Uso de cafeína en la bioestimulación para sandía

EVALUACIÓN AGRONÓMICA SOBRE LA INFLUENCIA DE LA CAFEÍNA (1,3,7 Trimetil-xantina) EN SANDÍA INJERTADA APIRENA

Óscar Montes Zavala, Fernando Diánez Martínez, Francisco Camacho Ferre

AGR-200 – CIAIMBITAL – Universidad de Almería – España

En la actualidad se están aplicando distintos fitorreguladores (reguladores del crecimiento vegetal) en la agricultura intensiva, con diversos objetivos: incrementar el desarrollo radicular, incrementar la fijación de nutrientes e intervenir en procesos metabólicos de la planta, con la finalidad de tener mayor resistencia a estreses abióticos y bióticos o incrementar la resistencia frente a patógenos y plagas de los cultivos. Otras aplicaciones buscan mejorar los parámetros productivos del cultivo como precocidad, calidad del fruto (color, dulzor, pH, acidez o firmeza) y rendimiento.

Los fitorreguladores son sustancias que están en las plantas y funcionan como coordinadores de su crecimiento y desarrollo; se conocen como fitohormonas, hormonas de las plantas y reguladores de crecimiento. Cuando la industria agroquímica obtiene sintéticamente las fitohormonas, se acuña el término Regulador del Crecimiento de Plantas (PGR – Plant Growth Regulator), que se definen como compuestos orgánicos, que no son nutrientes y que en pequeñas cantidades, promueven, inhiben o modifican cualquier proceso fisiológico de la planta. La importancia de las fitohormonas se encuentra en la función que desempeñan como sustancias transductoras después de la percepción de un estímulo ambiental. Además de las fitohormonas, existen otras sustancias que intervienen en el desarrollo de las plantas; a estos compuestos se les denomina metabolitos secundarios y desempeñan una función importante en la adaptación de los vegetales al medioambiente.

Los metabolitos secundarios son compuestos químicos que cumplen funciones no esenciales en las plantas, ya que no intervienen en el metabolismo primario, pero les confiere unas claras ventajas selectivas al intervenir en las interacciones ecológicas entre la misma y su ambiente.

Mientras que los metabolitos primarios están presentes en cada célula de la planta que es capaz de reproducirse, los metabolitos secundarios están presentes, sólo accidentalmente y, no son imprescindibles para la vida. Se clasifican en cuatro grupos diferentes: terpenoides o terpenos, fenoles o compuestos fenólicos, Glicósidos y Alcaloides. Los alcaloides lo constituyen un gran grupo de compuestos nitrogenados derivados, mayoritariamente, de aminoácidos, aunque algunos son derivados de purina y pirimidina; es el caso de la cafeína, producto con el que se realiza el experimento que describiremos. Su estructura es similar a las citoquininas y ambas derivan de la purina.

La cafeína en su estado puro es una sustancia inodora y de sabor amargo. La fórmula molecular es C8H10N4O2. Está constituida por un 49.48% de carbono, 5.19% hidrógeno, 28.85% nitrógeno y 16.48% de oxígeno. Se trata de un compuesto con una estructura 1,3,7-trimetil-xantina perteneciente al grupo bioquímico de las purinas metiladas o alcaloides purinas de origen vegetal.

Con la cafeína se ha experimentado para reducir los problemas de plagas y enfermedades en las plantas. Altas concentraciones de cafeína en hojas jóvenes, frutos y botones florales de algunas especies, actúan como defensa al proteger los tejidos jóvenes frente a herbívoros y patógenos. Algunos ejemplos sobre tomate y calabaza: Pulverizando cafeína a una concentración de 1% sobre hojas de tomate disuade la alimentación de las larvas de Manduca sexta. En tratamientos aplicados en hojas de calabaza “Napa” contra babosas (Veronicella cubensis), actúa como repelente y disminuye su alimentación. Aplicaciones de cafeína sobre orquídeas infestadas de caracoles (Zonitoides arboreus), cultivadas en invernaderos, fueron letales ya que actuaba como una neurotoxina.

La cafeína y su función alelopática

En 1984, Rice definió la alelopatía como un efecto positivo o negativo, directo o indirecto, de un vegetal (incluidos los microorganismos) sobre otro, por acción de los compuestos químicos liberados al medio ambiente. Cuando las plantas donantes de los compuestos fitotóxicos y las plantas receptoras son de la misma especie, se está ante un caso especial de la alelopatía llamado autotoxicidad. En las plantaciones de café, las hojas y frutos caídos introducen cantidades considerables de cafeína sobre la capa superficial del suelo que afectan parcialmente a la germinación y, hacen que el desarrollo sea más lento debido al contenido de cafeína que hay en la superficie del suelo. Según diversos autores, los lixiviados de suelos de plantaciones de café y extractos de hojas y raíces del mismo, muestran un efecto alelopático sobre malezas.

