Material vegetal y condiciones experimentales

El experimento se estableció de febrero a abril del año 2021 bajo un invernadero cubierto de polietileno (Figura 1). La temperatura promedio fue de 28 °C y 50 a 60 % de humedad relativa. Semillas de lechuga romana (Paris Island Cos) fueron sembradas en bandejas de poliestireno con sustrato compuesto por una mezcla de peat moss y perlita (1:1 v/v). Las plántulas se cultivaron durante 30 días hasta que desarrollaron cuatro hojas verdaderas. Posteriormente fueron trasplantadas en bolsas negras de polipropileno de 5 kg de capacidad con la misma composición del sustrato utilizado en la siembra. El sustrato utilizado para la siembra y trasplante se desinfectó previamente con una solución de hipoclorito de sodio al 5 %.

Figura 1 Apariencia de las plantas de lechuga utilizadas en el experimento bajo condiciones protegidas. 

Figure 1 Appearance of lettuce plants used in the experiment under protected conditions. 

El experimento consistió en evaluar cinco SNs con diferente CE, tomando como base la SN Steiner (^{Steiner, 1961}). Se preparó una SN madre al 200 %, la cual se diluyó hasta obtener las CE deseadas. Las CE probadas fueron 1, 1.5, 2, 2.5 y 3 dS m^-1. El pH de las SNs se mantuvo entre 5.8 - 6.2. Los primeros 10 días posteriores al trasplante se aplicó una SN al 25 %, para después aplicar las diferentes SNs. El cultivo se desarrolló durante 60 días después del trasplante, aplicando riegos manuales a capacidad de campo.

Diseño experimental y muestreo de plantas

La investigación se desarrolló bajo un diseño de bloques completos al azar, probando cinco tratamientos con nueve repeticiones, dando un total de 45 unidades experimentales. La evaluación de variables agronómicas se realizó en cuatro plantas seleccionadas al azar. La evaluación del contenido de diversos compuestos y capacidad antioxidante se realizó en hojas de otras cuatro plantas, cortando una hoja de la parte central de la cabeza de la lechuga de cada repetición. Las hojas se congelaron inmediatamente con nitrógeno líquido y se almacenaron en un ultracongelador a -80 °C hasta su análisis.

Variables agronómicas

Se determinó la biomasa fresca y seca de la cabeza y raíz mediante el uso de una balanza digital. Para la biomasa seca, el material vegetal se secó a 70 °C en un horno por 72 h.

Cuantificación de pigmentos fotosintéticos

El contenido de pigmentos fotosintéticos se determinó mediante el método descrito por ^{Wellburn (1994)}, con ligeras modificaciones. Brevemente, se mezclaron 15 mg de tejido de lechuga con 1.250 mL de metanol. La mezcla se incubó a temperatura ambiente (20 - 25 °C) en la oscuridad por 24 h y se evaluó la absorbancia del sobrenadante en un espectrofotómetro Uv-Vis (Genesis 10s Uv-Vis, Thermo Scientific, Waltham, MA, USA) a 666, 653 y 470 nm. La concentración de los pigmentos se expresó en miligramos por gramo de peso fresco (mg g^-1 PF), usando las siguientes fórmulas:

Cuantificación de proteínas totales

El contenido de proteínas se determinó mediante la técnica espectrofotométrica de ^{Bradford (1976)}. Se mezclaron en vórtex (20 s) 100 mg de tejido y 2 mL de buffer de fosfatos 0.1 M (pH 7 - 7.2). Las muestras se sonicaron durante 10 min y se centrifugaron a 10000 x g a 4 °C durante 10 min. En un tubo de ensayo se colocaron 0.1 mL del sobrenadante y 1 mL del reactivo Bradford. La mezcla se dejó en reposo por 5 min y se evaluó su absorbancia a 595 nm. Los datos se reportaron en miligramos por gramo de peso fresco (mg g^-1 PF).

Cuantificación de aminoácidos

La evaluación del contenido de aminoácidos se llevó a cabo mediante el método de ^{Yemm y Cocking (1955)}. Los aminoácidos fueron extraídos mezclando 100 mg de tejido con 2 mL de buffer de citratos 0.09 M (pH 5). La mezcla se agitó mediante un vórtex durante 20 s, se sonicó por 10 min, se centrifugó a 8000 x g a 4 °C por 10 min y se recuperó el sobrenadante. Posteriormente, se agregaron en tubos de ensayo 0.250 mL del sobrenadante, 2.25 mL de buffer de citratos y 0.5 mL de ninhidrina al 0.35 %. La mezcla se agitó y se colocó en baño María en un rango de temperatura de 80 a 100 °C durante 20 min. Terminada la reacción, las muestras se colocaron en un baño de hielo y se procedió a determinar su absorbancia a 570 nm. Los resultados fueron reportados en miligramos por gramo de peso fresco (mg g^-1 PF).

