Material vegetal y localización del área de estudio

Se empleó semilla de pimiento (Capsicum annuum L.) de la variedad “Quetzal” (Seminis, Bayer Ltd.), que se caracteriza por tener frutos de 17 cm de largo y 5 cm de ancho aproximadamente, con pigmentación del pericarpio verde/rojo, medianamente alargado, y un periodo de maduración de 120 días después de la emergencia. El experimento se desarrolló en el invernadero de la Facultad de Ciencias Pecuarias de la Universidad Técnica Estatal de Quevedo (01° 06’ 24” S, 79° 29’ 70” O), zona caracterizada por tener una topografía plana (Figura 1). Las condiciones climáticas de la región se detallan en el Cuadro 1.

Figura 1: Limites territoriales y topografia de Ecuador. Los valores representan la elevación en metros de altitud.  

Figure 1: Territorial limits and topography of Ecuador. The values represent the elevation in meters of altitude. 

Obtención de plántula

La siembra se realizó en bandejas germinadoras, empleando una mezcla de sustrato que consistió en suelo tamizado y compost (3:1), manteniendo la humedad constante hasta la emergencia del primer brote. Una vez que se tuvo el brote de la tercera hoja verdadera, las plántulas se trasplantaron a macetas de polietileno de 10×12 pulgadas y 2 mm de espesor, las cuales contenían 10 kg de sustrato.

Diseño experimental y aplicación de tratamientos

Se emplearon nanopartículas de selenio (nSe) esféricas de 80 nm, a una concentración de 10, 15 y 20 mg L⁻¹. Cada tratamiento se conformó por cuatro repeticiones de cinco plantas, teniendo un total de 20 plantas por tratamiento, distribuidas en un arreglo experimental completamente al azar. Cada maceta contenía una planta, la cual se consideró como una unidad experimental. La aplicación de los tratamientos (10, 15 y 20 mg L⁻¹) fue mediante aspersiones al follaje, a los 12, 24 y 36 días después del trasplante (ddt). Para la aplicación del tratamiento control se suplementó una solución de agua desionizada, con la cantidad correspondiente a la cantidad empleada en los tratamientos de nSe. Previo a la aplicación de los tratamientos, las nSe se sometieron a agitación por ultrasonido durante 10 minutos para asegurar la homogeneidad de la solución.

Manejo agronómico del cultivo

Durante el desarrollo del cultivo en la etapa experimental, se llevaron a cabo actividades fitosanitarias. Al extremo de cada hilera se colocó alambre y piola para tutor de las plantas. El control de las malezas dentro de las macetas y dentro de la estructura fue manual. El riego se realizó 3 veces por semana, y se utilizó ácido piroleñoso a una concentración de 2 L ha⁻¹ para el control de pulgón (Aphis gossypii). No se emplearon soluciones orgánicas o de origen sintético para el control de enfermedades en el cultivo.

Evaluación de índices morfológicos y fenológicos

La valoración morfológica del cultivo se realizó eligiendo aleatoriamente cuatro plantas por tratamiento, las cuales fueron marcadas y evaluadas a lo largo del desarrollo del experimento. Para valorar el diámetro del tallo, se empleó un calibrador pie de rey digital (500-192-30 Mutitoyo Co.). Los resultados se reportaron en milímetros (mm). La altura de la planta se midió empleando un flexómetro (FCN-55M, Truper^®), se midió desde la base del tallo hasta la yema apical. Los resultados se reportaron en centímetros (cm). Ambas evaluaciones se realizaron en conjunto, a los 30, 45 y 60 días después de la siembra (dds). La estimación de la floración se realizó registrando el número de días transcurridos a partir de la siembra, hasta que el 50 + 1% de las plantas presentó la primera flor.

Calidad del fruto y rendimiento

La calidad del fruto se tomó en función del tamaño del fruto, el cual se determinó mediante la elección al azar de 5 frutos por tratamiento, se midió el diámetro polar y ecuatorial, empleando un calibrador pie de rey digital (500-192-30 Mutitoyo Co.). Los resultados se reportaron en cm. El número de frutos por planta se calculó mediante la cosecha de frutos comercialmente maduros tomados de 5 plantas por tratamiento, mismos que fueron utilizados para estimar el peso promedio del fruto, y el rendimiento. Los resultados se expresaron en g y kg ha^-1 respectivamente.

