de bebida analcohólica (240 mL). De los resultados obtenidos se identificó al jugo FACUNDO NÉCTAR DE GUAYABA, la COLADA DE AVENA Y DE MAICENA, y el PULP NÉCTAR DE MANGO como aquellas con la concentración más elevada de carbohidratos totales. También se descartó la existencia de una relación entre la concentración de azúcar y el costo de la bebida (r=0,21; R2=0,012).Finalmente no se encontró una diferencia significativa entre los resultados obtenidos y los indicados en las etiquetas (t-test, P=0,19). El método utilizado en el análisis presenta varias ventajas como es la rapidez, sensibilidad a bajas concentraciones de azúcar, los reactivos son baratos y estables, entre otras. Además que las interferencias que presenta pueden ser evitadas sin ningún problema.

Producción de microtubérculos de papa (Solanum tuberosum L.), cultivar Burren en biorreactores económicos de inmersión temporal

El estudio de microtuberización del cultivar de papa Burren se realizó en el Laboratorio de Cultivo de Tejidos de la Universidad Nacional Agraria entre los meses de junio a diciembre del 2015. Se estudiaron las fases de multiplicación y formación de microtubérculos en Biorreactores Económicos de Inmersión Temporal (BEIT). En la fase de multiplicación se evaluó la formación de plantas completas cuando se sembraron 70 microesquejes en cinco variantes de medios de cultivo. Se empleó un diseño de Bloques Completos al Azar con arreglo unifactorial con réplicas conformadas por 2 BEIT, y para definir las diferencias estadísticas entre las medias (ANDEVA) de los tratamientos se realizó la prueba de rangos múltiples de Duncan-Waller ( = 0.05). En la formación de plantas se evaluaron la longitud de plantas, número de hojas y número de brotes que se les realizó la prueba de medias de diferencia mínima significativa con α = 0.05, se calculó el porcentaje de supervivencia. Como resultado se obtuvo en las variantes de medios de cultivo que contenían 0.20 mg l-1 de GA3 con 0.50 mg l-1 de BAP y 0.10 mg l-1 de GA3 con 1 mg l-1 de BAP, se obtuvieron medias respectivas en número de entrenudos de 6.32-5.7 y en número de hojas por planta de 7.37-6.93. Adiciones de sacarosa de 80 g l-1 y 110 g l-1 favorecieron la formación de microtubérculos de peso fresco con medias entre 0.69-0.75 gramos. La adición de sacarosa entre 80 g l-1 y 120 g l-1 no se registró diferencias estadísticas significativas entre las medias de las variables diámetro y longitud de microtubérculos. Con microtubérculos con diámetro mayor a los 10 mm se obtuvieron medias en longitud de planta, número de hojas y número de brotes de 21, 16.35 y 5.65 cm respectivamente y con diámetros entre 8-10 mm las medias respectivas fueron de 16.37, 11.35 y 5.35 cm.

Microtuberización del cultivar de papa (Solanum tuberosum L.) Banba en biorreactores económicos de inmersión temporal