Cuantificación de glutatión reducido

Este metabolito se extrajo de las hojas de lechuga siguiendo el método anteriormente descrito para la extracción de proteínas. El contenido de glutatión reducido se determinó mediante la metodología descrita por ^{Xue et al. (2001)}. Brevemente, en tubos de ensayo se agregaron 0.48 mL del sobrenadante, 2.2 mL de Na₂HPO₄ 0.32 M y 0.32 mL de una solución 1 mM del colorante 5,5 ditio-bis-2 nitro benzoico. La reacción se dejó reposar por 15 min y se determinó su absorbancia a 412 nm. Los datos se reportaron en miligramos por gramo de peso fresco (mg g^-1 PF).

Determinación de capacidad antioxidante hidrofílica

Se obtuvo un extracto de compuestos antioxidantes utilizando el método descrito anteriormente para la extracción de proteínas y glutatión reducido. La capacidad antioxidante (ABTS) del extracto fue evaluada mediante el método de ^{Re et al. (1999)}. El radical se obtuvo a partir de la reacción del ABTS 7 mM con persulfato de potasio 2.45 mM (1:1 v/v) en la oscuridad durante 16 h. Posteriormente, la solución del radical se diluyó con etanol al 20 % hasta obtener una absorbancia de 0.7 ± 0.01 a 754 nm. En un tubo de 2 mL se colocaron 20 µL del sobrenadante y 980 µL de la dilución del radical ABTS. La mezcla se agitó durante 5 s y se dejó reposar 7 min en oscuridad. La absorbancia del extracto se determinó a 754 nm. Los resultados se expresaron en miligramos equivalentes de ácido ascórbico por gramo de peso fresco (mg EAA g^-1 PF).

Análisis estadístico

Se realizó un análisis de varianza y prueba de medias LSD de Fisher (p ≤ 0.05). Todos los procedimientos estadísticos se realizaron utilizando el software Infostat (v2020).

Producción de biomasa y rendimiento

Los resultados indicaron que las diferentes CE de la SN causaron cambios significativos (p ≤ 0.05) en biomasa fresca y seca del cultivo de lechuga (Figura 2). La CE de la SN que mejores resultados presentó tanto en biomasa fresca y seca fue la de 2.5 dS m^-1. Dicho tratamiento aumentó el peso fresco de la cabeza (rendimiento), peso fresco de la raíz y peso fresco total en un 144.91, 647.5 y 164.63 %, respectivamente, en comparación con el tratamiento que presentó los valores más bajos, que fue el que incluyó la SN con CE de 1 dS m^-1. El peso seco de la cabeza, peso seco de la raíz y peso seco total aumentaron en un 144.9, 301.83 y 167.04 %, respectivamente, en comparación al tratamiento con la SN de 1 dS m^-1, que fue el que causó el contenido más bajo de biomasa seca. En general, se observó que la biomasa incrementó con la CE de la SN de 2.5 dS m^-1, para posteriormente disminuir.

Figura 2 Efecto de la CE de la SN sobre la acumulación de biomasa fresca y seca en el cultivo de lechuga. Promedios conectados mediante letras diferentes son estadísticamente distintos (LSD, p ≤ 0.05). PFC: Peso fresco de la cabeza; PFR: Peso fresco de la raíz; PFT: Peso fresco total; PSC: Peso seco de la cabeza; PSR: Peso seco de la raíz; PST: Peso seco total. Los intervalos de las barras representan el error porcentual. 

Figure 2 Effect of the EC of the NS on the accumulation of fresh and dry biomass in lettuce. Means connected by different letters are statistically different (LSD, p ≤ 0.05). FHW: Fresh head weight; FRW: Fresh root weight; FTW: Fresh total weight; DHW: Dry head weight; DRW: Dry root weight; DTW: Dry total weight. Bar intervals represent percent error. 

