Research Article
1 Doctorado en Ciencias en Agricultura Protegida, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Calzada Antonio Narro 1923, Buenavista, C.P. 25315, Saltillo, Coahuila, México.
2 Departamento de Botánica, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Calzada Antonio Narro 1923, Buenavista, C.P. 25315, Saltillo, Coahuila, México.
4 Departamento de Parasitología, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Calzada Antonio Narro 1923, Buenavista,
C.P. 25315, Saltillo, Coahuila, México.
5 Departamento de Horticultura, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Calzada Antonio Narro 1923, Buenavista,
C.P. 25315, Saltillo, Coahuila, México.
6 CONAHCYT, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Calzada Antonio Narro 1923, Buenavista, C.P. 25315, Saltillo, Coahuila, México.
7 Departamento de materiales avanzados, Centro de Investigación en Química Aplicada, Blvd. Enrique Reyna Hermosillo 140, C.P. 25294. Saltillo, Coahuila, México.
ZnO nanoparticles and potassium polyacrylate bioestimultation impact on pepper production under hydric stress
El agua es un recurso esencial cuya disponibilidad va en disminución, siendo el sector agrícola uno de los principales consumidores. La nanotecnología y polímeros superabsor- bentes tiene el potencial de mejorar la eficiencia en el uso del agua y facilitar la producción de alimentos en condicio- nes adversas. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto bioestimulante de las nanopartículas de ZnO y el poliacrilato de potasio, como retenedor de agua, en la producción de pimientos bajo condiciones de estrés hídrico. Se analizaron parámetros como la eficiencia del uso del agua, el rendimien- to, la calidad de los frutos, las características fisiológicas de las plantas y las propiedades del sustrato. Los tratamientos aplicados mejoraron la eficiencia en el uso del agua, incre- mentaron el rendimiento y redujeron la oxidación-reducción al activar el sistema de defensa antioxidante, lo que dismi- nuyó el impacto del estrés hídrico, especialmente bajo un régimen de riego del 50 %. Estos resultados sugieren que la combinación de NPs ZnO y E. A. puede ser una estrategia efectiva para optimizar el uso del agua en la producción de pimientos. Los esultados son prometedores para un entorno controlado de invernadero. Sin embargo, se requiere realizar más investigación para confirmar estos efectos en condicio- nes de campo.
Water is an essential resource which availability is decreasing, with the agricultural sector being one of the main consu- mers. Nanotechnology and superabsorbent polymers have the potential to improve water use efficiency and facilitate food production under adverse conditions. The objective of this work was to evaluate the biostimulant effect of ZnO
*Autor para correspondecia: Alonso Méndez López, Correo-e: alonso1977@gmail.com
Recibido: 14 de mayo de 2024
Aceptado: 17 de septiembre de 2024
Publicado: 17 de octubre de 2024
nanoparticles and potassium polyacrylate, as a water retai- ner, in pepper production under water stress conditions. Parameters such as water use efficiency, yield, fruit quality, plant physiological characteristics and substrate properties were analyzed. The applied treatments improved water use efficiency, increased yield and reduced oxidation-reduction by activating the antioxidant defense system, which reduced the effects of water stress, especially under a 50 % irrigation regime. These results suggest that the combination of ZnO NPs and E. A. may be an effective strategy to optimize water use in pepper production.
En la actualidad la escasez del agua se debe a la alta de- manda en áreas urbanas, la sobreexplotación de acuíferos y la contaminación. El cambio climático ha empeorado la situación al reducir las lluvias, cambios de patrón o estacio- nalidad, lluvias torrenciales, entre otros, especialmente en regiones secas y semi secas. Esta situación impacta principal- mente en la agricultura, que utiliza el 70 % del agua a nivel mundial (González-Morales y Ramón-Ojeda, 2019; Almadani y Mostafa, 2021). El déficit hídrico del suelo puede afectar negativamente a la productividad de los cultivos al alterar procesos fundamentales como la fotosíntesis, la transpira- ción y la apertura de estomas, lo que limita el crecimiento, el desarrollo y el rendimiento de los cultivos (Toor et al., 2020).
A nivel celular, un desequilibrio en el metabolismo de la planta puede resultar en un aumento de la producción de especies reactivas del oxígeno (ROS) y una disminución del sistema de defensa antioxidante (Taha et al., 2020), oca- sionando alteración en la función celular normal, y en caso extremo daños irreversibles en lípidos, ácidos nucleicos y proteínas. Esto induce en la planta un estado de estrés oxi-
Volumen XXVI
DOI: 10.18633/biotecnia.v26.2329
Revista de Ciencias Biológicas y de la Salud http://biotecnia.unison.mx
Universidad de Sonora
ISSN: 1665-1456
dativo celular (Calatayud et al., 2015). En el pimiento morrón (Capsicum annuum L.), un cultivo de gran importancia econó- mica y particularmente sensibles al agotamiento de agua de- bido a su extensa área foliar y alta conductancia estomática, el déficit hidrico puede causar complicaciones en el cuajado de los frutos, lo que conduce a la reducción del rendimiento del cultivo (Moreno y Patricia, 2009).
