Recolecta de algas marinas

Los especímenes de Ulva lactuca (Ul) y Gracilaria blodgettii (Gb), fueron recolectados en la playa el Pulpo, Barra de Cazones localizada a 1 km de la desembocadura del Rio Cazones, ubicada entre los 20° 43’ 33.98” N, 97° 11’ 41” O y 20° 44’ 7” N, 97° 11’ 42” O, a 10 metros de altitud, en el municipio de Cazones de Herrera, Veracruz, México. La recolecta se realizó a mano con ayuda de espátulas en la zona intermareal rocosa, donde las poblaciones de Ul y Gb son abundantes. Se recolectaron aproximadamente 15 kg de biomasa de cada especie. Posteriormente, se lavaron los materiales con agua de mar en el sitio de colecta y fueron secados al aire libre durante 10 horas sobre rejillas de plástico. Una vez semisecas se trasladaron al Laboratorio de Ficología de la Escuela Nacional de Ciencias Biológicas (ENCB), del Instituto Politécnico Nacional, donde se volvieron a lavar tres veces, utilizando seis litros de agua por cada kg de biomasa algal. El primer lavado fue con agua potable, el segundo con agua corriente y el tercero con agua bidestilada para eliminar el exceso de sal y epibiontes, (^{Castellanos-Barriga et al., 2017}). Luego, se secaron a temperatura ambiente durante tres días sobre bandejas de aluminio. Las muestras secas, se trituraron con un procesador de alimentos marca Nutribullet^® modelo NBR-0601, hasta obtener una harina fina y esponjosa en el caso de U. lactuca y para G. blodgettii se obtuvo una harina dura y granulada (^{Uribe-Orozco et al., 2018}).

Composición química de la harina de Ulva lactuca y Gracilaria blodgettii

Análisis bromatológico. Se utilizaron 200 g de harina de Ul y Gb para determinar la energía metabolizable (Kcal), cenizas (g 100 g^-1), fibra (g 100 g^-1) y proteína cruda (g 100 g^-1), según los métodos descritos por ^{Díaz (2017)}, en el Laboratorio de Análisis de Suelos, Bromatología y Agua de la Universidad Veracruzana, a través de un espectrofotómetro de UV-V Thermo Scientific Genesys 20.

Análisis de metales pesados. Se utilizaron 5 g de Ul y Gb de acuerdo con la NOM-NMX-AA-051-SCFI-2016 (^{Contreras, Santos, Márquez, Guzmán y Alfaro, 2018}) para determinar la presencia de Cu, Cd, Cr, Ni, Pb y Zn (mg kg^-1). El trabajo de laboratorio fue en el Centro Interdisciplinario de Investigaciones y Estudios sobre el Medio Ambiente (CIIEMAD), donde se usó un espectrofotómetro de absorción atómica (Perkin Elmer Pinaacle 900T) a una longitud de onda entre 200 y 400 nm, para la determinación mediante la técnica de flama y aspiración directa analizado con el software “Syngistix AA Flame” (^{PerkinElmer, 2023}).

Obtención de suelo para bioensayo

El suelo empleado para este bioensayo corresponde a un Vertisol según la WRB (World Reference Base) y se obtuvo de un predio utilizado para cultivo de frijol en el municipio de Acuexcomac, San Salvador Atenco, Estado de México, ubicada en las coordenadas 19° 56.29” N y 98° 92.33” O a 2242 metros de altitud. Para su colecta se utilizaron palas tipo D, el suelo se tomó a una profundidad de 0-20 cm y se colocó en costales de 20 kg, los cuales fueron transportados al invernadero de la ENCB (^{Uribe-Orozco et al., 2018}).

