nueva página del texto (beta)
Español (pdf)
Artículo en XML
Referencias del artículo
Traducción automática
Enviar artículo por email
Citado por SciELO 
Similares en
SciELO 
Permalink
Introducción
Debido a los altos contenidos de proteína (> 14%) de la halófita Salicornia bigelovii y a las limitadas exigencias como cultivo para su producción, actualmente es una fuente de gran interés para múltiples agro-industrias, entre las que se destacan la producción de forraje y de alimento humano (Rueda Puente et al., 2009). Esta planta tolerante a la salinidad, se desarrolla de manera natural en la zona costera del desierto sonorense (Morzaria & Barocio, 2008).
Actualmente, existe un marcado interés en promover e implementar el cultivo de S. bigelovii bajo un sistema de producción sustentable en las regiones costeras áridas y semiáridas de México (Burboa et al., 2017). Sin embargo, su cultivo presenta algunas desventajas, entre las que figura el bajo porcentaje de germinación, una alternativa de solución es la propagación por esquejes.
La técnica de esquejes consiste en separar una parte de una planta madre del tallo (raíz, hoja o tallo) y colocarla en condiciones ambientales favorables para inducir la formación de raíces y biomasa aérea, produciendo así una nueva planta independiente (González & Arbo, 2006; López-Corona et al., 2019); una limitante de esta técnica radica en la dificultad para producir raíces funcionales (Jordán & Casaretto, 2006), por lo que ciertos reguladores de crecimiento vegetal como el ácido naftalenacético (ANA), ácido indol acético (AIA) y ácido indol butírico (AIB) son utilizados para inducir con éxito la formación de raíces en esquejes (Jordán & Casaretto, 2006).
Otro factor importante que influye en los rendimientos obtenidos en cultivos de Salicornia bigelovii, son las altas cantidades de fertilizante nitrogenado requeridas, recurriendo el productor a la fuente química, pero agudizando el problema de la salinidad, el cual es un factor abiótico que agrava la agricultura convencional en las zonas árido desérticas (Mazuela Águila, 2013). Una solución viable a dicha problemática es el uso de fertilizantes a base de compuestos naturales como fuentes vegetales e incluso fuentes de origen marino.
A través del tiempo, el uso de compuestos de fuentes marinas ha sido estudiado. Dado el gran potencial bioactivo que presentan son una fuente viable para sustituir compuestos químicos (Alvarado et al., 2019; Hernández Herrera, Santacruz, Briceño, Di Filippo, & Hernández, 2018; López Ortega, Vhymeister, & Rodríguez, 2018; Murrieta et al., 2015).
Aunado a lo anterior, la problemática por los altos índices de contaminación en los mares del mundo es una preocupación constante y en algunos casos depende en gran medida de la tecnología usada en los diferentes procesos de industrialización de productos marinos y del manejo y disposición de los desechos.
Cerca del 75% - 85% del peso vivo de cangrejos y camarones capturados es desechado (conchas, cabezas y patas), mismos que se convierten en una carga económica para las industrias procesadoras, porque su eliminación es problemática y costosa (Gildberg & Stenberg, 2001), por lo que comúnmente son arrojados al mar. Una de las alternativas para esta problemática es el aprovechamiento de estos “desechos” de los cuales se pueden obtener subproductos de gran valor como enzimas, proteínas, quitina y quitosano.
La quitina es un compuesto que se encuentra distribuido ampliamente en la naturaleza, después de la celulosa es el polímero natural más abundante (Plascencia Jatomea, Olvera, Arredondo, Hall, & Shirai, 2002), presenta una tasa de reposición tan alta en la biósfera que se estima duplica a la de la celulosa, por lo que constituye un importante recurso renovable.
La principal fuente de quitina son exoesqueletos de crustáceos, particularmente, los exoesqueletos de camarón contienen una alta concentración de quitina, de la cual es posible obtener quitosano a través de un proceso químico de N-desacetilación.
El quitosano es un biopolímero lineal de alto peso molecular que va desde los 10,000 a 1,000,000 de Daltón. Es un compuesto biodegradable, no tóxico, biocompatible, semipermeable y con grandes propiedades. Todas las características del quitosano además de su carga positiva, le confiere potenciales aplicaciones en diversos campos (Xu, Hein, & Wang, 2008), además de las múltiples propiedades biológicas que se le han atribuido, como antimicrobiana, antioxidante, antiinflamatorio, antifúngico, entre otros (Devlieghere, Vermeulen, & Debevere, 2004; Hewajulige, Sivakumar, Sultanbawa, Wijesundera, & S., 2007; Liu, Tian, Meng, & Xu, 2007).
En estudios recientes el quitosano se ha utilizado como biofertilizante en diferentes tipos de cultivos como el maíz (Peña Datoli, 2016), el tabaco (González Gómez et al., 2017), el arroz (Molina Zerpa, Colina, Rincón., & Vargas, 2017), la orquídea (Vera Alvarado & Parismoreno, 2017), mejorando el proceso de germinación, enraizamiento, producción del follaje de la planta, los rendimientos de la cosecha y adsorción de micronutrientes y estimulando el mecanismo de defensa de las plantas y la formación de barreras físicas (Bernadette Dima., 2014; Hadwiger, Fristensky, & Riggleman, 1984).
