Revista Iberoamericana de Tecnología DOS CULTIVARES DE ... · efecto de la radiaciÓn uv-b sobre...

Revista Iberoamericana de Tecnología

Postcosecha

ISSN: 1665-0204

[email protected]

Asociación Iberoamericana de Tecnología

Postcosecha, S.C.

México

Vera, Carolina; Hinojosa, Andrea; Tapia, María L.; Gonzalez, David; Bustamante, Andrés; Luchsinger,

Luis; Escalona, Victor

EFECTO DE LA RADIACIÓN UV-B SOBRE LOS PIGMENTOS Y COMPUESTOS FUNCIONALES EN

DOS CULTIVARES DE ACELGA “TIPO BABY”

Revista Iberoamericana de Tecnología Postcosecha, vol. 15, núm. 2, diciembre, 2014, pp. 193-200

Asociación Iberoamericana de Tecnología Postcosecha, S.C.

Hermosillo, México

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Efecto de la radiación UV-B sobre los pigmentos… Carolina Vera y cols. (2014)

Rev. Iber. Tecnología Postcosecha Vol 15(2):193-200 193

EFECTO DE LA RADIACIÓN UV-‐B SOBRE LOS PIGMENTOS Y COMPUESTOS FUNCIONALES EN DOS CULTIVARES DE ACELGA “TIPO BABY”

Carolina Vera1, Andrea Hinojosa1, Tapia María L.1, Gonzalez, David1, Bustamante, Andrés1,

Luchsinger, Luis1,2, Escalona, Victor1*,2*

1Centro de Estudios Postcosecha, Facultad de Ciencias Agronómicas, Universidad de Chile. Santa Rosa 11315, La Pintana, Santiago, Chile. * [email protected], www.cepoc.cl; www.hortyfresco.cl; 2Departamento de Producción Agrícola, Facultad de Ciencias Agronómicas, Universidad de Chile. Santa Rosa 11315, La Pintana, Santiago, Chile.

Palabras clave: pigmentos, radiación UV-‐B, antioxidantes, hortalizas

RESUMEN La acelga (Beta vulgaris L. var. cicla.) es una hortaliza que pertenece a la familia Quenopodiacea, la que cumple con las características requeridas por el mercado, ya que contienen flavonoides y betacarotenos. Los cultivares Oriole (nervadura amarilla) y SCR107 (nervadura roja) fueron cultivados bajo un sistema hidropónico y tratados con radiación ultravioleta B (UV-‐B) durante el cultivo y evaluando su efecto sobre la síntesis de compuestos fenólicos, clorofilas y carotenoides. Los tratamientos de UV-‐B se aplicaron cuando las plantas alcanzaron el estadio de tercera hoja verdadera en ciclos de 3 horas diarias por 8 días en intensidades de 0, 11, 19 y 29 kJ m-‐2 hasta la cosecha. Las plantas tratadas con 19 y 29 kJ m-‐2 presentaron un mayor enrollamiento y ancho de la lámina. Las plantas expuestas a UV-‐B aumentaron el contenido de compuestos fenólicos entre un 35 y un 60% para el cultivar SCR 107 y sobre un 50% para el cultivar Oriole respecto a las sin tratamiento. La concentración de clorofila a y b presente en cada cultivar no fue afectada por los tratamientos siendo mayor la clorofila a y menor la clorofila b en las hojas de acelga. Los carotenoides presentaron valores similares en ambos cultivares siendo levemente superiores en SCR 107. La capacidad antioxidante (por FRAP y DPPH), mostraron un aumento de los valores en ambos cultivares siendo mayor en SCR 107, con un 23% respecto al control con 139,4 mg equivalentes de Trolox g-‐1 mf. Este estudio permite obtener información sobre las aplicaciones de radiación UV-‐B en el cultivo hortalizas de hoja para la incorporación de esta práctica con el propósito de estimular la síntesis de compuesto bioactivos y obtener un alimento funcional.