Por ello, se buscan nuevas alternativas para mitigar el impacto negativo de las condiciones ambientales sobre las plantas, tal es el caso de los bioestimulantes (Du Jardin, 2015). En este sentido, las nanopartículas han demostrado mejorar el rendimiento del cultivo, reduciendo la pérdida de nutrien- te y los impactos ambientales negativos (Liu y Lal, 2014). Otra alternativa es el uso de polímeros superabsorbentes de agua, como el poliacrilato de potasio, para aumentar la disponibili- dad y absorción de agua en el suelo (Montesano et al., 2015). La implementación de tecnologías innovadoras que mejoren la gestión del agua puede permitir a los cultivos desarrollar estrategias de tolerancia a su escasez sin afectar la producción de alimentos. Por tal razón, el presente trabajo tuvo como objetivo determinar el efecto bioestimulante con nanopartículas de ZnO y el poliacrilato de potasio como retenedor de agua en la producción de pimiento bajo estrés
hídrico.
El experimento se realizó en la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro en Saltillo, Coahuila, México, en un invernadero tipo túnel con cubierta de policarbonato, pared húmeda y ventilación mediante extractores, con coordena- das geográficas 25°35’55.13” Norte y 101°03’09.72” Oeste con 1750 msnm. Se empleó semilla de pimiento morrón Cap- sicum annuum híbrido Deseo F1 de la empresa de semillas Clause. El experimento tuvo una duración de cinco meses, desde julio hasta diciembre de 2022.
Las nanopartículas de ZnO fueron sintetizadas en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA). En ese proceso se empleó acetato de zinc dihidrato (Zn(CH COO) · 2H O,
El poliacrilato de postasio fue proporcionado por Fertilex S.A. de C.V., este contiene cristales de polímeros superabsorben- tes aniónicos de poliacrilamida. Son copolímeros reticulados de acrilamida y acrilato de potasio que pueden absorber hasta 400 veces su peso en agua, convirtiéndose en geles.
Determinación de las necesidades hídricas del sustratos Para determinar las necesidades de agua de la planta, se empleó el método gravimétrico, que implica reponer el agua perdida por evapotranspiración (Segura-Castruita et al., 2011). Esto se calculó utilizando la ecuación siguiente:
Evaporación = P1-P2 (Ec. 1)
P1 representa el peso inicial de la maceta (después de saturarla con agua y permitir el drenaje durante 20 minutos), P2 es el peso de la maceta después de 24 horas. El resultado final indica la cantidad de agua consumida por la planta en mililitros. Las mediciones se tomaron por la mañana (8:00 a 10:00 h) antes del inicio de la evaporación del sustrato y la transpiración de la planta. Se establecieron tres niveles de riego: 100 % (sin estrés hídrico), 50 % (estrés hídrico severo) y 25 % (estrés hídrico muy severo). Esta evaluación se realizó semanalmente y permitió ajustar los niveles de riego según la necesidad y demanda propia de la etapa fenológica de las plantas para mantener estables los tratamientos.
Las semillas de pimiento se germinaron en charolas de po- liestireno de 200 cavidades con una mezcla de peatmoss y perlita en proporción 1:1 (v/v). Tras 40 días de su emergencia, el 4 de julio de 2022 se trasplantaron a macetas de plástico negro de 10 L, manteniendo la misma mezcla de peatmoss y perlita. Durante los 150 días que duró el experimento, se aplicó una solución nutritiva Steiner (Steiner, 1961) mediante riego por goteo. Cada tratamiento recibió 250 mL de riego durante los primeros 15 días posteriores al trasplante, para posteriormente mantener los tres regímenes de riego hasta finalizar el experimento.
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ZnAc, 99 %), trietilamina TEA (99 %) y propilamina (99 %) como precursores en la síntesis de nanopartículas de ZnO, todos los insumos adquiridos en Sigma Aldrich. Además, se empleó etanol y agua destilada.
De acuerdo con González et al. (2021), se disolvieron 8.9 g de acetato de zinc dihidratado en 150 mL de agua desio- nizada en un matraz de tres bocas equipado con sistema de agitación y calentamiento. Se añadieron 1.78 mL de trieta- nolamina y 0.472 mL de n-propilamina disueltos en etanol al 99.5 %, logrando una mezcla homogénea. La reacción se llevó a cabo a 75 ºC durante 6 horas. El producto resultante se centrifugó a 15,000 rpm, se lavó tres veces con etanol y se dejó secar durante 24 h antes de su almacenamiento.