El trabajo se realizó en el laboratorio de cultivo de tejidos de la Universidad Nacional Agraria (UNA) de mayo a septiembre de 2015. El mismo pretende sentar las bases de la producción de semilla básica con un método innovador, al producir microtubérculos de papa del cultivar Banba en BEITs y determinar la mejor variante de medio de cultivo en la fase de multiplicación y microtuberización. Se buscaron las características morfológicas deseadas, mediante el efecto de cinco variantes de medios de cultivos (0.10 y 0.20 mg l -1 de GA3 con 0.5 y 1 mg l -1 de bencilaminopurina (BAP)). Posteriormente se utilizaron cinco variantes de medios con BAP para la etapa de microtuberización en BEIT con 3000 ml de medio de cultivo en condiciones de crecimiento de 20 ± 3 °C, 16 horas luz y 8 de oscuridad con intensidad de luz de 2000 lux. El ensayo se estableció en BCA unifactorial con tres repeticiones. Para determinar las diferencias estadísticas entre las medias de los tratamientos se realizó la prueba de medias de diferencia mínima significativa (LSD) de Fisher con (α = 0.05). En los medios de multiplicación para las características altura de planta y número de brotes axilares, presentó mejor desempeño el medio con 0.10 mg l -1 de GA3 y 0.50 de BAP. Para el número de entrenudos no hubo diferencias significativas y para el número de hojas la mejor respuesta se obtuvo con 0.10 mg l -1 de GA3 y 0.50 g l -1 de BAP. En microtuberización se obtuvieron buenos resultados en microtubérculos por planta, diámetro y longitud en el medio de cultivo con 1 mg l -1 de BAP y 11% de sacarosa, así como microtubérculos esféricos superiores a los 0,6 g de peso en 36%.

Evaluación y producción masiva de hongos entomopatógenos para el manejo del psilido de la papa (Bactericera cockerelli Sulc) en cultivos de tomate (Solanum lycopersicum L.)y chile (Capsicum annuum L.) en invernadero

En la búsqueda de nuevas estrategias para el manejo de la Paratrioza, Bactericera cockerelli, se ha incluido recientemente el uso de hongos entomopatógenos, principalmente debido a su modo de acción. En este trabajo se evaluaron cuatro cepas de hongos entomopatógenos, dos pertencientes a Beauveria bassiana (BB09 y BB42) y dos a Metarhizium anisopliae (MA25 y MA28). Para las cuatro cepas se valoraron cuatro medios de cultivo (Agar Agua, Papa Dextrosa Agar, Papa Dextrosa Agar + 5% Levadura y Papa Dextrosa Agar + 5% Sacarosa) y tres temperaturas diferentes (20, 25 y 30°C); de igual manera, las cuatro cepas se sujetaron a prueba en tres diferentes medios de producción masiva (arroz, bagazo de caña y bagazo de uva). Para estas tres pruebas se evaluó crecimiento de micelio, viabilidad y esporulación. De manera conjunta se observó la adhesión de conidias de cada una de las cepas a ninfas de B. cockerelli bajo condiciones de laboratorio. Para concluir las evaluaciones, se realizaron dos experimentos en invernaderos para valorar las mortalidades generadas en dos cultivos diferentes (chile y tomate) a dos diferentes concentraciones (1x107conidias por mL y 1x108conidias por mL). De las evaluaciones se concluyó que para éstas cepas el medio de cultivo más adecuado es aquél enriquecido con levadura y que dichas cepas se desarrollan mejor a 25°C, a excepción de las cepas de B. bassiana, las cuales generan mayor cantidad de esporas a 30°C; en cuanto a la reproducción masiva, la búsqueda de sustratos alternativos debe continuar, ya que el bagazo de uva y el de caña no fueron capaces de dar las condiciones adecuadas para generar la misma cantidad de esporas que en el medio usual, el arroz. Finalmente, utilizar hongos entomopatógenos para el manejo de B. cockerelli bajo condiciones de invernadero promete ser una estrategia confiable, ya que dependiendo de la concentración y la cepa utilizada, pueden lograrse niveles de control que van desde un 50 a un 82%.