En Salicornia, se ha analizado el efecto bioestimulante [sustancia que al ser aplicada en cantidades pequeñas en la planta genera un impacto positivo en la germinación, desarrollo, crecimiento vegetativo, floración y desarrollo de los frutos (Saborío, 2002)] de la interacción planta-microorganismo (Bashan et al., 2000; Rueda Puente et al., 2009), sin embargo no se ha estudiado el efecto de quitosano, el cual podría ser una alternativa favorable para mejorar las características agronómicas y de crecimiento de la Salicornia, además de contribuir a balancear el ciclo del CO2 de la tierra teniendo un impacto positivo en el efecto de invernadero (Rueda Puente et al., 2011).
Un mejoramiento en las características propias de la planta y en su rendimiento a base de quitosano, le darían un valor agregado a este cultivo y aumentaría su rentabilidad, haciéndola más atractiva para diferentes sectores. Es por lo anterior que, en el presente estudio fue evaluado el quitosano al 50 y 100% de pureza, obtenido de exoesqueletos de camarón vs el promotor de crecimiento AIB, además de mezclas de ambos productos y concentraciones, bajo condiciones de campo en el desierto sonorense.
Material y métodos
Área de estudio
El proceso experimental fue desarrollado en el noroeste de México; área experimental del Departamento de Agricultura de la Universidad de Sonora y ubicada entre los paralelos 28° 22’ y 29° 25’ de latitud Norte y los meridianos 111° y 112° 25’ de longitud oeste con una altitud promedio de 70 metros sobre el nivel del mar. La temperatura ambiental, media alta en los meses de julio-agosto, oscila entre los 47 ± 3 °C, con una humedad relativa no mayor al 20%.
Obtención de quitosano
Para la extracción del quitosano se utilizaron exoesqueletos de camarón obtenidos en industrias procesadoras, los cuales se redujeron a un tamaño de partícula menor a 250 μm utilizando un tamiz. Para este proceso se siguió la metodología propuesta por (Hernández Cocoletzi, Águila Almanza, Flores Agustin, Viveros Nava, & Ramos Cassellis, 2009).
El proceso se realizó en diferentes etapas en las que primeramente se extrajo la quitina y posteriormente se obtuvo el quitosano. Se empleó el método químico, donde se utilizaron soluciones de HCl y NaOH con la finalidad de remover lípidos, minerales, pigmentos y proteínas unidos a la quitina.
El rendimiento global del proceso de extracción del quitosano en los exoesqueletos, fue obtenido utilizando la siguiente expresión:
Dónde:
RR: rendimiento real, cantidad en gramos del producto final (quitosano).
RT: rendimiento teórico, cantidad en gramos de la muestra con la que se comenzó el proceso.
Las concentraciones de quitosano empleadas en los tratamientos fueron 50 y 100 %.
Preparación del ácido indol butírico
Se utilizó un producto comercial sólido con un contenido de 80% de AIB. Se preparó el AIB colocando 0.937 y 1.25 g, respectivamente, en 1 Kg de talco agrícola inerte e inodoro, posteriormente, fue mezclado con una batidora doméstica para proceder a tratar los esquejes. Dichas concentraciones fueron seleccionadas de acuerdo a resultados óptimos obtenidos con AIB en estudios anteriores con especies leñosas (Cueva Solis, 2007; Panduro, Reátegui, Flores, & Sánchez, 2017; Rivero, Guerrero, & Ramírez, 2005).
Tratamiento de los esquejes
Se utilizó un diseño completamente al azar con nueve tratamientos los cuales pueden ser apreciados en la Tabla 1; cada tratamiento contuvo 12 repeticiones. Se emplearon Esquejes de Salicornia bigelovii obtenidos de tallos de plantas madre recolectadas de la Bahía de Kino Sonora. Se realizó un corte en forma de cruz en la base de cada esqueje y fue sumergido en cada tratamiento a base de quitosano y/o AIB por 15 min.
Tabla 1 Tratamientos a base de bioproducto quitosano de origen marino (QUI) y Acido indol butírico (AIB).
| Tratamientos |
|---|
| Testigo (agua de riego potable) |
| QUI 50% |
| QUI 100% |
| AIB 0.937 g kg-1 |
| AIB 1.25 g kg-1 |
| QUI 50% + AIB 0.937 g kg-1 |
| QUI 50% + AIB 1.25 g kg-1 |
| QUI 100% + AIB 0.937 g kg-1 |
| QUI 100% + AIB 1.25 g kg-1 |
Trasplante de esquejes en microcuencas
Esquejes de Salicornia bigelovii obtenidos de plantas de la Bahía de Kino Sonora fueron sometidos durante 30 días a un enraizamiento mediante tratamientos con quitosano y AIB (Tabla 1) bajo condiciones de vivero (> 90% HR y a 27 ± 2 °C). Posteriormente al enraizado fueron tratados nuevamente y seguido se clavaron en las microcuencas bajo condiciones de campo (< 30% HR y a 47 ± 2 °C). Se emplearon microcuencas de 7 m de largo y 1.5 m de ancho; los esquejes fueron ubicados a una distancia aproximada de 0.27 m entre esquejes, arrojando un total de 114 unidades experimentales. Previo al trasplante, se realizó un análisis al sustrato para determinar el contenido de materia orgánica (MO), macro- y micronutrientes, así como, el pH del suelo (Tabla 2).