Análisis fisicoquímico del suelo. Las características fisicoquímicas del suelo se evaluaron según los procedimientos descritos por ^{Muñoz-Iniestra, Soler, López y Hernández (2020)}. Se tomaron muestras iniciales de suelo sin harina, antes del bioensayo. A los 106 días, cuando finalizó el bioensayo, se generaron muestras compuestas para determinar: textura a través del método de Bouyoucos, MO con el método de Walkley y Black, el pH con un potenciómetro Hanna HI 5525 pH/TDS/Resist/°C, CE mediante el método del puente de conductividad de Wheatstone, la CIC por el método del Versenato y la HR con el método gravimétrico. Las determinaciones se realizaron en el Laboratorio de Microbiología del Suelo de la ENCB. La capacidad intercambiable de Na y K, P asimilable y N total se analizaron en el Laboratorio de Edafología de la Unidad de Biotecnología y Prototipos (UBIPRO), de la Facultad de Estudios Superiores Iztacala de la UNAM, para los cuales se utilizaron 30 g de muestra. El Na y K fueron determinado a través de un flamómetro (Jenway Flame Fhotometer) a una longitud de onda de 589~ nm y 766~ nm respectivamente, el fósforo se determinó mediante un espectrofotómetro (Thermo Scientific Genesys 20) y el N total mediante el método Kjeldahl.

Preparación del bioensayo

El bioensayo se preparó siguiendo la metodología propuesta por ^{Uribe-Orozco et al. (2018)} y Mendoza-Morales (2020¹). Se realizaron tres diferentes mezclas de harina más suelo, con 3, 6, y 9 g kg^-1 de suelo en macetas de 5 kg, además de un grupo testigo sin aplicación de harina. Para la mezcla de 3 g por kg^-1, se utilizaron 15 g de harina por maceta, para la mezcla de 6 g por kg^-1, se emplearon 30 g de harina y para la mezcla de 9 g por kg^-1, se usaron 45 g por maceta. Se usó un diseño experimental completamente al azar con cinco repeticiones para cada mezcla y cinco repeticiones para el testigo, resultando en 20 macetas para U. lactuca y 20 para G. blodgettii, obteniendo en total 40 macetas. Las mezclas se dejaron reposar durante treinta y cinco días en el invernadero de la ENCB como lo indica ^{Uribe-Orozco et al. (2018)}. Transcurrido el tiempo de reposo de la mezcla, se llevó a cabo la siembra a una temperatura de 20.2 °C y humedad de 79.07%, parámetros que fueron registrados con ayuda de un termómetro-hidrómetro Mengshen^® modelo M86. Se emplearon semillas comerciales de Beta vulgaris var. cycla marca AQTEX^®. Las semillas se sembraron manualmente, colocando tres semillas por maceta a una profundidad no mayor de 1.5 centímetros.

Variables

Acelgas. Para el cultivo de acelga se evaluó el crecimiento semanal (cm), la altura total (cm), así como biomasa fresca y seca (g). La altura se midió con una cinta métrica HOECHST^® H-59202, desde la base de la roseta hasta el ápice de las hojas cada semana. Al término del bioensayo se cosecharon las acelgas, midiendo la altura total y el peso de cada planta en una balanza OHAUS Cent-o-Gram; posteriormente se secaron en una secadora botánica durante tres días y se obtuvo el peso seco.

Análisis de datos

Se utilizó un ANOVA de una vía (α = 0.05) y se contrastó el efecto de las harinas de Ul y Gb en la altura y la biomasa de las acelgas entre tratamientos y el testigo. Además, se planteó una prueba de comparaciones múltiples de Tukey y U de Mann-Whitney para distinguir el mejor tratamiento. Los análisis se llevaron a cabo con el software Past 4.0 (^{Hammer, Harper y Ryan, 2001}).

Composición química de las harinas de Ulva lactuca y Gracilaria blodgettii

Análisis bromatológico. La fibra y proteína cruda se encontraron en mayor abundancia en Gb con valores de 12.93±5.91% y 10.61±0.71% respectivamente, mientras que las cenizas totales y energía metabolizable fueron más altas en Ul con 27.09±1.56% y 2.92±2.66 Kcal (Cuadro 1). El resultado obtenido para las cenizas totales coincide con lo reportado por ^{Castellanos-Barriga et al. (2017)}, quienes reportaron un valor de 25.9% al analizar el efecto de Ul recolectada en La Paz, Baja California Sur, en la germinación de semillas de frijol bajo condiciones controladas de laboratorio. Sin embargo, ^{Carvalho et al. (2009)} sugieren que la fibra es más abundante (399.2±13.0%), lo cual difiere con los resultados obtenidos, ya que la fibra cruda es el componente con menor proporción en Ul, con 6.12±0.50%. Los valores encontrados para Gb en cuanto a la fibra y proteína cruda son superiores a los reportados por ^{Castellanos-González et al. (2003)}, quienes caracterizaron químicamente a Gb de la Bahía de Cienfuegos Cuba, con 4.57 y 9.6% respectivamente.

