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1. INTRODUCCIÓN
La producción nacional de tomate industrial se desarrolla entre las Regiones V y VII
y, en el año 2000, representó el 3% de la producción mundial y el 30% de la
producción del hemisferio Sur (FUNDACIÓN CHILE, 2002). En el año 1999, Chile
exportó el 3,5% del volumen de los países que conforman el World Processing
Tomato Council (WPTC) y el cultivo de tomate industrial obtuvo contratos a precios
comprendidos entre US $ 50 y 58 por tonelada (TOMATO NEWS, 2000). Los costos
promedios para producir una tonelada de pasta de tomate, se estiman en US $ 510
para Chile, US $ 580 para México y US $ 640 para California (PARROSSON y
ADCOCK, 2000).
Después de muchos años de expansión y una notable producción de más de 900
mil toneladas de tomate procesado en 1999 y 2000; la producción chilena se redujo
a 600 mil toneladas en el año 2002. Esto se debió principalmente a las dificultades
económicas de sus principales compradores, Argentina y Brasil. En el año 1999, las
exportaciones fueron aproximadamente 102 mil toneladas de concentrado y 5 mil
toneladas de conservas; y, en el año 2001, se redujeron en 12,8 y 50,7%,
respectivamente. En cambio, las exportaciones de 6 mil toneladas de salsas en el
año 1999, aumentaron en el año 2001 en 6%. Como consecuencia de lo anterior, la
superficie plantada de 13 mil hectáreas alcanzada durante el año 2001, se redujo a
8 mil hectáreas en el año 2002. La agroindustria chilena, para enfrentar mejor el
incierto mercado de exportación, optó por maximizar el uso de la capacidad de
procesamiento y así reducir los costos de producción de la pasta. Además, la
inestabilidad de los mercados de exportación y los malos resultados económicos
obtenidos, determinaron la disminución del número de contratos a productor durante
el año 2002 (TOMATO NEWS, 2003).
La producción local depende cada año de la calidad de la producción y de los
mercados internacionales. En el año 2001, se procesaron 700 mil toneladas de
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tomate para pasta. El concentrado producido es esencialmente hot-break a 30-32
ºBrix, destinado a la exportación con una producción marginal de 28-30 ºBrix para el
mercado japonés y de 36-38 ºBrix para América del Sur (TOMATO NEWS, 2003).
La industria chilena, productora principalmente de tomate concentrado y en
conservas, no logra competir con la industria europea (TOMATO NEWS, 2003).
Esta situación se debe principalmente a problemas de eficiencia productiva grave
por causa de la mano de obra no calificada y no muy entusiasta por el trabajo
agrícola. Los rendimientos obtenidos por los agricultores son muy variables lo que
indica que las técnicas no son aplicadas de manera uniforme entre ellos. El riego se
realiza por surcos y, en muchos casos, se observan serias deficiencias en la
aplicación del agua (FUNDACIÓN CHILE, 2002). Los costos de producción en
E.E.U.U. son similares; en el Valle de Sacramento se han estimado en US $ 1154
(MIYAO, KLONSKY y DE MOURA, 2001), mientras que en la VII y VIII Regiones de
Chile son de US $1290 (VELASCO et al., 2000).
Para la industria procesadora de tomate, las características internas del fruto de
importancia para el proceso son color, firmeza, sólidos solubles, pH y viscosidad
(BEZERT, 1994). La cantidad de producto que puede ser procesado es
directamente dependiente del contenido de sólidos solubles del fruto. Este carácter
es muy influenciado por el ambiente, ya que existe una relación negativa entre la
producción y el contenido de sólidos solubles del fruto (NUEZ, 1990).
HO (2000a) señala que la demanda por un fruto de calidad mejorada en el mercado
fresco y en la industria procesadora está aumentando. Mientras el mejoramiento en
el rendimiento se ha beneficiado del conocimiento de la producción y distribución de
materia seca, el mejoramiento de la calidad puede originarse más del conocimiento
del metabolismo y compartimentalización de los asimilados dentro del fruto. Al
respecto GOETZ, GODT y ROITSCH (2000) indican que las enzimas implicadas en
el metabolismo de la sacarosa son posibles blancos para influenciar el
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particionamiento de los asimilados en el sentido de aumentar la fuerza del sink del
fruto.
La industria del tomate es muy competitiva, más aun si se piensa en las
exportaciones, por lo tanto, es indispensable la búsqueda de nuevas alternativas y
estrategias de producción con el fin de mejorar la materia prima. En el presente
trabajo, se postulan nuevas posibilidades de manejo como son la aplicación del
regulador vegetal brasinoesteroide y del compuesto químico peróxido de hidrógeno.
En este último caso, con la aplicación de este compuesto se pretende simular un
estrés en la planta y así mejorar los componentes de calidad del fruto. Este
compuesto ha sido asociado a varios tipos de estrés causados por enfermedades
(hongos y bacterias), daño mecánico, sequía, exceso de hierro, contaminantes del
aire como el ozono (PELL, SCHLAGNHAUFER y ARTECA, 1997), salinidad
(MITTOVA et al., 2002) y estrés térmico (RIVERO et al., 2003; PRASAD et al.,
1994).
Los objetivos de este trabajo de investigación corresponden a confirmar si la
aplicación del brasinoesteroide DI-31 y de peróxido de hidrógeno, logran mejorar la
calidad del fruto y el rendimiento de un cultivo de tomate industrial.
De manera más específica, se pretende describir y analizar la actividad de dos
enzimas implicadas en la fijación de la sacarosa en las células de almacenaje, la
sacarosa fosfato sintetasa y sacarosa sintetasa, en el fruto de tomate, tras la
aplicación de los mismos compuestos.
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2. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
2.1. Crecimiento vegetativo y reproductivo:
La planta de tomate está compuesta por varias unidades, cada una consistente en
una porción de tallo, tres hojas y un racimo, con excepción de unas pocas hojas en
la base de la planta. Cada unidad, según TANAKA y FUJITA (1974), se denomina
unidad fuente–sink, aunque existe la posibilidad de translocación de asimilados
entre ellas.
En una planta de tomate, el crecimiento vegetativo ocurre en forma simultánea al
reproductivo. A pesar de ello, TANAKA y FUJITA (1974) señalan que no existe
competencia entre el crecimiento reproductivo y vegetativo, debido al gran potencial
fotosintético de las hojas. De esa manera, los mismos autores sugieren que el
potencial fotosintético de toda la planta excede la demanda por fotosintatos de los
órganos vegetativos y de los frutos.
El rendimiento en frutos se determina por el balance entre el crecimiento vegetativo
y el reproductivo dentro de un suministro dado de asimilados (HO, 1996).