Tabla 2 Parámetros físicos y químicos del sustrato en las microcuencas experimentales en la costa de Hermosillo.
| Textura | pH | CE dS/m-1 | M.O. % | RAS | NO3 mg/Kg-1 | NO2 mg/Kg-1 | Ca mg/Kg-1 | Mg mg/Kg-1 | K g/L-1 | Na g/L-1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Arenoso/limoso | 7.04 | 2.5 | 0.02 | 8.82 | 0.09 | 0.01 | 5.80 | 19.36 | 0.1 | 1.6 |
El riego utilizado en una primera etapa (durante los 30 días después del trasplante (ddt), fue el de anegamiento diario (47 L.m2). Posteriormente, riegos alternados (cada tercer día), mediante un sistema de micro-aspersión fue utilizado durante 150 días después del anegamiento (dda).
Peso seco, peso fresco y longitud radicular
El peso fresco de la raíz se obtuvo después de cortar la parte aérea de los esquejes a partir de la base del tallo. El peso seco se alcanzó después de deshidratar las raíces a 80 °C en una estufa (Shel Lab modelo 1380 FM) durante 36 h. La variable de longitud final radicular fue medida apoyándose con el uso de un vernier y regla milimétrica al cabo de 180 ddt.
Altura final, porcentaje y aparición de floración y nitratos en savia
Durante todo el ciclo fenológico de las plantas, se seleccionaron 10 de ellas al azar con la finalidad de medir su altura mensualmente. La altura de la planta fue considerada a partir de la base del tallo (cuello) hasta el ápice de la misma.
La aparición y el porcentaje de floración se evaluaron cuantificando cada 10 días las plantas en estado de floración, considerando la fecha de floración cuando el 50% de las plantas se encontraban floreando.
Una vez presentada la etapa de floración en las plantas, se determinó el contenido de nitratos en savia en el tallo de las plantas, el resultado fue expresado en N-NO3 mg.mL-1 de savia, para ello se utilizó el método de (Coombs, Hall, & Long, 1988) y analizado según (Wood, Armstrong, & Richards, 1967).
Análisis proximal del tallo, raíz y fracción aérea de Salicornia bigelovii
Se realizó un análisis bromatológico, donde se seleccionaron cinco plantas al azar y se tomaron por separado la raíz, el tallo y la fracción aérea; a estas regiones vegetales se les midieron: ceniza, lípidos, carbohidratos y proteínas. La técnica para obtener proteínas se desarrolló por el método de micro-Kjeldahl; para carbohidratos se utilizó el método de (Dubois, Gilles, Hamilton, Rebers, & Smith, 1956), mientras que el análisis de cenizas se realizó por diferencia de peso, calcinando la muestra a 500 ºC por 24 h, por último el análisis de lípidos totales se desarrolló empleando la técnica de (Barnes & Blackstock, 1973).
Análisis estadístico
Se realizó un análisis de varianza de una sola vía y la separación de medias de las variables respuesta se realizó mediante la prueba de Rangos Múltiples de Tukey al 0.05%. Los datos fueron analizados utilizando el programa estadístico de cómputo SAS (“Statistical Analysis System,” 2001).
Resultados
Rendimientos de extracción de quitosano a partir de exoesqueletos de camarón
De acuerdo a la metodología anteriormente planteada para la extracción de quitosano, se inició con 154.63 g de muestra de exoesqueletos de camarón del cual después de realizado el proceso se obtuvo 81.22 g de quitosano seco como producto final. Los resultados obtenidos muestran que el rendimiento de quitosano (según la ecuación 1 descrita con anterioridad) fue de 52.5%.
Peso fresco y seco en planta y longitud radicular
Los resultados con relación a la variable de peso fresco de planta completa, los resultados arrojaron que el tratamiento que mostró resultados significativos (P < 0.05), fue la mezcla de Quitosano (QUI) al 100% + AIB, en comparación de aquellos tratamientos utilizados de manera individual y del tratamiento testigo (Tabla 3); numéricamente se puede apreciar que Quitosano 100 % + AIB a razón de 0.937 g kg-1, se comporta superior de la concentración de 1.25 g kg-1 de AIB + Quitosano 100%. Los tratamientos a base de Quitosano + AIB, son superiores hasta en un 35% más de aquellos tratamientos donde los productos fueron evaluados de manera individual y hasta en un 80% superior del testigo control en la variable de peso fresco.
Tabla 3 Peso fresco, peso seco y longitud radicular durante el desarrollo vegetativo de Salicornia bigelovii tratadas con quitosano- AIB bajo condiciones de campo en la Costa de Hermosillo.
| Tratamientos | Peso fresco (g/planta) | Peso seco (g/planta) | Longitud radicular (cm) |
|---|---|---|---|
| Testigo | 1382±4d | 265±2e | 12±4e |
| QUI 50% | 1779±3c | 673±3d | 12.5±5e |
| QUI 100% | 1876±4b | 654±3d | 14±3d |
| AIB 0.937 g kg-1 | 1854±4b | 597±5d | 16±4c |
| AIB 1.25 g kg-1 | 1772±5c | 672±2d | 14±4d |
| QUI 50% + AIB 0.937 g kg-1 | 1898±2b | 813±3b | 17±4c |
| QUI 50% + AIB 1.25 g kg-1 | 1827±3b | 729±3c | 19±4b |
| QUI 100% + AIB 0.937 g kg-1 | 2652±4ª | 976±5ª | 26±5a |
| QUI 100% + AIB 1.25 g kg-1 | 2455±2ª | 789±4c | 25±3a |
QUI: bioproducto quitosano de origen marino. AIB: Acido indol butírico. La media corresponde a cinco repeticiones de cada tratamiento. Las literales indican diferencia significativa con p < 0.05%.