Análisis económico

La estimación de la relación beneficio:costo (B:C) se realizó considerando el costo total de la producción de cada uno de los tratamientos evaluados, y los ingresos generados por la comercialización de los frutos cosechados; y así, determinar el valor monetario obtenido por la venta y lo invertido en la producción (^{Arévalo-Briones, Pastrano y Armijos, 2016}). Para el cálculo de la relación B:C se utilizó la siguiente fórmula:

Donde: B:C: relación beneficio-costo, I.B.: ingreso bruto, C.T.P.: costo total de producción, que incluye germinación, transplante, fertilización, suplementación con nSe, cosecha y comercialización.

Análisis estadístico

Se realizaron pruebas de normalidad a los datos obtenidos. El efecto de los tratamientos se analizó con un análisis de varianza (ANDEVA), y una prueba de medias por el método Tukey (P ≤ 0.05), utilizando el software estadístico Infostat (^{Di Rienzo, 2016}).

Morfología y fenología del cultivo

En este estudio, la aplicación foliar de nSe influyó significativamente en la morfología de plantas de chile pimiento. Las mediciones realizadas a los 30 dds, evidencian un incremento en el grosor del tallo de las plantas tratadas con nSe. Este cambio permanece y se observa a lo largo del desarrollo del cultivo, evidenciando un aumento mayor al 30% en todos los tratamientos evaluados a los 45 dds, y superior al 25% a los 60 dds (Figura 2). En comparación con el tratamiento control, se cuantificó un incremento del 41.37, 48.27 y 58.62 % en el diámetro del tallo al aplicar 10, 15 y 20 mg L⁻¹ de nSe, respectivamente.

Figura 2: Diámetro del tallo de plantas de chile pimiento con aplicación de nanoparticulas de selenio (nSe). DT30 = diámetro de tallo a los 30 DDS (días después de siembra; DT45 = diámetro de tallo a los 45 DDS; DT60 = diámetro de tallo a los 60 DDS’. Diferentes letras entre columnas del mismo grupo de dds indican diferencia significativa entre tratamientos (Tukey P ≤ 0.05). n = 4 ± error estándar. 

Figure 2: Stem diameter of pepper plants with nSe (selenium) application. DT30 = stem diameter at 30 DAS (days after sowing); DT45 = stem diameter at 45 DAP; DT60 = stem diameter at 60 DAS. Different letters between columns of the same group indicate significant difference between treatments (Tukey’s P ≤ 0.05). n = 4 ± standard error (SE). 

Por otra parte, la altura de las plantas se vio modificada por la aplicación foliar de nSe. Comparado con el tratamiento control, la evaluación de esta variable a los 30 dds evidencia un incremento significativo del 20.52, 22.53 y 27.99% al suplementar 10, 15 y 20 mg L⁻¹ de nSe, respectivamente. Este incremento se mantiene, y al finalizar la evaluación de la aplicación de nSe en las plantas utilizadas en esta investigación, se supera el metro de altura, obteniendo plantas de 107.25, 107.70 y 108.65 cm de altura en promedio, para los tratamientos de 10, 15 y 20 mg L⁻¹ de nSe, las cuales fueron significativamente más altas que aquellas plantas sin aplicación de nSe (94.90 cm), (Figura 3).

Figura 3: Altura de plantas de chile pimiento con aplicación de nSe (selenio). AP = altura de planta a los 30 DDS (días después de siembra); AP45 = altura de plantas a los 45 DDS; AP60 = altura de plantas a los 60 DDS. Diferentes letras entre columnas del mismo grupo de DDS indican diferencia significativa entre tratamientos (Tukey’s P ≤ 0.05). n = 4 ± error estándar. 

Figure 3: Height of pepper plants with nSe (selenium) application. AP = plant height at 30 DAS (days after sowing); AP45 = plant height at 45 DAS; AP60 = plant height at 60 DAS. Different letters between columns of the same group indicate significant difference between treatments (Tukey P ≤ 0.05). n = 4 ± standard error (SE). 

