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FOTOSINTÉTICOS EN PLÁNTULAS DE CHILE CHILHUACLE

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Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo, Estado de México

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Colegio de Postgraduados, Campus Córdoba. Veracruz, México

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Instituto Politécnico Nacional, Tlaxcala, México

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Consultoria Agrícola Privada, Texcoco, Estado de México

*Autor responsable: [email protected]; Montecillo, Texcoco, Estado de México. 56264.

Resumen

El objetivo de este estudio fue evaluar efectos principales de la radiación ionizante (rayos gamma Co60) y del sustrato, en parámetros de crecimiento, concentración nutrimental y en concentración de pigmentos fotosintéticos en plántulas de chile chilhuacle. Los resultados mostraron que los niveles de radiación de 80 Gy incrementaron el volumen radical y la biomasa seca de raíz en las plántulas, sin afectar la ganancia de peso seco de hoja y tallo. El peat moss favorece mayor área de exploración de raíces (0.82±0.36 cm3), lo cual refleja ganancia de biomasa seca de raíz (0.03±0.01 g) e incrementó el área foliar (14.54±4.54 cm2). El tipo de sustrato no afectó la concentración de N foliar. La mayor concentración de K y Ca se encontró en plántulas desarrolladas en suelo, mientras que las mayores concentraciones de P y Mn se tuvieron con el sustrato peat moss. La irradiación en todas sus dosis afectó negativamente la concentración de Los pigmentos fotosintéticos; por el contrario, la concentración de clorofila b

fue significativamente más alta en plantas establecidas en suelo. Con la dosis de 80 Gy se estimulan variables importantes como es el volumen radical y biomasa seca, consideradas dentro de los criterios para estimar la calidad y predecir el comportamiento de la planta en campo.

Palabras clave

Concentración nutrimental foliar; pigmentos fotosintéticos; tipo de sustrato

Introducción

La variabilidad genética es el verdadero potencial evolutivo de las especies, dado que a mayor variación, más escenarios adaptativos. De esta manera, la diversidad genética, entendida como las diferentes formas de un gen dentro de una población (alelos), constituye el material sobre el que actúa la evolución (Octavio-Aguilar et al., 2013). Y en este proceso evolutivo pueden intervenir diversos factores que originan variación genética, como lo es la radiación ionizante, que en forma de radiación gamma, puede tener aplicaciones prácticas en agricultura (De Micco et al., 2011). Una vez generada la variación genética a través de la radiación gamma, es necesario probar la adaptabilidad de los nuevos materiales en ambientes diversos y condiciones de cultivo. Si bien, la radiación ionizante induce cambios morfológicos, fisiológicos y bioquímicos, que varían en cada especie, poco se conoce para el género

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Capsicum y en especial para el chile chilhuacle, donde a pesar de su valor culinario y gastronómico, la generación de paquetes tecnológicos es prácticamente nula. Y dado que existen factores exógenos naturales o antropogénicos que modifican la calidad de una planta, los nutrimentos son imprescindibles para el crecimiento foliar y componentes integrales del aparato fotosintético. El suministro de nutrimentos en la planta controla indirectamente la fotosíntesis y la senescencia foliar. Así, la fotosíntesis es un marcador importante del metabolismo interno de la planta, se considera como el proceso central en la producción de energía que afecta el crecimiento y desarrollo. La fotosíntesis es sensible al estrés abiótico ya que perturba directamente la función de los cloroplastos mediante la inhibición de las actividades enzimáticas y en especial la biosíntesis de la clorofila y fijación de CO2 (Singh et al.,

2013). Por lo anterior, se planteó evaluar el efecto de niveles de radiación gamma y tipo de sustrato en el crecimiento, éstos últimos componente importante en la producción de hortalizas, en parámetros de crecimiento, concentración de nutrimentos y de clorofila a y b en plántulas del chile chilhuacle (Capsicum annuum L.).

Materiales y Métodos

El experimento se realizó durante los meses de mayo a agosto del 2014, bajo condiciones de laboratorio e invernadero. El diseño del tratamiento fue un factorial, donde los factores fueron la irradiación y sustrato. Los niveles de irradiación fueron: 0, 10, 20, 40, 80, 120 y 160 Gy; y los del sustrato: turba, tezontle y suelo de la región Cañada del Estado de Oaxaca, la combinación de los factores dio lugar a 21 tratamientos. Lotes de 100 semillas de chile chilhuacle provenientes de la región Cañada, se irradiaron con cobalto 60 (Co60) en un irradiador Transelktro LGI-01. Las semillas se sembraron en bandejas de poliestireno de 128 cavidades con los respectivos sustratos, la determinación de pH y CE se realizó en el extracto de los sustratos obtenidos con agua destilada, las lecturas de pH se determinaron con el uso un potenciómetro y la CE se midió con un medidor de conductividad de mesa (Hanna, Mod. HI 4312). Mientras que la densidad aparente y la densidad real se calcularon de acuerdo a los protocolos de Martínez y Roca (2011).

