Red Hidroponía, Boletín No 47. 2010. Lima-Perú EFECTO DE LA CALIDAD DE LUZ SOBRE LA ACTIVIDAD DE LA NITRATO REDUCTASA EN PLANTAS DE LECHUGA CULTIVADAS HIDROPÓNICAMENTE K. Valverde, M. Chang y A. Rodríguez-Delfín Universidad Nacional Agraria La Molina Centro de Investigación de Hidroponía y Nutrición Mineral INTRODUCCIÓN El cultivo tradicional de lechuga en suelo presenta algunos problemas fitosanitarios como pudriciones causadas por hongos y bacterias. Otro problema, es el declive del rendimiento y calidad de la lechuga cosechada en época de verano, sobre todo, cuando se siembra de octubre a diciembre para ser cosechadas de enero a marzo (Stucchi, 1999), que corresponde al verano en el hemisferio sur. La reducción de las tierras agrícolas, la menor disponibilidad de agua de calidad para el riego, y el aumento de las exigencias del mercado en calidad y sanidad de las hortalizas, especialmente las de consumo en fresco, han hecho que las técnicas hidropónicas sean potencialmente atrayentes tanto para los productores como para los consumidores. Con hidroponía, cultivares de lechuga tolerantes al calor, pueden cultivarse a lo largo del año, incluso en época de verano sin que las plantas produzcan tallo largo y eje floral. El cultivo hidropónico de lechuga también permite tener mayor precocidad (45-50 días), calidad y sanidad en su producción. Además del uso de semillas de cultivares de lechuga tolerantes al calor, el uso de mallas de sombra es otra herramienta que disponen los productores para contrarrestar los efectos de altas temperaturas sobre la fisiología de las plantas. La lechuga se encuentra en el grupo de plantas que acumulan una mayor cantidad de nitratos (Carrasco, 1998). La ingesta de altas cantidades nitratos (>3500 mg kg-1) en hojas frescas, sobre todo en el verano, puede resultar nociva para la salud humana (Comunidad Europea, 2005). Cultivando lechugas por medio de la técnica hidropónica, se puede manipular la oferta de nutrientes de forma rápida, especialmente en sistemas de recirculación, como es el caso del Sistema NFT. La producción de lechugas en sistema NFT, disminuye la concentración de nutrientes de la solución nutritiva, según la tasa de absorción diaria de nutrientes a través de las raíces, obteniéndose hasta un 30-40% de reducción del contenido de nitratos en las hojas (Carrasco, 1998). Por otro lado, las mallas de sombra se usan en agricultura para proteger los cultivos de la excesiva radiación solar. En el en el mercado se ofrecen diferentes tipos de mallas de colores, las cuales combinan la protección física y la filtración diferencial de la radiación solar con el propósito de promover algunas respuestas fisiológicas deseadas en las plantas que son reguladas por la luz. Las mallas de sombra son fabricadas con hilos de poliéster y acrílico, en cuya estructura se hallan pigmentos especiales con aditivos para modificar el espectro en las regiones de la luz visible y/o UV, FR e IR (Shahak, 2004; Polysack, 2008). La fracción de la luz que pasa libremente a través de los hoyos no cambia en su calidad, mientras que la fracción que golpea en los hilos se dispersa y se modifica espectralmente (Cohen y Fuchs, 1999; Shahak y Gussakovsky, 2004). Los objetivos del presente trabajo fueron: 1) evaluar el efecto de la calidad de luz sobre el crecimiento y rendimiento de lechuga hidropónica mediante el empleo de mallas de sombra de color y 2) determinar la actividad de la enzima nitrato reductasa en hojas de lechugas cultivadas en el sistema NFT o recirculante. MATERIALES Y MÉTODOS La investigación se realizó en el Módulo de Hidroponía de la Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú. Altitud 240 metros sobre el nivel del mar; latitud: 12º 05’ sur; longitud 76º 51’ oeste. El experimento se llevó a cabo en época de verano-otoño (marzo-abril) del 2004. 8 Red Hidroponía, Boletín No 47. 