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Diciembre 2020 | Hortalizas

Durante los meses de verano y bajo condiciones de invernadero

Uso de filtros foto selectivos para el cultivo de lechugas verdes

Los filtros fotoselectivos de color han sido utilizados en la manipulación de microambientes para mejorar la productividad y la calidad de las hortalizas de hoja ya que reducen la radiación incidente al interior del invernadero y permiten mejorar una dispersión de la luz, lo que favorece el crecimiento de los cultivos. Se evaluó el efecto de los filtros fotoselectivos de colores rojo y azul en el rendimiento en biomasa y contenido de compuestos bioactivos de lechuga Lollo Bionda, cultivadas en un sistema hidropónico de NFT bajo invernadero durante los meses de verano en la Zona Central de Chile.

Mónica Flores y Víctor Escalona. Centro de Estudios Postcosecha, Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile. Santa Rosa 11315, La Pintana, Santiago (Chile). vescalona@uchile.cl, www.cepoc.cl

El consumo de lechugas ha aumentado significativamente en los últimos años. Entre otras razones, debido a los beneficios asociados con la prevención de enfermedades crónicas no transmisibles, como el cáncer. La tendencia apunta a  consumirlas en estado “baby”, debido a su atractivo visual y fácil preparación. La producción de hortalizas de hojas “baby” se realiza con éxito en sistemas hidropónicos bajo invernadero, donde los nutrientes esenciales son aportados a la planta a través de la solución nutritiva (SN).

La luz es uno de los factores de mayor importancia para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Medirla y controlarla permitirá entender a cabalidad su participación en los procesos fotosintéticos y el metabolismo. Dentro del espectro de la radiación luminosa, la luz visible ocupa una pequeña franja, entre 400 y 700 nm, situada entre la radiación ultravioleta (UV) y la infrarroja (IR), constituyendo la radiación fotosintética activa (PAR). Muchos autores sostienen que la PAR está entre los principales factores ambientales que actúan sobre el rendimiento de biomasa y la biosíntesis de compuestos bioactivos en plantas, ya que coincide con el rango de absorción de la clorofila y otros pigmentos, como también con el rango percibido por los foto-receptores.

En general, durante la producción de hortalizas, existen limitantes en el control de factores abióticos como los cambios en la radiación solar y la temperatura. Colonna et al. (2016) demostraron que la espinaca se desarrolla con baja intensidad PAR en un rango de 200-400 μmol m2 s-1 alcanzando su saturación a una intensidad entre los 800 y 1.200 μmol m2 s-1. Así mismo Ilić et al. (2012) sostienen que los efectos de la temperatura se manifiestan en la incidencia de trastornos abióticos como el engrosamiento de las hojas y la emisión del tallo floral en desmedro de la producción de hojas. Por lo tanto, la manipulación activa del entorno durante el crecimiento de las hortalizas de hoja optimiza su producción y la calidad del producto.

Para manipular las bandas espectrales y transformar la luz directa en luz difusa se pueden utilizar filtros fotoselectivos, los cuales corresponden a redes tejidas de polietileno con diferentes dimensiones de fibras y agujeros para lograr niveles de sombra específicos (Appling, 2012). Las modificaciones del espectro incidente a través del uso de filtros fotoselectivos, se relacionan directamente con el color de sus fibras, las cuales promueven respuestas fotomorfogénicas que mejoran la penetración de luz en el dosel y generan respuestas fisiológicas deseables, como el incremento en el desarrollo vegetativo y acumulación de compuestos bioactivos (Flores et al., 2020 a,b). Así, en el rango correspondiente al color azul, que se ubica entre 425 y 490 nm del espectro, se produce la mayor absorción de los pigmentos fotosintéticos primarios (clorofilas a y b) lo que genera un mayor crecimiento y producción de biomasa en las plantas. Además, aumenta el contenido de compuestos fenólicos con importante actividad antioxidante, también es absorbido por las clorofilas por lo que se asocia al incremento de biomasa. Además, aumenta el contenido de compuestos fenólicos como los flavonoides, particularmente la quercetina en hojas de hortalizas (Duduzeli et al., 2016).