La germinación se registró a los 11 días después de la siembra (dds), el área foliar (AF), volumen radical (VR), biomasas secas de hoja, tallo y raíz (BSH, BST y BSR, respectivamente), se midieron a los 52 dds. Para el AF se usó un integrador de área foliar (LICOR LI-300), el VR se determinó utilizando la técnica de desplazamiento de Böhm (1979), mientras que la BSH, BST y BSR se determinó después del secado en una estufa de aire forzado a una temperatura de 70 °C por 48 h. La concentración de N total foliar en las plántulas de chile fue mediante el método Semimicro-Kjeldhal, utilizando una mezcla catalizadora, adicionando ácido sulfúrico- salicílico para su digestión. La determinación de concentraciones de P, K, Ca, Mg, S, Fe, Cu, Zn, Mn, B y Na, se realizó con una digestión húmeda adicionando ácido perclórico y nítrico (Alcántar y Sandoval, 1999), el extracto obtenido fue analizado en un equipo de espectroscopia de emisión atómica de inducción por plasma (ICP-OES Varian modelo 725-ES). La determinación foliar de clorofila a y b fue mediante tejido foliar congelado a -80 °C, mediante el método de Harbone (1973). Los datos fueron analizados en el programa estadístico SAS (statistical software, versión 9.3) (SAS Institute 2011). Se realizó análisis de varianza y prueba de comparación de medias de Tukey con nivel de significancia de 95% (P≤0.05).

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Resultados y Discusión

En el (Cuadro 1) se presentan valores de parámetros físicos y químicos determinados en los sustratos. Tanto el suelo como la turba muestran valores de pH alcalinos; por otra parte, el tezontle mostró la menor conductividad eléctrica. Las densidades aparente se consideran óptimas en rangos que van de 0.50 y 0.75 g cm-3, mientras que los valores de densidad real van de 1.45 a 2.56 g cm-3 (Martínez y Roca, 2011). La menor porosidad se tuvo en el suelo; mientras que la más alta, en la turba.

Cuadro 1. Valores de pH, CE, densidad aparente, densidad real y porosidad total de los sustratos usados en la germinación y crecimiento de plántulas de chile chilhuacle.

Sustrato pH Conductividad eléctrica (dS m-1) Densidad aparente (g cm-3) Densidad real (g cm-3) Porosidad total (%) Turba 4.33 0.583 0.15 1.47 90 Suelo 7.98 0.338 1.29 2.50 48 Tezontle 8.55 0.077 1.15 2.82 59

No se encontró diferencias estadísticas significativas para el AF, BSH y BST por efecto de la radiación (Cuadro 2). De manera general se observó una reducción en el VR con los niveles de radiación de 120 y 160 Gy; empero, esta reducción en volumen no se tradujo en un decremento significativo de la BSR, ya que se observa un incremento en el VR en aquellas plántulas con tratamientos de irradiación de 80 Gy. Un incremento en el VR se traduce como criterio para estimar la calidad de plantas y predecir su comportamiento en campo una vez plantada (Alzugaray et al., 2004), además de que según Rose et al. (1991) y Haase y Rose (1994) un volumen de raíz alto representa mayor suministro y absorción de nutrimentos, así como aumento en el crecimiento.

Cuadro 2. Efecto principal del nivel de radiación en variables de crecimiento en plántulas de chile chilhuacle.

Valores con letras distintas en columnas, son estadísticamente diferentes (Tukey, P ≤ 0.05). AF= área foliar, VR=

volumen radical, BSH= biomasa seca de hoja, BST= biomasa seca de tallo, BSR= biomasa seca de raíz.

La turba incrementó significativamente el AF, el VR y la BSR del chile chilhuacle respecto al suelo y tezontle (Cuadro 3). El origen de los materiales y sus propiedades físicas y químicas juegan un papel importante en el desarrollo y funcionamiento de las raíces, pues están directamente ligados a condiciones de aireación y contenido de agua, además de tener una influencia directa en el suministro de nutrimentos para la especie en estudio (García et al., 2001). Radiación (Gy) AF (cm2) VR (cm3) BSH (cm3) BST (g) BSR (g) 0 14.08±4.10 a 0.55±0.31 ab 0.05±0.07 a 0.03±0.01 a 0.027±0.01 ab 10 11.18±5.77 b 0.52±0.38 b 0.04±0.02 a 0.03±0.01 a 0.022±0.01 ab 20 13.52±4.26 a 0.48±0.31 b 0.04±0.01 a 0.03±0.01 a 0.026±0.01 b 40 13.83±4.47 a 0.59±0.32 ab 0.04±0.01 a 0.04±0.01 a 0.027±0.01 ab 80 13.22±4.00 a 0.67±0.39 a 0.05±0.06 a 0.03±0.01 a 0.029±0.01 a 120 12.62±4.34 ab 0.49±0.36 b 0.04±0.01 a 0.03±0.01 a 0.025±0.01 ab 160 13.52±4.31 a 0.52±0.30 b 0.04±0.01 a 0.36±2.84 a 0.026±0.01 ab