Un comportamiento similar fue el observado en los valores de peso seco de planta completa, pero con la diferencia que de aquellos tratamientos a base de Quitosano 100% con AIB en las dos concentraciones evaluadas, sí mostraron diferencias significativas con P < 0.05. Por su parte en el peso seco, Quitosano 100% + AIB a razón de 0.937 g kg-1, supera en un 20,40 y 350% más, a los tratamientos donde se incorporan ambos productos (QUI+AIB) en otras concentraciones, de manera individual y el testigo control, respectivamente.
El mayor resultado con P < 0.05, con relación a la longitud radicular se obtuvo con las mezclas de Quitosano al 100% + AIB en ambas concentraciones estudiadas (0.937 y 1.25 g kg-1); se puede observar que la mezcla QUI 100 % + AIB, superó en un 25,50 y 116% en la longitud radicular a los tratamientos donde se incorporan ambos productos (QUI+AIB) en otras concentraciones, de manera individual y el testigo control, respectivamente (Tabla 3).
Altura final, Porcentaje y aparición de floración y Nitratos en Savia
Los resultados obtenidos muestran diferencias significativas (P < 0.05) en altura final, resultando el más eficiente la mezcla de Quitosano 100% + AIB 0.937 g kg-1, seguido de Quitosano 100% - AIB 1.25 g kg-1. Se puede apreciar en la Tabla 4, que el tratamiento superior y previamente indicado, superó por arriba de un 50% al testigo control, mientras que con aquellos donde se estudiaron al QUI y el AIB de manera separada, los superó por arriba de un 15%.
Tabla 4 Dinámica de altura, porcentaje de floración y Nitratos en savia durante el desarrollo vegetativo de Salicornia bigelovii tratadas con quitosano-AIB bajo condiciones de campo en la Costa de Hermosillo.
| Tratamientos | Altura (cm) | Floración (%) | NO3 mg.mL en savia |
|---|---|---|---|
| Testigo | 28.7±4e | 65±3e | 1.7±0.02a |
| QUI 50 % | 36.5±5d | 73±2d | 0.7±0.03c |
| QUI 100 % | 37.2±2d | 70±4d | 1.01±0.04b |
| AIB 0.937 g kg-1 | 37.3±4d | 71±3d | 0.7±0.02c |
| AIB 1.25 g kg-1 | 37.8±4d | 72±2d | 0.9±0.03b |
| QUI 50 % + AIB 0.937 g kg-1 | 39.0±3c | 78±3c | 0.7±0.02c |
| QUI 50 % + AIB 1.25 g kg-1 | 40.5±3b | 76±4c | 0.6±0.03c |
| QUI 100 % + AIB 0.937 g kg-1 | 43.8±4a | 90±3a | 1.2±0.04b |
| QUI 100 % + AIB 1.25 g kg-1 | 41.5±3b | 81±3b | 0.6±0.02c |
QUI: bioproducto quitosano de origen marino. AIB: Acido indol butírico. La media corresponde a cinco repeticiones de cada tratamiento. Las literales indican diferencia significativa con p < 0.05%.
Un similar comportamiento, fue observado en el porcentaje final de floración; los análisis estadísticos arrojaron diferencias significativas entre tratamientos (P < 0.05) (Tabla 4), donde los valores altos son observados en el tratamiento con QUI 100% + AIB 0.937 g kg-1, resultando el tratamiento testigo el que arrojó los valores numéricos más bajos (15% menos). Sin embargo, es importante hacer notar que, no obstante, los tratamientos a base de mezclas y de manera individual a base de quitosano y el AIB mostraron los valores altos en % de floración, el testigo control inició su periodo de floración 13 días previos que lo iniciaran los demás tratamientos.
De igual forma, los valores de la variable nitratos, se comportaron inversamente proporcional, como se han estado describiendo en las previas variables (con excepción de % final de floración); se puede observar que el mayor contenido se aprecia en el testigo con 1.7 NO3 mg.mL en savia, mientras que los valores más bajos fueron en aquellos tratamientos de QUI 50 %, AIB 0.937 g kg-1, QUI 50 % + AIB 0.937 g kg-1 y QUI 50 % + AIB 1.25 g kg-1.
Análisis proximal del tallo, raíz y fracción aérea de Salicornia bigelovii tratadas con quitosano-AIB
El análisis proximal de las regiones evaluadas en el presente estudio mostró que los esquejes tratados con Quitosano-AIB, presentaron en raíz, tallo y fracción aérea, el mayor contenido de proteína, cenizas, lípidos y carbohidratos con relación al testigo. Los resultados presentaron diferencias significativas (P < 0.5) entre los tratamientos evaluados (Tabla 5). En las tres regiones vegetales evaluadas se logró observar el predominio del tratamiento Quitosano 100% - AIB 0.937 g kg-1 en un 15% superior a los demás tratamientos, específicamente en proteína y en comparación del tratamiento testigo. Asimismo, se puede apreciar que los valores altos se aprecian en fracción aérea en comparación de tallo y raíz.
