Regulación de los procesos bioquímicos a nivel celular en la planta
La búsqueda de mecanismos capaces de ser utilizados en el mejoramiento de las condiciones de crecimiento vegetal, teniendo como base el uso de fitohormonas, ha permitido controlar de manera específica procesos como la producción de metabolitos secundarios, el tiempo de crecimiento, la disminución de la concentración de agentes patógenos, la inducción de la maduración de frutos, el cruce de especies vegetales para el mejoramiento de los productos industriales, etc., que naturalmente son procesos difíciles de regular en un medio de cultivo convencional.
Las hormonas vegetales son moléculas sintetizadas por la planta que controlan la gran mayoría de los procesos fisiológicos y bioquímicos como lo son la división celular, el crecimiento, la diferenciación de los órganos aéreos y de las raíces. También, regulan la embriogénesis, la germinación de las semillas, la floración, la formación del fruto, la caída de las hojas y la senescencia. Además, se inducen en respuesta a la invasión por patógenos. Hasta el momento, se han descrito 11 tipos de hormonas vegetales de las cuales seis de ellas se relacionan con la autofagia: el ácido abscísico, el etileno, las giberelinas, las auxinas, las citocininas y el ácido salicílico. Así como los brasinoesteroides, los jasmonatos, las estrigolactonas, las poliaminas y el óxido nítrico entre otros.
El crecimiento y desarrollo vegetal no solo dependen de sus genes y de la acción hormonal, sino también en gran medida, del ambiente en el cual vive la planta. El ambiente externo de una planta se refiere a todo aquello que la rodea, incluyendo a otros seres vivos. En este sentido, el agua, el suelo, el aire forman parte de ese ambiente, pero también lo integran formas de energía como el calor, las radiaciones y la fuerza de gravedad. Los animales siendo por lo general móviles, pueden evitar o atenuar en alguna medida la influencia del ambiente externo; las plantas están ancladas al suelo por la raíz y no pueden comportarse como los animales. Sin embargo, las plantas tienen la habilidad para responder o ajustarse a cambios en su ambiente externo. Esta habilidad tiene mucho que ver con los procesos de crecimiento y desarrollo vegetal.
Los reguladores de crecimiento vegetal son compuestos sintetizados químicamente u obtenidos de otros organismos, son similares a las fitohormonas y cumplen un papel importante en la regulación de diferentes procesos bioquímicos a nivel celular en los organismos vegetales. Desde la biotecnología se han podido fabricar de manera sintética reguladores de crecimiento que pueden imitar el rol de las fitohormonas de manera natural. Existen distintos tipos de reguladores capaces de promover o inhibir el crecimiento vegetal. Algunos autores han sugerido la existencia de compuestos químicos capaces de controlar el crecimiento de manera específica, por lo que los reguladores se han podido clasificar en diez tipos diferentes, de acuerdo a la actividad o capacidad estimulante que cada uno pueda poseer en el crecimiento vegetal, en un órgano o procedimiento único como la fotosíntesis, maduración de frutos entre otros.
Como consecuencia, estos reguladores han permitido potencializar el proceso de cultivo en los organismos vegetales, siendo una de las principales fuentes ideales en función de lograr el objetivo que la biotecnología ha encaminado en los últimos años hacia la integración de técnicas que logren eliminar muchas de las problemáticas que se presentan en los cultivos como la presencia de fitopatógenos microbianos, entomopatógenos, cambios ambientales, cambios en el medio de cultivo, entre otros.
La idea de comprender la funcionalidad del metabolismo de los organismos vegetales, desde el control hormonal vegetal, genera en el campo científico un conocimiento básico acerca de la fisiología vegetal que se requiere para que estos puedan desarrollar de manera controlada diferentes procesos bioquímicos en función de una necesidad o incluso mejorar el tiempo que requieren para su desarrollo, manteniendo un aislamiento del organismo frente a las condiciones bióticas y abióticas que se presentan, llegando a optimizar completamente sus condiciones de crecimiento.
La semilla, el insumo básico y más importante de todo cultivo
Las semillas modernas son el resultado de un proceso cultural de selección que realiza el hombre desde que las plantas silvestres fueron domesticadas, mismo que ha sido fundamental en la historia de la humanidad. Un sistema de semillas se puede definir en términos generales como la combinación de componentes, procesos y su organización para la producción y comercialización de una o más especies de semillas. La investigación en el tema de semillas identifica dos sistemas de producción, el sistema formal que provee semillas de variedades uniformes que han sido evaluadas para su adaptación a ciertos sistemas y bajo ciertas condiciones de cultivo; la estructura de este sistema se guía por las metodologías científicas de fitomejoramiento y multiplicación controlada por especialistas; dentro de este sistema la producción comercial de semillas sólo es posible para un número limitado de cultivos.