Concentraciones de metales pesados. Como se muestra en el Cuadro 2, Gb contiene menor concentración de Cu, Cd, Ni, Pb y Zn con 0.003, 0.001, 0.004 y 0.034 mg kg^-1, respectivamente. La mayor concentración de Zn (0.056 mg kg^-1) se encontró en Ul, que contrasta con lo mencionado por ^{Nabti, Jha y Hartman (2016)}, quienes reportan la concentración de Zn en 0.001 mg kg^-1en el género Ulva, en la India, aunque sin especificar detalles agronómicos de la prueba. Por otro lado, ^{Montero, Miramontes, Andrade y Sio (1999)} en un suelo Cambisol Húmico de España con cultivo de cebada, mencionan que Ul tuvo alto contenido de Ca, Mg, Al, Fe, y Zn, así como baja concentración de Co, Cu y Mn. En el presente estudio, se observó que Ul tiene bajas concentraciones de Cd y Cr con valores inferiores a 0.002 mg kg^-1. La presencia de metales pesados en las algas marinas, indican la capacidad de bioabsorción, debido a que las algas son idóneas para remover nanopartículas fitotóxicas de Cr, Hg, Pb, Co y Cd como en el caso de Padina pavonica y Sargassum acinarium que remueven Pb a través de la síntesis biológica de nanopartículas de óxido de hierro (Fe₃O₄), (^{Tuhy, Samoraj, Basladynska y Chojnacka, 2015}, ^{El-Kassas, Aly-Eldeen y Gharib, 2016}). En referencia a lo anterior, a pesar de que ^{Montero et al. (1999)}, observaron altas concentraciones de zinc en Ul, también demostraron que, esta no tuvo un efecto residual tóxico al finalizar el cultivo, así mismo, se puede inferir que Ul, al no tener registros de alteraciones morfológicas, ha desarrollado algunas estrategias de adaptación fisiológica para tolerar altas concentraciones de zinc sin afectar su desarrollo y permanencia en su hábitat.

Análisis fisicoquímico del suelo

El suelo presentó una textura Franco-Arcillosa (Cuadro 3). Los análisis post-cosecha mostraron que ambas harinas incrementaron los contenidos de MO, siendo más notable con Gb6 que pasó de 1.48±0.28 a 2.7±0.14%. La harina de Ul no solo aumentó la materia orgánica de 1.48±0.28 a 1.75±0.22%, sino también la CIC de 47.28±0.20 a 48.72±0.10 meq 100 g^-1, la capacidad de retención de agua de 89.2 a 90% y la capacidad de potasio intercambiable de 126 mg kg^-1 a 142 mg kg^-1. Además, se observó una disminución del pH de 9±0.05 a 7.47±0.06. Estos resultados coinciden con los publicados por ^{De Sosa et al. (2023)}, quienes utilizaron Halopithys incurva, Laurencia obtusa y Halopteris scoparia sobre un suelo Arenosol y el cultivo de uvas en diferentes tratamientos. En su estudio el pH aumentó de 6.98 a 7.44, así como la materia orgánica de 13 a 47%, obteniendo mayor rendimiento en los frutos. ^{Illera-Vives, López-Fabal, López-Mosquera y Ribeiro (2015)} mencionan que los extractos de A. nodosum mejoran la aireación y capacidad de retención de agua en el suelo, lo cual coincide con los resultados obtenidos con Ul.

La mejora de las propiedades fisicoquímicas del suelo se debe a que algunos compuestos presentes en las algas reaccionan con ciertos iones, facilitando la absorción de nutrientes en las plantas (^{Spinelli, Fiori, Noferini, Sprocatti y Costa, 2010}). Por otro lado, en cuanto al fósforo asimilable y nitrógeno total no se observaron cambios.