El experimento se llevó a cabo mediante un diseño de par- celas divididas en bloques completos al azar. En este diseño, el régimen de riego (100 %, 50 % y 25 %) fue asignado a la parcela principal, mientras que el tratamiento (C: control; E. A.: Poliacrilato de Potasio; NPs ZnO: Nanopartículas de Óxido de Zinc; E. A. + NPs ZnO: Poliacrilato de Potasio + Nanopar- tículas de Óxido de Zinc) fue asignado a la subparcela. Esto resultó en un total de 12 tratamientos con 4 repeticiones. Cada unidad experimental consistió en dos macetas, que recibieron la misma concentración y método de aplicación para las nanopartículas de ZnO y el poliacrilato de potasio. En este diseño, los dos factores de variación fueron el régimen de riego y el tratamiento aplicado.
La morfología de las nanopartículas se observó utilizando un microscopio electrónico de transmisión de alta resolución, revelando nanopartículas esféricas de aproximadamente
20.63 nm.
Para determinar la Eficiencia del Uso del Agua (EUA) se siguió la metodología propuesta por Fernández y Camacho (2005), modificada por Salazar-Moreno, et. al (2014), indicando que para evaluar EUA, se sustituye el rendimiento, ya sea por fruto o total en kg del producto por m³ de agua utilizada.
gía de (Scholander et al. 1964). Las mediciones se realizaron al mediodía durante las etapas de floración y producción en hojas completamente desarrolladas. La conductividad eléctrica (CE) del sustrato se midió saturándolo con agua hasta drenaje y tomando una lectura con un potenciómetro (HANNA®).
El experimento constó de 12 tratamientos con 4 repeticiones (2 plantas por unidad experimental) distribuidos bajo un di- seño de parcelas divididas en bloques al azar. Para el análisis de datos se utilizó el software Infostat 2020 (InfoStat 2020; Córdoba, Argentina). Se realizó un analisis de varianza (Valor
Producción (kg)
Ef agua= Agua utilizada (m3)
(2)
de p) y en los parámetros que se detectó diferencias estadís- ticas significativas se aplicó una prueba de comparación de medias (Tukey p ≤ 0.05).
Esto se refleja directamente en los valores de EUA, don- de un incremento en el rendimiento total o en el rendimiento por fruto, con el mismo consumo de agua, sugiere una mayor eficiencia en el uso del agua.
La evaluación de los parámetros de productividad (rendi- miento total, peso por fruto y número de frutos) comenzó 80 días después del trasplante, cuando el 50 % de los frutos habían adquirido un color amarillo brillante y estaban firmes al tacto. El peso de cada fruto se registró individualmente con una balanza digital (VINSON®) y se expresó en kilogramos. El rendimiento total se calculó sumando el peso de todos los frutos por planta.
La calidad del fruto se evaluó en el tercer fruto de cada planta, se midieron variables como Firmeza (FZA), sólidos solubles totales (SST), pH, potencial de oxidación-reducción (ORP), acidez titulable (AT), conductividad eléctrica (CE), diámetro polar de fruto (DP) y ecuatorial de fruto (DE). La firmeza se evaluó con un penetrómetro manual (Wagner Instruments, modelo FDK 20, Greenwich, CT, EE. UU.). Los sólidos solubles totales se determinaron a partir del extracto de fruta macerada y se leyeron con un refractometro digital (HI96801, Hanna Instruments Inc.). El pH, la conductividad eléctrica (CE) y el potencial de oxidación-reducción (ORP) se midieron utilizando un sensor digital (HANNA®). La acidez titulable se determinó utilizando 10 mL de pulpa de cada fruto, a los cuales se añadieron dos gotas de fenolftaleína al 1
%. Posteriormente, se realizó una titulación con NaOH 0.1 N hasta alcanzar el punto de viraje (color rosa) según el método descrito por la AOAC (1990). El diámetro polar y ecuatorial del fruto se midieron con un calibrador vernier (STEREN®).
Se midió el potencial hídrico de la hoja (Ψh) utilizando una bomba de presión Scholander (Soil Moisture Equipment Corp®, Mod. 3115, Goleta, CA, EE. UU.) siguiendo la metodolo-
El histograma muestra una distribución de tamaños de par- tícula de 7.5 a 42.5 nm, con un promedio de 20 nm (Figura 1) previamente reportados por García et al. (2023), y similar a las NPs ZnO obtenidas por Awan et al. (2021), principalmente esféricas con un tamaño de particula de 24 nm, lo que garan- tiza la estabilidad del producto.