2010. Lima-Perú El ensayo se condujo bajo un diseño completamente al azar con un arreglo factorial, con 5 repeticiones. Los resultados estadísticos fueron analizados mediante análisis de varianza y las medias de los tratamientos se compararon con una prueba de significación de Duncan con P<0.05. Se emplearon cinco cultivares de lechuga: Asterix (tipo hoja de roble); Crufia y Dark Green Boston (tipo mantecosa); Fanfare y Prize Head (tipo crespa). Las plantas de lechugas fueron cultivadas bajo cuatro tratamientos lumínicos: 1) control (sin malla), 2) con malla negra 50% sombra, 3) con malla azul 50% sombra y 4) con aluminizada 50% sombra. Las dimensiones de cada microambiente cubierto con malla fueron de 12.0 m x 4.2 m. Para conocer las condiciones micro ambientales de los diferentes ambientes, se realizaron mediciones de la temperatura diurna y nocturna, radiación solar y radiación fotosintéticamente activa (PAR) (Cuadros 1 y 2). Cuadro 1. Valores medios del PAR (µE m-2 s-1) y radiación (W m-2) registrados durante el mediodía del verano-otoño 2004. Marzo Abril Promedio PAR 307.9 239.4 273.7 Control Radiación 183.7 160.6 172.2 Malla negra PAR Radiación 152.2 101.8 135.3 92.0 143.7 96.9 Malla azul PAR Radiación 166.7 119.6 126.4 90.0 146.5 104.8 Malla aluminizada PAR Radiación 81.2 63.0 83.2 54.6 82.2 58.8 Cuadro 2. Valores de las temperaturas diurnas y nocturnas (°C) registrados durante el experimento. Marzo Abril Promedio Control 25.3 25.2 25.3 Temperatura diurna (oC) negra azul aluminizada 27.8 28.3 27.1 26.6 25.6 26.3 27.2 26.9 26.7 Temperatura nocturna (oC) Control negra azul aluminizada 21.5 22.3 22.7 21.9 20.4 20.9 20.6 20.9 20.9 21.6 21.7 21.4 Se sembraron semillas de los 5 cultivares en arena de cantera de 0.5 mm de diámetro, previamente lavada y desinfectada. La siembra se hizo en contenedores de 0.4 m x 0.4 m x 0.1 m previamente forrados interiormente con polietileno negro de 6 micras de espesor. La distancia entre hileras fue de 5 cm. y entre semillas 1 cm.; cada semilla se colocó a 0.5 cm de profundidad. Se empleó un sistema NFT para cultivar las plantas de lechuga. La producción de lechuga en sistema NFT tiene 3 etapas: a) almácigo (15 días), b) primer transplante (15 días) y c) transplante definitivo (30 días). En la etapa del almácigo, inicialmente los riegos fueron sólo con agua hasta la germinación de las semillas. Luego se hicieron riegos diarios con solución nutritiva preparada con solución hidropónica La Molina, la cual consta de dos soluciones concentradas A y B (Rodríguez-Delfín et al., 2004). La solución nutritiva tuvo la siguiente concentración (mg L-1): N 190 (130 mg L-1 NO3-, 60 mg L-1 NH4+), P 35, K 210, Ca 150, Mg 45, S 70, Fe 1.0, Mn 0.5, B 0.5, Zn 0.15, Cu 0.10 y Mo 0.05, con una conductividad eléctrica (CE) de 1.8 dS m-1, y un pH ajustado entre 6.0-6.5. A los 15 días, las plántulas fueron transplantadas a un sistema de raíz flotante pequeño, en contenedores de las mismas dimensiones, previamente forrados interiormente con polietileno de color negro de 6 micras de espesor. Durante esta etapa del primer transplante, las plántulas de lechuga crecieron durante 15 días bajo sombra con diferentes colores de malla (negra, azul y aluminizada) y sin sombra (tratamiento control). Finalmente, las plántulas fueron colocadas en vasos plásticos de 1 onza de volumen y fueron transplantadas a los respectivos canales de cultivo del sistema NFT. Cada bloque de 8 canales de cultivo fue cubierto por un tipo de malla de sombra. En total fueron cubiertos 3 bloques con malla negra, azul y aluminizada, respectivamente. Se evaluó el peso fresco y seco de la planta, peso fresco de raíces, área foliar y altura de planta. Para la determinación de la actividad de la NR se realizaron colecta de hojas a la cosecha (52 días después de la siembra) utilizando la metodología descrita por Harper y Hageman (1972) y adaptada por Álvarez (Segura, 9 Red Hidroponía, Boletín No 47. 2010. Lima-Perú 1990). La cosecha de las plantas se hizo al medio día. Para determinar la actividad de la enzima nitrato reductasa, se empleó una curva estándar preparada a partir de una solución de 10 ppm N como NaNO2. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Crecimiento Se encontraron diferencias significativas del peso fresco y peso seco de planta, peso fresco de la parte aérea, número de hojas, área foliar y altura de planta entre cultivares y ambientes así como en la interacción entre ambos factores (Cuadros 3 y 4). Los mayores (228.6-392.9 g planta-1) y menores (128.6-191.6 g planta1 ) rendimientos se obtuvieron en las plantas de lechuga cultivadas bajo malla de sombra de color negro y bajo el tratamiento control (sin malla) respectivamente. Con respecto a los cultivares, el mayor (224.48 g planta-1) y menor (164.42 g planta-1) rendimiento se obtuvo en Fanfare y Asterix