Revista Facultad Nacional de Agronomía Medellín

PLANT TRANSFORMATION MEDIATED BY AGROBACTERIUM: "APPLIED NATURAL GENETIC ENGINEERING"

Agrobacterium tumefaciens tiene la capacidad de transferir ADN entre reinos diferentes. El impacto de este hallazgo ha tenido grandes aplicaciones en diversos campos de la biología vegetal, agricultura y biotecnología. En este artículo se describen los procesos por los cuales Agrobacterium realiza la transferencia de ADN a la planta, puntualizando en 7 eventos fundamentales para la interacción A. tumefaciens-planta y esta dirigido a profesionales de las áreas biológicas que estén interesados en actualizarse en el tema. El conocimiento básico sobre el mecanismo de transferencia del ADN ha permitido el desarrollo de vectores para la introducción de genes foráneos, dentro de los cuales se describen los 2 tipos de vectores utilizados en la actualidad: co-integrados y binarios. Así mismo se detallan algunos factores importantes que median la transformación y algunas de las principales aplicaciones de la transformación de plantas y hongos mediada por Agrobacterium.

Agrobacterium tumefaciens has the ability to transfer DNA between different kingdoms. This finding has had a great impact in several fields of plant biology, agriculture and biotechnology. This review describe the mechanisms by which Agrobacterium transfer DNA to the plant, emphasizing 7 fundamental steps in the A. tumefaciens-plant interaction, to provide an opportunity for professionals in the biological sciences to familiarize themselves with the topic. Basic knowledge about the DNA transfer mechanism has allowed the development of various vectors for the introduction of foreign genes, among which two classes that are currently used are described: co-integrative and binary vectors. Furthermore, detail some important factors that mediate transformation and some of the principal applications of the transformation of plants and fungi by means of Agrobacterium.

BEHAVIOR AND IMPACT OF THE MOKO DISEASE IN THE URABÁ REGION ( COLOMBIA ), DURING THE PAST 35 YEARS AND PROPOSAL OF AN RISK INDEX FOR THE DISEASE

Aunque la enfermedad de moko se ha monitoreado según el número de fincas afectadas, se demuestra que no es recomendable el uso de este indicador para el manejo de la enfermedad, porque no refleja el estado real ni el riesgo que representa según la distribución. Un indicador más preciso esta basado en el número de focos. El promedio histórico en porcentaje de la enfermedad según este indicador es del 0,06 %, para la zona de Urabá lo que equivale a una destrucción promedio anual de 589,8 focos. En área, el promedio de destrucción por año fue de 16,5 ha para un total de 611 ha en 33 años de registro, evidencia directa de la capacidad destructiva y del impacto económico que tiene la enfermedad. Por lo tanto se propone un índice de riesgo para la enfermedad estimado con base en el producto de las relaciones entre el área infectada / área total y entre los lotes infectados / lotes totales, el cual puede fácilmente ser implementado en cualquier finca del sector bananero o platanero.

Although, moko disease has been monitored based upon the number of the farms affected, it is shown that this is not a recommended indicator for disease management, because it does not reflect the real condition and the risk it represents according to its distribution. A more precise indicator is based on the number of foci. The historic mean percentage for the moko disease according to this indicator is 0,06 % for the Urabá region, which equates to an annual average destruction of 589,8 foci. In area, the mean annual destruction was 16,5 ha for a total of 611 ha registered in 33 years, representing direct evidence of the destructive capacity and of the economic impact of the disease. Therefore, a risk index is proposed for the disease, estimated on the product of the relationships between the infected area / the total area, and between the infected lots / total lots, which can easily be implemented at any farm in the banana or plantain sector.