La eficiencia en el uso del agua, mide la cantidad de biomasa producida por unidad de agua utilizada Salazar-Moreno et al. (2014). La Tabla 1 presenta los resultados de la relación gramos de fruto producido por cada litro de agua consumi- do tanto para el rendimiento total como en el rendimiento por fruto. El análisis estadístico (α ≤ 0.05) mostró diferencias significativas en la EUA por cada fruto producido. Específi- camente en las parcelas con estrés hídrico al 25 % y 50 %, tratadas con NPs ZnO y E. A.+ NPs ZnO. En la parcela al 25
%, el tratamiento E. A.+ NPs ZnO promovió una mayor EUA, logrando un rendimiento de 3.85 ± 0.09 g de fruto por litro de agua consumido por planta. Este rendimiento superó a
Figura 1. Morfología esférica de las nanopartículas de ZnO (A) e histograma de distribución de tamaños (B) (Magdaleno-García et al., 2023).
Figure 1. Spherical morphology of ZnO nanoparticles (A) and the
corresponding size distribution histogram (B) (Magdaleno-García et al., 2023)
Tabla 1. EUA en plantas de pimiento bajo estrés hídrico, tratadas con nanopartículas de ZnO y E. A.
Table 1. WUE in pepper plants under water stress, treated with ZnO and E.
A. nanoparticles.
Parcela Regimen de riego | Tratamientos | EUA/P*F (g fruit-1 L-1) | EUA/RT (g plant-1 L-1) |
Control | 3.39 b | 14.55 bc | |
E. A. | 3.30 b | 16.19 bc | |
25 % | |||
NPs ZnO | 3.06 bc | 12.49 c | |
E. A.+NPs ZnO | 3.85 a | 18.92 abc | |
Control | 2.69 d | 20.53 abc | |
E. A. | 2.87 cd | 26.71 ab | |
50 % | |||
NPs ZnO | 3.24 b | 32.11 a | |
E. A.+NPs ZnO | 3.17 bc | 22.35 abc | |
Control | 1.57 e | 13.81 bc | |
E. A. | 1.65 e | 18.66 bc | |
100 % | |||
NPs ZnO | 1.50 e | 17.27 bc | |
E. A.+NPs ZnO | 1.71 e | 20.82 abc | |
V.C. (%) | 5.04 | 26.02 | |
Valor de p | 0.0001 | 0.0893 |
Diferentes letras en las columnas indican diferencias significativas entre tratamientos de acuerdo con Tukey (α ≤ 0.05). Eficiencia del uso del agua (EUA); peso por fruto (P*F); rendimiento total por planta (RT); tratamientos bajo tres regímenes de riego (25 %, 50 % y 100 %); plantas con la aplicación de 5 g de un producto comercial de poliacrilato de potasio incorporado al sustrato de la maceta (E. A.); aplicación foliar de nanopartículas de ZnO a una concentración de 0.5 g L-1, se realizaron seis aplicaciones con un intervalo de quince días a partir del trasplante (NPs ZnO); tratamientos combinados (E. A. + ZnO).
los tratamientos 25 % C, 50 % C y 100 % C en un 13.56 %,
43.00 % y 145.22 %, respectivamente. En la parcela con estrés del 50 %, los tratamientos con NPs ZnO y E. A. + NPs ZnO incrementaron la eficiencia del uso del agua en un 16.98 % y un 15.15 %, respectivamente, comparado con el control de la parcela al 50 %.
En cuanto a la EUA para el rendimiento total, no se detectaron diferencias significativas entre tratamientos. Sin embargo, la parcela sometida al 50 % de estrés hídrico trata- da con NPs ZnO, logró una EUA de 32 ± 3.14 g de fruto por cada litro de agua utilizada en la planta superando al control sin déficit hidrico en un 132.51 %. Este resultado indica que se requieren aproximadamente 31 litros de agua para que la planta produzca un kilogramo de frutos de pimiento. Esto sugiere un impacto positivo en el rendimiento, gracias a la mejora en la eficiencia del uso del agua, promovida por la
optimización de la presión osmótica atribuida a la acción de las nanopartículas de ZnO. Estudios han demostrado que las nanopartículas aplicadas en plantas mitigan el estrés inducido por el déficit de agua al promover la agregación de osmolitos, mejorando la adaptación osmótica y estimulando el equilibrio hídrico de los cultivos (Alabdallah et al., 2021).