2.2. Desarrollo del fruto:
HO y HEWITT (1986) explican que el crecimiento del fruto sigue una curva
sigmoídea que se divide en tres periodos:
- El primero se caracteriza por un crecimiento lento, marcado por la división celular y
el comienzo de la elongación celular. Esta fase dura entre dos a tres semanas, en la
cual la ganancia en peso del fruto alcanza menos del 10 % de su peso final.
- El segundo periodo se desarrolla durante las tres a cinco semanas siguientes. El
crecimiento es rápido, producto de la elongación celular. La mayor parte del peso
del fruto es acumulada por el fruto verde maduro.
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- El tercer periodo es de lento crecimiento durante dos semanas y se caracteriza por
presentar una pequeña ganancia de peso. En esta fase, ocurren cambios
metabólicos intensivos que son propios de la maduración.
En la planta de tomate, la superposición de las curvas de crecimiento de los frutos
determina la competencia entre los frutos de un racimo y entre los racimos
(PEÑALOZA, 2001).
2.3. Particionamiento de asimilados y actividad sink:
Los diferentes órganos de las plantas tienen diversas funciones y requerimientos
bioquímicos. Una de las funciones cruciales de las hojas-fuente es la síntesis de las
moléculas, ricas energéticamente para el transporte del carbono, mientras que los
órganos sink heterotróficos, tales como frutos en desarrollo, semillas, raíces y
tubérculos, son dependientes de la importación y utilización de estos compuestos
(STURM y TANG, 1999).
El término particionamiento se refiere a la distribución de los asimilados entre los
órganos sink. Estos órganos son generalmente competitivos y los asimilados serán
distribuidos en todos aquellos que presenten actividad (HOPKINS, 1999). Cada
órgano sink posee diferente capacidad para atraer asimilados (fuerza sink), y la
prioridad de un órgano para recibir asimilados es el resultado de la competencia
entre órganos sink (HO, 1996).
La fuerza sink es una medida de la capacidad de un órgano para acumular
metabolitos (WARING y PATRICK, 1975, citados por HOPKINS, 1999) y está dada
por el producto del tamaño del sink y de la actividad del sink. Para el presente
ensayo importan los factores que influyen sobre la actividad del sink, vale decir la
tasa de importación de asimilados por unidad de peso seco o por unidad de tiempo.
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Los órganos jóvenes en crecimiento como racimos y tallo, pueden presentar una
alta actividad sink; en cambio, un pequeño tamaño sink. La actividad de las hojas
jóvenes no les permite representar un sink importante debido a los fotosintatos de
otras hojas, pero sí por los propios, incluso en estados avanzados del cultivo. En el
caso del tomate, se observa que las hojas y el tallo mantienen cierta capacidad sink
aun en estado de desarrollo avanzado, logrando así ganar peso por un periodo
largo. La actividad sink de los frutos es alta en la fase temprana de desarrollo, luego
disminuye junto con el crecimiento; en cambio, el tamaño del sink aumenta en el
transcurso del desarrollo (TANAKA y FUJITA, 1973).
2.3.1. Metabolismo de los azúcares:
NGUYEN-QUOC y FOYER (2001) plantean el modelo de los cuatro principales
ciclos fútiles involucrados en el metabolismo de la sacarosa en el fruto de tomate.
En la Figura 1, se esquematizan los siguientes ciclos:
- El primer ciclo involucra la degradación de la sacarosa en el citosol por medio de la
sacarosa sintetasa y la re-síntesis de sacarosa por la sacarosa fosfato sintetasa.
- El segundo involucra la degradación de sacarosa en la vacuola por la invertasa y
su re-síntesis en el citosol, catalizada por la sacarosa sintetasa o por la sacarosa
fosfato sintetasa.
- El tercero involucra la degradación de la sacarosa en el apoplasto por la invertasa,
seguido por la síntesis de la misma en el citosol, catalizada por la sacarosa fosfato
sintetasa o por la sacarosa sintetasa.
- El cuarto involucra la síntesis y degradación simultánea de almidón en el
amiloplasto y la conexión al citosol, a través de la glucosa-6-fosfato.
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SS, sacarosa sintetasa; SPS, sacarosa fosfato sintetasa; Las enzimas: (1) UPD-glucosa pirofosforilasa, (2) fosfoglucomutasa (3) fosfoglucosa isomerasa, (4) fructoquinasa y hexoquinasa, (5) ADP-glucosa pirofosforilasa, (6) almidón sintetasa, (7) almidón fosforilasa y amilasa, (8) glucoquinasa y hexoquinasa.
FIGURA 1. Modelo de los cuatro ciclos principales relacionados con el metabolismo de la sacarosa en el fruto de tomate (NGUYEN-QUOC y FOYER, 2001).
Sacarosa
F
G
F
GF
G
Almidón
G1P
G6P
G1P
G6P
G1P
ADP
UDP-G
Sacarosa
SPS
F6P
SS
Invertasa
Sacarosa
Respiración
Sacarosa
Invertasa
1
2
3
4
25
6 7 8VACUOLA
AMILOPLASTO
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2.3.1.1. Regulación del metabolismo de los azúcares:
HO (2000b) explica que durante el crecimiento rápido del fruto, la sacarosa es
usada para la respiración y como material estructural para el crecimiento de la
célula. La sacarosa restante es almacenada como hexosa (glucosa y fructosa) y
almidón en cantidades iguales. Posteriormente, el almidón es degradado para
incrementar el contenido de hexosas; así, la regulación de la degradación de
sacarosa, en el citosol y en la vacuola, es importante para el contenido total de
azúcar del fruto maduro de tomate.
Durante el tercer periodo de crecimiento (mayor tamaño del sink), es posible
aumentar los asimilados, mejorando la actividad sink del fruto. Según HOPKINS
(1999), la tasa de descarga del floema, así como la tasa de asimilación de azúcares
por el sink y su destino al metabolismo y almacenamiento dentro de este último, son
seguramente factores influyentes. Otro aspecto, señalado por el mismo autor, es la
posible implicancia de hormonas vegetales y de la turgencia celular en la alteración
de la fuerza sink.
NGUYEN-QUOC y FOYER (2001) explican que los factores determinantes de la
fuerza sink y la subsiguiente regulación del metabolismo de los carbohidratos en el
fruto de tomate, se basan en la actividad de las enzimas invertasa, sacarosa
sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa. Estas enzimas participan en el metabolismo
de la sacarosa e influyen en el transporte de azúcar entre el citosol, la vacuola y el
apoplasto.
NGUYEN-QUOC et al. (1999) señalan que un cambio en la actividad sink producto
de un aumento de la actividad de la sacarosa sintetasa o de la sacarosa fosfato
sintetasa, puede ser suficiente para aumentar la fuerza sink del fruto y, finalmente,
la calidad y rendimiento industrial del tomate.