In vitro EVALUATION OF THE BACTERICIDAL EFFECT OF NATIVE STOCKS OF Lactobacillus sp. AGAINST Salmonela sp. AND Echerichia coli

En esta investigación se trabajó con dos cepas nativas de Lactobacillus plantarum y Lactobacillus brevis, aisladas de productos fermentados; estas crecen en medios de cultivo y producen un extracto complejo de ácidos orgánicos y péptidos con actividad bactericida. Los extractos de estas cepas mostraron capacidad bactericida frente a Salmonella sp. y Escherichia coli. Los ensayos para determinar su acción se realizaron con el extracto crudo y centrifugado provenientes de cada una de las cepas, a diferentes tiempos de almacenamiento, temperatura y pH. Se observó una mejor actividad antibacteriana y estabilidad de la actividad, en el extracto crudo almacenado a temperatura de 0°C y 4°C. A pH 5.5 se presento la mejor actividad en los dos extractos frente a las cepas de estudio. Se concluyó que los extractos sintetizados por ambas cepas tienen un alto potencial bactericida contra estas dos patógenos que son responsables de toxi-infecciones alimentarias.

In this investigation, two native stocks of Lactobacillus plantarum and Lactobacillus brevis isolated from fermented products were studied; these grow in culture media and produce a complex extract of organic acids and peptides with bactericidal activity. The extracts of these stocks showed bactericidal capacity with Salmonella sp. and Escherichia coli. The tests to determine their action were made with crude and centrifuged extract originating of each one of the stocks, with different storage times, temperatures and pHs. A superior antibacterial activity and stability of the activity was observed in the crude extract stored in temperatures of 0°C and 4°C. With pH 5,5 the best activity of the two extracts against the study stocks was obtained. It is concluded that the extracts synthesized by both stocks have a high bactericidal potential against these two pathogens that are responsible for nutritional toxi-infections.

NONSUPERVISED CLASSIFICATION OF VEGETABLE COVERS ON DIGITAL IMAGES OF REMOTE SENSORS: "LANDSAT - ETM+"

La diversidad de especies vegetales presentes en Colombia y la falta de inventario sobre ellas hace pensar en un proceso que facilite la labor de los investigadores en estas disciplinas. Los sensores remotos satelitales como el LANDSAT ETM+ y las técnicas de inteligencia artificial no supervisadas, como los Self-Organizing Maps - SOM, podrían proveer una alternativa viable para avanzar en la obtención rápida de información que corresponda a zonas con diferentes coberturas vegetales presentes en la geografía nacional. La zona propuesta para el caso en estudio fue clasificada de forma supervisada por el método de máxima similitud en otro trabajo de investigación en ciencias forestales y se discriminaron ocho tipos de coberturas vegetales. Esta información sirvió como patrón de medida para evaluar el desempeño de los clasificadores no supervisados ISODATA y SOM. Sin embargo, la información que proveen las imágenes debió ser depurada previamente de acuerdo a los criterios de uso y calidad de los datos de manera que se utilizara la información adecuada para estos métodos no supervisados. Para esto se recurrió a varios conceptos como las estadísticas de las imágenes, el comportamiento espectral de las comunidades vegetales, las características del sensor y la divergencia promedio que permitieron definir las mejores bandas y sus combinaciones. Sobre éstas se aplicó el concepto de análisis de componentes principales que permitió reducir el número de datos conservando un gran porcentaje de la información. Sobre estos datos depurados se aplicaron las técnicas no supervisadas modificando algunos parámetros que pudieran mostrar una mejor convergencia de los métodos. Los resultados obtenidos se compararon con la clasificación supervisada a través de matrices de confusión y se concluye que no hay una buena convergencia de los métodos de clasificación no supervisada con este proceso para el caso de las coberturas vegetales.

The plant species diversity in Colombia and the lack of inventories of them suggests the need for a process that facilitates the work of investigators in these disciplines. Remote satellite sensors such as LANDSAT ETM+ and non-supervised artificial intelligence techniques, such as self-organizing maps - SOM, could provide viable alternatives for advancing in the rapid obtaining of information related to zones with different vegetative covers in the national geography. The zone proposed for the study case was classified in a supervised form by the method of maximum likelihood by another investigation in forest sciences and eight types of vegetative covers were discriminated. This information served as a base line to evaluate the performance of the non-supervised sort keys ISODATA and SOM. However, the information that the images provided had to first be purified according to the criteria of use and data quality, so that adequate information for these non-supervised methods were used. For this, several concepts were used; such as, image statistics, spectral behavior of the vegetative communities, sensor characteristics and the average divergence that allowed to define the best bands and their combinations. Principal component analysis was applied to these to reduce to the number of data while conserving a large percentage of the information. The non-supervised techniques were applied to these purified data, modifying some parameters that could yield a better convergence of the methods. The results obtained were compared with the supervised classification via confusion matrices and it was concluded that there was not a good convergence of non-supervised classification methods with this process for the case of vegetative covers.