Tabla 5 Análisis proximal de la raíz, tallo y fracción aérea en etapa de floración de Salicornia bigelovii tratadas con Quitosano de origen marino y Acido indol butírico (AIB) bajo condiciones de campo en la Costa de Hermosillo.
| Región | Raíz | Tallo | Fracción aérea | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Variables (%) | Pro | Cen | Líp | CHO | Pro | Cen | Líp | CHO | Pro | Cen | Líp | CHO |
| Testigo | 6.11c | 32.45c | 53.2e | 30.97d | 7.40e | 40.12c | 16.24e | 39.78e | 9.10c | 58.62c | 23.96c | 46.25e |
| QUI 50% | 6.42b | 35.77b | 78.4d | 38.90b | 8.49d | 41.56c | 17.20d | 41.87d | 9.75c | 57.93c | 25.00b | 54.17c |
| QUI 100% | 7.58a | 36.23b | 96.8b | 39.50b | 11.80ª | 43.52b | 28.73a | 42.53c | 11.38b | 61.19a | 29.37a | 55.30b |
| AIB 0.937 g kg-1 | 7.43a | 31.45c | 79.5d | 37.10c | 9.50c | 42.96c | 18.21c | 41.70d | 9.77c | 58.74c | 26.00b | 52.13d |
| AIB 1.25 g kg-1 | 7.25a | 31.65c | 91.6c | 37.74c | 10.89b | 42.49cb | 26.35b | 43.80c | 11.49b | 60.00b | 28.74a | 52.89d |
| QUI 50% + AIB 0.937 g kg-1 | 7.57a | 35.56b | 96.8b | 37.65c | 11.78a | 43.49b | 28.71a | 44.50c | 11.40b | 61.20a | 29.96a | 56.89b |
| QUI 50% + AIB 1.25 g kg-1 | 6.81b | 35.23b | 97.6b | 37.67c | 9.59c | 44.58b | 19.52c | 41.34d | 8.25d | 60.18b | 24.56c | 55.83b |
| QUI 100% + AIB 0.937 g kg-1 | 7.79a | 39.35a | 100.3a | 41.35a | 11.77ª | 47.29a | 25.86b | 48.67a | 12.76a | 61.86a | 30.73a | 58.60a |
| QUI 100% + AIB 1.25 g kg-1 | 6.45b | 38.46a | 78.4d | 39.80b | 8.49d | 41.95c | 17.20d | 46.34b | 9.75c | 57.83c | 25.10b | 58.10a |
Pro = Proteínas, Cen = Cenizas, Hum = Humedad, Lip = Lípidos, CHO = Carbohidratos, Promedios con la misma literal en la columna indican que no existen diferencias significativas (P > 0.05).
Discusión
Rendimiento de obtención de quitosano a partir de exoesqueletos de camarón
El proceso de extracción del presente estudio permitió obtener un porcentaje en rendimiento de 52.5%; estudios relacionados con la extracción indican que los rendimientos pueden variar entre las especies marinas, donde las mayores producciones de quitina y quitosano, en porcentaje, se obtienen a partir de caparazones y residuos de diversas especies de cangrejo, que alcanzan niveles de 64,2 a 72,1%, mientras que para camarones alcanza niveles de 69,1% (Isique Calderón, Morales, Quispe., & Quispe, 2017). Asimismo, el rendimiento en quitina y quitosano de exosqueletos de crustáceos depende de la materia prima y de los ajustes del método utilizado (Covas, 2006; Hernández Cocoletzi et al., 2009), donde el quitosano ha llegado a representar hasta un 76,8% de la quitina de las especies (Covas, 2006; Mármol, Gutiérrez, Páez, Ferrer, & Rincón, 2004).
Peso fresco y peso seco y longitud radicular
Los resultados obtenidos en las variables de peso fresco y peso seco a los 180 días ddt, mostraron incrementos significativos, sobresaliendo el tratamiento de Quitosano 100%-AIB 0.937 g kg-1 (Tabla 3), lo anterior muestra que el quitosano mejora considerablemente la producción de biomasa en la Salicornia bigelovii. El presente estudio es el primer reporte de los efectos de quitosano en la halófita Salicornia bigelovii. Estudios en Salicornia como el realizado por (Rueda-Puente, Castellanos, Troyo-Diéguez, Díaz De León-Alvarez, & Murillo-Amador, 2003) indican un incremento significativo en peso fresco y peso seco al emplear bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV) tales como Klebsiella pneumonie y Azospirillum halopraeferens. Así mismo, (Villegas Espinoza et al., 2010) y (Hernández Perales et al., 2016), reportan un incremento en dichas variables utilizando microorganismos benéficos. En otros cultivos, estudios como el de (El-Miniawy, Ragab, Youssef, & Metwally, 2013) en plantas de fresa tratadas con quitosano, han mostrado incremento significativo en el peso fresco y peso seco así como en otras variables de desarrollo vegetal como longitud de la planta, número de hojas/planta, área foliar y crecimiento radicular. Se ha mencionado que el quitosano estimula el metabolismo de las plantas de manera que mejora las características propias de las mismas. Lo anterior es posible gracias al mecanismo de fitoprotección donde actúa como elicitor y bioestimulante, fungistático, nematostático y protector de enfermedades aéreas, produciendo un efecto positivo en el crecimiento vegetal (Kessel Domini., 2018).