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2.3.2. Mecanismo de transporte de azúcares:
GARCÍA y GUARDIOLA (2000) señalan que para que ocurra el transporte de
asimilados desde los órganos fuente hacia los órganos sink, se requiere
primeramente de la disponibilidad de carbohidratos en cantidad superior a la
necesaria para cubrir las necesidades metabólicas, y de la síntesis de carbohidratos
de transporte. Estos asimilados pueden proceder directamente de la fotosíntesis o
de la movilización de las reservas acumuladas.
STURM y TANG (1999) afirman que, en la mayoría de las especies, el carbono
asimilado se transporta como sacarosa, un disacárido en el cual la glucosa y la
fructosa se unen mediante un enlace O-glucosídico. NGUYEN-QUOC y FOYER
(2001) junto con YAMAKI (1995), señalan que las hojas de tomate usan la sacarosa
como la principal forma de transporte del carbono.
YAMAKI (1995) describe el movimiento de los azúcares en siete procesos:
a) asimilación de carbohidratos por la fotosíntesis y síntesis de los azúcares
translocables;
b) carga de los azúcares translocables en el floema a través de un sistema de co-
transporte H+- azúcar;
c) translocación en el floema desde las hojas a los frutos;
d) descarga de los azúcares translocables en las células parenquimáticas del fruto;
e) degradación de los azúcares descargados y síntesis de sacarosa;
f) transporte de los azúcares a través de la membrana;
g) compartimentación de los azúcares dentro de la vacuola.
El transporte de asimilados a larga distancia es conducido por el gradiente de
concentración de la sacarosa entre los tejidos de la fuente y los tejidos del sink
(GOETZ, GODT y ROITSCH, 2000).
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En algunos casos, el transporte tiene lugar hacia órganos que poseen una
concentración de sacarosa superior a la de los órganos-fuente; esta situación
demuestra que el factor determinante del comportamiento de un órgano (sink o
fuente), más que su concentración de azúcar, es su capacidad de acumular o tomar
azúcares (GARCÍA y GUARDIOLA, 2000).
2.3.3. Descarga floemática de azúcares:
HO (1996) determinó que la translocación, metabolismo y compartimentación de los
asimilados importados en un fruto de tomate, cambian durante el desarrollo del
fruto.
NGUYEN-QUOC y FOYER (2001) acotan el proceso de descarga de la sacarosa en
los frutos de tomate a dos fases:
a) durante el periodo de rápido crecimiento del fruto comprendido desde el día 0 a
30-35 días después de antesis, la descarga es principalmente vía simplasto, y
b) luego en la fase de lento crecimiento en donde se observa una muy pequeña
acumulación de peso seco, la descarga es apoplástica.
2.3.4. Fijación de los azúcares en la célula:
SMITH (1999) señala que existen dos vías de fijación de la sacarosa de importancia
en las plantas. Esta fijación permite transformar la sacarosa no almacenable en
compuestos almacenables. La primera vía es catalizada por la enzima sacarosa
sintetasa y la segunda, por la invertasa.
Sin embargo, HO (1992), citado por HO (1996), prefiere diferenciar tres posibles
caminos de fijación de la sacarosa en un fruto de tomate, dependiendo de la vía de
descarga. Cuando la sacarosa es descargada desde el floema vía apoplasto, podría
ser hidrolizada por la invertasa ácida apoplástica antes de ingresar a las células de
almacenaje, o bien, si es descargada vía simplasto, podría ser fijada por la sacarosa
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sintetasa en el citosol de las células de almacenaje. Finalmente, la sacarosa podría
ser hidrolizada por la invertasa ácida vacuolar, indiferentemente del modo de
descarga del floema.
Con respecto a la descarga apoplástica, GARCÍA y GUARDIOLA (2000) señalan
que la invertasa, al hidrolizar la sacarosa, permite la mantención del gradiente
necesario para su descarga.
La conversión de sacarosa en hexosas (glucosa y fructosa) permite una mayor
acumulación en la vacuola; este proceso aumenta el potencial osmótico de estos
tejidos y mejora la toma de asimilados por el fruto de tomate (NGUYEN-QUOC y
FOYER, 2001).
2.3.5. Contenido de azúcares en el fruto:
ISLAM, MATSUI y YOSHIDA (1996) estudiaron la variación del contenido de
carbohidratos durante el desarrollo de frutos de tomate de tres variedades que
difieren en su tamaño. La variedad de fruto pequeño presentó un nivel mayor de
sólidos solubles comparado con la variedad de fruto grande. La glucosa y la fructosa
presentes en cantidades casi iguales, son los principales azúcares del fruto en
desarrollo. La cantidad de ambos monosacáridos aumentó marcadamente a los 40
días después de la antesis y alcanzó un nivel máximo a los 55 días después de
antesis. La sacarosa se acumuló en las etapas tempranas de desarrollo, pero su
concentración disminuyó y permaneció constante a través del desarrollo. Por lo
tanto, los autores, junto con HUSAIN et al. (1999) y MIRON y SCHAFFER (1991),
observaron que el fruto de tomate L. esculentum acumula glucosa y fructosa y no
sacarosa.
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2.3.6. Enzimas relacionadas con la acumulación de azúcares:
NGUYEN-QUOC y FOYER (2001) explican que las reacciones claves del
metabolismo de la sacarosa son: (1) la rápida y continua degradación de la
sacarosa en el citosol por la sacarosa sintetasa (EC 2.4.1.13), (2) la resíntesis de la
sacarosa por medio de la sacarosa sintetasa o de la sacarosa fosfato sintetasa (EC
2.3.1.14), (3) la hidrólisis de la sacarosa en la vacuola o en el apoplasto por la
invertasa ácida (EC 3.2.1.26), y (4) el subsiguiente transporte de las hexosas al
citosol, en donde una vez más son convertidas en sacarosa.
2.3.6.1. Invertasa:
La enzima invertasa es una hidrolasa, y fija la sacarosa en una molécula de glucosa
y otra de fructosa (STURM y TANG, 1999).
Invertasa
La mayoría de las especies vegetales contienen por lo menos dos isoformas de
invertasa vacuolar, las cuales se acumulan como proteínas solubles (invertasa ácida
soluble) en el lumen de pH ácido de la vacuola (STURM, 1999). La invertasa ácida
se localiza en la vacuola (Figura 2) y en los compartimentos extracelulares del fruto.
Por lo tanto, la invertasa solo puede hidrolizar la sacarosa cuando es transportada
dentro de esos compartimentos (NGUYEN-QUOC y FOYER, 2001).