Evaluación de variables relacionadas con el rendimiento En la Figura 2 se reportan los resultados de variables relacio- nados con el rendimiento. Los análisis estadísticos indican que todas las variables presentan diferencias significativas (α ≤ 0.05). El tratamiento más eficiente en términos de ren- dimiento total fue 100 % E. A. + NPs ZnO, el cual aumentó su rendimiento de frutos a 1.77 ± 0.06 kg·planta-1 en com- paración con el control 100 % (1.17 ± 0.02 kg·planta-1). En la parcela tratada al 25 % de estrés hídrico, en general se regis- traron los rendimientos de fruto más bajos, estos oscilaron entre 0.27 ± 0.05 y 0.40 ± 0.04 kg·planta-1. En la parcela al 50
% de estrés hídrico tratada con NPs ZnO, produjo 1.36 ± 0.13 kg·planta-1, superando al control en un 56 % y sin presentar diferencia estadística significativa con respecto al control al 100 %.
La variable peso del fruto mostró un efecto positivo con la aplicación de los tratamientos, ya que los frutos presenta- ron un mayor peso en las parcelas con un suministro hídrico del 100 % y del 50 %, siendo estadísticamente superiores a las parcelas con un suministro hídrico del 25 %. Los mayores pesos de frutos se obtuvieron con los tratamientos control 100 % (133.75 ± 1.03 g), 100 % E. A. (140.25 ± 1.65 g), 100
% E. A.+NPs ZnO (145.00 ± 1.63 g), 50 % NPs ZnO (137.5 ±
3.86 g), y 50 % E. A.+NPs ZnO (134.75 ± 2.06 g), sin mostrar diferencias estadísticas significativas entre ellos. En la parcela con estrés hídrico al 25 %, los frutos presentaron pesos entre
81.75 ± 1.89 g y 65.00 ± 2.74 g, lo que representa una dis- minución del 47.79 % en el peso promedio del fruto. Estos resultados sugieren que las nanopartículas de ZnO (NPs ZnO) promueven una mayor eficiencia osmótica y una actividad fotosintética más alta en las plantas. Combinadas con la mayor capacidad de retención de agua del poliacrilato de potasio en el sustrato, las condiciones de estrés hídrico al 50
%, tratadas con nanopartículas de ZnO y E. A., permiten que los frutos alcancen pesos comparables a los obtenidos en condiciones óptimas de riego.
El número de frutos por planta se vío afactado por el régimen de estrés hídrico al que fueron sometidas las plantas y por los tratamientos. El mayor número de frutos por planta se registró en la parcela con riego al 100 %, con un incremen- to del 28 % de más frutos con la aplicación de E. A. + NPs ZnO, 24.25 % con E. A. y 22.62 % con NPs ZnO, respecto al control (100 % C) con 9 frutos·planta-1. El menor número de fruto·planta-1 se registró en la parcela al 25 % con un rango de
3.50 ± 0.29 a 5.63 frutos·planta-1). En la parcela con riego al 50
%, los tratamientos 50 % E. A. y 50 % NPs ZnO no presentaron diferencias estadísticas con el control al 100 %. Este resultado sugiere que tanto las nanopartículas de ZnO como el polia- crilato de potasio aplicados en condiciones de estrés hídrico
Las diferentes letras en las barras indican diferencias significativas entre tratamientos de acuerdo con Tukey (α ≤ 0.05). Rendimiento total (A); Peso de fruto (B); Numero de fruto (C); tratamientos bajo tres regímenes de riego (100 %, 50 % y 25 %); control (C); plantas con la aplicación de 5 g de un producto comercial de poliacrilato de potasio incorporado al sustrato de la maceta (E. A.); aplicación foliar de nanopartículas de ZnO a una concentración de 0.5 g L-1, se realizaron seis aplicaciones con un intervalo de quince días a partir del trasplante (NPs ZnO); tratamientos combinados (E. A. + NPs ZnO).
Figura 2. Evaluación de la productividad en plantas de pimientos bajo estrés hídrico tratados con nanopartículas de ZnO y E. A. 2022.
Figure 2. Productivity evaluation in bell pepper plants under water stress treated with ZnO and E. A. nanoparticles. 2022.
al 50 %, tienen la capacidad de estimular la producción y alcanzar el rendimiento en condiciones óptimas de riego.
El zinc es esencial para las plantas, ya que participa en reacciones metabólicas vitales, como la síntesis de proteínas y la formación de carbohidratos durante la fotosíntesis. Además, el zinc contribuye al mantenimiento e integridad de las membranas celulares, lo que ayuda a mitigar los efectos negativos del estrés hídrico (Ramírez-Rodríguez et al., 2023). En este sentido, Rivera-Gutiérrez et al. (2021) informaron un aumento del 32 % en el rendimiento del melón con aplica- ciones foliares de NPs ZnO. Por otro lado, Uresti-Porras et al. (2021) encontraron que la aplicación foliar de NPs ZnO aumentó significativamente el peso, número y tamaño de los frutos en plantas de pimiento injertadas.