Gracias a las múltiples propiedades del quitosano en agricultura, actualmente se ha considerado como un bioplaguicida activador de los mecanismos de defensa de las plantas (Falcón Rodríguez, Costales, González, & Nápoles, 2015), además de ser un producto aprobado por la EPA con número de referencia 128930.
En la variable de longitud radicular, los tratamientos mostraron diferencias significativas (P<0.05), sobresaliendo el tratamiento con Quitosano 100% - AIB 0.937 g kg-1. El quitosano en la Salicornia favorece el desarrollo de la raíz de la halófita, posiblemente al mecanismo de acción del quitosano en las plantas, donde este prevé un “falso efecto de estrés” que puede ser biótico o abiótico y activando los diferentes mecanismos de defensa de la planta; lo anterior permite una “expectativa” activa de la planta y generando un desarrollo radicular de la Salicornia y por ende reflejando un desarrollo vegetativo y más sano en toda la planta. El quitosano también activa la formación de barreras físicas, produciendo que el flujo de nutrientes no pase al patógeno, probablemente por la acumulación de sustancias fungitóxicas por parte del biopolímero (Lizárraga, Torres, Moreno, & Miranda, 2011). Otras investigaciones han mostrado efecto benéfico por parte del quitosano en diferentes cultivos: arroz (Molina Zerpa et al., 2017), fresa (El-Miniawy et al., 2013), Alcachofa (Ziani, Ursúa, & Maté, 2010), tomate (Peniche C., 2006).
En el estudio de (Molina Zerpa et al., 2017), se reportó un incremento de hasta 52% en la raíz de plantas de arroz con respecto al testigo empleado, los autores concluyeron que dichos resultados se deben a la capacidad estimulante del quitosano, ya que actúa mejorando el enraizamiento y la producción del área foliar de la planta.
De igual manera, se ha discutido el efecto bioestimulante del quitosano en las semillas, donde se ha señalado que no solo aumenta el porcentaje de germinación sino también las plantas resultantes son más vigorosas, es decir presentan mayor crecimiento longitudinal y diámetro de vástago (Peniche C., 2006). Así mismo, autores como (Reddy, Arul, Angers, & Couture, 1999) indican que el quitosano muestra efectos positivos en el crecimiento de las plantas (raíces, retoños y hojas), lo anterior gracias a la estructura molecular del polímero que, al entrar en contacto con la planta, activa mecanismos de defensa, produciendo aumentos significativos en el desarrollo de la raíz, una mejor absorción de nutrientes y mayor fuerza y vigor en estas (Molina Zerpa et al., 2017). El aumento en el desarrollo del sistema radicular así como el fortalecimiento y vigor también se ha relacionado al grado de lignificación de las plantas mediante el mecanismo Resistencia Sistémica Adquirida (RSA) (Benhamou, Lafontaine, & Nicole, 1994), que es un mecanismo que le confiere protección a la planta ante infecciones secundarias por patógenos (Puentes, 2012). Aunado a lo anterior, el quitosano protege a las raíces ante situaciones de stress hídrico, ya sea por falta o exceso de agua, permitiendo un mejor y rápido crecimiento radicular de las plantas (El Ghaouth, Arul, Ponnampalam, & Boulet, 1991).
Si bien, en Salicornia no se ha utilizado el quitosano como estimulante del desarrollo vegetal, el empleo de otros estimulantes como los microorganismos ha producido incremento en el crecimiento de la radícula (Rueda-Puente et al., 2003; Rueda Puente et al., 2009). En el presente estudio el efecto del quitosano se incrementó empleando el AIB, lo que sugiere que ambos compuestos se complementan de una forma sinérgica logrando una alta y doble eficacia.
Altura final, Porcentaje y aparición de floración y Nitratos en Savia
Los resultados obtenidos en la variable de altura en la etapa de floración mostraron diferencias significativas (P < 0.05) entre los tratamientos utilizados, donde el tratamiento a base de Quitosano 100%-AIB 0.937 g kg-1 incrementaron hasta en un 50% más, la variable de altura en la halófita. En Salicornia bigelovii se ha obtenido incremento en la altura de las plantas mediante la utilización de algunos compuestos con capacidad biofertilizante, tal es el caso de algunas bacterias promotoras de crecimiento (Hernández Perales et al., 2016; Rueda Puente et al., 2009; Villegas Espinoza et al., 2010), donde se ha indicado que hormonas como las auxinas, citocininas y giberelinas, exhiben propiedades fuertes de regulación del crecimiento (Bashan et al., 2000; Lira Saldivar, 2003; Rueda Puente et al., 2009). Nuestros resultados sugieren que el quitosano en sinergia con el AIB estimula la producción de este tipo de fitohormonas que terminan por favorecer el desarrollo general de la planta.
Por otra parte, en plantas de Arroz tratadas con quitosano, la altura de las mismas se incrementó en un 16.5% en comparación con el testigo. En dicho estudio se concluyó que el cultivo de arroz presentó un mejor desarrollo vegetativo con el tratamiento con quitosano (Molina Zerpa et al., 2017). Así mismo, en frijol (P. vulgaris) (Sheikha & Al-Malki, 2011), se encontraron resultados favorables en el crecimiento de los tallos de las plantas tratadas con quitosano. Otros estudios han mostrado resultados óptimos en la variable de altura de las plantas al emplear quitosano como tratamiento bioestimulante (Cebreros, Valle, Peña, Feria, & Ramírez, 2018; Morales, Dell’Amico, Jerez, Díaz, & Martín, 2016).