SURFACE RUNOFF IN NATURAL MONTANE FORESTS AND FOREST PLANTATIONS IN ANTIOQUIA, COLOMBIA

En bosques montanos naturales de roble (Quercus humboldtii Bonpl.) y plantados de pino pátula (Pinus patula Schltdl. & Cham.) y ciprés (Cupressus lusitanica Mill.) de la región de Piedras Blancas, Antioquia (Colombia), fueron medidos los flujos de escorrentía superficial (ES) por un periodo de tiempo de 16 meses. Se implementaron parcelas cerradas de escorrentía superficial de 10 m de largo x 2 m de ancho, tanques colectores y sistemas de registro volumétrico. Los flujos fueron de 23,19 mm año-1 (1,07 % de la precipitación) para la cobertura de roble; 35,13 mm año-1 (1,61 % de la precipitación) para la cobertura de pino pátula y 230,64 mm año-1 (11,05 % de la precipitación) para la cobertura de ciprés. Mediante análisis de componentes principales (ACP) se identificaron las relaciones existentes entre las variables hidrológicas y los flujos de ES, y por medio de análisis de regresión lineal múltiple se ajustaron modelos para los flujos de ES por cobertura en función de la precipitación, la precipitación en el bosque y la intensidad de lluvia promedio, variables que mostraron alta relación con la ES según el ACP.

In natural montane oak forests (Quercus humboldtii Bonpl.), in pine (Pinus patula Schltdl. & Cham.) and cypress (Cupressus lusitanica Mill.) plantations in Piedras Blancas, Antioquia (Colombia), surface runoff flows (SRF) were measured over 16 months. Runoff was measured using 10 m long x 2 m wide runoff bounded plots, collector tanks and a volumetric counter system. SRF were 23,19 mm year -1 (1,07 % of rainfall) for oak forest; 35,13 mm year -1 (1,61 % of rainfall) for pine and 230,64 mm year-1 (11,05 % of rainfall) for cypress plantations. Relationships between hydrological variables and SRF were identified by a principal components analysis (PCA). For each one of the stands, multiple regression analysis was used to fit models of SRF on rainfall, throughfall and mean intensity of rainfall, variables that, according to the PCA results, appeared highly related to SRF.

NATIVE PLANTS WITH ORNAMENTAL POTENTIAL IN THE LOW MONTANE FORESTS OF EASTERN ANTIOQUIA, COLOMBIA

El estudio se realizó en cinco municipios del altiplano del oriente antioqueño (La Ceja, El Retiro, Guarne, Rionegro, y El Carmen de Viboral, además del municipio de Envigado vereda Pantanillo y el corregimiento de Santa Elena de la ciudad de Medellín), los cuales se encuentran localizados en el extremo norte de la cordillera central de Los Andes colombianos. El estudio consistió en seleccionar, dentro de algunas áreas boscosas, especies de hierbas y arbustos con follaje, flores o frutos llamativos que por su belleza presentaran alto potencial ornamental. Con esta finalidad se seleccionaron 26 especies de las cuales se recolectaron semillas, esquejes y estacas para proceder a determinar protocolos de reproducción sexual y vegetativa, determinándose las exigencias ecológicas, protocolos y potencialidades de 11 especies de plantas y arbustos como: Besleria sp., Cleome speciosa, Columnea sp., Gaultheria erecta, entre otras, las cuales presentaron características ornamentales deseables que se espera sean explotadas.

This study was conducted in five towns in the high plains of eastern Antioquia (La Ceja, El Retiro, Guarne, Rionegro, and Carmen de Viboral, as well as the Pantanillo neighborhood of the Envigado municipality and the Santa Elena township of Medellin), which are located in the northern limit of the central mountain range of the Andes (Colombia). The study consisted of selecting within forested areas species of herbs and shrubs with attractive leaves, flowers or fruits that might have high ornamental potential for their beauty. To this end, were selected 26 species for which seeds, cuttings, and stakes were collected to begin determining protocols for sexual and vegetative propagation, eventually determining the ecological requirements, protocols, and potentials for 11 species of plants and shrubs, such as: Besleria sp., Cleome speciosa, Columnea sp., Gaultheria erecta, among others, which presented desirable ornamental characteristic that hopefully will be exploited.