EFFECT OF UV-‐B RADIATION ON THE PIGMENTS AND FUNCTIONAL COMPOUNDS IN TWO

CULTIVARS OF CHARD "BABY TYPE"

Key words: pigments, UV-‐B radiation, antioxidants, vegetables

ABSTRACT Swiss chard (Beta vulgaris L. var. Cycled.) is a vegetable that belongs to the family Quenopodiacea, which meets the nutritional characteristics required by the consumers. The Oriole (yellow ribs) and SCR 107 (red ribs) cultivars were grown under a hydroponic system and treated with ultraviolet B (UV-‐B) during culture to evaluate UV-‐B effect on the synthesis of phenolic compounds, chlorophylls and carotenoids. The UV-‐B treatments were applied when plants reached the third true leaf stage in cycles of 3 hours per day for 8 days in intensities of 0, 11, 19 and 29 kJ m-‐2 to harvest. Plants treated with 19 and 29 kJ m-‐2 had a higher winding and width of the leaves. Plants exposed to UV-‐B increased the phenolic content between 35 and 60% for the cultivar SCR 107 and 50 % for the cultivar Oriole respect to control or untreated plants. The concentration of chlorophyll a and b present in each cultivar was not affected by the treatments being greater the chlorophyll a and lower chlorophyll b contents in leaves of both cultivar of chard. Carotenoids showed similar values in both cultivars being slightly higher in SCR 107. The antioxidant capacity (FRAP and DPPH) showed increased values in both cultivars was higher in SCR 107, with 23% of control with 139.4 mg of Trolox equivalents g-‐1 mf. This study provides information on the applications of UV-‐B radiation on leaf vegetables cultivation to incorporate this practice in order to stimulate the synthesis of bioactive compound and get a functional food.



INTRODUCCION La radiación solar es primordial para el

desarrollo de la vida vegetal debido a que es responsable de procesos morfogenéticos y energéticos, como la fotosíntesis (Villalobos y col., 2002). Los niveles de radiación UV-‐B varían constantemente en la atmósfera, tanto por motivos naturales (cambio de estaciones, ángulo solar, diferencia de latitudes) como por motivos antropogénicos. A partir de los años 30, se produjo un aumento de radiación UV-‐B en la biosfera, debido al adelgazamiento de la capa de ozono causado principalmente por el uso intensivo de productos contaminantes utilizados de manera industrial, como los compuestos de bromuro y productos clorofluorocarbonados (CFCs) (Rowland, 2006).

La radiación UV-‐B es altamente energética y tiene importancia biológica ya que es capaz de producir en organismos vivos, particularmente en plantas, alteraciones morfológicas, fisiológicas y bioquímicas. Frente al escenario de adelgazamiento de la capa de ozono, se han realizado varios estudios en una amplia gama de especies, como algodón (Gossypium hirsutum L.) (Zhao y col., 2003), trigo (Triticum aestivum L.) (Silva, 1994), maíz (Zea mays) (Lau y col., 2006; Zancan y col., 2006), poroto (Phaseolus vulgaris L.) (Buzunariz, 1999), papa (Solanum tuberosum L.) (Santos y col., 2004), pepino (Cucumis sativus L.) (Tapia y col., 2010), menta (Mentha piperita L.) (Dolzhenko y col., 2010), espinaca (Spinacea oleracea L.) (Heuberger y col., 2004), etc. Los resultados obtenidos en estas investigaciones dependen múltiples factores, como las intensidades de radiación, tiempos de exposición, edad de la planta, así como también de las condiciones ambientales, que incluye niveles de radiación PAR, temperatura, estado hídrico y nutricional, entre otros. Todo esto conlleva a que exista una dificultad al comparar los estudios, incrementando la necesidad de continuar con el análisis más especies y variedades expuestas a radiación

UV-‐B, en donde se detalle las condiciones en las que se realicen los ensayos (Jansen y col., 2008).

Por lo general, el daño producido por la radiación UV-‐B se relaciona con disminución de clorofilas (a y b), ya que al degradarse las proteínas y polipéptidos, se produce desorganización de las granas y liberación de estos pigmentos, que en estado libre, son fotoxidados. También se han reportado casos en que la concentración de clorofilas se mantiene o incluso aumenta, debido a que la planta, activa una serie de mecanismos de protección frente al daño oxidativo, que le permiten disminuir los daños, mantener e incluso acumular pigmentos. La producción de especies reactivas al oxígeno (ROS), además de oxidar macromoléculas biológicas, provoca la activación de mecanismos de defensa que involucran alteración en la síntesis de enzimas y sustancias antioxidantes como fenoles, flavonoides, carotenoides, acido ascórbico, entre otros. Se ha comprobado que plantas que crecen bajo condiciones de exclusión de radiación UV-‐B (invernaderos, túneles, films plásticos, etc.) pueden presentar una menor cantidad de metabolitos secundarios, en comparación a plantas que crecen en condiciones de campo o con radiación UV suplementaria. Muchos de estos metabolitos tienen un valor nutricional y/o farmacéutico, ya que son considerados como promotores de la salud; De hecho la ingesta de alimentos ricos en antioxidantes previene o al menos disminuye patologías asociadas al estrés oxidativo como cáncer, enfermedades cardiovasculares, diabetes, cataratas, insuficiencia renal, entre otras.