Los resultados obtenidos con respecto al porcentaje de floración mostraron diferencias significativas entre tratamientos (P < 0.05). En Salicornia bigelovii se ha conseguido incrementar el porcentaje de floración mediante la utilización de bacterias promotoras de crecimiento (Rueda-Puente et al., 2003), lo anterior sugiere que dichas bacterias, en general, pueden contribuir al crecimiento y aumento del rendimiento de muchos cultivos agrícolas importantes (Puente, Li, & Bashan, 2004) gracias a la interacción planta-microorganismo. En el caso del quitosano, en el presente estudio mostró un efecto benéfico; en otros cultivos el quitosano ha logrado aumentar el porcentaje de floración de diferentes plantas como la habichuela (Cebreros et al., 2018), frijol (Mondal, Puteh, & Dafader, 2016), orquídea (Sopalun., Thammasiri., & Ishikawa., 2010).
Se ha mencionado que el quitosano cuando es aplicado en la etapa inicial de floración en los cultivos, estimula el crecimiento en tallos, hojas y tamaño de los frutos, aumentado los rendimientos agronómicos de los cultivos al compararlos con las plantas donde no es utilizado (Molina, 2015). Por otra parte, en otros cultivos como la planta de pimiento (Capsicum annuum) la aplicación foliar con quitosano ha mostrado la habilidad de reducir la transpiración aumentando el uso eficiente del agua, a través del cierre parcial o total de los estomas (Bittelli, Flury, Campbell, & Nichols, 2001). Lo anterior sugiere que el quitosano mejora la producción de flor, considerando variables agrometeorológicas como la disponibilidad hídrica en el suelo, la temperatura del aire y el brillo solar (Camayo Vélez, Chaves Córdoba, Arcila Pulgarín, & Jaramillo Robledo, 2003). En este sentido, el efecto benéfico de los biofertilizantes se atribuye a que la planta dispone de mayor cantidad de nutrientes y hace más eficiente el uso de recursos naturales como agua y radiación solar, esto permite a la planta tener una nutrición más adecuada y ser más resistente al ataque de plagas, como consecuencia la producción de flor y los rendimientos son mayores (Mejía, Álvarez, & Luna, 2011). En estudios con café (Ramírez et al., 2010), se ha encontrado que la floración en dicha planta, es producto de la integración de varios estímulos ambientales como el déficit hídrico, la disponibilidad energética y los cambios diarios de temperatura. Lo anterior sugiere que, en el presente estudio las condiciones meteorológicas en que se desarrolló el estudio, fueron apropiadas para la estimulación del proceso de floración de Salicornia bigelovii el cual se mostró intensificado por efecto del quitosano. Los resultados obtenidos en el incremento del porcentaje de floración sugieren una mayor capacidad fotosintética lo cual se ve reflejado en el incremento de materia seca y en el rendimiento general de la halófita Salicornia bigelovii.
La savia es un fluido viscoso que tiene como función principal transportar los nutrientes en la planta, es el jugo extraído de los tejidos conductores que proviene tanto del xilema como del floema de la planta (Cadahia, 2008). Está conformada por agua, minerales, reguladores de crecimiento entre otras sustancias y es transportada desde la raíz hasta las hojas; su análisis nos permite identificar la concentración de los nutrientes en las diferentes fases fenológicas de la planta y su relación con su potencial de rendimiento (Cary, 1971; Fageria, Baligar, & Jones, 1991) evidenciando la relación planta-suelo. En el presente estudio se obtuvo un menor contenido de Nitratos en savia en los tratamientos a base de quitosano y AIB en comparación del testigo utilizado (Tabla 4), lo anterior se debe al aprovechamiento eficiente de nutrientes para producir biomasa; los resultados de esta investigación concuerdan con los de (Pérez Silva R., 1989), (Blackmer & Schepers, 1995) en estudios de plantas de maíz (Zea mays). Así mismo se ha investigado e informado la disminución de nitratos y la conversión a formas proteicas por (Goffart, Olivier, & Frankinet, 2008; Kolbe & Stephan Beckmann, 1997; Ruza, Skrabule, & Vaivode, 2013).
(Rueda-Puente et al., 2003) en Salicornia bigelovii reportó que los contenidos de nitratos en savia en las plantas tratadas con bacterias fijadoras de nitrógeno fueron menores que en las plantas no tratadas, sugiriendo que los nitratos en la savia de las plantas están siendo dirigidos a la formación de biomasa. Por otra parte, en otros cultivos como la papa (González Gómez et al., 2017), se ha relacionado la concentración de nitratos en savia con la etapa vegetativa, demostrando efectos benéficos en el desarrollo de la misma, re-dirigiéndola a producción de biomasa.
Análisis proximal del tallo, raíz y fracción aérea de Salicornia bigelovii
Los resultados del análisis proximal presentaron diferencias significativas (P < 0.5) entre los tratamientos evaluados, donde en las tres regiones vegetales evaluadas se logró observar un comportamiento similar, sobresaliendo el tratamiento Quitosano 100% - AIB 0.937 g kg-1.