Asociación entre nutrientes y hemoglobina glicosilada en diabéticos tipo 2

Introducción: la hiperglicemia es la característica principal de la diabetes (DM). La restricción de CHO en la dieta presenta el mayor efecto en la disminución de los niveles de glucosa en sangre tanto en DM 1 y 2. Objetivo: asociar la ingesta de macro y micronutrientes con el control metabólico de pacientes con diabetes tipo 2. Material y métodos: se entrevistó a 714 pacientes diabéticos tipo 2 de ambos sexos, entre 27 y 90 años, en centros de salud familiar de Santiago de Chile. Se les aplicó una encuesta alimentaria y una evaluación antropométrica. Se realizó prueba de regresión logística, se estimó además el valor del Odds Ratio (OR) y su correspondiente intervalo de confianza (IC). Resultados: el IMC promedio fue de 30,8 ± 5,7 kg/m², el 29,8% de los sujetos tenía una HbA1c compensada. Se puede observar que solo la ingesta elevada de carbohidratos (percentil 75) se asoció con un incremento en el riesgo de tener HbA1c elevada OR = 2,7 (IC 95% 1,5-4,8; p < 0,001). Conclusiones: la ingesta elevada de carbohidratos de rápida absorción, altos en sacarosa y bajos en fibra se asocia como factor de riesgo en el incremento de HbA1c. La ingesta total de energía y el patrón de alimentación saludable se debe priorizar sobre la distribución de macronutrientes. Es importante la asesoría de un experto en nutrición especializado en diabetes quien, en colaboración con el equipo médico, debe determinar el tratamiento para cumplir con los objetivos individuales del paciente.

Elaboración de confitería a base de chocolate con edulcorantes no calóricos

En este trabajo de titulación se detallan los aspectos más relevantes relacionados a la investigación, formulación y elaboración de uno de los placeres más agradables en la vida cotidiana de cualquier persona como lo es el chocolate. Cada uno de los chocolates realizados tiene como particularidad el estar endulzado con edulcorantes no calóricos como: stevia, sucralosa y jarabe de yacón, disminuyendo así el contenido de calorías presentes en los mismos. Entre los tres chocolates elaborados, la mejor formulación fue seleccionada mediante una prueba de cata resultando ganador el chocolate endulzado con jarabe de yacón, debido a que posee las mejores características sensoriales resaltando principalmente el dulzor y el sabor. Para comprobar que la mejor formulación cumple con los estándares de calidad de las normas INEN de chocolates se realizó un análisis físico-químico y se corroboraron estos resultados con un laboratorio certificado por parte del Servicio de Acreditación Ecuatoriano (SAE). Los resultados obtenidos determinaron que el porcentaje de grasa es menor a los chocolates existentes en el mercado. Además se realizaron pruebas de dureza para analizar las propiedades de textura presentes en el chocolate. Destacando que el chocolate endulzado con jarabe de yacón puede ser consumido por personas diabéticas y no diabéticas, al no tener en su formulación sacarosa como endulzante principal.

Caracterización del mucilago de cacao CCN 51 mediante espectrofotometría UV-visible y absorción atómica” caso: Ecuador-zona 6

Más de 12000 m3 de mucilago de cacao CCN-51 son producidos y abandonados en las fincas de cacao en el Ecuador cada año. El estudio tiene como objetivo caracterizar este residuo en la Zona 6. Las muestras se obtuvieron de 10 lugares dentro de la zona de estudio, las mismas que están geo referenciadas. Para el análisis se usó espectrofotometría UV-Visible para la identificación de azucares reductoras totales, y espectrofotometría de absorción atómica para identificar minerales. Además se determinó parámetros físicos. Los resultados de los análisis fueron los siguientes: pH 4.05±0.004, los sólidos solubles fue de 17.15±0.86 0Brix, la acidez Titulable fue 245.25±21.19 meq/L. Por otra parte las azucares reductoras totales fueron de 1228.82±178.52 g/L y los de calcio, sodio y potasio fueron de 169.21±31.04 mg/L, 161.85±40.41 mg/L, 462.9±49.96 mg/L respectivamente. Se analizó una muestra mediante espectroscopia de infrarrojo para identificar glucosa y sacarosa, los resultados de este análisis fueron 398 g/L, 800g/l, posteriormente se realizó un análisis t student con el resultado obtenido en espectrofotometría UV-Visible de las azucares reductoras totales, como resultado final se estableció que no existe diferencia significativa entre las dos técnicas instrumentales.