EVALUATION AND ITS CONTRIBUTION TO THE CONSERVATION OF FORESTS

Se analiza la propuesta del Ministerio del Medio Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial colombiano acerca de cómo deben elaborarse los Planes de Ordenación Forestal (POF), por parte de las Corporaciones Autónomas Regionales; de lo cual se puede afirmar que con las directrices del POF, no es posible lograr una ordenación sostenible de los bosques y por consiguiente su conservación. La Evaluación Multicriterio Social (EMS), técnica que combina el Análisis Institucional y la Evaluación Multicriterio, permite superar esta falencia; por ello se recomienda realizar en las áreas a ordenar una EMS en lugar de un POF.

The proposal of the Ministry of Environment, Housing, and Territorial Development of Colombia on how Forestry Zoning Plans (FZPs) should be conducted by the Autonomous Regional Corporations is analyzed; from which it can be affirmed that with the directives of the FZPs, it is not possible to obtain a sustainable zoning of forests and thereby acheive their conservation. Social Multicriteria Evaluation (SME), a technique that combines Institutional Analysis and Multicriteria Evaluation, allows overcoming this flaw; it us therefore recommended that SMEs be conducted instead of FZPs in areas requiring zoning.

POTENTIAL OF in vitro PROPAGATION FOR THE TOMATO TREE PARTENOCARPIC Cyphomandra betacea Cav. (Sendt)

Se evaluaron 10 medios de cultivo para el establecimiento y la multiplicación in vitro de tomate de árbol partenocárpico, los cuales contenían sales de MS, BAP de 0,17 a 5,82 mg/l, y AIA de 0,19 a 2,31 mg/l y una mezcla de tres sustancias antioxidantes: cisteína, ácido ascórbico y caseína hidrolizada (100 mg/l de cada una). Los explantes utilizados fueron esquejes de nudo de 1,5 a 2,0 cm de longitud. Para el análisis estadístico se empleó un diseño central compuesto triplicado con dos repeticiones del punto central. Los resultados fueron: en el material proveniente del altiplano Norte de Antioquia, Colombia, se determinó el punto óptimo para la variable longitud de brotes con reguladores de crecimiento (0,17 mg/l de BAP y 0,19 mg/l de AIA); en el material procedente del Oriente de Antioquia-Colombia, no se pudo determinar el punto óptimo. Las sustancias antioxidantes no fueron efectivas para evitar la oxidación fenólica, la cual fue mediana a alta. Las tasas de multiplicación fueron bajas (0 % y 20 % para los genotipos del Oriente y Norte de Antioquia, respectivamente) y el desarrollo de los brotes en el material del Norte fue muy lento (cuatro meses).

Ten tissue culture medias were evaluated to establish and multiply in vitro the tomato tree partenocarpic, that contained MS salts, BAP from 0,17 to 5,82 mg/l, and IAA from 0,17 to 2,31 mg/l and a mix of three antiozidant substances : cistein, ascorbic acid, and hydrolized casein (100 mg/l each). The explants employed were nodal stems of from 1, 5 to 2,0 cm in length. For the statistical analyses, a triplicated central composite design was employed with two repetitions of the central point. The results were: in the material from the high plains of northern Antioquia, Colombia , the optimal point was determined for the variable shoot length with growth regulators (0,17 mg/l of BAP and 0,19 mg/l of IAA); for the material from eastern Antioquia-Colombia, it was not possible to determine the optimum point. The antioxidizing substances were not effective for preventing fenolic oxidation, which was intermediate to high. Multiplication rates were low (0 and 20 % for the eastern and northern genotypes, respectively) and shoot development in the material from the north was very slow (four months).