En este estudio, con la aplicación de nSe se observó un incremento en el diámetro del tallo, y la altura de las plantas en todas las concentraciones evaluadas, lo que podría indicar un incrementó en el tamaño y grosor de las células de las plantas de chile pimiento (Figura 2 y 3), además de mostrar efectos de bioestimulación, y tolerancia a concentraciones de 20 mg L⁻¹ de nSe.

El tallo de las plantas superiores, es una estructura que tiene tamaño, consistencia y forma, así como una organización a nivel celular (^{Chuncho, Chuncho y Aguirre, 2019}), y función específica, es el soporte mecánico descentralizado de éstas (^{Greb y Lohmaan, 2016}), y la integridad estructural de las plantas depende de la pared celular presente en cada célula del tallo. El desarrollo de las células, esta modulado por factores como la cantidad de luz incidente, temperatura, disponibilidad de agua, estrés mecánico, o la concentración de iones presentes en el suelo; y que influyen directamente en las características de las células (^{Agustí y Blázquez, 2020}). Por otra parte, ^{Sattler y Rutishauser (1997)} definen la morfología como “la investigación de la forma y estructura de una planta”; que, al ser sistemas complejos, la morfología afecta la fisiología, el crecimiento y el desarrollo. Sin embargo, la transformación morfológica de una planta puede verse afectada por sistemas radiculares vecinos o estímulos externos (^{Balduzzi et al., 2017}).

En este contexto, se ha demostrado que el uso de nSe además de provocar una variedad de cambios fisiológicos y físicos que dependen de las propiedades de las NPs (^{Nazari, Abdossi, Hargalani y Larijani, 2022}), contribuye al incremento en el grosor de la pared celular de las células de las plantas, e incrementar la cantidad de organelos celulares (^{Kang et al., 2022}), por lo que se espera, un cambio en las dimensiones de las estructuras morfológicas de las mismas. Investigaciones realizadas en otros cultivos de hortalizas se ha evidenciado un incremento en estos atributos. En plantas de Cucumber sativus L. (^{Shalaby et al., 2021}; ^{Treviño-López et al., 2021}) y Capsicum annuum L. (^{Sariñana-Navarrete et al., 2023}) la suplementación de nSe mejoró significativamente la altura de las plantas y otros atributos agronómicos. Otros cultivos como Medicago sativa L. (^{Zhang et al., 2024}), la aplicación de Se también evidenció un aumento en la altura de la planta, el diámetro del tallo, y el grosor de la corteza. Así mismo, ^{Ahmad, Younas, Mashwani, Raja y Akram (2023)} indican que un alto valor en el diámetro del tallo de las plantas es indicador de salud y desarrollo eficiente, al estar relacionado con las relaciones, de carbono, nutrición, y fenología de las plantas, así como de la capacidad de almacenamiento de agua (^{De Swaef, De Schepper, Vandegehuchte y Steppe, 2015}), por lo que los hallazgos en este estudio indican una respuesta bioestimulante de las NPs sobre el cultivo de C. annuum L.

Otra de las características de un cultivo, y que, a la hora de la práctica, y calendarización de actividades toma relevancia es la fenología de las plantas. En este estudio, se notó un cambio significativo en los días transcurridos en la floración del chile pimiento por la aplicación de nSe (Figura 4). Se aprecia que a mayores dosis de suplementación de nSe, el cultivo fue precoz, reduciendo en 13.93% los días necesarios para que ocurra el cambio de etapa vegetativa a etapa reproductiva, lo cual sugiere que el uso de nanomateriales se acelera el ciclo fenológico de las plantas (^{Segatto et al., 2023}). Al respecto ^{Yue et al. (2022)} señalan que la aplicación de NPs, además de regular significativamente los genes que regulan la biosíntesis de fitohormonas, regulan significativamente el gen SFt asociado a la floración en plantas de tomate generando una alta actividad del polen, incremento en el tamaño del óvulo, y por ende, un incremento significativo en el número de los frutos. Lo anterior sugiere un efecto positivo de los NPs en los cultivos a nivel molecular y bioquímico, respaldando en el presente estudio la floración temprana observada. Por ello, continuar evaluando la aplicación de nSe y la respuesta en la fenología de las plantas, es esencial, para estimar el cómo se involucra en el ciclo de vida y periodo productivo de los cultivos.