Los compuestos fenólicos constituyen un grupo heterogéneo, con alrededor de 10.000 sustancias reconocidas. En presencia de radiación UV-‐B, se acumulan en células epidermales, reduciendo la penetración e este tipo de radiación de manera de disminuir los efectos nocivos que podría causar sobre los distintos componentes celulares. Este tipo de



compuesto, incluyendo a los flavonoides es capaz de absorber entre 90 y 99% de la radiación UV-‐B incidente, sin interferir en la captación de radiación fotosintéticamente activa (PAR) (Hangen y cols., 2007).

Los carotenoides, corresponden a pigmentos accesorios de la fotosíntesis que se encargan de absorben energía lumínica en segmentos del espectro de la radiación donde la clorofila no es capaz de captar eficientemente, están vinculados en la fotoprotección del aparato fotosintético, por medio de la eliminación del oxígeno singlete en el cloroplasto. El grado de alteración en la concentración de estos compuesto depende en gran medida de las dosis de radiación a las que se sometan las plantas, por ejemplo dosis moderadas y bajas de radiación pueden causar aumento en la concentración de flavonoides, en cambio dosis altas pueden causar una disminución de estos mismos compuestos (Middleton y Teramura, 1993; Casierra-‐Posada, F. 2007).

La acelga (Beta vulgaris L. var. cicla.), pertenece a la familia Quenopodiácea, contiene antioxidantes, como flavonoides y betacarotenos, estos compuestos en el organismo humano se transforman en vitamina A, necesaria para el crecimiento y diferenciación de tejidos y esencial en la función de la retina. Además, 100 gramos de acelga cruda proporciona minerales, como calcio (110 mg), fósforo (30 mg), potasio (200 mg) y hierro (3 mg). Es un cultivo bienal, que en un sistema hidropónico obtiene mayor rendimiento, por aumentar el número de plantas por metro cuadrado y principalmente, por el uso de soluciones nutritivas, de acuerdo al requerimiento esperado (Rodríguez y col., 1999).

MATERIALES Y METODOS Material Vegetal. Se utilizaron semillas de acelga (Beta vulgaris L.) de peciolo rojo y naranjo, cvs. SCR 107 y Oriole respectivamente. El cv. SRC 107 tiene un color

de lámina verde, ligeramente rizada, con pecíolo, nervaduras y bordes de color rojo. El cv. Oriole también presenta un color de lámina verde, es más rizada que la anterior y presentan color de pecíolo y nervaduras amarillo anaranjado (Figura 1).

Figura 1. Cultivares de acelga cultiva SRC 107 (A) y Oriole (B).

Diseño experimental y análisis estadístico.

Para cada cultivar, el diseño experimental fue completamente aleatorizado con estructura factorial de tratamiento 4×3, con 5 repeticiones. Los factores evaluados correspondieron al factor dosis de radiación con 4 niveles (0, 11, 19 y 29 kJ m-‐2) y el cultivar. Se realizó un ANDEVA y al existir diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos, se realizó la prueba de rangos múltiples de Tukey para un nivel de 5% de significancia. Los datos fueron analizados mediante el programa estadístico Infostat, versión estudiantil.

Tratamientos. Se aplicaron tres dosis de radiación UV-‐B sobre los cultivos, conservando un cuarto cultivo sin aplicación de radiación, considerado el tratamiento control. Los tratamientos de UV-‐B se aplicaron cuando las plantas alcanzaron el estadio de tercera hoja verdadera en ciclos de 3 horas diarias por 8 días en intensidades de 0, 11, 19 y 29 kJ m2 hasta su cosecha. La cosecha se realizó cuando las plantas control en su mayoría presentaron

A

B

B



un tamaño promedio entre 5 a 7 cm de longitud.

Condiciones de cultivo. Las plantas fueron cultivadas en sistema hidropónico de raíz flotante, provisto de solución nutritiva Hoagland II diluida al 50%. La solución nutritiva fue oxigenada de manera forzada, 4 veces al día por 15 minutos mediante compresor y sistema de distribución de aire. Durante los ensayos se midió diariamente pH, conductividad eléctrica, temperatura y humedad relativa. El pH se registró con un medidor de pH portátil (PCE Inst. PH 22, España) y se ajustó con una solución ácida, preparada a partir de 38 mL de ácido nítrico y 12 mL de ácido fosfórico por litro de solución, cada vez que la solución nutritiva superó el rango ideal de pH (5,8 ± 2). La conductividad eléctrica se midió en un conductivímetro (Myron L Company, AG-‐5, Estados Unidos); y se mantuvo entre 1,2 a 1,25 dS m -‐1 hasta el término del ensayo. La temperatura y humedad relativa se registró con un data logger (Delta Trak®, 20207, Estados Unidos). Se monitoreó la radiación fotosintéticamente activa con un radiómetro (Fieldscout, EE.UU) y la radiación UV-‐B con un radiómetro UV-‐B (115/230 VAC, Solar Light).