Las plantas tienen la capacidad de captar los cambios en la intensidad lumínica mediante fotorreceptores que son sensibles en los rangos que van desde la radiación ultravioleta-B y al infrarrojo cercano (Flores et al., 2020a). Por otro lado, existen pigmentos vegetales, denominados fitocromos, que controlan diferentes aspectos del desarrollo de las plantas y que participan en la modulación de respuestas al estrés biótico y abiótico (Flores et al., 2020a). La transmisión de la radiación al interior del invernadero es clave en la manipulación de las condiciones ambientales del mismo, para así regular los procesos de germinación, elongación de las plántulas, número de hojas y síntesis de clorofila, entre otros.

FILTROS FOTOSELECTIVOS DE COLOR PARA MEJORAR LA PRODUCTIVIDAD Y LA CALIDAD

Los filtros fotoselectivos de color han sido utilizados en la manipulación de microambientes para mejorar la productividad y la calidad de las hortalizas de hoja ya que reducen la radiación incidente al interior del invernadero y permiten mejorar la dispersión de la luz, lo que favorece el crecimiento de los cultivos (Flores et al., 2020a).

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de los filtros fotoselectivos de colores rojo y azul en el rendimiento en biomasa y contenido de compuestos bioactivos de lechuga Lollo Bionda cultivadas en un sistema hidropónico de NFT (Nutrient Film Technique), bajo invernadero, durante los meses de verano en la Zona Central de Chile.

La investigación se realizó en el invernadero y en los laboratorios del Centro de Estudios Postcosecha (CEPOC) de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad de Chile ubicada en la comuna de La Pintana, Santiago (provincia de Santiago, Región Metropolitana, Chile).

El cultivo se realizó durante los meses de verano entre 15 de diciembre y 30 de enero en un invernadero tipo capilla de 30 x 8 m de dimensión y provisto de una pared húmeda que mantuvo la temperatura máxima por debajo de 35°C durante todo el periodo del cultivo.

Para la fase productiva se emplearon plantas de lechuga (Lactuca sativa L.) tipo Lollo Bionda cv. Levistro. Las semillas fueron germinadas y cultivadas en bandejas de 162 alvéolos con sustrato inerte (Perlita:turba 1:1) en condiciones de invernadero.

Las plantas fueron trasplantadas a un sistema de NFT con una densidad de 20 plantas por metro cuadrado cuando alcanzaron el estado de 3era-4ta hoja verdadera y se distribuyeron en dos sistemas de NFT, compuestos por 7 canaletas planas de 7 m de longitud. Al segundo día desde el trasplante se cubrieron con filtros fotoselectivos de polietileno de alta densidad con un ancho de rafia de 2,6 mm y entramado de 40 hilos por cada 10 cm. Los filtros de color rojo y azul, con un 65% de sombreo, se ubicaron a 40 cm sobre las plantas. En ambos sistemas de NFT se colocaron 24 plantas por cada unidad experimental (UE) de 1,5 x 0,8 m por cada tratamiento, distribuyéndose 3 unidades experimentales al azar (UE). Se empleó como tratamiento control UEs sin filtro, expuestas directamente a la radiación solar al interior del invernadero (Figura 1). La radiación a la cual se expusieron las plantas al inicio del cultivo se detalla en el Cuadro 1. Durante el periodo de cultivo y cosecha de las lechugas, las temperaturas en el invernadero fueron de 12 a 34°C sin observarse diferencias significativas entre tratamientos bajo los filtros.

Figura 1. Distribución de los tratamientos con filtros fotoselectivos empleados para el cultivo de lechuga Lollo Bionda cosechada en dos momentos.

Cuadro 1. Descripción de la radiación en los tratamientos aplicados a lechugas Lollo Bionda correspondiente a un día despejado a inicio del cultivo (Fecha: 30 de noviembre día despejado).

La solución nutritiva utilizada fue Hoagland II modificada la cual se mantuvo en recirculación constante alcanzando una concentración de oxígeno disuelto entre 6 y 7 mg L-1. El pH se mantuvo entre 5,7 y 6,0 y la conductividad eléctrica entre 1,9 y 2,2 mS (Flores et al., 2020c).

La cosecha se realizó con una tijera de acero inoxidable tras 13 y 26 días desde el trasplante. Se cosecharon 20 plantas de cada UE para realizar las mediciones correspondientes a parámetros agronómicos y de compuestos funcionales.

EVALUACIONES AL MOMENTO DE LA COSECHA

Número de hojas: Se seleccionaron 5 plantas al azar de cada unidad experimental y se les contabilizó el número total de hojas.