Pigmentos fotosintéticos

Las diferentes SNs provocaron cambios significativos (p ≤ 0.05) en la concentración de pigmentos en lechuga (Figura 3). Conforme aumentó la CE de las SNs, la concentración de los pigmentos fue mayor, siendo la SN de CE de 3 dS m^-1 la que provocó la mayor concentración de estos compuestos. Esta SN aumentó el contenido de clorofila a, clorofila b, clorofila total y carotenoides en un 126.78, 122.72, 117.72 y 46.15 % respectivamente, en comparación con la SN de CE de 1 dS m^-1, la cual causó los valores más bajos en estas variables respuesta.

Figura 3 Efecto de la CE de la SN sobre la concentración de pigmentos en el cultivo de lechuga. Promedios conectados mediante letras diferentes son estadísticamente distintos (LSD, p ≤ 0.05). Cha a: Clorofila a; Cha b: Clorofila b; Cha T: Clorofila total; Caro: Carotenoides; PF: Peso fresco. Los intervalos de las barras representan el error porcentual. 

Figure 3 Effect of the EC of the NS on the concentration of pigments in lettuce. Means connected by different letters are statistically different (LSD, p ≤ 0.05). Cha a: Chlorophyll a; Cha b: Chlorophyll b; Cha T: Total Chlorophyll; Caro: Carotenoids; FW: Fresh weight. Bar intervals represent percent error. 

Compuestos nitrogenados y capacidad antioxidante

Las diferentes SNs causaron cambios importantes (p ≤ 0.05) en los contenidos de proteínas, aminoácidos, glutatión reducido y valores de capacidad antioxidante en lechuga (Figura 4). El mayor contenido de proteínas y aminoácidos se observó con la SN de CE de 2 dS m^-1, superando en un 142.37 y 252 %, respectivamente, las concentraciones de estos compuestos obtenidos en lechuga tratada con la SN de CE de 1 dS m^-1, la cual causó los contenidos más bajos de estos compuestos. La CE de 3 dS m^-1 causó el mayor contenido de glutatión reducido, el cual fue 19.04 % mayor al observado con las SNs de 1 y 2 dS m^-1, las cuales, causaron la concentración más baja de glutatión reducido. La capacidad antioxidante incrementó con la CE de la SN de 3 dS m^-1.

Figura 4 Efecto de la CE de la SN sobre el contenido de proteínas totales, aminoácidos, glutatión reducido y capacidad antioxidante hidrofílica ABTS en el cultivo de lechuga. Promedios conectados mediante letras diferentes son estadísticamente distintos (LSD, p ≤ 0.05). PF: Peso fresco; ABTS: Ácido 2,2′-azino-bis (3-etilbenzotiazolina-6-sulfónico); EAA: Equivalentes de ácido ascórbico. Los intervalos de las barras representan el error porcentual. 

Figure 4 Effect of the EC of the NS on the content of total proteins, amino acids, reduced glutathione and hydrophilic antioxidant capacity ABTS in lettuce. Means connected by different letters are statistically different (LSD, p ≤ 0.05). FW: Fresh weight; ABTS: 2,2′-Azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid); AAE: Ascorbic acid equivalents. Bar intervals represent percent error. 

Producción de biomasa y rendimiento

La obtención de altos rendimientos en los cultivos depende de su genética, su fisiología y del ambiente adecuado para su desarrollo en todas sus etapas fenológicas (^{Xu y Mou, 2015}). En la actualidad, la producción de cultivos es afectada por diferentes factores que provocan disminuciones significativas de rendimiento y calidad, lo cual, ha llevado a investigadores a buscar alternativas que permitan mitigar estos problemas sin afectar el medio ambiente (^{Morales-Espinoza et al., 2019}).

En esta investigación, los resultados obtenidos demostraron que el control de la CE de las SNs es un factor determinante en la calidad de la lechuga, aunque dichos resultados dependieron probablemente de las características genéticas de la lechuga romana utilizada (Paris Island Cos), la cual, es una variedad con buena tolerancia a la salinidad, calor y a diferentes enfermedades (^{Xu y Mou, 2015}). Esta buena tolerancia a la salinidad de la variedad de lechuga utilizada causó que la mayor acumulación de biomasa y rendimiento del cultivo fueran obtenidos con la SN de la CE de 2.5 dS m^-1.

Las SNs de CE baja (1, 1.5 y 2 dS m^-1) causaron una menor acumulación de biomasa, probablemente debido a un déficit de nutrientes, mientras que la SN con la mayor CE (3 dS m^-1) pudo causar una restricción en la absorción de agua y nu-trientes, provocando así un déficit hídrico, nutrimental y un estado de toxicidad por la acumulación de iones en la rizosfera que afectaron negativamente la producción de biomasa (^{Amalfitano et al., 2017}).

