Ubicación del experimento

El estudio se realizó bajo condiciones de invernadero, en un sistema de cultivo en solución nutritiva, ubicado en la Unidad Académica de Agricultura, Xalisco estado de Nayarit, durante el periodo del 18 de junio al 16 de agosto del 2021.

Material vegetal y condiciones de crecimiento

Se emplearon semillas de pimiento variedad Prosperity y se germinaron en charolas de poliestireno de 200 cavidades utilizando turba vegetal (Sunshine^® #3). A los 21 días posteriores a la emergencia, las plántulas se trasplantaron en placas flotantes de poliestireno en contenedores de 1.7 L con solución nutritiva de Steiner al 50 % modificada de acuerdo a ^{González-Chávez et al. (2019)} (Tabla 1). Después de un periodo de adaptación de siete días, se establecieron dos experimentos independientes, que consistieron cada uno en 50 plántulas distribuidas en 25 contenedores de 1.7 L y dos plántulas por contenedor, dando inicio con la aplicación de los tratamientos.

Tratamientos

Experimento 1. Aplicación de Se vía radical: las soluciones nutritivas se enriquecieron con Se como Na₂SeO₃ (Sigma-Aldrich) en concentraciones de 1.0, 2.5, 5.0 y 10.0 μM y un testigo sin Se. Las plántulas se cultivaron durante un periodo de 21 días.

Experimento 2. Aplicación de Se vía foliar: las plántulas se asperjaron con agua destilada enriquecida con Se como Na₂SeO₃ (Sigma-Aldrich) en concentraciones de 5, 10, 25 y 50 μM y un testigo sin Se. Las aplicaciones se realizaron a intervalos de 7 días durante un periodo de 21 días.

Las soluciones nutritivas para ambos experimentos se prepararon con agua destilada; se renovó cada siete días y cada 48 h se adicionó la solución perdida por evapotranspiración. La oxigenación de la solución se realizó mediante una bomba de aire ACQ-906 y se activó durante cinco minutos a intervalos de una hora, obteniéndose 4.3 ± 0.2 mg·L^-1 de oxígeno disuelto en solución. Se registró dentro del invernadero una temperatura media diaria de 26.53 °C.

Diseño experimental

En ambos experimentos el diseño experimental fue completamente al azar, con cinco repeticiones por tratamiento; la unidad experimental consistió en dos plántulas colocadas en un contenedor.

Variables respuesta

Veintiún días después de iniciados los tratamientos, se procedió con la determinación de las variables respuesta. La concentración de pigmentos fotosintéticos, correspondientes a clorofila a (Cl _a ), b (Cl _b ), total (Cl_total) y carotenoides (C_x+c), se realizó mediante la metodología de ^{Lichtenthaler y Wellburn (1983)}. Se muestrearon hojas maduras jóvenes y se pesaron 25 mg de tejido foliar fresco provenientes del centro del limbo foliar, sin considerar la nervadura principal; se maceraron en 2 mL de acetona RA J.T. BAKER al 80 %, previamente refrigerada (4 °C). El extracto resultante se centrifugó a 2500 rpm durante 10 minutos en una centrifuga MC-CENTRIF6^®. Se separó el sobrenadante y se ajustó a 2 mL. Se midió la absorbancia a 470, 646 y 663 nm en el espectrofotómetro UV-VIS HE170800^®. Las concentraciones se calcularon mediante las siguientes fórmulas:

Para el crecimiento de plántulas se consideró las siguientes variables: altura, se midió desde la base del tallo al ápice de crecimiento; diámetro de tallo, se midió a un cm de la base del tallo con un vernier digital; número de hojas, se contabilizó la cantidad de hojas desarrolladas; longitud de raíz, se midió desde la base del tallo hasta el ápice de la raíz principal; volumen de raíz, se determinó mediante el desplazamiento del agua al sumergir la raíz dentro de una probeta graduada con volumen de agua conocido; área foliar, se determinó mediante un integrador de área foliar CI-202^®; biomasa seca total acumulada, las muestras de raíz, hoja y tallos se secaron en una estufa de aire forzado Felisa FE293AD^® a 70 °C hasta alcanzar peso constante y posteriormente se pesaron en una balanza digital Ek-200i^®.

Análisis estadístico

Para cada experimento, los datos obtenidos de las variables respuesta consideradas en los tratamientos experimentales se sometieron a un análisis de varianza y prueba de medias de Tukey (P ≤ 0.05) con el programa estadístico SAS^®.