Concentración de polifenoles totales. La determinación de polifenoles totales se llevó a cabo según el método colorimétrico de Singleton y Rossi (1965). A un volumen de 19,2 µL de extracto se adicionó 29 µL de reactivo Folin-‐Cioclateu (en relación 1:8 con agua destilada). Se incubó por 3 minutos a 20 °C y se añadió 192 µL de Na2CO3 a 1N. Pasados 10 minutos, se medió la absorbancia de la muestra a 750 nm en lector de multiplaca Biochrom (Asys UVM 340, Biochrom, Cambrige, Reino Unido). Los resultados fueron expresados como mg equivalentes de ácido gálico por g de materia fresca (EAG g-‐1 mf).

Concentración de clorofila a, b, y carotenoides. Para obtener el extracto se masaron 0,4 g de muestra congelada (sector distal de la lámina, evitando considerar nervadura y pecíolo). A la muestra se le adicionaron 15 mL de acetona (80%) y homogeneizó con un Ultraturrax (IKA, T18 basic, Alemania) a 3.500 rpm durante 30 s hasta lograr una consistencia uniforme. Para la cuantificación se utilizó el método aplicado por Lichtenthaler y Wellburn (1983). Se medió la absorbancia del extracto, en las longitudes de onda de 470, 646 y 663 nm en un espectrofotómetro de UV-‐Vis (T70UV-‐Vis, PGInstrumentsLtd, AlmaPark, Woodway Lane, Reino Unido). Para la cuantificación se utilizaron las siguientes fórmulas:

Ca = 12,25 A663 – 2,79 A646 Cb = 21,5 A646 -‐ 5,1 A663 Cx+c= (1000 A470 – 1,82 Ca – 85,02 Cb)/198

Siendo Ca la concentración de clorofila a;

Cb la concentración de clorofila b; y Cx+c la concentración de carotenoides. Los resultados fueron expresados como mg g-‐1 de materia fresca.

Actividad antioxidante por DPPH. La determinación se llevó a cabo según el método utilizado por Brand-‐Williams y col., (1995). A 21 µL de extracto se añadió 194 µL de solución DPPH. Posteriormente se les medió la absorbancia luego de 2 horas de incubación a 20 °C en oscuridad en lector de multiplaca Biochrom (Asys UVM 340, Biochrom, Cambrige, Reino Unido) a 515 nm. Los resultados fueron expresados como mg equivalentes de Trolox por g de materia fresco (mg Trolox·∙g-‐1 mf)

Actividad antioxidante por FRAP. El protocolo se realizó según lo propuesto por Benzie y Strain (1996). Se preparó el reactivo FRAP (buffer acetato 300 mmol L-‐1 con pH 3,5, solución de cloruro férrico hexohidrato 20



mmol L-‐1 y 2,4,6-‐Tripyridyl-‐s-‐Triazine (TPTZ) 10 mmol en HCl 40 mmol). Se incubó 6 µL de extracto y 198 µL de reactivo FRAP por 30 minutos a 37 °C, para posteriormente medir su absorbancia a 593 nm en lector multiplaca Biochrom (Asys UVM 340, Biochrom, Cambrige, Reino Unido). Los resultados fueron expresados como mg equivalentes de Trolox por g de materia fresca (mg Trolox·∙g-‐1 mf).

RESULTADOS Concentración de clorofila a y b, y carotenoides. En ambos cultivares, el contenido de clorofilas (a y b) no presentó diferencias significativas para la interacción entre los factores (cultivar y dosis de radiación); los resultados por tanto fueron atribuibles a los efectos individuales de cada factor. En el cultivar SCR 107, tanto el contenido de clorofila a como el de clorofila b aumentaron significativamente con las dosis de radiación 11 y 29 kJ m-‐2 (Figura 2A). En el cultivar Oriole, hubo un aumento significativo de la clorofila b con las mayores dosis de radiación. Se registró un aumento del 19 y 20,5% con las dosis de 19 y 29 kJ m-‐2 respectivamente con respecto al tratamiento control (Figura 2B).