La CE tiene una relación importante en la absorción de agua y nutrientes por las plantas, entre más se eleve la CE, la absorción disminuye, ya que las sales son compuestos higroscópicos y tienen la capacidad de retener el agua de su ambiente, motivo por el cual privan a las plantas de estos recursos y por ende disminuyen su rendimiento (^{Preciado-Rangel et al., 2021}).

Resultados similares fueron reportados por ^{Alvarado-Camarillo et al. (2020)}, quienes en su estudio con lechuga romana indican que la CE de la SN de 2.5 dS m^-1, mejoró la acumulación de biomasa. ^{Aini et al. (2020)} observaron que la CE de la SN que favoreció en mayor medida la acumulación de biomasa en lechuga romana fue la de 1.4 dS m^-1. Por otro lado, ^{da Cunha-Chiamolera et al. (2017)} evaluaron tres CE de la SN (2, 2.5 y 3 dS m^-1) en la producción de lechuga y tomate, y observaron los mejores rendimientos con la SN de CE de 2.5 dS m^-1, los cuales fueron inferiores a los mostrados en este estudio.

Pigmentos fotosintéticos

La actividad fotosintética de las plantas está en función de la correcta nutrición y diferentes fenómenos ambientales, por lo cual, es de gran importancia nutrir a los cultivos de forma correcta, de acuerdo con su etapa fenológica y proporcionarle los cuidados necesarios (^{Horchani et al., 2010}). El proceso fotosintético está relacionado con el contenido de diferentes elementos esenciales, entre ellos nitrógeno (N), potasio (K), magnesio (Mg), fósforo (P), hierro (Fe), entre otros (^{Yoon et al., 2019}). En esta investigación se observó que la concentración de pigmentos incrementó conforme se aumentó la CE de la SN. Se ha sugerido que al incrementar la CE de las SNs se reduce la absorción de agua y nutrientes por la planta, fenómenos que se han asociado con un proceso fotosintético más eficiente (^{Khoshbakht et al., 2015}). ^{Silva et al. (2019)} también observaron que al incrementar la CE (1, 1.3, 1.6, 1.9 y 2.2 dS m^-1) de la SN se incrementó la concentración de clorofila a, clorofila b, clorofila total y carotenoides en lechuga. ^{Morales-Espinoza et al. (2019)} mencionan que con el incremento de la salinidad se aumenta el contenido de clorofila a, clorofila b y clorofila total en las hojas de tomate.

Compuestos nitrogenados y capacidad antioxidante

Los compuestos nitrogenados, como las proteínas, aminoácidos y glutatión, están involucrados en la acumulación de biomasa en los cultivos, sin embargo, también están involucrados en el sistema de defensa de las plantas al tener efectos antioxidantes (^{Zechmann, 2020}). Un antioxidante es considerado cualquier molécula que a muy baja concentración tiene la capacidad de reducir moléculas oxidantes (^{Liu et al., 2018}). En la presente investigación se observó que el contenido de proteínas y aminoácidos se incrementó conforme se elevó la CE de la SN hasta 2 dS m^-1, para después disminuir. Sin embargo, en lo que respecta a glutatión reducido y capacidad antioxidante hidrofílica, se observó que los valores de estas variables de respuesta aumentaron gradualmente al incrementar la CE.

Estos resultados sugieren que al incrementar la CE se provocó un aumento en el estrés oxidativo a causa de las sales minerales, que promueve la síntesis de antioxidantes como medida de defensa (^{Morales-Espinoza et al., 2019}; ^{Preciado-Rangel et al., 2021}). En este sentido, se puede apreciar que con la CE más alta (3 dS m^-1) se estimuló la mayor síntesis de antioxidantes, pero dicha CE afectó negativamente el rendimiento. Ding et al. (2018) demostraron que al incrementar la CE de la SN aplicada a Brassica campestris (0 - 9.6 dS m^-1) se fortalecía el sistema antioxidante enzimático y no enzimático de la planta. ^{Preciado-Rangel et al. (2021)} demostraron que al incrementar la CE de la SN (1.5, 2, 2.5 y 3 dS m^-1) aplicada al cultivo de pimiento morrón se incrementaban los contenidos de ácido ascórbico, fenoles totales, licopeno y β-caroteno, así como la capacidad antioxidante.