Los resultados del análisis proximal, evidenciaron el alto contenido de cenizas en tallo y fracción área en comparación con raíz; los resultados obtenidos en las variables evaluadas coinciden con autores como (Karlova & de Vries, 2006), quienes indican que los compuestos bioestimulantes son capaces de estimular e incrementar los valores bromatológicos debido al crecimiento de tallos, hojas, frutos, además de incrementar rendimiento del cultivo comparado con las plantas donde no son aplicados. Por otra parte, (Imamul Huq. & Larher., 1983, 1984), indican que en halófitas el incremento de bioproductos a nivel celular, se relaciona con el proceso de osmoregulación, donde es necesario que un sistema contiguo sea más concentrado del otro. Es decir, para que el agua viaje de la raíz hasta el ápice se requiere que las partes aéreas estén más concentradas en solutos que la raíz de la planta; ocasionalmente las altas cantidades de solutos en las halófitas son carbohidratos y proteínas que actúan como osmoprotectantes y reguladores, lo anterior concuerda con los resultados obtenidos en nuestro estudio donde se puede apreciar valores altos en la parte aérea en comparación de tallo y raíz.
Salicornia bigelovii es una halófita rica en proteínas y carbohidratos mismos que pueden ser aprovechados para la alimentación humana y animal, para fines médicos, fitorremediación entre otros (Attia, FM., Alsobayel, A. A., Kriadees, M. S., Al-Saiady, M. Y. & Bayoumi, 1997; Belal & Al-Dosari, 1999; E. P. Glenn et al., 2012; Kim, 2017; Kraidees, Abouheif, Al-Saiady, Tag-Eldin, & Metwally, 1998; Lim et al., 2017; Manousaki & Kalogerakis, 2011; Slama, Abdelly, Bouchereau, Flowers, & Savouré, 2015; Ventura et al., 2011; Warshay, Pan, & Sgouridis, 2011). El contenido de proteína, fibra y cenizas totales por hectárea se ha reportado entre los 30-40%, 4.5-8% y 5.5-8.5% respectivamente (Anwar, Bhanger, Nasir, & Ismail, 2002; Burboa et al., 2017; E. Glenn, O’leary, Watson, Thompson, & Kuehl, 1991; Gunstone, Harwood, & Dijkstra, 2007).
Con relación a carbohidratos se ha reportado que Salicornia bigelovii contiene una gran cantidad de estos (Bañuelos, JA, Velázquez, I., Guerra, M. & Arjona, 2018; Cybulska et al., 2014), entre los que destacan la hemicelulosa y celulosa, esta última en cantidades elevadas, lo anterior hace que está halófita sea propuesta como una fuente importante en la industria sobre todo para la de los biocombustibles donde puede ser utilizada para la producción de bioetanol (Bañuelos, JA, Velázquez, I., Guerra, M. & Arjona, 2018). Por otra parte, (Cybulska et al., 2014), encontraron en muestras cultivadas en emiratos árabes alrededor de 9.1 g/ (100 g de muestra) de glucanos, 7,7 g/ (100 g muestra) de xilano, 5,5 ± 2,1 g / (100 g de muestra) de arabina y 1.9 - 6.8 g / (100 g de muestra) de lignina evaluados en materia seca.
Los resultados obtenidos en el presente estudio se deben a las propiedades estructurales del quitosano el cual está compuesto por dos unidades estructurales de N-acetil-D-glucosamina y la D-glucosamina (Peniche C., 2006), mismas que presentan un contenido de Nitrógeno (N) cerca del 7% (Kumar, 2000; Muzzarelli, 1977) y durante el proceso de degradación del quitosano probablemente dicho nitrógeno fue aprovechado por la planta. Aunado a lo anterior, se ha reportado que después del proceso de desacetilación de la quitina, el quitosano resultante se convierte en una molécula policatiónica (Glasser, 1997), gracias a la distribución regular de los grupos aminos libres que posee en su estructura. Esta característica le permite al biopolímero interactuar activamente con diversas moléculas como lípidos, proteínas, pigmentos, entre otras (Rodríguez et al., 2009).
Los mecanismos de acción del quitosano no han sido completamente elucidados, sin embargo, la estructura química, su comportamiento policatiónico y las propiedades bioactivas del quitosano, lo convierten en un biopolímero con potenciales aplicaciones, mismas que pueden ser aprovechadas en distintos ámbitos industriales y científicos.
Conclusiones
La halófita Salicornia bigelovii es un recurso vegetal con alto potencial de ser aprovechado en las zonas desérticas costeras del noroeste de México; sin embargo, su productividad depende de la aportación suplementaria de nitrógeno, así como de otros macro y micro nutrientes esenciales. En el presente estudio la aplicación del bioproducto quitosano de origen marino en sinergia con AIB, presento un efecto bioestimulador en las variables del desarrollo radicular y crecimiento de planta, además de características bioquímicas, incluyendo la proteína total, ceniza y lípidos totales en algunas partes de la planta.
Este es el primer informe de quitosano en Salicornia bigelovii, por lo que se recomienda desarrollar estudios con diferentes genotipos de Salicornia, bajo distintas condiciones salinas.
Finalmente, es importante mencionar que este trabajo contribuye a ampliar el conocimiento en las posibles alternativas de producción agrícola y efectos en el diseño y aplicación de biofertilizantes con potencial productivo de interés socio-económico, para estados con problemas de disponibilidad de agua, salinidad de suelos y bajos contenidos de materia orgánica como es Sonora y Baja California, en el Noroeste de México.