respectivamente. La misma tendencia se observó en el peso fresco de la parte aérea. Cuadro 3. Efecto del micro ambiente lumínico sobre el crecimiento en plantas de lechugas cultivadas en sistema NFT Parámetros Control negra azul aluminizada Peso fresco total (g) 123.64c 275.97a 183.78b 181.30b Peso seco total (g) 8.64b 9.47a 6.42c 6.17c Altura de planta (cm) 17.20b 26.80a 26.35a 27.13a Área foliar (dm2) 22.44c 38.41a 27.67b 27.42b Peso fresco raíz (g) 26.68a 28.20a 17.41b 16.83b *Promedios dentro de la misma columna con diferentes letras son diferentemente significativas a p < 0.05. Cuadro 4. Comparación de medias de los diferentes parámetros de crecimiento en 5 cultivares de lechuga cultivada en sistema NFT. Parámetros Asterix Crufia Dark Fanfare Prize Head Boston Peso fresco total (g) 164.42d 183.99c 203.72b 224.48a 197.04bc Peso seco total (g) 6.38c 7.73b 6.78bc 9.93a 7.31b Altura de planta (cm) 20.47d 20.92d 22.42c 33.87a 26.06b Área foliar (dm2) 26.25c 29.30b 29.25b 32.11a 29.73b Peso fresco raíz (g) 15.04c 25.65a 25.26a 22.42b 21.87b *Promedios dentro de la misma columna con diferentes letras son diferentemente significativas a p < 0.05. En relación al peso seco total, se encontró mayor contenido de materia seca en las plantas cultivadas bajo malla de sombra de color negro (9.47 g planta-1) y aluminizada (8.64 g planta-1). El cultivar que produjo mayor (9.93 g planta-1) y menor (6.38 g planta-1) contenido de materia seca fue Fanfare y Asterix respectivamente. Fanfare obtuvo mayor área foliar (32.11 dm2) y Crufia menor área foliar (26.25 dm2). Las plantas que crecieron en el ambiente protegido con malla negra desarrollaron mayor área foliar (38.41 dm2) y menor área foliar (22.44 dm2) en el ambiente sin malla. Las diferentes respuestas de crecimiento observado en los 5 cultivares de lechuga evaluados, es el resultado de la interacción del genotipo de cada cultivar y el microambiente lumínico donde crecieron y desarrollaron. La calidad de luz, el PAR y la temperatura son componentes ambientales importantes para el crecimiento y desarrollo de las plantas. Con el tratamiento de malla azul, las plantas de lechuga fueron más compactas y de menor tamaño, mientras que, con el tratamiento de malla aluminizada, las plantas mostraron tallos largos y delgados. El efecto de temperatura también explicaría el mayor y menor crecimiento en las 10 Red Hidroponía, Boletín No 47. 2010. Lima-Perú plantas cultivadas con malla negra y azul respectivamente. El alargamiento del tallo en plantas con tallo corto como la lechuga, es un efecto de altas temperaturas, debido principalmente a una mayor producción de giberelinas, lo que ocurre en condiciones naturales en verano, cuando los días son largos y calurosos. La razón R/FR representa un factor importante en la regulación de reacciones mediadas por el fitocromo (Batschauer, 1998; Taiz y Zeiger, 2006). La razón R/FR no cambia mucho con las mallas de colores; en cambio, la razón Azul/R es mayor (1.2) en ambientes cubiertos con malla azul, y menor (0.63) en ambientes cubiertos con malla roja. En ambientes cubiertos con malla negra y aluminizada la razón Azul/R es de 0.8 (Shahak y Gussakovsky, 2004). La mayor razón de luz Azul/R explica el menor crecimiento (menor peso seco y fresco, Cuadro 3) de las plantas de lechugas cultivadas con malla azul. Briggs, citado por Zolla (1995), sostiene que la luz azul afecta el desarrollo de las plantas, una de las respuestas es la inhibición del crecimiento del tallo. Por otro lado, el mayor crecimiento (mayor peso seco y fresco, Cuadro 3) hallado en las plantas cultivadas con malla negra, se explica porque este color de malla genera un bajo porcentaje de dispersión de luz (11%), en comparación con las malla azul (26%) y aluminizada (62%) respectivamente (Shahak y Gussakovsky, 2004). Plantas cultivadas con malla roja y negra muestran mayores tasas de fotosíntesis que plantas cultivadas con malla de color azul y aluminizada (Shahak, 2004). Concentración de Nitritos Se encontraron diferencias significativas entre cultivares y ambientes así como en la interacción entre ambos factores. En el Cuadro 5 se muestra la concentración de nitritos en hojas de los 5 cultivares evaluados. Las plantas de lechugas cultivadas en el ambiente cubierto con malla aluminizada tuvieron una mayor concentración de nitritos (1.07-1.15 µM