EFECTO DE LA PASTA DE HIGUERILLA COMO FERTILIZANTE SOBRE EL DESARROLLO Y PRODUCCIÓN DE SOLANUM TUBEROSUM L.

Abraham Castillo-González1, Carlos Méndez-Carreto1, María Isabel Solano Rentería1, Fabiola
Sandoval-Salas1
Autor por Correspondencia:
castilloglez88@gmail.com
01(282)8253150

Área temática: Agronomía

1Subdirección de Posgrado e Investigación. Instituto Tecnológico Superior de Perote.

Resumen:

Durante la extracción del aceite de higuerilla se genera un sólido, que es conocido como pasta de higuerilla. Este producto tiene un alto contenido de nitrógeno, potasio y fósforo que son esenciales en los procesos de crecimiento y producción de los tubérculos de papa e influyen en su rendimiento. En este contexto se investigó el uso de la pasta de higuerilla como fuente de nitrógeno para el crecimiento de Solanum tuberosum L. La investigación se realizó con 150 plantas, a las que se aplicó fertilizante comercial y pasta de higuerilla en una relación de 150 kg ha-1 a los 0, 30 y 45 días. Durante el experimento se evaluó el porcentaje de brotes, biomasa, crecimiento de las plantas, rendimiento de tubérculos y presencia de ricina. Los parámetros evaluados en este estudio mostraron que los tratamientos donde se aplicó pasta de higuerilla difieren de manera significativa (α=0.01). El análisis por electroforesis mostró que no hay presencia de ricina en los tubérculos provenientes de cultivos tratados con pasta de higuerilla obtenida por extracción con solvente y detoxificada por autoclave. Estos datos muestran la factibilidad del uso de pasta de higuerilla en cultivos de S. tuberosum en la región del Valle de Perote.

Palabras clave: Solanum-tuberosum, ricina, fertilizante, nitrógeno, aceite, detoxificación.

Abstract:

During extraction of castor oil a solid waste is generated, which is known as castor cake. This product has a high content of nitrogen, potassium and phosphorus, which are essential for growth and production processes and affect the yield of potato tubers. In this context, castor cake as a nitrogen source for the growth of Solanum tuberosum L, was evaluated. The research was realized in an experimental crop with one hundred fifty plants, to which was applied commercial fertilizer and castor cake in a ratio from 150 kg/ha to the 0, 30 and 45 days.

Percentage of sprouting, biomass, plant growth, tubers yield and the ricin presence, were evaluated. The parameters evaluated in this study demonstrate that treatment which were applied castor cake are significantly different (α = 0.01). The analysis by electrophoresis showed that don´t have the presence of ricin in tuber from of crops treatment with castor cake obtained by solvent extraction and detoxified by autoclaving. These dates shower the feasible of use of castor cake in crops of S. tuberosum L. in the region of the Perote Valley.

Keywords: Solanum-tuberosum, ricin, fertilizer, nitrogen, oil-extraction, detoxification.

1. Introducción

El cultivo de papa (Solanum tuberosum L.) es uno de los más importantes en el mundo, al prosperar en diferentes climas y áreas (Sharma and Nandineni, 2015; Khan et al., 2014; Srek et al., 2010). Representa el tercer alimento más importante a nivel mundial, después del arroz y del trigo (Vleeshouwer et al., 2011). Este tubérculo es utilizado como materia prima para elaborar otros productos para consumo humano, como almidón, alcohol y edulcorantes (Tamasi et al., 2015). Los tubérculos de S. tuberosum son una importante fuente de almidón, un alimento bajo en grasa con alto contenido de fibra y vitaminas (Bártová et al., 2013). Debido a la pérdida de la fertilidad en los suelos y al incremento de la población mundial, el sector agrícola necesita grandes cantidades de fertilizante para producir más alimentos, lo que provoca un aumento en los costos de producción (Azzem et al., 2014). Sin embargo, el uso de fertilizante es necesario para satisfacer la demanda de alimentos, por lo que se buscan fertilizantes orgánicos que puedan sustituir los sintéticos.
Las semillas de Ricinus communis L. (higuerilla) son aprovechadas para la producción de biodiesel a partir del aceite que contienen, cuya extracción genera una fracción sólida, conocida como pasta de higuerilla (Melo et al., 2008). Esta pasta contiene un alto contenido de nitrógeno, potasio y fósforo (75.4, 6.6 y 31.1 g kg-1 de pasta, respectivamente; Lima et al., 2011; Severino et al., 2012; Dubois et al., 2013). Sin embargo, la aplicación de pasta de higuerilla como fertilizante para el cultivo de papa representa un riesgo para la salud humana (Godoy et al., 2009), al detectarse que contiene altos niveles de ricina (proteína tóxica para los humanos; Barnes et al., 2009; Audi et al.,