Por otro lado, los hidrogeles se han sugerido para mejo- rar la disponibilidad de agua y reducir el consumo hasta en un 50 % (Rivera-Fernández y Gallo, 2018). Recinos y Renato (2013) evaluaron el poliacrilato de potasio en el cultivo de fri- jol para mitigar el estrés por sequía, encontrando un aumen- to en la productividad en comparación con los tratamientos que no lo recibieron.
Los resultados de calidad del fruto se muestran en la Tabla 2, donde todas las parcelas y tratamientos mostraron diferen- cias estadísticas significativas para las variables evaluadas, excepto para el diámetro ecuatorial. Las parcelas bajo regí- menes de riego del 50 % y 100 % presentaron frutos con una firmeza promedio de 4.07 ± 0.27 a 4.63 ± 0.20 kg cm-2. En la parcela al 25 %, los tratamientos E. A. + NPs ZnO y NPs ZnO superaron al control en un 31.57 % y 30.57 %, respectivamen- te. En la concentración de sólidos solubles totales, se observó un aumento en los frutos provenientes de plantas con déficit hídrico, indicativo de una respuesta antiestrés. Aunque se detectaron diferencias significativas en el pH y la conductivi- dad eléctrica (CE) entre los tratamientos, no se observó una
tendencia clara, lo que sugiere que estas variables también se ven afectadas por el estrés hídrico, pero no muestran una respuesta consistente a la aplicación de NPs ZnO ni al polia- crilato de potasio. La acidez titulable disminuyó en los frutos provenientes de plantas manejadas en la parcela a 100 % de regimén hídrico (a capacidad de campo), con valores entre
0.18 y 0.20 % de ácido cítrico. En la parcela a 50 % de régimen hídrico, el tratamiento con poliacrilato de potasio presentó un valor de 0.17 %, lo que representa un 29.17 % menor que su control respectivo. En esta misma parcela, para la variable diámetro polar, el tratamiento E. A. + NPs ZnO mostró un calibre similar al control de 50 % y ambos no presentaron diferencias estadísticas con el control de la parcela con riego al 100 % (6.93 cm).
El estrés en las plantas ocasionado por la salinidad del suelo, afecta la calidad de los frutos. Un ejemplo de ello se presentó en tomates cultivados en suelos con una con- ductividad eléctrica de 8 dS m-1, como respuesta los frutos presentaron un aumento en los niveles de azúcares y ácido cítrico (Navarro-López et al., 2012). Sin embargo, el uso de algunos bioestimulantes como sustancias húmicas logran reducir la acidez titulable, mejorando así el sabor y la calidad nutricional de los frutos (Villegas-Espinoza et al., 2018).
El ORP, es un parámetro que indica la capacidad antio- xidante y es clave en la calidad del fruto (Cano-Hernández et al., 2016). En las plantas manejadas en la parcela en con- dición de 25 % de suministro hidríco, el poder antioxidante de los frutos se vió ampliamente afectado. Efecto contrario se observó en los frutos provenientes de plantas con 50 % de estrés hídrico, el tratamiento testigo presentó un ORP de -3.50 ± 0.50 mV, en esta misma parcela, los tratamientos con NPs ZnO (-21.75 ± 0.48 mV), E. A. (-25 ± 0.91 mV) y su
combinación (-14.75 ± 0.25 mV) mostraron valores más bajos, lo que indica una menor oxido-reducción, mejorando la calidad nutracéutica de los frutos. Estudios sugieren que las nanopartículas aumentan compuestos bioactivos como
fenoles y flavonoides en frutos bajo condiciones de estrés (Montaño-Herrera, 2023). Además, estudios indican que el uso de polímeros superabsorbentes mejoran la calidad y rendimiento de los frutos en plantas de tomate, aumentando nutrientes, pigmentos y hormonas, así como reduciendo la peroxidación lipídica y el contenido de peróxido de hidróge- no (Başak, 2020).
La condición de sequía elevan la salinidad del suelo, lo que provoca un desequilibrio osmótico y en el potencial hídrico, afectando el contenido de agua en las plantas. Para compensar la pérdida de agua, las plantas mantienen un potencial hídrico más negativo que el sustrato para facilitar la absorción (Rodríguez-Ledesma et al., 2019). En la figura 3 se presentan los resultados del potencial hídrico foliar durante las etapas de floración y producción, junto con la conductividad eléctrica del sustrato. Se detectan diferencias significativas en el potencial hídrico en ambas etapas según el análisis de varianza (α ≤ 0.05). Durante la floración, en la parcela a 25 % de suministro hídrico, el tratamiento control experimentó una disminución de -5.73 ± 0.45 MPa mientras que los tratamientos E. A., E. A. + NPs ZnO y NPs ZnO regis- traron valores de -3.03 ± 0.08, -2.98 ± 0.32 y -1.98 ± 0.20 MPa, en comparación con representa un aumento del 47.13 %,
48.0 % y un 65.45 %, respectivamente. En la parcela a 50 % de suministro hídrico, los tratamientos con NPs ZnO y E. A., presentaron un aumento del 28.61 % y 47.68 % con respecto al control correspondiente. En tanto que, en la parcela al 100
%, el tratamiento con NPs ZnO aumento el potencial hídrico foliar en un 52.17 % en comparación con el control corres- pondiente.