g PF-1 h-1) a excepción de las plantas del cultivar Crufia (0.54 µM g PF-1 h-1). Cuadro 5. Concentración de nitrito (µM g FW-1 h-1) en hojas de 5 cultivares de lechuga cultivadas en 4 ambientes lumínicos diferentes. Cultivares Control negra azul aluminizada Promedio Asterix 0.62c 0.61b 0.55bc 1.07c 0.71b Crufia 0.66b 0.59c 0.52d 0.54d 0.58c Dark Green Boston 0.69ª 0.65a 0.56b 1.15a 0.76a Fanfare 0.62c 0.62b 0.56b 1.15a 0.74ab Prize Head 0.65b 0.59c 0.67a 1.09b 0.75a 0.65b 0.61c 0.57d 1.00a Mean *Promedios dentro de la misma columna con diferentes letras son diferentemente significativas a p < 0.05. La mayor acumulación de nitritos en las hojas explicaría una mayor actividad de la enzima NR, debido a la reducción de nitrato en nitrito (Taiz y Zeiger, 2006). Menores concentraciones de nitritos (0.520.56 µM g PF-1 h-1) se hallaron en las plantas cultivadas dentro del microambiente cubierto con malla azul. En el ambiente control (sin malla), las concentraciones de nitritos en hojas fluctuaron entre 0.62-0.69 µM g PF-1 h-1. Carrasco y Burrage (1992) encontraron que en el día, la actividad de la NR era de 0.87 µM NO2- g PF-1 h-1 en plantas de lechugas cultivadas con una concentración de 10 mM de NO3-, mientras que, en la oscuridad, la actividad fue de 0.50 µM NO2- g PF-1 h-1 Entre cultivares, la mayor concentración de nitritos se encontraron en Dark Green Boston y Fanfare, mientras que la menor concentración en Crufia. Coronel et al (2009) reportaron mayor actividad de la NR en el cv Asterix (tipo hoja de roble) cultivado hidropónicamente, y menor actividad, en el cv Manuela (tipo mantecosa) cultivado en suelo en otoño. La luz, los niveles de carbohidratos y otros factores ambientales estimulan una proteína fosfatasa que desfosforila un residuo serina de la nitrato reductasa, activándola (Taiz y Zeiger, 2006). La regulación de la actividad de la NR a través de la fosforilación y defosforilación provee un control más rápido que puede ser 11 Red Hidroponía, Boletín No 47. 2010. Lima-Perú alcanzado a través de la síntesis o degradación de la enzima. La malla aluminizada, por ser una malla termoreflectora, tiene la propiedad de atenuar la radiación y la temperatura del microambiente donde desarrollan las plantas, proveyendo además una óptima transmisión de luz difusa, condiciones que habrían favorecido una mayor actividad de la NR (Valverde, 2008) pero no un óptimo crecimiento (Cuadro 3). Los contenidos de nitrato pueden ser reducidos en lechuga por interacción de reguladores de crecimiento (GA3 + Kinetina) y por interrupción de la nutrición de NPK, aunque el mejor método para disminuir los contenidos de nitratos en lechuga es disminuyendo la concentración de nitrógeno en la solución nutritiva (Sady et al., 1995). CONCLUSIONES Los riesgos de acumulación de nitratos en lechugas cultivadas en NFT son bajos, ya que se encontró mayor actividad de la NR, principalmente en el ambiente cubierto con malla aluminizada. Se recomienda cultivar en verano variedades de lechuga tolerantes al calor. El uso de malla de sombra puede amortiguar el efecto de altas temperaturas, evitando o retrasando el alargamiento del tallo y la floración de la planta, Literatura citada Batschauer, A. 1998. Photoreceptors of higher plants. Planta 206:479-492. Carrasco, G. y Burrage, S. 1992. Diurnal fluctuations in nitrate accumulation and reductase activity in lettuce (Lactuca sativa L.) grown using nutrient film technique. Acta Hort. 323: 51-59. Carrasco, G. 1998. Acumulación de nitratos en hortalizas de hoja en cultivo protegido y alternativas de control. En: Seminario internacional: Avances tecnológicos en producción forzada y cultivos hidropónicos. Universidad de Talca. Chile. 87 -102 p. Cohen, S. y Fuchs, M. 1999. Measuring and predicting radiometric properties of reflective shade nets and thermal screens. J. Agric. Eng. Res. 73: 245-255 Comunidad Europea. 2005. Reglamento (CE) No1822/2005. Nitratos en determinados vegetales. Diario Oficial de la Unión Europea. 293: 11-13. Coronel, G., Chang, M y Rodríguez-Delfín, A. 2009. Nitrate reductase activity and chlorophyll content in lettuce plants grown hydroponically and organically. Acta Hort 843: 137-143 Harper J. y Hageman, R. 1972. Canopy and seasonal profiles of nitrate reductase in soybean (Glycine max L. Merr.). 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