2005; Lord et al., 2003). Ello hace necesario tratar la pasta para eliminar el riesgo, antes de utilizarla como fertilizante orgánico. En este contexto el objetivo de este estudio es evaluar el efecto de la utilización de pasta de higuerilla para el desarrollo y producción de S. tuberosum en la región del Valle de Perote, Veracruz, México.

2. Material y métodos

Material biológico

Para establecer el cultivo se utilizó semilla de S. tuberosum variedad alfa, producida en la región del Valle de Perote, Ver., México (19° 33’ 43.2’’ N, 97° 14’ 31.2’’ O). La pasta de higuerilla se obtuvo de semillas colectadas en una plantación experimental localizada en la comunidad de Tlachinola, Veracruz, México (19° 39’ 8.82’’ N, 96° 56’ 26.21’’ O). La pulpa fue obtenida del beneficio de café “La Laja” localizada en Tlatetela, Veracruz, México (19° 19’ 022 N, 96° 54’ 0’’ O).

Obtención de la pasta de higuerilla

La pasta de higuerilla se obtuvo mediante dos métodos: extracción con solvente (Danlami et al.,

2015; McKeon et al., 2016), el aceite de 20 g de pasta se extrajo con 150 mL de hexano en un equipo de extracción soxhlet durante 6 h y, extracción mecánica (Vaughn et al., 2010) mediante el empleo de una presa de tornillo sin fin con chaqueta de calentamiento. La pasta de higuerilla obtenida de la extracción con solvente se detoxifico en autoclave eléctrica durante una hora a 121

°C y 0.1 MPa.

Manejo agronómico

La siembra de la semilla de papa se realizó al aire libre en bolsas de plástico para vivero de 40 x
40 cm. El sustrato fue tierra utilizada para el cultivo de papa, obtenida de los alrededores del Valle Perote, Veracruz, México. Para realizar la irrigación del cultivo se instaló un sistema continuo por goteo en cada una de las bolsas.

Fertilización

Se evaluaron cinco tratamientos: T0 (control), T1 (urea), T2 (pasta de higuerilla obtenida por extracción con solvente/pulpa de café 50:50 p/p), T3 (pasta de higuerilla obtenida con solvente y detoxificada por autoclave), T4 (pasta de higuerilla obtenida por extracción mecánica). La aplicación de la fuente de nitrógeno (urea y pasta de higuerilla) fue realizada para cada tratamiento (0, 3.9, 15.85, 31.7 y 43.3 g respectivamente) equivalente a 150 kg/Ha (Boiteau et al., 2008). La aplicación de nitrógeno se realizó a los 0, 30 y 45 días en cada uno de los tratamientos. Evaluación de los parámetros fisiológicos
La cuantificación de la germinación se realizó contando directamente la emergencia de las plantas a los 10 y 21 días después de la plantación. La evaluación del crecimiento de las platas se realizó midiendo la altura (cm) a los 10, 21, 35, 50, 65 y 80 días. La biomasa foliar fue cuantificada en tres
plantas (seleccionadas al azar) para cada uno de los tratamientos, con base en el desarrollo de las hojas verdaderas.

Cosecha y evaluación de rendimiento

La cosecha se realizó a los 90 días del cultivo de la planta, cuando el proceso de producción es considerado como concluido. La biomasa foliar (hojas y tallos) fueron cortados; los contenedores fueron vaciados para colectar los tubérculos obtenidos de cada planta de todos los tratamientos. La producción fue evaluada por pesado del total de los tubérculos obtenidos de cada planta. Evaluación de ricina

Extracción de proteína

La extracción de proteína de los tubérculos, obtenidos de la cosecha, se realizó siguiendo la metodología reportada por Godoy et al., (2009). Las muestras se maceraron en un mortero hasta obtener harina; se pesaron 75 mg de harina de papa y se mezclaron con 1.5 mL de agua destilada y se incubaron por 24 horas en agitación (primero a 60 °C por 6 horas y después a 37 °C por 18 horas). Después las muestras se centrifugaron a 2000 x g a 20 °C en una centrifuga refrigerada (HERMLE Z32HK) durante 30 minutos. El sobrenadante obtenido se utilizó para realizar el análisis por electroforesis.