Peso fresco (PF), peso seco (PS) y porcentaje de peso seco: Se seleccionaron 5 plantas al azar por cada UE. Las cuales se pesaron utilizando una balanza de precisión, el peso se obtuvo separando tallo y hojas de la raíz. Luego, las muestras se secaron en una estufa de aire forzado a 60°C hasta obtener un peso constante. El PF y PS fue expresado en gramos por planta. El porcentaje de PS fue estimado mediante el cociente entre PS y PF.

Color: Para medir el color se seleccionaron 6 plantas al azar por UE, de las cuales se tomaron 5 hojas por planta. La medición se realizó en el haz de la hoja, evitando la nervadura central. Para esto se utilizó un colorímetro compacto tri estímulo (Konica Minolta). El color fue definido utilizando el sistema CIE Lab y los valores se expresaron como luminosidad (L), croma (C) y tono (Hue).

Determinación de parámetros químicos de las hojas: Las muestras cosechadas fueron inmediatamente almacenadas a -80°C. Luego de dos días fueron liofilizadas y trituradas en un molino eléctrico hasta obtener un polvo fino para realizar las extracciones.

Preparación del extracto: Se pesaron 0,2 g de muestra y se mezclaron con 10 mL de metanol al 70%. Cada mezcla se agitó, sonicó durante 15 min y centrifugó 10 min a 4°C. Finalmente, se rescató el sobrenadante el cual fue filtrado pasando la muestra por una membrana de PVDF de 0,45 µm.

Concentración de fenoles totales (CFT): Una muestra del extracto obtenido fue mezclada con reactivo Folin-Ciocalteu y carbonato de sodio y puesta a reaccionar en oscuridad. El producto de la reacción es un compuesto coloreado medible por absorbancia a 765 nm, para ello se utilizó un espectrofotómetro de placas. Los fenoles totales se expresaron como equivalente de ácido gálico (EAG) en mg·100∙g-1 de peso fresco.

Capacidad antioxidante total (CAT): La capacidad antioxidante total fue medida por los métodos FRAP (Ferric Reducing Antioxidant Power) y DPPH (1,1-difenil2-picrilhidracil). La capacidad antioxidante total se calculó por medio de una curva de calibración realizada con trolox. Los resultados se expresaron como mg de trolox (ET) 100·g-1 de peso fresco.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Número de hojas: en la primera cosecha, tras 13 días desde el trasplante, se obtuvo un mayor número de hojas en las plantas sin filtro respecto a aquellas bajo filtros, debido a que las plantas control presentaron un crecimiento más rápido (Cuadro 2). En la segunda cosecha, realizada luego de 26 días desde el trasplante, se mantuvo la misma tendencia y las plantas sin filtro obtuvieron en promedio 17,9 hojas, mientras que las crecidas bajo de filtro azul y rojo alcanzaron 10,6 y 12, 4 hojas por planta respectivamente (Cuadro 3). Estos resultados muestran que, bajo invernadero en condiciones de verano a similares regímenes de temperatura las lechugas pueden retardar su crecimiento bajo filtros rojo y azul.

Cuadro 2. Parámetros agronómicos en lechuga cultivadas bajo filtro rojo, azul y sin filtro (control) tras 13 días de cultivo hidropónico.

Peso fresco, seco y porcentaje de peso seco: Al momento de la primera cosecha, tras 13 días desde el trasplante en los sistemas de NFT, se obtuvo un mayor peso fresco en las lechugas control respecto a aquellas bajo filtro, tanto para hojas como raíz (Cuadro 2, Figura 2). Al considerar los valores de pesos seco y porcentaje de peso seco, las lechugas control obtuvieron mayores valores, indicando que hubo crecimiento más rápido con mayor acumulación de materia seca. En las lechugas cultivadas bajo filtros se obtuvo menores porcentajes y acumulación de materia seca tanto en rojo como azul para hojas y raíz (Cuadro 2).

Figura 2. Apariencia y tamaño relativo de lechugas cultivadas bajo filtros roja, azul y sin filtros tras 13 y 26 días de cultivo hidropónico. El cuadrado negro junto a las plantas corresponde a 4 x 4 cm.