Por lo general, se ha documentado que la radiación UV-‐B genera una disminución del contenido de clorofilas (Zancan y col., 2006; Santos y col., 2004) debido a que los fotones de este tipo de luz son más energéticos que los de la luz visible, por lo que son capaces de romper enlaces químicos de las proteínas del D1 y D2 del fotosistema II. Sin embargo, el incremento de clorofilas encontrados, puede responder al aumento en la producción de metabolitos secundarios que permiten disminuir la penetración de radiación UV-‐B, y proteger a las proteínas asociadas al aparato fotosintético, evitando la degradación sus pigmentos e incluso aumentar su síntesis (Jansen y col., 1998).

A

B

Figura 2. Efecto de la radiación UV-‐B en el contenido de clorofilas a (A) y b (B) en hojas de acelga tipo baby cvs. SCR 107 y Oriole. Los valores graficados corresponden a la media ± EE (n=3). Concentración de polifenoles totales. En ambos cultivares hubo diferencias significativas en la interacción entre factores. En el caso del cv. SCR 107, el rango del contenido polifenólico total se mantuvo entre 186 a 318 µg EAG g-‐1 mf. En el cv. Oriole, el rango de contenido fenólico se mantuvo entre 239 y 378 µg EAG g-‐1 mf. Las plantas irradiadas de ambos cultivares presentaron concentraciones de polifenoles superiores al tratamiento control, esto demuestra una respuesta rápida de protección que emplea la planta para protegerse de condiciones ambientales adversas como la presencia de mayores niveles de radiación UV-‐B (Figura 3). Las plantas sometidas a dosis de radiación UV-‐B de 19 kJ m-‐2, aumentaron 59 y 54% la concentración de polifenoles totales con respecto a las plantas sin irradiar. En albahaca (Ocimum basilicum L.) se observó que plantas sometidas a radiación UV-‐B, aumentaron significativamente la concentración de polifenoles totales y prácticamente triplicaron el contenido de eugenol que es un derivado fenólico (Schnitzler y Nitz, 2004).



Figura 3. Efecto de la radiación UV-‐B en la concentración de polifenoles totales en hojas de acelga tipo baby cvs. SCR 107 y Oriole. Los valores graficados corresponden a la media ± EE (n=3).

Actividad antioxidante por FRAP y DPPH. En las mediciones de la capacidad antioxidantes, ambos cultivares respondieron a las dosis de radiación aplicada aumentando su capacidad antioxidante. Bajo ambas metodologías el cultivar Oriole presenta una mayor acción antioxidante que el cultivar SCR107. Sin embargo no hubo diferencias estadísticamente significativas en la actividad antioxidante entre los distintos niveles de radiación UV-‐B, alcanzando valores por sobre los 100 mg Equivalentes de Trolox por gramos de materia fresca en todos los casos y en ambos cultivares. El cultivar Oriole aumentó entre un 15 a 19% su actividad antioxidante al ser sometido a las diferentes dosis de radiación, en cambio el cultivar SCR 107, aparentemente más sensible a este estimulo, aumento entre un 20 y 24% su actividad con respecto al control (Figura 4A-‐B). CONCLUSION

El manejo adecuado desde la siembra hasta el momento de cosecha tiene efecto en la composición química y finalmente nutricional de las hortalizas. La investigación realizada de dos cultivares comerciales SCR 107 y Oriole, cultivados en sistema hidropónico bajo suplementación con radiación UV-‐B indicaron que cada variedad muestra respuestas

diferenciadas al estrés radiativo. Los compuestos fenólicos totales aumentan con la aplicación de radiación UV-‐B. Estos están relacionados con la capacidad antioxidante de las hojas de acelga, siendo el cultivar SCR 107 el que responde con un mayor aumento de los compuestos frente a la radiación UV-‐B. Los pigmentos son característicos para cada cultivar, presentando mayor concentración de clorofila a y b el cultivar SCR 107 por sobre el cultivar Oriole, sin embargo la cantidad de clorofilas a, b y carotenoides no fueron modificados significativamente por la radiación UV-‐B, y se atribuye un efecto sobre estos por la interacción de diversos factores actuando en conjunto como lo son como la radiación PAR, UV-‐B y el genotipo utilizado.

Figura 4. Efecto de la radiación UV-‐B en la capacidad antioxidante de totales en hojas de acelga tipo baby cvs. SCR 107 y Oriole, cuantificado por técnica de FRAP (A) y DPPH (B). Los valores graficados corresponden a la media ± EE (n=3).



AGRADECIMIENTOS Se agradece al proyecto FONDECYT-‐

CONICYT (Chile) Nº 1120274 por financiar esta investigación.

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