Variables de crecimiento

En el experimento 1, con aplicación de Se vía radical, se observaron diferencias en la mayoría de las variables de crecimiento, excepto altura y número de hojas, mientras que, para el experimento 2, con aplicación foliar de Se, únicamente mostró diferencias para longitud de raíz, área foliar y biomasa seca de tallos y hojas.

Diámetro de tallo. El suministro de Se mediante aplicación radical, no afectó el diámetro de tallo en concentraciones inferiores de 5 µM, mientras que 10 µM causaron reducción en 18.18 % respecto al testigo. No obstante, las distintas concentraciones de Se mediante aplicación foliar, no mostraron diferencias significativas para esta variable (Figura 1).

Figura 1 Diámetro de tallo en función del método de aplicación y concentración de selenio. (A) radical; (B) foliar. Medias con letras distintas indican diferencias estadísticas significativas (Tukey, p≤ 0.05). 

Figure 1. Stem diameter as a function of application method and selenium concentration. (A) root; (B) foliar. Means with different letters indicate statistically significant differences (Tukey, p≤ 0.05). 

Esto concuerdan con lo reportado por ^{Sabatino et al. (2019)} en cultivo de endivia rizada (Cichorium endivia L. var. Crispum Hegi), donde el suministro de 8 μmol·L^-1 de Se mediante aplicación radical, redujo el diámetro de tallo. ^{Ślusarczyk et al. (2015)} reportaron que el suministro de altas concentraciones de Se aunado a un tiempo prolongado de exposición, pueden causar disminución en la división celular, lo que contribuye a una reducción en el diámetro de tallo.

Longitud de raíz. La longitud de raíz obtuvo el valor más alto con el suministro de 2.5 µM de Se mediante aplicación radical, con un incremento del 22.98 % respecto al testigo. Mientras que, para aplicación foliar, la concentración que favoreció la longitud de raíz fue con 5 µM (Figura 2). Resultados similares reportaron ^{Shekari et al. (2016)}, en cultivo de chile picante (Capsicum annum L. cv. Kenya), donde el suministro de 5 µM de Se mediante aplicación radical, aumentó el crecimiento de las raíces. Sin embargo, en cultivo de lechuga (Lactuca sativa L.) la aplicación foliar de 0.5 µM de Se favoreció la longitud de raíz (^{Lei et al., 2018}).

Figura 2 Longitud de raíz en función del método de aplicación y concentración de selenio. (A) radical; (B) foliar. Medias con letras distintas indican diferencias estadísticas significativas (Tukey, p≤ 0.05). 

Figure 2. Root length as a function of application method and selenium concentration. (A) root; (B) foliar. Means with different letters indicate statistically significant differences (Tukey, p≤ 0.05). 

Volumen de raíz. El volumen de raíz aumentó con las concentraciones de Se en aplicación radical hasta 2.5 µM, mientras que concentraciones más altas la disminuyeron. El volumen de raíz no se modificó por la aplicación foliar de Se (Figura 3). Resultados similares reportaron ^{Mozafariyan et al. (2017)} en plántulas de tomate (Lycopersicum esculentum L. cv. Foria), donde el suministro de 3 µM de Se mediante aplicación radical aumentó el volumen de raíz. ^{Sun et al. (2010)} afirmaron que el Se en concentraciones bajas, mejora la meiosis de los meristemos celulares de las raíces, lo que resulta en un aumento de la longitud y volumen de raíz.

Figura 3 Volumen de raíz en función del método de aplicación y concentración de selenio. (A) radical; (B) foliar. Medias con letras distintas indican diferencias estadísticas significativas (Tukey, p≤ 0.05). 

Figure 3 Root volume as a function of application method and selenium concentration. (A) root; (B) foliar. Means with different letters indicate statistically significant differences (Tukey, p≤ 0.05). 

Área foliar. El suministro de 1 µM de Se mediante aplicación radical, obtuvo el valor más alto; sin embargo, conforme aumentó la concentración, disminuyó hasta 25.20 %. La aplicación foliar de 5 µM de Se incrementó 13.81 % el área foliar respecto al testigo; mientras que, aplicaciones más altas causaron que disminuyera (Figura 4). Las hojas son muy sensibles a condiciones de estrés, como el provocado por altas concentraciones de Se, lo cual causa disminución en la expansión foliar (^{Hatamian et al., 2020}).

Figura 4 Área foliar en función del método de aplicación y concentración de selenio. (A) radical; (B) foliar. Medias con letras distintas indican diferencias estadísticas significativas (Tukey, p≤ 0.05). 