La cafeína como estimulante del crecimiento vegetal o reductor del mismo

Según diversas investigaciones, la cafeína tiene una estructura química análoga a las citoquininas naturales, las cuales son derivados de la base púrica adenina (6-aminopurina), regulan la división celular, la inducción floral, la germinación de semillas, la formación de nuevas yemas y la senescencia de órganos vegetales. La síntesis de esta hormona se hace en las raíces.

Objetivo del experimento

Evaluar el posible efecto bioestimulante de la cafeína, aplicada a dos dosis diferentes, sobre parámetros de rendimiento y calidad en el fruto de sandía triploide, cultivar Reina de Corazones. Los parámetros de rendimiento estudiados fueron: kg/m² y peso medio del fruto. Como parámetro de calidad externa se evaluó cicatriz pistilar. Los parámetros de calidad interna medidos fueron: sólidos solubles (ºBrix), grosor de la corteza (mm) y firmeza (kg/m²).

Materiales y métodos

El experimento fue llevado a cabo durante dos años consecutivos en campañas de primavera, coincidiendo con el calendario de producción de los agricultores profesionales de la región. Las instalaciones utilizadas para el experimento fueron las de la Fundación “Finca experimental Universidad de Almería – Anecoop” (36º 51´ 78″ latitud Norte y 2º 17´ 08″ longitud Oeste), localizadas en la provincia de Almería (España). El cultivo se realizó bajo invernadero multitúnel sin calefacción con suelo arenado. La altura a la canal era de 4.5 m. La cubierta era polietileno translúcido de 200 micras de grosor. La fertirrigación se realizó utilizando un sistema de riego por goteo, con goteros autocompensantes de 3 L/h de descarga (tabla 1).

El invernadero constaba de un total de 12 subsectores originales de riego dividido en dos tablares, norte y sur. El marco de los goteros para la sandía fue de 1.10 m x 0.5 m, obteniendo una densidad de 1.82 goteros/m2.

Diseño experimental y tratamientos evaluados

La superficie total cultivada fue de 1692 m2, dividida en 12 bloques, cada uno con su respectiva abonadora. Sobre la nutrición empleada, igual para todos los tratamientos, se aportan las dosis de cafeína (2.25 µmol para T1 y 9 µmol para T2). Al testigo (T0) no se le aplicó cafeína. El diseño experimental utilizado fue de bloques al azar con cuatro repeticiones por tratamiento (gráfico 1).

Gráfico 1: Distribución de las parcelas elementales y tratamientos

El marco de plantación utilizado en el cultivo de la sandía fue de 4 x 1 m. obteniendo una densidad de plantación de 0.25 plantas/m2. Se tomó toda la repetición como parcela elemental, las cuales se dividieron con una manta térmica blanca para evitar que los brotes de las distintas paracelas se entrecruzaran lo que hubiese hecho imposible las mediciones. (figura 1)

Foto 1: Separación de parcelas elementales con agrotextil

La cantidad de cafeína que se depositaba en las abonadoras, iba de acuerdo con las dosis establecidas de cada tratamiento y el tiempo de riego que se aplicaba a cada cultivo. Las abonadoras tenían una capacidad de 40 litros (tabla 2).

La cantidad de agua aportada estaba en función de la fase del cultivo y de las condiciones climáticas del momento.

Establecimiento y desarrollo del cultivo

Los trasplantes se realizaron en los últimos días de enero y primeros de febrero respectivamente, finalizando a los 103 y 143 días después del trasplante (DDT). En ambos ciclos la cosecha se inició en el mes de mayo. En el primer ciclo se realizaron dos cosechas (93 DDT y 103 DDT), y en el segundo ciclo se realizaron tres (106, 113 y 143 DDT).

Material vegetal utilizado

El cultivar de sandía utilizado (Reina de Corazones) es vigoroso, productivo y de comportamiento uniforme, con fruto Crimson, ausencia de semillas lignificadas, color y sabor de pulpa comparable con el de sandía tradicional (diploide), peso medio 4 a 5 kg. Como polinizador se utilizó el cultivar Dulce Maravilla (fruto Sugar Baby).

El portainjertos utilizado fue RS-841, híbrido interespecífico de Cucurbita maxima x Cucurbita moschata. Aporta resistencia a Fusariosis (F. oxysporum f. sp. niveum) y nematodos, además de un gran vigor. El injerto, en ambas campañas, se realizó mediante el método denominado “adosado.”

Toma de datos

Se procedió del siguiente modo:

  • Se contaron todos los frutos comerciales de cada parcela elemental.
  • De cada parcela se eligieron 10 frutos comerciales al azar, los cuales, fueron pesados.
  • De los 10 frutos se eligieron tres frutos al azar para la evaluación de la calidad del fruto.

    Parcela elemental con frutos para cosecha
  • Los tres frutos se cortaron transversalmente.
  • El diámetro de la cicatriz pistilar se midió haciendo dos medidas por fruto.
  • Para el grosor de corteza se tomaron cuatro mediciones en puntos equidistantes en las mitades del fruto.
  • Para la firmeza de la pulpa se realizaron tres perforaciones en distintas partes de la mitad de cada uno de los frutos.
  • Para la obtención del total de sólidos solubles (ºBrix), se utilizó un refractómetro depositándose zumo de la pulpa.