STURM (1999) señala que además se han detectado varias isoformas de invertasa
extracelular (invertasas de la pared celular), que iónicamente están limitadas a la
pared celular (Figura 2).
glucosa + fructosaSacarosa + H2O
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INV, invertasa; *, flujo simplástico de la sacarosa; **, flujo apoplástico de la sacarosa; Fru, fructosa; glu, glucosa; TP, fosfato triosa; transportador.
FIGURA 2. Esquema del funcionamiento de la invertasa ácida en la regulación del contenido celular de hexosa (FOYER, KINGSTON-SMITH y POLLOCK, 1997).
CLOROPLASTO
Ciclo Benson-Calvin
TPGlu-1-P
Almidón
Glucosa
TP
Fru-1,6P2
Fru-6-P
Glu-6-P
Glu-1-P
UDP-glu
Sacarosa
Glucosa
Sacarosa Glucosa INV
Fructosa
PARED CELULAR PARED CELULAR
Fructosa Glucosa
Glucosa
Fructosa
Sacarosa
INV ADP + PiATP
ADP + PiATP
VACUOLA
*
*
**
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Las invertasas vacuolar y de la pared celular comparten algunas características
bioquímicas, tales como: la fijación más eficiente de la sacarosa ocurre entre pH 4,5
y 5,0 y atacan el disacárido desde la fructosa (STURM, 1999). HUSAIN et al. (1999)
observaron la máxima actividad de la invertasa entre valores de pH comprendido
entre 3,2 y 5,0.
Las plantas tienen por lo menos dos isoformas de invertasa citoplasmática con pH
óptimo para la fijación de la sacarosa en el rango neutro a ligeramente alcalino. Las
invertasas neutrales y alcalinas, y no así las invertasas ácidas, parecen ser
específicas para la sacarosa (STURM, 1999).
La principal función de la alta y constante actividad de la invertasa ácida vacuolar,
en un fruto de tomate rojo, es mantener la concentración celular de hexosas y la
hidrólisis de la sacarosa en la vacuola y en el espacio intercelular. De esa manera,
se logra una mayor eficiencia en el almacenamiento del azúcar en la vacuola
(NGUYEN-QUOC y FOYER, 2001) y, por ende, un aumento en el contenido de
sólidos solubles del fruto (HUSAIN et al., 1999). La actividad de la invertasa ácida
determina la composición final de los azúcares en el fruto de tomate (HO, 1996).
La actividad de la invertasa ácida aumenta rápidamente, junto con la maduración del
fruto de tomate, para metabolizar la sacarosa depositada en las vacuolas (YAMAKI,
1995).
MIRON y SCHAFFER (1991), al igual que ISLAM, MATSUI y YOSHIDA (1996),
determinaron que la actividad de la invertasa ácida soluble es alta en los frutos
maduros de cultivares de L. esculentum. La actividad de la invertasa ácida soluble
es mayor durante el desarrollo del fruto en comparación con la actividad de la
invertasa de la pared celular.
ISLAM, MATSUI y YOSHIDA (1996) observaron un marcado aumento en la
actividad de la invertasa ácida soluble a los 40 días después de antesis hasta el
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inicio del proceso de maduración. La invertasa ácida alcanzó su máxima actividad
durante la maduración del fruto, periodo en el cual la sacarosa presentó su nivel
más bajo. Los resultados sugieren que la sacarosa es la fuente de hexosas
requerida para el metabolismo durante el desarrollo del fruto de tomate y que la alta
actividad de la invertasa ácida impide el aumento de concentración de la sacarosa.
Durante las fases tempranas de desarrollo del fruto, la actividad de la invertasa
ácida es lo bastante menor para permitir la acumulación de sacarosa. La actividad
de la enzima presenta una correlación negativa con el contenido de sacarosa.
Sin embargo, DORAIS et al. (1999) determinaron en ensayos in vitro con líneas de
tomate que difieren en la actividad de la invertasa, que a través del desarrollo del
fruto tales diferencias no están relacionadas con la variación de la cantidad de
sacarosa absorbida. Por otra parte, HUSAIN et al. (1999) explican que la actividad
de la invertasa ácida soluble en el fruto de Lycopersicon esculentum es mayor a la
requerida para la hidrólisis de la sacarosa translocada, en todas las etapas de
desarrollo del fruto, pudiendo ser 1.000 a 10.000 veces mayor en un fruto rojo
maduro. Es poco probable, por lo tanto, que la invertasa juegue un rol regulador en
la descarga de la sacarosa. Por lo tanto, la enzima no está directamente relacionada
con la determinación de la fuerza sink.
2.3.6.2. Sacarosa sintetasa:
La enzima sacarosa sintetasa es una glicosil transferasa que en presencia de UDP,
convierte la sacarosa en UDP-glucosa y fructosa (STURM y TANG, 1999).
Sacarosa sintetasa
La sacarosa sintetasa parece ser la enzima dominante en el metabolismo de la
sacarosa importada durante la fase temprana de desarrollo del fruto de tomate. Esto
UDP-glucosa + fructosa Sacarosa + UDP
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puede ser un proceso clave en el abastecimiento de intermediarios para la
acumulación de almidón, regulando así la importación de carbono al fruto (WANG et
al., 1993).
D´AOUST, YELLE y NGUYEN-QUOC (1999) sugieren que la actividad de la
sacarosa sintetasa determina la capacidad del fruto joven para metabolizar la
sacarosa. Para los primeros frutos cuajados en la planta, dada la baja competencia
por sacarosa entre ellos, la actividad de la sacarosa sintetasa determina la cantidad
de carbohidratos importados en el fruto. Más adelante durante el desarrollo de la
planta, la competencia por los asimilados aumenta con el número de frutos en
desarrollo, y la concentración de la sacarosa en el floema disminuye. Para estos
frutos, la actividad de la sacarosa sintetasa influencia la competitividad sobre la
importación y el metabolismo de la sacarosa.
WANG et al. (1993) establecieron una correlación positiva entre la actividad de la
sacarosa sintetasa, la tasa relativa de crecimiento del fruto y el contenido de
almidón en el pericarpio en frutos de tomate a los 20 a 39 días después de antesis.
Sin embargo, la correlación positiva entre la actividad de la sacarosa sintetasa y el
contenido de almidón no es muy fuerte, lo que indica que la sacarosa sintetasa no
es la única enzima crítica en la síntesis del almidón. Otras enzimas, tales como la
ADP-glucosa pirofosforilasa, pueden también regular la síntesis de almidón. Pese a
esto, la sacarosa sintetasa parece ser la enzima predominante en la catálisis de la
primera reacción del metabolismo de la sacarosa y de la síntesis de almidón. Si la
actividad de la sacarosa sintetasa presenta una tasa limitante, la síntesis de almidón
se maneja en forma paralela a los cambios en la actividad de la sacarosa sintetasa.