Figure 4 Leaf area as a function of application method and selenium concentration. (A) root; (B) foliar. Means with different letters indicate statistically significant differences (Tukey, p≤ 0.05). 

Biomasa seca. Para la acumulacion de biomasa seca, el suministro de Se mediante aplicación radical promovió diferencias en todos los órganos estudiados. Los valores más altos se obtuvieron con la concetracion de 1.0 µM, con un incremento de 15.44, 16.10 y 27.50 % para raíces, tallos y hojas, respectivamente, comparado con el testigo. Lo que evidenció la mayor acumulación de biomasa seca total (Figura 5).

Figura 5 Biomasa seca en función de la concentración de selenio mediante aplicación radical. Medias con letras distintas indican diferencias estadísticas significativas (Tukey, p≤ 0.05). 

Figure 5 Dry biomass as a function of selenium concentration by root application. Means with different letters indicate statistically significant differences (Tukey, p≤ 0.05). 

La estimulación del crecimiento podría deberse a un aumento en el contenido de almidón en los cloroplastos, así como la protección de las membranas celulares contra la peroxidación lipídica (^{Sun et al., 2010}). Además, ^{Borbély et al. (2021)} mencionaron que la promoción del crecimiento podría deberse al aumento en el nivel y señalización del ácido indol-3-acético, que se incrementa en respuesta al tratamiento con Se.

La aplicación foliar de Se no mostró diferencias para biomasa seca radical y total; sin embargo, sí modificó la biomasa seca en tallos y hojas. La concentración que favoreció la mayor acumulación de biomasa seca para tallo fue 5 µM con aumento del 42.97 % respecto al testigo, mientras que la mayor acumulación de biomasa seca en hoja se obtuvo con 25 µM (Figura 6). ^{Borbély et al. (2021)} afirmaron que la aplicación foliar de Se no induce crecimiento general de la planta, sino un cambio de distribución de biomasa, como se observa en los resultados de la presente investigación. La aplicación foliar de Se aumenta la concentración de este elemento en hojas y se redistribuye a los tallos a través del floema, por esta razón, los efectos variables en la biomasa se reflejan mayormente en órganos aéreos comparados con la raíz (^{Xia et al., 2020}).

Figura 6 Biomasa seca en función de la concentración de selenio mediante aplicación foliar. Medias con letras distintas indican diferencias estadísticas significativas (Tukey, p≤ 0.05). 

Figure 6 Dry biomass as a function of selenium concentration by foliar application. Means with different letters indicate statistically significant differences (Tukey, p≤ 0.05). 

En general, la mayor respuesta en las variables de estudio se obtuvieron con el suministro de Se mediante aplicación radical comparado con aplicación foliar, esto pudiera deberse a que las gotas generadas por aspersión se evaporan en minutos o segundos después de ser depositadas sobre la superficie de las hojas, reduciendo así el tiempo de contacto y absorción de Se en la planta (^{Tredenick et al., 2021}), mientras que, mediante aplicación a la raíz, el tiempo de contacto y acumulación de Se es mayor (^{Sabatino et al., 2019}).

El aumento en el crecimiento de las plántulas de pimiento, con las concentraciones bajas de Se mediante ambos métodos de aplicación, sugieren un aumento en el potencial de rendimiento en etapa de producción. Esto es congruente con ^{Qin y Leskovar (2020)} en cultivo de pimiento (Capsicum annuum cv. Hunter) y tomate bola (Solanum lycopersicum cv. HM1823) quienes obtuvieron mayores rendimientos cuando se utilizaron plántulas con mayor crecimiento radical y biomasa seca en raíz, tallos y hojas, comparada con aquellas con menor desarrollo. Esto sugiere el potencial del Se para mejorar la calidad de plántulas y rendimiento postrasplante de pimiento.

Pigmentos fotosintéticos

El suministro de 10 µM de Se mediante aplicación radical aumentó la concentración de clorofila a y b en 11.15 y 21.34 % respectivamente comparadas con el testigo. De igual manera, la mayor concentración de clorofila total, se obtuvo con el suministro de 10 µM. Para la concentración de carotenoides, no hubo diferencia entre los niveles crecientes de Se, pero sí respecto al testigo, el cual aumentó 60.46 % con 1.0 µM (Figura 7).

Figura 7 Concentración de pigmentos fotosintéticos en hojas de plántulas de pimiento en función de la concentración de selenio mediante aplicación radical. Medias con letras diferentes indican diferencias estadísticamente significativas (Tukey, p≤ 0.05). 