    Foto 3: Instrumentos para medida de calidad de frutos de sandía
  • Las diferencias entre tratamientos fueron determinadas utilizando un análisis de la varianza multifactorial (ANOVA), donde se observaron las diferencias significativas (P valor < 0.05) entre los distintos tratamientos.

Resultados y discusión

Producción comercial acumulada. No se observan diferencias estadísticas entre tratamientos en cada cosecha que se hizo durante los dos ciclos evaluados. No se observa ningún efecto en precocidad entre tratamientos, (tabla 3).

 

Peso medio del fruto. No se obtienen diferencias significativas entre tratamientos en ambos ciclos. En los dos primeros cortes del segundo ciclo, el peso medio del fruto es más elevado, que en el primero.

Cicatriz pistilar del fruto. En el primer ciclo se obtienen diferencias significativas en la segunda cosecha que se realizó. T2 y T0 presentaron mayor tamaño de cicatriz pistilar que T1. En el segundo ciclo, no se obtienen diferencias significativas en ninguno de los casos observados.

Sólidos solubles (ºBrix) del fruto de sandía. En este parámetro no se encuentran diferencias significativas, por día de cosecha y tampoco en la media en ambos ciclos.

Firmeza de la pulpa del fruto de sandía (kg/m²). No se observaron diferencias significativas en ninguno de las cosechas practicadas.

Grosor de la corteza del fruto de sandía. Se obtienen diferencias significativas entre tratamientos en el primer ciclo para el segundo día de cosecha y en la media, donde T0 tiene más grosor de corteza, mientras que T1 y T2 no presentan diferencias estadísticas entre ambos. En el segundo ciclo no hay diferencias estadísticas significativas.

Discusión

No nos constan trabajos en los que se haya evaluado el efecto de la cafeína sobre cultivos hortícolas en condiciones de campo, realizando su aplicación mediante el riego, con dosis reducidas, durante todo el ciclo de cultivo. No existen en la bibliografía trabajos, en los que se evalúe en condiciones agronómicas el efecto de su aplicación exógena sobre sandía injertada. Sí existen algunos estudios realizados in vitro e in vivo (planta en maceta) sobre la aplicación exógena de cafeína y, en ellos podemos observar que, las dosis, los métodos y tiempos de aplicación, difieren notablemente entre sí y con respecto a los que se han utilizado en estos experimentos.

Las dosis de cafeína evaluadas son cantidades reducidas, 2.25 y 9 µmol, aunque se suministra durante todo el ciclo del cultivo mediante el riego por goteo. La cantidad total de cafeína aplicada a cada planta es de 8000 y 2000 µmol en T2 y T1 respectivamente en el primer año de experimento y un total de 9500 y 2100 µmol en T2 y T1 respectivamente en el segundo. Las dosis aplicadas por litro de riego son similares a las dosis utilizadas en experimentos in vitro por otros investigadores en rábano, donde obtuvieron un incremento de la longitud del cotiledón y en el caso del pepino mayor concentración de clorofila sobre cotiledones con dosis menores. Tan sólo, a la concentración de 5154 µmol por un periodo de exposición muy reducido (3 horas) estimuló la división celular un 33% más que el testigo. Aplicaciones realizadas a hipocotilos de Phaseolus vulgaris con dosis más bajas respecto a las antes indicadas (1000 y 2000 µmol), pero con mayor periodo de exposición (7 días), ponen nuevamente de manifiesto efectos inhibidores del crecimiento a dosis “elevadas.”

Existen trabajos realizados mediante aplicación de diversas dosis de cafeína a semillas, en ellos se ponen de manifiesto nuevamente efectos diferentes según el método de evaluación. Estos experimentos realizados in vivo (planta en maceta) y su evaluación final, se realizaron cuando llegaron al estado de madurez de la planta, por lo que ambos son los más semejantes a la evaluación que se realizó en nuestro proyecto, aun que con una notable diferencia entre las dosis y tiempos de exposición. Resultados obtenidos con la medición de parámetros morfológicos son similares a los obtenidos en nuestros experimentos en pimiento, pero no en sandía. No presentan diferencias estadísticas como las que han obtenido otros autores cuando han aplicado la cafeína de manera exógena sobre diversas estructuras u órganos vegetales. Cabe destacar que el método de aplicación difiere de todos los experimentos expuestos.

Conclusión

Las dosis evaluadas 2.25 y 9.0 µmol de cafeína, aplicadas mediante fertirriego durante todo el ciclo de cultivo, no tienen ninguna influencia detectable sobre el desarrollo, producción y calidad del fruto triploide de sandía apirena cv Reina de Corazones.

 


Investigación elaborada por Óscar Montes Zavala, Fernando Diánez Martínez, Francisco Camacho Ferre
AGR-200 – CIAIMBITAL – Universidad de Almería – España

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