Para la etapa de producción, se muestra una disminución significativa en el tratamiento control en las tres parcelas (25
%, 50 % y 100 %), con valores promedio de - 4.62 ± 0.24, - 4.60
± 0.14 y - 4.22 ± 0.27 MPa respectivamente. En contraste, las
plantas tratados con NPs ZnO y poliacrilato de potasio, tanto en forma individual como en combinación, mantuvieron un potencial hídrico estable, oscilando entre - 1.58 ± 0.15 y - 2.46
± 0.16 MPa.
Las NPs ZnO mejoran la tolerancia al estrés hídrico al activar el sistema de defensa antioxidante en las plantas permitiendo la disminución de la expresión de ROS mejoran- do la calidad de los frutos. En este sentido, los compuestos fenólicos juegan un papel importante en el sistema no en- zimático (Magdaleno-García et al., 2023). Cuando la planta sufre estrés por metales pesados, en este caso debido a las NPs ZnO, los compuestos fenólicos pueden actuar como agentes quelantes de metales o suprimir las ROS (Michalak, 2006; Magdaleno-García et al., 2023). Por otro lado, los na- nocompuestos Grafeno-Cu en tomates bajo estrés biotíco in- fectados con Fusarium oxysporum f. sp. Lycopersici demostró mejorar hasta un 31.7 % el potencial hídrico (Cota-Ungson et al., 2023).
El poliacrilato de potasio, un polímero superabsorbente, reduce el estrés hídrico al liberar gradualmente agua durante el crecimiento de las plantas. Según Liu y Chan (2015), su uso en el suelo aumenta el contenido de agua y la supervivencia del pasto Bermuda en invernadero.
Se observa un aumento en la CE del sustrato en trata- mientos con mayor restricción de agua; sin embargo, dismi- nuye en los tratamientos con aplicación de E. A., siendo más baja en la parcela a 100 % y más alta en la parcela al 25 %. Los tratamientos 100 % E. A. y 100 % E. A. + NPs ZnO lograron una disminución del 31.95 % y 33.34 %, comparado con el control de la parcela al 100 %; mientras que los tratamientos en la parcela al 50 % de riego no mostraron una diferencia significativa.
El pimiento prefiere suelos bien aireados pero es sensi- ble a la salinidad, lo que afecta el rendimiento si la CE supera los 3.4 dS m-1 (Yagudin y Rolandovich, 2018). Los hidrogeles, como enmiendas, mejoran las propiedades físicas del suelo, reduciendo la CE y la pérdida de agua por percolación o eva-
Las diferentes letras en las barras indican diferencias significativas entre tratamientos de acuerdo con Tukey (α ≤ 0.05). Potencial hidrico en etapa de floración (A); potencial hidrico en etapa de producción (B); conductividad electrica del sustrato (CE); tratamientos bajo tres regímenes de riego (100 %, 50 % y 25 %); control (C); plantas con la aplicación de 5 g de un producto comercial de poliacrilato de potasio incorporado al sustrato de la maceta (E. A.); Aplicación foliar de nanopartículas de ZnO a una concentración de 0.5 g L-1, se realizaron seis aplicaciones con un intervalo de quince días a partir del trasplante (NPs ZnO); tratamientos combinados (E. A. + NPs ZnO).
Figura 3. Evaluación de variables fisiológicas de la planta y propiedades fisicoquímicas del sustrato.
Figure 3. Evaluation of physiological parameters of the plant and physicochemical properties of the substrate.
Tabla 2. Evaluación de parámetros de calidad del fruto en plantas de pimiento bajo estrés hídrico tratadas con nanopartículas de ZnO y E. A.
Table 2. Evaluation of fruit quality parameters in bell pepper plants under water stress treated with ZnO and E. A. nanoparticles.