Por lo tanto, la sacarosa sintetasa catalizadora de la degradación de la sacarosa,
puede ser una de las etapas de control en la acumulación del almidón. Por otra
parte, el bajo coeficiente de regresión, entre la actividad de la sacarosa sintetasa y
la tasa relativa de crecimiento, se debe a que esta última es afectada por muchos
factores, además del metabolismo de los carbohidratos.
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La sacarosa sintetasa parece desempeñar un papel importante en el
establecimiento y la mantención del sink del fruto de tomate por medio de la fijación
de la sacarosa importada y provee la UDP-glucosa para las reacciones biosintéticas.
La contribución más importante de la sacarosa sintetasa ocurre durante las primeras
fases de crecimiento del fruto de tomate, puesto que la acumulación activa de
almidón se produce durante este período (WANG et al., 1993).
DORAIS et al. (1999) determinaron que la inhibición de la actividad de la sacarosa
sintetasa en plantas de tomate transformadas, no afectó la capacidad de descarga
de sacarosa in vitro en frutos a los 20 días después de antesis.
2.3.6.3. Sacarosa fosfato sintetasa:
La sacarosa puede ser sintetizada por la enzima sacarosa fosfato sintetasa
localizada en el citoplasma. La enzima cataliza una reacción de transglucosilación
libremente reversible. Por consiguiente, la dirección del flujo a través de la reacción
se determina por las concentraciones relativas de los cuatro reactantes (SMITH,
1999).
Sacarosa fosfato sintetasa
ISLAM, MATSUI y YOSHIDA (1996) investigaron la variación de la actividad de la
sacarosa fosfato sintetasa durante el desarrollo del fruto de tres variedades de
tomate. Todos los cultivares presentaron baja actividad de la sacarosa fosfato
sintetasa durante el desarrollo del fruto. La más alta actividad se observó en el
desarrollo temprano del fruto y los niveles de actividad de la enzima no cambiaron
mayormente durante la maduración del fruto. Los autores determinaron que no
existe una correlación significativa entre el contenido de azúcar del fruto y la
actividad de la sacarosa fosfato sintetasa. Este patrón de actividad enzimática de la
UDP-glucosa + fructosa 6-fosfatoSacarosa 6´-fosfato + UDP
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sacarosa fosfato sintetasa también fue observado por MIRON y SCHAFFER (1991),
en un cultivar de L. esculentum de fruto pequeño.
NGUYEN-QUOC et al. (1999) analizaron la descarga de sacarosa y la actividad sink
del fruto en plantas de tomate, transformadas genéticamente, de manera de
presentar una sobre expresión de la enzima sacarosa fosfato sintetasa. La actividad
de esta enzima en el fruto aumentó en 2,4 veces, comparada con frutos de las
plantas control. También determinaron que no hubo variación significativa en la
actividad de la invertasa y que, en cambio, la actividad de la sacarosa sintetasa
aumentó en un 27%. Todo esto se resume en que el metabolismo de la sacarosa
descargada en el fruto, resultó en un 60% mayor al observado en frutos de plantas
no modificadas. Estos resultados demuestran que la sobre-expresión de la enzima
sacarosa fosfato sintetasa aumenta la fuerza sink en los frutos de tomate de plantas
transgénicas.
2.4. Brasinoesteroides:
Los brasinoesteroides corresponden a cerca de 60 compuestos esteroidales
(DAVIES, 1995). El brasinólido y la catasterona son los brasinoesteroides naturales
más importantes, considerando su amplia distribución en el reino vegetal y sus
potentes actividades biológicas (ARTECA, 1995).
Los brasinoesteroides promueven la elongación del tallo, la biosíntesis de etileno y
la epinastia, además de inhibir el crecimiento y desarrollo radicular (DAVIES, 1995).
Otras respuestas a brasinoesteroides incluyen efectos sobre la elongación y la
división celular, el desarrollo vascular y reproductivo, la polarización de las
membranas y el bombeo de protones, las relaciones fuente/sink y la modulación de
estrés (LI y CHORY, 1998).
19
2.4.1. Efecto de brasinoesteroides en el metabolismo de los azúcares:
Dado que el crecimiento de los tejidos es acompañado por una demanda creciente
por asimilados, GOETZ, GODT y ROITSCH (2000) suponen una relación entre los
brasinoesteroides y el metabolismo de los carbohidratos. El crecimiento de los
tejidos requiere del suministro adicional de carbohidratos, por lo tanto, la demanda
creciente del sink podría satisfacerse por medio de la regulación de las enzimas
implicadas en la descarga del floema. Los autores demostraron que el estímulo del
crecimiento inducido por brasinoesteroides, se relaciona con un aumento en el
suministro de carbohidratos por medio de la regulación de la invertasa extracelular,
como la enzima dominante de un camino apoplástico de descarga del floema.
El aumento de la actividad de la invertasa extracelular en un cultivo en suspensión
de células autotróficas de L. peruvianum en respuesta a brasinoesteroides,
demostró la relación entre estos compuestos y la inducción específica de mRNA del
gen Lin6, que codifica una de las cuatro isoenzimas de la invertasa extracelular
(GOETZ, GODT y ROITSCH, 2000). El efecto descrito fue específico para la
invertasa extracelular; los autores observaron que tanto la actividad, como el nivel
de mRNA de la enzima sacarosa sintetasa intracelular no fue afectado.
Los datos obtenidos por GOETZ, GODT y ROITSCH (2000), en cultivo de células de
tomate, indican que los brasinoesteroides, brasinólido, 24-epibrasinólido y 28-
homobrasinólido, inducen respuestas de crecimiento y en forma coordinada
aumentan el suministro de carbohidratos del tejido correspondiente por medio de la
inducción de la invertasa extracelular.
2.5. Peróxido de hidrógeno:
Todos los organismos biológicos producen en forma continua especies activadas del
oxígeno, como por ejemplo: el anión superóxido (O2-), el peróxido de hidrógeno
(H2O2) y el radical hidroxilo (OH-) (TADEO, 2000; PELL, SCHLAGNHAUFER y
20
ARTECA, 1997). Las especies activadas del oxígeno se producen frente a estrés
biótico (hongos y bacterias) o estrés abiótico, tal como daño mecánico, sequía,
exceso de hierro y contaminantes del aire como el ozono (O3) (PELL,
SCHLAGNHAUFER y ARTECA, 1997).
Estos compuestos producen el estrés oxidativo, cuando la tasa de eliminación es
inferior a la tasa de producción de especies activadas del oxígeno (TADEO, 2000).
La respuesta antioxidante se induce en presencia de baja concentración de
especies activadas del oxígeno, producto de un estrés moderado o, cuando la
fuente de producción de las mismas, se encuentra distante del sitio de la respuesta.