Figura 4: Días transcurridos desde el trasplante hasta la floración en plantas de chile pimiento con aplicación de nSe. Diferentes letras entre columnas indican diferencia significativa entre tratamientos (Tukey’s P ≤ 0.05). n = 4 ± error estándar. 

Figure 4: Days elapsed for the change from vegetative to reproductive stages in pepper plants with nSe application. Different letters between columns indicate significant difference between treatments (Tukey’s P ≤ 0.05). n = 4 ± standard error. 

Calidad del fruto

Inicialmente, los frutos de un cultivo son juzgados por la apariencia, que refleja la combinación de la textura, color y proporciones (^{Callahan, 2002}). En este estudio, la aplicación foliar de nSe en diferentes concentraciones influyó significativamente en el tamaño de los frutos de chile pimiento. Con respecto al tratamiento control, los frutos evaluados en los tratamientos de 10, 15 y 20 mg L⁻¹ de nSe favorecieron el incremento en 18.80, 31.65 y 34.51% en el diámetro ecuatorial, respectivamente. Este cambio también se observó en el diámetro polar, promovió incrementos significativos en más del 23% en todos los tratamientos de nSe evaluados, comparado con el control (Figura 5).

Figura 5: Tamaño de los frutos de chile pimiento con aplicación de nSe. DE = diámetro ecuatorial; DP = diámetro polar. Diferentes letras entre columnas del mismo grupo indican diferencia significativa entre tratamientos (Tukey P ≤ 0.05). n = 4±error estándar. 

Figure 5: Size of pepper fruits with application of nSe. ED = equatorial diameter; PD: polar diameter. Different letters between columns of the same group indicate significant difference between treatments (Tukey’s P ≤ 0.05). n = 4±standard error. 

Una de las características que abarca la calidad de un fruto es la apariencia y el tamaño, y está en función del número, volumen y la densidad celular (^{Callahan, 2002}). En este estudio, los tratamientos con nSe incrementaron significativamente el tamaño de los frutos de chile pimiento, sugiriendo un efecto de los nanomateriales en la morfología celular de las plantas. Otros estudios han encontrado que el nSe puede promover la calidad de los frutos; en fresa (Fragaria x ananassa Duch) se reporta un incremento significativo en el tamaño de los frutos con aplicación de 10 mg L⁻¹ de nSe (^{Liu et al., 2024}). Así mismo, en el cultivo de granada (Punica granatum cv. Malase Saveh) la aplicación de nSe a una concentración de 1 y 2 µM en dos ciclos de cultivo se observó un incremento en la longitud y el diámetro de los frutos (^{Zahedi, Hosseini, Meybodi y da Silva, 2019b)}. Finalmente, ^{Almutairi et al. (2023)} reportan un incremento en el tamaño de frutos de mango (Mangifera indica L.) como respuesta de las plantas a la aplicación de 10 y 20 mg L⁻¹ de nSe.

Los resultados de esta investigación y las evidencias de otras investigaciones en diferentes especies reflejan el efecto positivo de la aplicación de nSe, la cual depende del método de aplicación, la concentración empleada, la frecuencia suministrada y la época de aplicación (^{Danso et al., 2023}), por lo que investigar la tolerancia del cultivo de pimiento a nSe es indispensable, para ser empleado como bioestimulante y biofortificante.

Rendimiento

Las plantas de chile pimiento mostraron una respuesta favorable a nSe en el contexto productivo al incrementar significativamente el rendimiento y todos sus componentes. Comparado con el tratamiento control, la aplicación foliar de 20 mg L⁻¹ de nSe incrementó en 2.7 el número de frutos por planta y 4.26 veces más, el rendimiento total por planta. Al extrapolar los resultados obtenidos por ha, se tuvo un incremento del 2.47 veces más, con una producción total de 44 194.00 kg ha^-1, mientras que el tratamiento control produjo 17 916.49 kg ha^-1 (Cuadro 2). Esta estimación significativa también se cuantificó en la dosis baja y media de nSe (10 y 15 mg L^-1), incrementando 1.89 y 2.02 veces más el rendimiento. En contraste a las variables mencionadas, se notó un cambio significativo en el peso promedio de los frutos obtenidos de plantas tratadas con dosis altas de nSe , al reducir en 8.52% el peso del fruto (59.01 g fruto^-1) respecto a frutos del tratamiento control (0 mg L^-1 de nSe; 64.50 g fruto^-1).

