Caracterización histológica y bioquímica del fenómeno de oscurecimiento durante la brotación inicial in vitro de explantes nodales de bambú (Guadua amplexifolia J. Presl.)

Abstract

Guadua amplexifolia es una especie de bambú neotropical de importancia económica por las características físico-mecánicas de sus tallos. Si bien hay protocolos para el establecimiento y cultivo in vitro de varias especies de bambú, en G. amplexifolia no se ha tenido éxito, ya que los brotes comienzan a oscurecerse y mueren rápidamente. Por ello, el objetivo de este estudio fue analizar el fenómeno del oscurecimiento durante la brotación de explantes nodales de G. amplexifolia. Se emplearon metodologías para analizar la actividad enzimática de la polifenol-oxidasa (PPO), el contenido fenólico total, el pH, y el perfil fenólico y hormonal en G. amplexifolia y Guadua angustifolia var. bicolor (como control que no se oscurece). También, se realizó la caracterización del efecto del oscurecimiento en los tejidos de G. amplexifolia mediante pruebas histoquímicas con observación en microscopía de luz, y a nivel ultraestructural con microscopía electrónica de barrido. Los resultados obtenidos muestran que el oscurecimiento en G. amplexifolia es un proceso enzimático asociado con un aumento en la actividad de la PPO, que posiblemente se podría caracterizar como tirosinasa, ya que se observó la disminución tanto de monofenoles (ácido ferúlico y ácido sinápico) como difenoles (rutina) en algunos estadios con oscurecimiento. A nivel histológico se observó mayor presencia de fenoles y PPO en los haces vasculares de brotes oscurecidos de G. amplexifolia, además de presentar deterioro estructural en hojas, tallos y yemas, lo cual causa deformación y desorganización celular. En G. amplexifolia se encontró una mayor concentración de hormonas endógenas de señalización de mecanismos de defensa (giberelina A7 y ácido jasmónico), lo cual sugiere que podrían existir factores desencadenantes del oscurecimiento, como condiciones de estrés, que no se presentan en G. angustifolia var. bicolor. La polivinil pirrolidona (1 g/L y 2,5 g/L) evitó en un 100% el oscurecimiento in vitro durante las primeras semanas del cultivo. El carbón activado (1 g/L) no disminuyó el oscurecimiento durante las primeras semanas del cultivo, pero sí logró atenuarlo por un tiempo después de las transferencias. Además de los tratamientos con sustancias anti-oscurecimiento, la frecuencia de transferencia sigue siendo un factor importante para evitar el oscurecimiento en G. amplexifolia. Comprender las causas y el mecanismo del fenómeno del oscurecimiento permitirá proporcionar conocimientos importantes para poder prevenirlo y controlarlo.Guadua amplexifolia is a Neotropical bamboo species of economic importance due to the physical-mechanical characteristics of its culms. Although there are protocols for the establishment and in vitro culture of several bamboo species, less progress has been achieved in G. amplexifolia because the shoots begin to darken and die quickly. Therefore, this study aimed to analyze the darkening process during the sprouting of G. amplexifolia nodal explants. Polyphenol oxidase (PPO) enzymatic activity, total phenolic content, pH, and phenolic and hormonal profiles were analyzed in G. amplexifolia and Guadua angustifolia var. bicolor (as a non-darkening control). Furthermore, darkening was characterized in G. amplexifolia tissues by histochemical tests with observation in light microscopy, and at the ultrastructural level with scanning electron microscopy. Results obtained show that darkening in G. amplexifolia is an enzymatic process associated with an increase in PPO activity. The enzyme could be characterized as tyrosinase since a decrease in both monophenols (ferulic acid and synapic acid) and diphenols (rutin) was observed in several darkening stages. At the histological level, a greater presence of phenols and PPO was observed in the vascular bundles of darkened shoots of G. amplexifolia, in addition to presenting structural deterioration in leaves, stems and buds, causing cellular deformation and disorganization. In G. amplexifolia, a higher concentration of endogenous hormones signaling defense mechanisms (gibberellin A7 and jasmonic acid) was found, suggesting that there could be triggering factors for darkening, such as stress conditions, that are not present in G. angustifolia var. bicolor. Polyvinyl pyrrolidone (1 g/L and 2.5 g/L) prevented 100% in vitro darkening during the first weeks of culture. Activated charcoal (1 g/L) did not reduce darkening during the first few weeks of culture but did attenuate it for some time after transfer. In addition to treatments with anti-browning substances, transfer frequency remains an important factor in preventing darkening in G. amplexifolia. Understanding the causes and mechanism of the darkening phenomenon will provide important insights for its prevention and control.