El rol de esta última es principalmente contrarrestar el daño producido por las
especies activadas del oxígeno (LEVINE, 1999).
Cuando se presenta el estrés, las plantas reaccionan disminuyendo o deteniendo
sus funciones fisiológicas básicas. En esta fase de alarma, comienza la activación
de los mecanismos para hacer frente al estrés. Solo si la planta posee mecanismos
adecuados de defensa o bien el estrés no es muy intenso, la planta procede a
modificar el metabolismo celular. En esta fase de resistencia, los cambios que se
producen permiten a la planta alcanzar un nuevo estado fisiológico óptimo para las
actuales condiciones (TADEO, 2000).
El ciclo de Halliwell-Asada (Figura 3), que funciona en el citoplasma o en la matriz
mitocondrial o cloroplástica (el estroma), se encarga de inactivar el anión superóxido
y el peróxido de hidrógeno (TADEO, 2000).
21
H2O2: peróxido de hidrógeno; O2º_: anión superóxido; SOD: superóxido dismutasa; APX: ascorbato peroxidasa; GR: glutatión reductasa. MDHAR: monodeshidroascorbato reductasa; DHAR: dihidroascorbato reductasa; ASC: ascorbato; DHA: deshidroascorbato; GSSG: glutatión oxidado; GSH: glutatión reducido; MDAº: radical monodeshidroascorbato
FIGURA 3. Ciclo de Halliwell-Asada, mecanismo protector de las células frente al
incremento en el nivel de especies activadas del oxígeno (TADEO, 2000).
NADP+
GR
NADPH GSSG
O2º_
GSH
DHAR
DHA
ASC
NADP+
MDAº
NADPH MDHAR
H2O2 APX
H2O
O2
O2º_ H2O2
SOD
Fd
Membrana del tilacoidePSI PSII
e_
SOD
2 H2O4 e_ + 4 H+ + O2Lumen del tilacoide
Estroma
22
Con la finalidad de contrarrestar los efectos de las especies activadas del oxígeno,
existen mecanismos enzimáticos y no enzimáticos estimulados por la planta, como
por ejemplo:
a) la síntesis de antioxidantes no enzimáticos como el glutatión, el ascorbato y el α-
tocoferol, y
b) la síntesis de enzimas antioxidantes como la superóxido dismutasa, la ascorbato
peroxidasa y la catalasa (TADEO, 2000).
El estímulo externo del estrés debe transformarse en una señal interna, de
naturaleza física o química. Luego, esta señal debe transmitirse hasta el núcleo de
las células, en donde se producen los cambios en la expresión génica necesarios
para hacer frente al estrés. TADEO (2000) señala al respecto que los compuestos
derivados del ataque de patógenos (denominados elicitores) y, posiblemente, los
cambios en la turgencia celular y en el nivel de especies activadas del oxígeno
(peróxido de hidrógeno), intervienen en el sistema sensor del estrés.
2.5.1. Estrés inducido por patógenos:
TAIZ y ZEIGER (1998) explican que las plantas han desarrollado diversos
mecanismos para resistir la infección de patógenos incluyendo la producción de
agentes antimicrobiales y un tipo de muerte celular programada llamada respuesta
hipersensible. Después de la infección por patógenos, las plantas despliegan un
amplio espectro de defensas contra la invasión de microorganismos. La respuesta
hipersensible ocurre en las células que rodean inmediatamente el sitio de infección,
privando así de nutrientes al patógeno y previniendo su extensión. La respuesta
hipersensible es precedida, a menudo, por la producción de especies activadas del
oxígeno. Las células vecinas a la infección sintetizan compuestos tóxicos, formados
por la reducción del oxígeno molecular, como el anión superóxido, el peróxido de
hidrógeno y el radical hidroxilo.
23
2.5.2. Estrés hídrico:
RAHMAN et al. (2003) informaron que la actividad de la superóxido dismutasa
(SOD) en hojas de tomate aumenta en condiciones de estrés hídrico. TADEO (2000)
señala que la planta estimula la síntesis de la SOD, con la finalidad de contrarrestar
los efectos de las especies activadas del oxígeno como el peróxido de hidrógeno.
Con respecto a la superóxido dismutasa, RAHMAN et al. (2003) sugieren que
existen diferencias en la actividad de la enzima, dependiendo del cultivar de tomate.
El aumento de la actividad de la SOD, en condiciones de estrés hídrico, es más
rápido y pronunciado en algunos cultivares, permitiendo así contrarrestar con mayor
eficiencia las especies activadas del oxígeno.
2.5.3. Estrés salino:
MITTOVA et al. (2002) determinaron que en condiciones de estrés salino, el nivel de
peróxido de hidrógeno aumenta en los cloroplastos de las plantas de tomate
Lycopersicon esculentum. En las mismas condiciones, los autores observaron el
aumento de la actividad de las enzimas superóxido dismutasa, ascorbato
peroxidasa, glutatión-S-transferasa y monodeshidroascorbato reductasa en plantas
de tomate Lycopersicon pennellii.
2.5.4. Estrés térmico:
En condiciones climáticas donde las temperaturas son menores o mayores a los
niveles óptimos para la especie, se puede activar el metabolismo oxidativo en las
plantas por medio de una superproducción de especies activadas del oxígeno
(PRASAD et al., 1994).
En plantas de tomate sometidas a estrés térmico, RIVERO et al. (2003)
determinaron una correlación positiva entre la actividad de la superóxido dismutasa
24
y la concentración de peróxido de hidrógeno. De esa manera, los autores
confirmaron que, en condiciones de estrés térmico, el contenido de peróxido de
hidrógeno en los tejidos aumenta en consecuencia a una superproducción de la
superóxido dismutasa.
2.5.5. Etileno:
BOTELLA et al. (2000) determinaron que en condiciones de estrés salino, aumenta
la tasa de producción de etileno y el nivel total de ácido 1-amino-ciclopropano-1-
carboxílico (ACC) en los frutos de plantas de tomate. Además, la biosíntesis de
etileno aumenta en condiciones de estrés como sequía, inundación, frío o herida
mecánica. El incremento en la producción de etileno puede actuar como una señal
común, controlando las diferentes respuestas de las plantas a dichas situaciones
(ZACARÍAS y LAFUENTE, 2000; TADEO, 2000; TAIZ y ZEIGER, 1998).
TAIZ y ZEIGER (1998) explican que la inducción de etileno relacionada con el
estrés, se produce por la vía biosintética común, y es el resultado, por lo menos en
parte, del aumento en la transcripción del mRNA del ácido 1-amino-ciclopropano-1-
carboxílico sintetasa (ACCS). Además, ZACARÍAS y LAFUENTE (2000) especifican
que aunque los diversos estreses ambientales pueden inducir respuestas
específicas, se ha demostrado que la activación de la ACCS y de la ácido 1-amino-
ciclopropano-1-carboxílico oxidasa (ACCO) son mecanismos comunes a todos ellos
y también constituyen las etapas de control de la síntesis de etileno.