Análisis cualitativo de ricina

El método de electroforesis fue utilizado para identificar la presencia de ricina. Se utilizaron geles de poliacrilamida al 12% (Mini-Protean TGX). Se tomaron 100 µL del sobrenadante que contenía las proteínas, el cual se mezcló con 70 µL de búfer Laemmli. Para la detección del peso de las proteínas, se utilizó como estándar un marcador molecular Protein Dual Color (Bio-Rad). Para realizar la corrida de las muestras se utilizó Trisglicina-SDS (1x, Bio-Rad). Después de realizar la electroforesis, el gel se tiñó con una solución de azul de Coomassie R-250 por 30 minutos. Para remover el exceso de colorante se realizaron tres lavados con agua destilada durante 10 min cada uno en agitación. Se realizaron cinco réplicas por cada tratamiento.

Diseño experimental

Se realizó un diseño completamente al azar con cinco tratamientos y 30 unidades experimentales para cada uno. Los resultados se analizaron con un ANOVA y un test de Tukey (α = 0.05) para la acumulación de biomasa y el rendimiento total de tubérculos. La evaluación del crecimiento de las plantas se realizó con una prueba de signo (evaluación de la mediana de Mood), utilizando el software estadístico MINITAB 16.

3. Resultados y discusiones

Evaluación de la emergencia de brotes en S. tuberosum

El porcentaje de brote después de los 10 días en el tratamiento control y en el tratamiento uno, donde se utilizó el fertilizante químico fue del 87 y 82%, respectivamente (Tabla 1). En los cultivos donde se aplicaron los tratamientos T2 y T4, se obtuvo menos del 60% de brotes. Este comportamiento puede ocurrir debido a la presencia de compuestos inhibidores de brotes o crecimiento foliar de la planta. Es conocido que compuestos como N-fenil carbamato sopropil, isopropil-m-clorocarbanilato y naftaleno retardan o inhiben los brotes de los tubérculos de papa (Daniels-Lake et al., 2013). Otro factor que puede influir en el porcentaje de brotes es el tiempo de aplicación de fertilizante. La aplicación de pasta de higuerilla en el día de la siembra incrementa la concentración de nitrógeno (amonio y nitrato) a niveles tóxicos, disminuyendo el crecimiento de la planta y por lo tanto el porcentaje de brotes (Lima et al., 2011).

Los inhibidores de los brotes pueden ser removidos simultáneamente con la toxicidad de la pasta de higuerilla durante la extracción del aceite. Asimismo, el proceso térmico desnaturaliza proteínas, que pueden influir en la disminución de la mineralización de la pasta de higuerilla, disminuyendo los niveles tóxicos de nitrógeno en el día de la siembra. Debido a que el proceso de detoxificación (autoclave) no fue aplicado a T1 y T4, el efecto de inhibición causo un bajo porcentaje de brotes. A los 21 días, el porcentaje de brotes fue similar en todos los tratamientos. Esto pudo ser causado por la microflora del suelo, que contribuyó a la eliminación de compuestos inhibidores de brotes, disminuyendo el contenido de nitrógeno mineral. La presencia de compuestos que incrementan la salinidad del substrato puede ser un factor para retrasar los brotes (Sanchez-Bernal et al., 2003). Evaluación del crecimiento de S. tuberosum
El crecimiento de S. tuberosum se observó en todos los tratamientos, siendo mayor en el tratamiento T3, seguido por T4 (P=0.01; Figura 1). La variación en el crecimiento de las plantas debido a la alta demanda de nitrógeno y otros elementos esenciales en la etapa de desarrollo se
reflejó en el desarrollo de la altura de las plantas (Sierra et al., 2002). Es reportado que la aplicación de la pasta de higuerilla en el día de siembra reduce el crecimiento de las plantas (Grupta et al.,

2004). Los resultados obtenidos mostraron que la aplicación de pasta de higuerilla no reduce el crecimiento de S. tuberosum. El desarrollo de las plantas fue mayor cuando se aplicó pasta de higuerilla en los tratamientos T2, T3 y T4. Desde la aplicación de fertilizante químico al tratamiento T1, las plantas presentaron un decremento en la altura debido a la solubilidad del fertilizante en el suelo (Giletto et al., 2011). Estos resultados pueden ser debido a la rápida mineralización que genera la alta actividad microbiana detectada cuando es aplicada la pasta de higuerilla en el suelo (Severino et al., 2005).