317 Cuadro 3. Efecto principal del sustrato en variables de crecimiento en plántulas de chile chilhuacle.

Valores con letras distintas en columnas, son estadísticamente diferentes (Tukey, P ≤ 0.05). AF= área foliar, VR= volumen radical, BSH= biomasa seca de hoja, BST= biomasa seca de tallo, BSR= biomasa seca de raíz.

Los niveles de radiación no influenciaron significativamente la concentración nutrimental foliar. El análisis estadístico muestra que al utilizar peat moss se observan las medias más altas en la concentración foliar de P y Mn. Por otra parte las plántulas desarrolladas en suelo presentaron mayor concentración de K y Ca. Mientras aquellas en tezontle presentaron las medias más altas para la concentración de Cu y Na (Cuadro 4). La concentración de nutrimentos en el tejido foliar depende del suministro de nutrimentos en el sustrato. Sin embargo, sólo una parte de la cantidad total de nutrimentos en el medio puede ser absorbida y utilizada por las plantas, debido a que la magnitud de esta fracción disponible depende de las características del sustrato (Marschner y Rengel, 2012), así mismo se debe tener en cuenta que la actividad microbiana puede alterar la disponibilidad de nutrimentos (Neumann y Römhels, 2012).

Cuadro 4. Concentración foliar de macronutrimentos y micronutrimentos en plántulas de chile chilhuacle por efecto del tipo de sustrato.

Sustrato Macronutrientes (g kg-1)

N P K Ca Mg S

Peat moss 19.96 a 1.82 a 6.68 b 8.96 b 4.83 b 1.66 a

Tezontle 21.18 a 1.33 b 7.57 b 8.41 b 5.46 a 1.87 a

Suelo 21.02 a 1.22 b 8.98 a 12.35 a 5.29 a 1.82 a

Sustrato Micronutrientes y sodio (mg kg-1)

Fe Cu Zn Mn B Na

Peat moss 114.89 a 66.83 b 36.09 a 91.34 a 62.26 a 345.90 c

Tezontle 142.54 a 88.49 a 43.64 a 53.40 b 65.60 a 728.51 a

Suelo 162.70 a 65.77 b 45.50 a 34.80 c 43.65 b 428.69 b

Valores con letras distintas en columnas, son estadísticamente diferentes (Tukey, P ≤ 0.05).

Sustrato AF (cm2) VR (cm3) BSH (g) BST (g) BSR (g) Peat 14.54±4.54 a 0.82±0.36 a 0.05±0.04 a 0.17±1.86 a 0.03±0.01 a Soil 12.12±4.58 b 0.50±0.27 b 0.04±0.05 a 0.03±0.01 a 0.02±0.01 b Tezontle 12.30±3.99 b 0.31±0.14 c 0.04±0.01 a 0.03±0.01 a 0.01±0.01 c

318 Figura 1. Cambios en la concentración de clorofila a y b en plántulas de chile chilchuale. A) Por efecto de la dosis de irradiación, B) por efecto de tipo de sustratos. Letras distintas en cada variable por subfigura, indican diferencias estadísticas significativas (Tukey, P ≤ 0.05).

Se presentó una reducción significativa en la concentración de clorofila a y b a medida que la dosis de irradiación se incrementa (Figura 1A). Por lo cual, pueden verse afectados los procesos de absorción y conversión de la energía luminosa, debido a que la mayoría de los pigmentos actúan en un complejo antena, captando la luz y transfiriendo la energía al complejo del centro de reacción, donde tienen lugar las reacciones químicas de oxidación y reducción (Taiz y Zeiger, 2007). Por último, en el caso de los sustratos, solo la concentración de clorofila

b mostró efectos significativos, siendo superior con suelo al resto de los tratamientos (Figura 1B).

Conclusiones

Los resultados mostraron que los niveles de radiación de 80 Gy estimularon el VR y BSR en las plántulas. El peat moss favorece mayor área de exploración de raíces, lo cual refleja ganancia de BSR e incremento en el AF. Con suelo se obtiene las mayores concentraciones de K y Ca. Las dosis de radiación afectaron considerablemente las concentraciones de clorofilas a

y b.

Agradecimientos

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT)

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ELEMENTOS BENÉFICOS EN LA ETAPA DE MADURACIÓN Y