Por otra parte, TADEO (2000) señala que con la finalidad de contrarrestar los
efectos de las especies activadas del oxígeno, se estimula la síntesis de
antioxidantes no enzimáticos como el ascorbato. ZACARÍAS y LAFUENTE (2000)
explican que la etapa final de la síntesis de etileno la constituye la oxidación del
ACC a etileno por la enzima ACCO. La actividad de esta enzima requiere de iones
hierro y ascorbato, como otras oxigenasas, para su actividad. De esta manera,
25
podemos suponer que la aplicación de peróxido de hidrógeno estimula la síntesis de
ascorbato y por consiguiente la síntesis de etileno.
2.6. Parámetros de calidad del fruto:
2.6.1. Color:
El color es una característica de calidad del tomate sumamente importante, dado
que los consumidores pueden ser influenciados fácilmente por ideas preconcebidas
de cómo un fruto debe parecer (McGUIRE, 1992). Para la industria, el color de la
pasta de tomate se relaciona con el color del fruto y, en consecuencia, determina la
cantidad de kilogramos de tomates necesaria para la obtención de un producto de
alta calidad (STEVENS y RICK, 1986).
Diferentes pigmentos han sido aislados del fruto de tomate, pero los de mayor
importancia son: alfa-caroteno, beta-caroteno, gama-caroteno, delta-caroteno,
licopeno y 22 xantófilas (carotenol). El licopeno es el carotenoide más abundante y
representa cerca del 83% de los pigmentos presentes (GOULD, 1992). El color de
los tomates rojos es principalmente determinado por la cantidad de licopeno. El β-
caroteno es el otro carotenoide importante en los tomates rojos y puede ser el
principal factor determinante del color del tomate bajo ciertas condiciones
medioambientales. La cantidad de beta-caroteno también determina la actividad de
la vitamina A de los frutos (STEVENS y RICK, 1986).
KOZUKUE y FRIEDMAN (2003) determinaron los contenidos de pigmentos en frutos
de tomate de variedades japonesas de gran consumo, en cinco etapas de madurez
distinta; 10, 20, 30, 40 y 50 días después de floración (DDF). Los tomates
cosechados a los 10 DDF contuvieron 8,3 mg de clorofila por 100 gramos de peso
fresco del pericarpio. Luego, el contenido de clorofila disminuyó a cerca de 6,2 mg a
los 20 DDF y a cerca de 2,1 mg a los 30 y 40 DDF. Finalmente, este valor disminuyó
drásticamente a 0,1 mg a los 50 DDF. Evidentemente, la clorofila se degrada
26
enzimáticamente durante la maduración del tomate. La pérdida de clorofila es
acompañada por la correspondiente pérdida de color verde del fruto. Con respecto
al contenido de β-caroteno y licopeno, los tomates cosechados durante las primeras
cuatro etapas de maduración no contuvieron cantidades perceptibles de estos
pigmentos. Sin embargo, los frutos cosechados a los 50 DDF contenían 1,2 mg de
β-caroteno y 5,8 mg de licopeno por 100 gramos de peso fresco del pericarpio.
Estos resultados confirman que los tomates rojos maduros contienen altos niveles
de licopeno. La posición del racimo en la planta y la variedad del tomate no afectan
significativamente el contenido de licopeno y β-caroteno del fruto.
Los carotenoides se destruyen parcialmente por la situación de bajo porcentaje de
agua de los productos del tomate, por el calentamiento, por la presencia de iones
metálicos (Cu2+, Fe3+, etc.) o por la presencia de oxígeno (GOULD, 1992).
DIEZ (1995) señala que el color del fruto maduro debe ser rojo intenso y uniforme.
Los valores más frecuentes para la relación a/b se sitúan entre 2,2 y 2,5 y para L
entre 25 y 28.
2.6.2. Acidez y pH:
Las concentraciones de azúcar y de ácido del fruto maduro determinan los sólidos
solubles y el pH del producto (HO, 1999). La acidez total constituye, con respecto al
contenido en azúcar, uno de los componentes que más influyen sobre las
características organolépticas. El pH y la acidez total medidos sobre el jugo, tienen
una notable importancia en la práctica (CIVERA, 1990).
El pH del jugo se sitúa normalmente entre 4,2 y 4,4, y raramente sobrepasa estos
valores (DIEZ, 1995). El pH bajo supone una limitación para el nivel térmico y la
duración de la esterilización, muy importante en jugos y en productos triturados y
pelados (CIVERA, 1990). Los valores de pH superiores a 4,5 en tomates frescos
implican para la industria conservera costos superiores al tener que acidificar el jugo
27
y recurrir a tratamientos térmicos más severos para obtener la esterilización frente a
microorganismos termorresistentes. Todo esto se traduce en efectos negativos
sobre las características químico-físicas y organolépticas del producto final (DIEZ,
1995).
NUEZ (1990) señala que el sabor del tomate está determinado, principalmente, por
los niveles de azúcares y ácidos, de manera que al aumentar el contenido de éstos
en el fruto también aumenta su sabor. GÓMEZ et al. (2001) determinaron que existe
una correlación positiva entre el contenido de licopeno, los niveles de sólidos
solubles y la concentración de ácido cítrico.
La acidez total suele oscilar entre 0,35 y 0,4 gramos por 100 cc de jugo (DIEZ,
1995). El ácido predominante del fruto maduro de tomate es el ácido cítrico. El otro
ácido orgánico es el ácido málico, el cual se acumula en concentraciones mucho
menores que el ácido cítrico. Existe una correlación negativa entre el pH y la
concentración de ácido cítrico, puesto que éste es el ácido más abundante del
tomate (GÓMEZ et al., 2001).
GRIERSON y KADER (1986) señalan que el pericarpio del fruto de tomate contiene
más azúcares reductores y menos ácidos orgánicos que la porción locular.
STEVENS y RICK (1986) explican que el tejido locular tiene 44% más de acidez
titulable y 57% más de ácido cítrico que el tejido del pericarpio, en cambio no
existen diferencias en la concentración de ácido málico en ambos tejidos.
2.6.3. Materia seca:
El porcentaje de materia seca disminuye a través de la maduración del fruto, cuando
se expresa en base a peso fresco. Esta disminución en el porcentaje de sólidos
totales se debe probablemente a la respiración y a la dilución en concentración
resultante de la incorporación de agua (YOUNG, JUVIK y SULLIVAN, 1993).