COFFEE HARVEST WITH PORTABLE STEM VIBRATORS

Los vibradores portátiles del tallo (VPT's) son herramientas con gran potencialidad para ser empleadas en la cosecha de café en Colombia, en los pases con mayor producción (más de 800 g/árbol) y concentración de frutos maduros por árbol (más del 60 %). Por su relativo bajo peso y tamaño se pueden operar fácilmente en el interior de plantaciones con distancia entre surcos superiores a 1,2 m, en suelo húmedo con pendiente de hasta del 50 %. Para obtener la mejor calidad de cosecha y el mayor rendimiento de recolección, el tiempo de vibración por árbol debe ser inferior a 5 segundos. Por facilidad de operación, el vibrador se debe acoplar al tallo en la mitad de su altura. La recolección debe realizarse en equipos constituidos por dos VPT's y cuatro personas, dos para operar los vibradores y dos para manejar las mallas de captura de los frutos desprendidos. El rendimiento potencial con esta tecnología varió en el rango 288 a 504 kg/h/vibrador. El rendimiento efectivo, incluyendo el tiempo para recoger el café con mallas, varió en el rango 53 a 67 kg/h/operario, que con relación al promedio observado en pases pico en cosecha manual tradicional (12 kg/h/operario) representa un incremento del 341,7 a 458,3 %, respectivamente. Aunque estos resultados muestran un aumento notorio en la eficiencia de la mano de obra en cosecha del café, la eficiencia global de recolección (rendimiento efectivo/rendimiento potencial) fue muy baja (0,13) y, por lo tanto, se requiere desarrollar métodos más eficientes para la captura de los frutos desprendidos.

Portable stem vibrators (PSVs) are tools with great potential for use in coffee harvesting in Colombia, in the passes of greatest production (> 800 g/tree) and concentrations of mature fruits (> 60 %). Their relative low weight and size permits easy operation within plantations with distances between furrows greater than 1,2 m, in humid soils with slopes of up to 50 %. In order to obtain maximum harvest quality and greatest harvesting yield, the vibration time per tree must be less than 5 seconds. To operate easily, the vibrator should be fastened to the stem at half its height. Harvesting should be conducted in teams of two PSVs and four people, two to operate the PSVs and two to handle the fruit capture nets. The potential yield of this technology ranged from 288 to 504 kg/h/vibrator. The effective yield, including the time to remove the coffee from the nets, ranged from 53 to 67 kg/h/person, that in relation to the mean observed during peak passes using traditional manual harvest methods (12 kg/h/person) represents an increase of from 341,7 to 458,3 %, respectively. Although these results show a significant increase in manual labor efficiency in coffee harvest, the global harvesting efficiency (effective/potential) was very low (0,13) and, therefore, it will be necessary to develop more efficient methods for capturing falling fruits.

DETERMINATION OF THE MECHANICAL RESISTANCE TO TENSION AND SHEARING IN THE GUADUA ANGUSTIFOLIA KUNTH

Para Guadua angustifolia Kunth fueron determinados los valores últimos de los esfuerzos a tensión y cizalladura. Los resultados estadísticos mostraron valores promedios a Tensión y cizalladura de 190,70 MPa (1945,92 kgf/cm²) y 5,57 MPa (56,84 kgf/cm²), respectivamente, indicando que el material como elemento de ingeniería presenta una alta resistencia en dirección paralela a la orientación de las fibras.

The ultimate shear and tension stress values were determined to the Guadua angustifolia kunth. The statistical results indicated mean values of tension and shear stress of 190,70MPa (1945,92 kgf/cm²) and 5,57 MPa (56,84 kgf/cm²), respectively, indicating that the material as engineering element has a higher mechanical resistance in the direction parallel to the fibers.