Figure 7 Photosynthetic pigments concentration in leaves of pepper seedlings as a function of selenium concentration by root application. Means with different letters indicate statistically significant differences (Tukey, p≤ 0.05). 

De manera similar, ^{Mozafariyan et al. (2017)} reportaron un aumento en la concentración de clorofila a, b y total en hojas de plántula de tomate (Lycopersicum esculentum L. cv. Foria) con el suministro de 7 µM de Se mediante aplicación radical y aumento en el contenido de carotenoides con 3 µM. Por otra parte, en plántulas de chile picante (Capsicum annum L. cv. Kenya), el suministro superior a 5 µM de Se, causaron un decremento en la concentración de clorofilas a, b y total, mientras que la concentración de carotenoides, no se modificó por la presencia de Se (^{Shekari et al., 2016}).

El aumento en la concentración de pigmentos con la concentración más alta de Se, pudiera deberse al estrés provocado en las células por la disminución en el contenido de agua. ^{Liang et al. (2019)} reportaron un menor contenido relativo de agua en plántulas de trigo (Oryza sativa L.) sometidas a concentraciones altas de Se, lo cual, provoca déficit hídrico en las células y como consecuencia un aumento en el contenido de clorofila debido a la generación de mayor número de tilacoides como mecanismo de defensa (^{García-Valenzuela et al., 2005}).

Para el caso de la aplicación foliar de Se, la concentración de clorofila a y b, fue mayor con 10 µM, pero disminuyó conforme aumentó la concentración de Se. De igual manera, el mayor valor de clorofila total se obtuvo con la aplicación de 10 µM, mientras que la más baja se obtuvo en el testigo. La concentración de carotenoides obtuvo su valor más alto con la aplicación de 5 µM, superando en 26.44 % al testigo (Figura 8). Resultados similares reportaron ^{Huang et al. (2020)} en plántulas de camote (Ipomoea batatas L.), donde el contenido de clorofila total aumentó con la aplicación foliar de 1 mg·L^-1 de Se.

Figura 8 Concentración de pigmentos fotosintéticos en hojas de plántulas de pimiento en función de la concentración de selenio mediante aplicación foliar. Medias con letras diferentes indican diferencias estadísticamente significativas (Tukey, p≤ 0.05). 

Figure 8 Photosynthetic pigments concentration in leaves of pepper seedlings as a function of selenium concentration by foliar application. Means with different letters indicate statistically significant differences (Tukey, p≤ 0.0 

En general, la concentración de pigmentos fotosintéticos aumentó en presencia de Se en ambos métodos de aplicación, esto pudiera deberse a que el Se actúa como cofactor en reacciones enzimáticas implicadas en la biosíntesis del cloroplasto, lo que provoca un aumento de pigmentos fotosintéticos (^{Feng et al., 2013}). Además, el Se estimula el metabolismo de enzimas responsables de la eliminación de especies reactivas de oxígeno, como superóxido dismutasa, catalasa y ascorbato peroxidasa (^{Gutiérrez-Martínez et al., 2020}), lo que reduce el daño a los cloroplastos y disminuye la degradación de pigmentos fotosintéticos (^{Lanza y Reis, 2021}).

Las clorofilas son los pigmentos predominantes en el proceso fotosintético; mientras mayor sea su concentración, mayor será la tasa de fijación de CO₂ y, por tanto, mayor será la acumulación de biomasa en la planta (^{Waraich et al., 2020}). No obstante, esto difiere con la presente investigación. La mayor acumulación de clorofilas se obtuvo con la concentración de 10 µM de Se mediante ambos métodos de aplicación, mientras que la mayor acumulación de biomasa se obtuvo con las concentraciones más bajas de Se.

Esto pudiera explicarse debido a que el Se influye en la absorción, distribución y utilización de la energía durante el proceso fotosintético (^{Borbély et al., 2021}). Concentraciones altas de Se causan un aumento en la fluorescencia mínima o inhibición en la fluorescencia máxima, lo que implica una reducción del rendimiento cuántico del fotosistema II, causando fotoinhibición y por consiguiente la fijación de CO₂ y acumulación de biomasa disminuyen independientemente de la concentración de clorofilas (^{Kacjan Maršič et al., 2019}). Asimismo, las plantas cierran sus estomas como respuesta a condiciones de estrés por altas concentraciones de Se, por tanto, la fijación de CO₂ y generación de biomasa se inhiben a pesar de tener una mayor concentración de pigmentos fotosintéticos (^{Jiménez-Suancha et al., 2015}).