Crecimiento de las acelgas

El análisis de ANOVA indicó diferencias significativas (P = 0.0225) en la altura de las acelgas. La prueba de Tukey mostró diferencias significativas (P = 0.0262) en Ul3, con un crecimiento promedio semanal de 1.66±0.30 cm (Figura 1). Asimismo, con Ul3 se cosecharon las acelgas de mayor altura (34.2±1.11 cm), aunque Gb no presentó significancias en el crecimiento total, con Gb6 se obtuvieron acelgas de 32±2.13 cm de alto y con un crecimiento semanal de 1.37±0.21 cm (Cuadro 4). La prueba de U de Mann-Whitney mostró diferencias en la biomasa seca de las acelgas con Ul (P= 1.68E-06) de 9.71-10.16 g. Sin embargo, debido a falta de repeticiones no se encontraron diferencias significativas entre los grupos.

Figura 1: Efecto de las harinas de Ulva lactuca (a) y Gracilaria blodgettii (b) sobre el crecimiento semanal de las acelgas. Las letras diferentes presentan diferencias significativas según Tukey (α=0.05). Gb = Gracilaria blodgettii; Ul = Ulva lactuca.  

Figure 1: Effect of Ulva lactuca (a) and Gracilaria blodgettii (b) flours on the weekly growth of chard. Different letters indicate significant differences according to Tukey (α=0.05). Gb = Gracilaria blodgettii; Ul = Ulva lactuca. 

El análisis químico de las harinas de Ul y Gb permitieron valorar algunos parámetros que están asociados con la composición de nutrientes de estas especies, encontrando que las cenizas totales se encuentran directamente relacionadas con el contenido de sales inorgánicas y algunos macro y microelementos como: N, P, Na, K, Mg, Ca, Fe, Mo, Cu, Zn, Pb, Co, Ni, I, Sr y Cd, la presencia de estos minerales potencia aún más el valor nutricional de las algas, como lo mencionan ^{Singh et al. (2014)} y ^{Soto-Jiménez et al. (2019)}. En el presente estudio, el análisis de metales pesados mostró que el elemento en mayor concentración para Ul fue el Zn y como lo mencionan ^{Tuhy et al. (2015)}, el Zn es un micronutriente esencial para el crecimiento de las plantas, requerido para la síntesis de carbohidratos durante la fotosíntesis en la transformación de los azúcares y participa en el metabolismo de hormonas al regular el nivel de auxinas (^{Castillo-González et al., 2018}), lo cual también puede explicar que las acelgas obtenidas con los tratamientos de Ul fueran de mayor tamaño y con mayor biomasa en comparación con las acelgas de los tratamientos con Gb. Sin embargo, se requiere de futuros análisis para ambas harinas, que proporcionen más información acerca de su composición nutricional y su efecto como biofertilizante.

A pesar de que hubo mayor altura de las acelgas con los tratamientos de Ul, se observó poca asimilación de P y N con la adición de ambas harinas. Aunque las algas producen alta cantidad de compuestos que ayudan al crecimiento de las plantas, muchos de estos no pueden ser absorbidos debido a su alta disponibilidad (^{Zhou, Qiu, Zhang y Tao, 2019}); en este sentido, es posible que el P y el N disponible en las algas, se presenten en un estado químico distinto a los compuestos inorgánicos, lo cual podría causar por un lado que las plantas lo absorban menos y que los microorganismos del suelo lo inmovilicen e impidan su biodegradación. Otra posible explicación está basada en la naturaleza de los suelos Vertisoles, los cuales fijan fosfatos disponibles a través de iones Ca, Al o Fe y los vuelven insolubles (^{Navarro, 2010}; ^{Beltrán-Pineda, 2014}).

En cuanto a la mejora del pH, materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico, capacidad de retención de agua y potasio intercambiable, resaltan los resultados de ^{Castellanos-Barriga et al. (2017)}; ^{Pérez-Madruga et al. (2020)} y ^{Zhang, Chu, Zhang y Yan (2023)}, quienes atribuyen estas mejoras, al contenido de macroelementos, microelementos, metabolitos secundarios, así como a la presencia de fitohormonas y otros compuestos bioactivos presentes en las algas marinas, que promueven las interacciones planta-suelo de manera eficiente. Además de favorecer el crecimiento de las plantas y la mejora de la fertilidad en el suelo. Los resultados obtenidos colocan a U. lactuca como una alternativa para la mejora de suelos degradados por la alcalinidad y una posibilidad potencial en la agricultura orgánica.