EFFECT OF SYSTEMATIC VARIABILITY IN FERTILIZATION EXPERIMENTS WITH BEANS. FIRST SOWING

Se evaluó el impacto que podía tener la variabilidad estructurada de la producción de dos variedades de fríjol, mediante análisis de tendencia espacial y de semivariografía, sobre los resultados de los análisis de varianza realizados en un experimento de fertilización orgánica y con microorganismos, en una primera siembra, en un diseño completamente al azar con siete tratamientos y cuatro replicaciones, ubicado en el Centro de Investigación "La Selva", de CORPOICA, municipio de Rionegro, Oriente Antioqueño-Colombia. Se encontró un efecto diferencial, por variedad de fríjol, de la variabilidad estructurada sobre los resultados de los análisis de varianza. En la variedad ICA Viboral, el anava hecho con los datos originales no mostró efectos significativos de los tratamientos sobre la producción pero, al quitar los componentes de tendencia y de variabilidad espaciales, el anava detectó que sí había efecto altamente significativo de los tratamientos sobre la producción. Por el contrario, en la variedad CORPOICA 106 no se presentó efecto significativo de los tratamientos, ni con los datos originales ni con los residuales de los análisis de tendencia y de variabilidad espaciales. Este comportamiento se presentó igual al trabajar con la producción del metro central del surco o con la del surco completo. El efecto específico de cada tratamiento en el análisis de varianza también se distorsiona al ir eliminando componentes espaciales de la variabilidad. Con lo observado en este estudio cabe recomendar que en los sitios que se van a utilizar para la investigación agropecuaria se hagan estudios detallados de las propiedades del suelo relacionadas con la producción, en los cuales se incluya el conocimiento de su variabilidad espacial, de modo que se puedan hacer interpretaciones adecuadas de los ensayos que en ellos se conduzcan.

An evaluation was made of the possible impact of structured variability on the production of two varieties of beans by means of spatial tendency and semi-variography analyses of the results of analyses of variance in an organic fertilization experiment and with micro-organisms, in the first sowing, in a completely randomized experimental design with seven treatments and four replications, conducted in the "La Selva" Research Center of CORPOICA, Rionegro munincipality, eastern Antioquia-Colombia. A differential effect based on bean variety was found of the structured variability on the results of the analyses of variance. In the ICA Viboral variety, the ANOVA conducted on the original data did not show significant treatment effects on production, but upon eliminating spatial tendency and variability components, the ANOVA detected that in fact there were highly significant treatment effects on production. To the contrary, the variety CORPOICA 106 showed no significant treatment effects for neither the original data of with the residuals of the spatial tendency and variability analyses. This pattern resulted both when working with central meter production of the furrow or with the entire furrow. The specific effect of each treatment in the analysis of variance also was distorted upon eliminating spatial components of the variability. Based upon the results of this study, we can recommend that in sites to be used for farm research, detailed studies of soil properties related to production should be made, in which knowledge of its spatial variability is included, so that adequate interpretations of the tests conducted in them may be made.

NITRATE AND AMMONIUM DETERMINATION IN SOILS USING ION SELECTIVE ELECTRODES

Con el objetivo de evaluar un método alternativo para la cuantificación de diferentes formas de nitrógeno, se determinó la concentración de nitratos (NO3-) y amonio (NH4+) por dos métodos: Colorimetría y Electrodo de Ión Selectivo (EIS), en muestras de suelos cultivados con flores o banano en el departamento de Antioquia, Colombia. Se realizaron análisis de regresión y correlación para las concentraciones obtenidas por los dos métodos, que mostraron una asociación altamente significativa entre ellos. La determinación de NO3- mediante la formación de complejo coloreado con brucina ácida o mediante el uso de un electrodo selectivo para nitratos presentó un coeficiente de determinación altamente significativo (R² = 99,2). En forma similar, la determinación de NH4+ basada en la formación de complejo coloreado azul de indofenol ó utilizando el electrodo para amoniaco presentó un valor de R² = 98,4. El uso de electrodos presenta ventajas en comparación con las técnicas colorimétricas, que requieren mucho más tiempo y equipos mas costosos.

In order to evaluate an alternative method for quantifying different forms of nitrogen, the concentrations of nitrates (NO3-) and ammonium (NH4) were determined by two methods: Colorimetry and Ion Selective Electrode (ISE), in soil samples from soils cultivated with flowers or banana in the department of Antioquia,Colombia. Regression and correlation analyses on the concentrations obtained from the two methods showed highly significant relationships among them. The determination of NO3- by means of colored complexes with brucine acid or by means of the use of an electrode selective for nitrates exhibited a highly significant coefficient of determination (R² = 99.2). In a similar way, determination of NH4 based on the formation of blue colored complexes of indophenol or employing the electrode for ammoniac yielded a value of R² = 98.4. The use of electrodes has advantages over the colorimetric techniques, that require much more time and more costly equipment.