El sistema informal o local de semillas hace referencia a la producción de semillas que realizan los agricultores con base en los recursos genéticos disponibles de sus propias cosechas, lo que da lugar al uso de variedades de cultivos locales, los que mediante procesos empíricos de mejoramiento y selección se adaptan a condiciones agro-climatológicas locales y a las necesidades de uso de los agricultores y sus familias. Muchas plantas nacen a partir de semillas que hemos sembrado en el suelo o que de manera espontánea caen de la planta madre, como sucede por ejemplo en malezas o en el monte, en general. Otras plantas nacen a partir de estacas, tubérculos, bulbos y retoños.
Cuando una planta se reproduce por semillas decimos que lo hace de manera sexual; lo cual ocurre más o menos así: dentro de un óvulo, contenido en el ovario de una flor, un gameto masculino llevado por un grano de polen, fecunda a un gameto femenino formando una célula huevo o cigoto. Este simple acontecimiento genera una multitud de cambios, entre los cuales los más importantes son: el ovario se convierte en fruto, el óvulo en semilla y el cigoto se transforma en el embrión de esa semilla. Se ha formado un nuevo individuo, pero este aún no ha nacido; todavía falta que la semilla germine; es decir, que su cobertura se rompa y por allí emerja «tímidamente» la futura raíz y luego un frágil talluelo, que será, poco tiempo después, la parte aérea de la planta. La germinación de una semilla es influenciada por diversos factores tanto externos como internos. En primer lugar, la semilla debe tomar suficiente agua o imbibición, debe haber una temperatura apropiada, un rango particular de horas de luz solar y un suministro adecuado de oxígeno. Por otra parte, el embrión debe estar vivo y maduro, la cobertura de la semilla debe estar lo suficientemente debilitada para que el embrión, al aumentar de tamaño, pueda romperla, atravesarla y salir: a crecer y desarrollarse.
Para que una planta crezca y se desarrolle, deben ocurrir algunos eventos a nivel celular. Sus células tienen que dividirse, lo que explica cómo de una sola célula –el huevo fecundado– se producen los millones de células que conforman, por lo común, el cuerpo de un organismo adulto. Pero no todas las células se dividen, ni este crecimiento tiene lugar en todo el cuerpo de la planta; más bien, la división celular está restringida a las partes jóvenes del vegetal. Asimismo, las células jóvenes deben alargarse para poder dividirse y mantener su mismo tamaño. Por otra parte, muchas células maduras, por ejemplo en el tallo y en la raíz, se alargan permanentemente y ya no se dividen más –alargamiento celular–.
Cuando decimos que un organismo se está desarrollando es porque está cambiando, no solo de tamaño sino de aspecto general. Nosotros observamos a simple vista como una planta crece y se desarrolla; pero esto ocurre porque sus células se dividen, se alargan y se diferencian. El proceso de diferenciación celular describe la gran variedad de cambios, de forma y función, que sufren las células para integrar los distintos tejidos y órganos de los que está formada la planta.
Si simplificamos al máximo lo que una planta necesita para los procesos de crecimiento y desarrollo, diríamos que agua, alimento y unas sustancias que activan esos procesos y los regulan: son las hormonas vegetales. Cada uno de estos procesos depende de las potencialidades hereditarias de la planta y de un ambiente que permita que dichos genes se expresen en el fenotipo, es decir los caracteres visibles de la planta. La herencia nos dice lo que el organismo podrá ser en tanto que el ambiente determina lo que el organismo será.
Los reguladores de crecimiento pueden ser clasificados según su estructura molecular, su actividad a nivel vegetal, sus efectos inhibitorios o estimulantes, entre otras clasificaciones
El aprovechamiento de los diferentes reguladores de crecimiento vegetal genera un impacto positivo en el campo biotecnológico
Para desarrollarse, las plantas se sirven de reguladores hormonales capaces de controlar toda la actividad metabólica en función de garantizar la homeostasis intracelular y extracelular. Cada fitohormona de acuerdo con su estructura química realiza diferentes interacciones para cumplir con sus funciones. Las principales fitohormonas utilizadas en el crecimiento vegetal son las auxinas, giberelinas y citoquininas