De igual forma, tras 26 días de cultivo, se obtuvieron plantas más grandes en el control con pesos fresco de 87,5 g de hoja y 25,1 g de raíz respecto a aquellas bajo filtros (Cuadro 3, Figura 2).  Las plantas cultivadas bajo filtros rojos tuvieron una masa fresca de 56,6 g de hojas y 12,3 g de raíz y las de azul 34,8 g de hoja y 7,9 g de raíz. Finalmente, los resultados de peso seco y el porcentaje de pesos seco, fueron mayores en las plantas provenientes del tratamiento control respecto a los filtros. Lo anterior indicaría que las plantas crecen más lento bajo las condiciones de filtro azul y rojo respecto al control.

Cuadro 3. Parámetros agronómicos en lechuga cultivadas bajo filtro rojo, azul y sin filtro (control) tras 26 días de cultivo hidropónico.

Las plantas de lechuga cultivadas bajo los filtros fotoselectivos fueron más pequeñas y con hojas más tiernas que las cultivadas sin malla, además presentaron una morfologia de las hojas ligeramente más alargada. Cabe destacar que durante el periodo de evaluación, ninguna planta presentó la emisión del tallo floral.

Color:  en la primera cosecha se observó que las hojas control presentaron colores más oscuros (menor luminosidad), sin embargo, no hubo diferencias claras en los otros componentes del color (croma y tono). Por otro lado, las hojas cultivadas bajo filtro rojo fueron las más claras (mayor valor de luminosidad). Tanto los valores de tono como de croma fueron similares entre los distintos tratamientos (Cuadro 4).

Cuadro 4. Parámetros de color en lechuga cultivadas bajo filtro rojo, azul y sin filtro tras 13 días de cultivo hidropónico.

Tras 26 días de cultivo las hojas fueron más oscuras en las plantas sin malla y más claras en aquellas cultivadas bajo filtros (Cuadro 5). En términos generales, en ambas cosechas, salvo en las hojas sin filtro que fueron algo más oscuras, no hubo diferencias notorias en el color entre los tratamientos con y sin filtros (Figura 2).

Cuadro 5. Parámetros de color en lechuga cultivadas bajo filtro rojo, azul y sin filtro tras 26 días de cultivo hidropónico.

Contenido de fenoles totales:  De acuerdo a lo que señalan muchos autores las plantas expuestas a una mayor radiación fueron las que presentaron el mayor contenido de fenoles totales con 228,65 mg EAG*100g-1PF tras 13 días de cultivo, respecto a los otros tratamientos bajo filtros. Por su parte, las plantas cultivadas bajo filtros rojo tuvieron el menor contenido de fenoles totales, alcanzando valores de 178,43 mg EAG*100g-1PF. Finalmente, las cultivadas bajo filtro azul registraron un valor de 234,35 mg EAG*100g-1PF, similar al obtenido en condiciones sin malla.

Las plantas poseen un sistema de protección frente a estimulos abióticos, como la luz, que activan la via fenilpropanoide, favoreciendo la sintesis de compuestos fenólicos por acción de la enzima fenil amonio liasa (PAL). Así, las plantas sin filtros habrían sufrido una mayor estimulación por luz que las otras plantas bajo filtros. Se debe destacar que mediante el uso de filtros azul y rojo la intensidad de la luz fue entre un 40 y 50% menor que en el control (cuadro 1). Sin embargo, bajo el filtro azul, el contenido de fenoles fue similar al control. Esta respuesta en la síntensis de fenoles frente al espectro azul y con menos intesidad luminica ha sido reportada como una de las ventajas del uso de este espectro. Lo anterior ha permitido relacionar directamente a la luz azul con la síntesis de compuestos antioxidantes (Flores et al., 2020a), representados en este caso como fenoles totales.

Tras 26 días de cultivo, el contenido de fenoles totales continuó siendo más alto en el tratamiento control, con un valor promedio de 175,12 mg EAG*100g-1PF. Bajo los filtros las plantas alcanzaron valores entre 131 y 142 mg EAG*100g-1PF sin diferencias significativas entre estos tratamientos.

Capacidad antioxidante: este párametro mide de forma indirecta la cantidad de compuestos que tienen capacidad antioxidantes en un alimento y suele evaluarse empleando al menos dos métodos que empleen diferentes principios químicos. Dependiendo del método, pueden existir diferencias en los valores. Sin embargo, se obtiene una visión más real de la capacidad antioxidante total del producto.