El Se se muestra como un elemento no esencial para las plantas superiores, sin embargo, parece ser un elemento benéfico para las plantas hiperacumuladoras de Se, a quienes ofrece un mejor crecimiento por una probable resistencia al estrés oxidativo (^{El-Ramady et al., 2016}). Además de ser considerado bioestimulante (^{Du Jardin, 2015}), se ha planteado la teoría de la esencialidad del Se para las plantas no acumuladoras, puesto que, al usarse en concentraciones moderadas promueve el crecimiento y la acumulación de biomasa (^{Khan, Thounaojam, Chowdhury y Upadhyaya, 2023}). La introducción del Se en una forma nanométrica ofrece una forma estable de Se para la aplicación como fertilizante y regulador del estrés en los cultivos agrícolas (^{Khan et al., 2023}).

En este estudio, la aplicación de nSe favoreció la productividad de plantas de chile pimiento, al incrementar el número de frutos por planta, y la estimación del rendimiento a nivel de cultivo (Cuadro 2). Estos resultados son similares a los reportados por ^{Huang et al. (2024)}, quienes documentan un incremento significativo en el rendimiento de dos variedades de arroz, al aplicar 10 y 20 mg L^-1 de nSe. Del mismo modo, ^{Sariñana-Navarrete et al. (2023)}, reportan un incremento en el rendimiento de más del 50% en el cultivo de chile jalapeño, con aplicación de 45 mg L^-1 de nSe. Una de las características de las nSe, es que generan más resultados comparado con su forma convencional, entre ellos, una promoción del metabolismo de los carbohidratos y biosíntesis de clorofila, y, por ende, una mayor abundancia de pigmentos fotosintéticos, mejorando el crecimiento, y el rendimiento de los cultivos, dependiendo de la especie (^{Huang et al., 2024}). Por otra parte, en este estudio se encontró una dinámica inversa entre el peso y el número de los frutos cosechados. Al respecto, ^{Zahedi et al. (2019b)} han encontrado una correlación negativa entre el peso y el número de frutos en arboles de granado, pudiendo indicar una distribución ecuánime de los fotoasimilados de la planta entre los principales órganos de demanda, como lo son los frutos (^{Sha et al., 2021}).

Rentabilidad del nSe en chile pimiento

En análisis B/C en los sistemas de producción permite valorar las inversiones con el propósito de mejorar e incrementar la producción, y facilitar la toma de decisiones en el ámbito financiero (^{Arévalo-Briones et al., 2016}).

La aplicación de nSe incrementó la relación B/C en todos los tratamientos evaluados. El análisis de B/C realizado en este experimento muestra un incremento de 2.29 veces más en la rentabilidad de producir pimientos con aplicación de 10 mg L⁻¹ de nSe, comparado con el tratamiento control, cuya rentabilidad fue de 1.59. Así mismo, al aplicar 15 mg L^-1 de nSe, se incrementó el costo de producción en 6.63% comparado con el control, sin embargo, el ingreso calculado de la comercialización del rendimiento proporcional al tratamiento fue de $9 055.46, generando una utilidad favorable de $7 210.01, y por consecuente, una rentabilidad del 3.91. De la misma manera, al aplicar 20 mg L⁻¹ de nSe, el indicador de rentabilidad calculado fue de 4.91, con un incremento del 8.07% en el costo de la producción, y un ingreso neto 3.33 veces mayor al ingreso neto de la producción sin aplicación de nSe (Cuadro 3).

La utilización de nanomateriales en la industria no deja de lado la participación en el ámbito agrícola. Las NPs pueden ser inorgánicas o de compuestos orgánicos, diseñadas para hacer una entrega más eficiente y efectiva de los nutrientes a las plantas (^{Yadav, Yadav y Abd-Elsalam, 2023}). En este sentido, el uso de NPs a escala comercial puede beneficiar a la industria agrícola; además de mejorar el rendimiento, utilización de los recursos minerales (nutrimentos), y minimizar la perdida de nutrientes por escorrentía, las NPs pueden incrementar la rentabilidad al mismo tiempo que se reduce el daño ambiental (^{Sári et al., 2023}; ^{Yadav et al., 2023}; ^{Zain et al., 2024}).