Figura 1. Promedio del crecimiento de S. tuberosum.

Evaluación de la biomasa foliar de S. tuberosum

La acumulación de biomasa en las plantas fue mayor cuando se aplicó pasta de higuerilla como fertilizante en los tratamientos T4, T3 y T2 (Figura 2). La acumulación mostró una diferencia significativa para el tratamiento T3 (P = 0.01), este resultado es consecuencia de la cantidad de nutrientes disponibles en el suelo y en el proceso de asimilación de las plantas (Ankumah et al.,

2003), siendo el nitrógeno el macroelemento más importante en esta etapa (Giletto et al., 2007). Para la variedad “Ajiba” es reportada una biomasa foliar de 80 g a los 39 días de cultivo con la aplicación de fertilizante químico (Abreu et al., 2016), cinco veces más que lo obtenido en este

trabajo. La diferencia de biomasa entre estas especies puede ser por las características de cada una de las variedades.

Figura 2. Incremento de biomasa en S. tuberosum.

Evaluación de la producción de tubérculos de S. tuberosum

La producción de S. tuberosum cuando se aplicó pasta de higuerilla como fertilizante (T3 y T4) presentó una alta producción comparada con los tratamientos T0 y T1 (P = 0.01; Figura 3). Estos datos fueron consistentes con la presencia de una alta cantidad de biomasa en las plantas de los tratamientos que se fertilizaron con pasta de higuerilla. La iniciación del desarrollo del tubérculo se controla por hormonas producidas en la planta. Esta etapa es relativamente corta (de 10 a 14 días) y coincide con el comienzo del periodo de floración (Ewing, 1995). En el proceso de crecimiento de los tubérculos, las células se expanden debido a la acumulación de agua, nutrientes y carbohidratos. En esta etapa, la planta debe tener suficiente área foliar para mantener una alta velocidad de fijación de carbono para el desarrollo de los tubérculos directamente dependientes de la red fotosintética registrada durante esta fase (Rojas et al., 2013).
Estos datos son comparables con lo reportado para cultivos de Sinaloa, donde obtuvieron rendimientos de 255 a 188 g por planta de la misma variedad (Luque, 2008).

Figura 3. Promedio del peso de la producción de tubérculos de S. tuberosum.

Presencia de ricina

La determinación de ricina por electroforesis sobre los tubérculos de S. tuberosum de las plantas fertilizadas con pasta de higuerilla se muestra en la Tabla 2.

La evaluación de los tubérculos mostró la ausencia de ricina (Figura 4), lo cual garantiza la seguridad del uso de pasta de higuerilla como fertilizante en cultivos de papa. Estos resultados son causados por la mezcla de pasta de higuerilla con pulpa de café (T2). Es reportado que una mezcla de la pasta con un material rico en taninos sirve como mecanismo de detoxificación (Roussos et al., 1995). Para el tratamiento T3, la pasta fue previamente detoxificada por autoclave. En el caso de T4, no se detectó presencia de ricina porque el mecanismo de prensado y las altas temperaturas alcanzadas durante el proceso causó la desnaturalización de las proteínas.

Figura 4. Gel de electroforesis del análisis de ricina en tubérculos de papa. (Carril 1=ricina, carril
2=marcador molecular, carril 3=T0, carril 4=T1, carril 5=T2, carril 6=T3, carril 7=T4).

4. Conclusiones

El porcentaje de brotes para Solanum tuberosum L. fue mayor en los tratamientos control y con fertilizante químico. La utilización de pasta de higuerilla como fertilizante incrementó la altura de las plantas, la acumulación de la biomasa foliar y los rendimientos netos de los tubérculos. El uso de la pasta de higuerilla obtenido de la extracción de aceite de semillas de higuerilla por solvente y detoxificada por altas temperaturas es viable para utilizarse como fuente de nitrógeno para el cultivo de S. tuberosum en la región del Valle de Perote.

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