En este trabajo se observó que, tanto para el método DPPH como el de FRAP, el control presentó la mayor capacidad antioxidante, diferenciándose significativamente de los tratamientos bajo filtros.

Tras 13 días de cultivo la capacidad antioxidante para el control fue de 1057,51 y 807,96 mg eq TROLOX*100g-1PF según los métodos de DPPH y FRAP, respectivamente. Respecto a los filtros rojo y azul, no se encontraron diferencias entre ellos, presentando valores entre 656,32 y 752,44 mg eq TROLOX*100g-1PF para DPPH y entre 519,47 y 618,57 mg eq TROLOX*100g-1PF para FRAP (Cuadro 6). Estas mediciones suelen tener una relación directa con el contendio de compuestos fenólicos totales. Sin embargo, puede presentar diferencias si en el producto encontramos distintas familias de compuestos antioxidantes.

Cuadro 6. Contenido de fenoles totales y capacidad antioxidante en lechuga cultivadas bajo filtro rojo, azul y sin filtro (control) tras 13 días de cultivo hidropónico.

Una tendencia similar se encontró en la cosecha realizada luego de 26 días de cultivo. Los tratamientos bajo filtros tuvieron una capacidad antixiodante similar entre ellos pero menor respecto al control. Así las lechugas bajo filtros rojo y azul obtuvieron valores entre 351,82 y 450,94 mg eq TROLOX*100g-1PF para DPPH y entre 357,31 y 327,51 mg eq TROLOX*100g-1PF para FRAP (Cuadro 7). El control presentó los valores más altos, de 756,77 y 466,87 mg eq TROLOX*100g-1PF para DPPH y FRAP, respectivamente.

Cuadro 7. Contenido de fenoles totales y capacidad antioxidante en lechuga cultivadas bajo filtro rojo, azul y sin filtro (control) tras 26 días de cultivo hidropónico.

Cabe destacar que, tanto para fenoles totales como para la capacidad antioxidantes, los valores obtenidos para la primera cosecha (13 días después del trasplante) fueron mayores que los obtenidos para la segunda cosecha (26 días después del trasplante) siendo el tiempo de cultivo relevante en el aporte antioxidante del producto final.

LA POSIBILIDAD DE MANEJAR LOS TIEMPOS DE COSECHA

El uso de filtros de color rojo y azul retrasaría la cosecha de lechugas bajo invernadero cultivadas en verano en hidroponía, permitiendo manejar los tiempos de cosecha. Especificamente el filtro azul permitiría obtener lechugas con una calidad antioxidante similar al control, siendo relevante la selección del color del filtro.

Finalmente, parece interesante evaluar el tiempo de cosecha ya que las plantas cultivadas durante 13 días presentaron mayores contenidos de compuesto fenólicos y capacidad antioxidante que las cultivadas durante 26 días.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al Proyecto FIC “TRANSFERENCIA AUMENTO VALOR FUNCIONAL ORGANOLÉPTICA HORTALIZAS (cod. 30474703-0)” de la Región de O’Higgins por la financiación de este trabajo. También se agradece a la Beca Doctorado Nacional CONICYT (cod. 211507) otorgada a la Srta. Flores.

REFERENCIAS

Appling, S. 2012. Colored shade cloth affects the growth of basil, cilantro, and parsley. M.S.c. Thesis. Polytechnic Institute and State University, Blacksburg,Virginia. 191p.

Colonna et al. 2016. Nutritional quality of ten leafy vegetables harvested at two light intensities. Food Chemistry, 199: 702-710.

Duduzile et al. 2016. Spectral quality of photoselective nets improves phytochemicals and aroma volatiles in coriander leaves (Coriandrum sativum L.) after postharvest storage. Photochemistry and Photobiology, 161: 328- 334.

Flores et al. 2020a.  Respuestas de las plantas frente al estímulo lumínico. Proyecto FIC IDI 30474703-0. http://www.microhortalizas.uchile.cl/fichas.html

Flores et al. 2020b.  Filtros Foto-selectivos. Proyecto FIC IDI 30474703-0. http://www.microhortalizas.uchile.cl/fichas.html

Flores et al. 2020c.  Manejo de la solución nutritiva. Proyecto FIC IDI 30474703-0. http://www.microhortalizas.uchile.cl/fichas.html

Ilić et al. 2012. Effects of the modification of light intensity by color shade nets on yield and quality of tomato fruits. Scientia Horticulturae, 139, 90–95.