Parcela Regimen de riego | Tratamiento | FZA (kg cm-2) | SST (°Brix) | pH | ORP | AT (% ac. cítrico) | CE | DP (cm-1) | DE (cm-1) |
25 % 50 % 100 % | Control E. A. NPs ZnO E. A.+NPs ZnO Control E. A. NPs ZnO E. A.+NPs ZnO Control E. A. NPs ZnO E. A.+NPs ZnO C.V. (%) Valor de p | 2.84 c 3.46 bc 4.09 ab 4.15 ab 3.77 ab 4.40 a 4.07 ab 4.37 ab 4.35 ab 4.46 a 4.63 a 4.61 a 8.46 0.0048 | 7.05 a 7.15 a 6.90 ab 7.15 a 6.18 bc 4.88 d 5.35 cd 5.60 cd 5.50 cd 4.40 e 4.80 de 5.00 de 5.36 0.0003 |
5.30 ab 5.11 b 5.50 a 5.36 ab 5.42 a 5.32 ab 5.39 ab 5.35 ab 5.48 a 2.19 0.0468 | -6.75 b -6.00 ab -4.00 a -5.00 ab -3.50 a -25 f -21.75 ef -14.75 cd -13.75 cd -10.50 bc -18.00 de -13.00 cd 19.36 0.0001 | 0.28 ab 0.27 abc 0.24 a-e 0.31 a 0.25 a-d 0.17 e 0.21 b-e 0.24 b-e 0.19 de 0.18 e 0.18 e 0.20 cde 12.27 0.0158 | 1.93 e 3.05 ab 3.08 abc 3.28 ab 3.44 a 2.93 ab 2.76 bcd 3.17 abc 2.60 cd 2.61 cd 2.92 ab 2.45 de 8.20 0.0001 | 5.38 d 5.50 d 6.50 bcd 6.78 abc 7.93 a 5.50 d 6.13 cd 7.45 ab 6.93 abc 7.80 a 7.00 abc 7.63 ab 7.21 0.0114 | 5.83 c 5.83 c 6.20 abc 6.28 abc 7.13 a 5.98 bc 6.15 abc 6.48 abc 6.65 abc 6.85 abc 7.13 a 6.95 ab 6.46 0.1348 |
Diferentes letras en las columnas indican diferencias significativas entre tratamientos de acuerdo con Tukey (α ≤ 0.05). Firmeza (FZA); solidos solubles totales (SST); potencial de hidrogeno (pH); potencial de oxidación-reducción (ORP); acides titulable (AT); conductividad electrica (CE); diámetro polar (DP); diámetro ecuatorial (DE); tratamientos bajo tres regímenes de riego (25 %, 50 % y 100 %); plantas con la aplicación de 5 g de un producto comercial de poliacrilato de potasio incorporado al sustrato de la maceta (E. A.); aplicación foliar de nanopartículas de ZnO a una concentración de 0.5 g L-1, se realizaron seis aplicaciones con un intervalo de quince días a partir del trasplante (NPs ZnO); tratamientos combinados (E. A. + NPs ZnO).
poración (Gómez, 2015).
La aplicación de nanopartículas de ZnO (NPs ZnO) y el polia- crilato de potasio (E. A.), ya sea de manera individual o com- binada, tiene efectos positivos en la mitigación del estrés hídrico en plantas de pimiento (Capsicum annuum L.). Las NPs ZnO fomentaron la tolerancia al estrés hídrico al regular el metabolismo de las plantas, mientras que el poliacrilato de potasio contribuyó a la retención de agua en el sustrato, reduciendo los efectos adversos del déficit hídrico. Ambos tratamientos mejoraron la eficiencia en el uso del agua, incre- mentaron el rendimiento de frutos por litro de agua utilizada, especialmente bajo condiciones de riego al 50 %. Además, la aplicación de NPs ZnO y E. A. redujo la oxido-reducción y mejoró la calidad nutracéutica de los frutos, evidenciando un aumento en la capacidad antioxidante. El uso de polímeros superabsorbentes, también, redujo la conductividad eléc- trica del suelo, previno la acumulación de sales y mejoró la disponibilidad de agua para los procesos metabólicos de las plantas. Sin embargo, se requieren más análisis para precisar el impacto de los tratamientos, particularmente en relación con el suministro de agua. Se recomienda explorar diferen- tes concentraciones de NPs ZnO y E. A. para identificar las condiciones óptimas que maximicen la eficiencia hídrica en la producción de alimentos, dado el creciente problema de escasez de este recurso vital.
Quiero expresar mi más profundo agradecimiento al Consejo Nacional de Humanidades, Ciencias y Tecnologías (CONAH- CYT) por el apoyo brindado a través de una beca. Este respal- do financiero fue crucial para llevar a cabo la investigación presentada en este artículo. Su contribución ha sido invalua- ble y nos ha permitido avanzar en el conocimiento científico en nuestro campo de estudio.
Los autores declaran no tener conflicto de intereses.
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