28
El ovario contiene un 17% de materia seca y cuando el fruto empieza a crecer,
disminuye, progresivamente, hasta estabilizarse a los 20 días en 5-7%
(GUSTAFSON, 1926, citado por CHAMARRO, 1995).
2.6.4. Sólidos solubles:
Según BEZERT (1994), el 5 a 7,5 % del peso fresco de un fruto de tomate
corresponde a la materia seca total, de la cual el 25% es insoluble (celulosa,
proteína, etc.) y el 75% es soluble. La materia seca soluble del fruto de tomate se
compone de vitaminas y pigmentos (3%), azúcares reductores (66%), ácidos
orgánicos (17%), ácidos aminas (2%) y sales (11%).
Los azúcares glucosa y fructosa constituyen el 65% de los sólidos solubles,
mientras que el resto está representado principalmente por los ácidos cítrico y
málico, minerales, lípidos y muchos otros compuestos a bajas concentraciones. En
consecuencia, un aumento en el contenido de sólidos solubles produce también un
aumento en el sabor (NUEZ, 1990).
El índice de sólidos solubles es la característica de calidad del fruto que más influye
sobre el rendimiento del proceso industrial; y, en la mayoría de las variedades, se
sitúa entre 4,5 y 5,5 grados Brix, aunque también se ve afectado por factores
culturales y climatológicos durante el período de maduración (DIEZ, 1995).
En cuanto al rendimiento industrial, BEZERT (1994) señala que cada décima de
grado Brix es una economía importante sobre el costo de la materia prima y sobre el
costo de fabricación; es decir, a mayor contenido de sólidos solubles del fruto se
necesitarán menos kilos de materia prima, en comparación con un fruto que posee
menos sólidos solubles, para lograr el mismo producto concentrado.
29
3. MATERIAL Y MÉTODO
3.1. Ensayo 1: Efecto del brasinoesteroide DI-31 sobre el rendimiento y la calidad de los frutos de un cultivo tardío de tomate industrial cv. H9775 en la comuna de Pencahue:
3.1.1. Ubicación del ensayo:
Los ensayos de campo se realizaron en la Parcela Nº 1 del Fundo Matancilla,
comuna Pencahue, provincia Talca, Séptima Región del Maule. La comuna de
Pencahue se sitúa en los 35°22´ de latitud Sur y en los 71°47´ de longitud Oeste
(INSTITUTO GEOGRÁFICO MILITAR, 1983).
Las evaluaciones de los parámetros de calidad de los frutos de tomate se realizaron
en el Laboratorio de Postcosecha de la Facultad de Agronomía de la Pontificia
Universidad Católica de Valparaíso, Quillota, V Región.
3.1.2. Características climáticas de Pencahue:
La comuna de Pencahue presenta un clima de tipo templado, mesotermal inferior,
mediterráneo semiárido. El régimen térmico se caracteriza por temperaturas que
varían, en promedio, entre una máxima de 27,6 ºC en enero y una mínima de 5,5 ºC
en julio. El periodo libre de heladas es de 301 días, con un promedio de tres heladas
por año. En la localidad se registran anualmente 1.685 grados-día y 660 horas de
frío. El régimen hídrico corresponde a una precipitación media anual de 709 mm, un
déficit hídrico de 863 mm y un periodo seco de 7 meses (SANTIBAÑEZ y URIBE,
1993).
30
3.1.3. Material vegetal:
Se utilizaron plantas de tomate industrial (Lycopersicon esculentum, Mill.) de la
variedad H-9775, producida por la compañía de semillas Heinz. Esta variedad
híbrida presenta un contenido de sólidos solubles en los frutos de 4,5 °Brix y,
además, se caracteriza por ser de media estación, resistente a Fusarium raza 1 y 2,
Verticillium raza 1, nemátodo de la raíz y mancha bacteriana (MULLEN y CAPRILE,
1999).
3.1.4. Manejo del cultivo:
El día 15 de noviembre del 2002, se realizó la preparación del suelo, la cual
consistió, primeramente, en una aradura y en dos rastrajes. Posteriormente, se
niveló el terreno.
Luego del riego de plantación, el transplante se realizó, manualmente, el 24 de
noviembre del 2002. La densidad de plantación fue de 40.000 plantas por hectárea,
a una distancia de plantación de 20 cm sobre la hilera y 1,2 - 1,3 m entre hileras.
El mismo día del transplante se aplicaron, al suelo, 2 l/ha de Trifluralina 5480 (i.a.
trifluralina) y 1 l/ha de Sencor 480 SC (i.a. metribuzin), en un volumen de 400 litros
de agua por hectárea. Posteriormente, se incorporaron los productos al suelo
mediante rastraje.
El programa fitosanitario se realizó de acuerdo al calendario para tomate industrial
de la empresa Agrozzi, presentado en el Anexo 1.
El día 16 de marzo del 2003 se aplicó, al cultivo, 4 l/ha de Ethylen 48 SL (i.a.
ethefon), con un volumen de mojamiento de 400 l/ha.
31
3.1.5. Tratamiento:
El producto comercial del bioregulador de crecimiento vegetal brasinoesteroide,
correspondió a Brasinost-1 (i.a. DI-31, en dosis de 0,02 g/l) distribuido por la
empresa Química R & S Ltda.
El tratamiento testigo correspondió a la aplicación de agua; el segundo y tercer
tratamiento consistieron en la aplicación del brasinoesteroide DI-31, cuyas dosis de
ingrediente activo correspondieron a 0,02 y 0,04 g/ha.
La aplicación se realizó el día 11 de marzo del 2003 (15 días antes de la fecha
estimada de cosecha) sobre plantas que presentaban en forma mayoritaria frutos en
estado rojo firme a rojo maduro, es decir, finalizaban la cuarta etapa de crecimiento
del fruto correspondiente a la maduración. La pulverización se realizó con una
bomba de espalda manual, con una boquilla de cono hueco y con una presión de
trabajo de 3 bares.
3.1.6. Evaluaciones de los parámetros de calidad:
3.1.6.1. Rendimiento:
La cosecha de los frutos se efectuó el día 20 de marzo del 2003. El análisis de
rendimiento consistió en la separación de los frutos verdes y rojos. Para tal efecto se
consideró que todo fruto que no fuera rojo maduro, se clasificaba como fruto verde.
Quedó fuera de estas categorías cualquier fruto que presentó defectos como
cracking, blossom end rot, golpe de sol, daño por polilla del tomate (Tuta absoluta) y
pudriciones. Posteriormente, se obtuvo el rendimiento por hectárea de cada
categoría.
32
3.1.6.2. Calidad del fruto:
Todos los frutos de color rojo maduro, cosechados en 1 m lineal por parcela
experimental, se guardaron en bolsas de papel rotuladas de acuerdo al tratamiento.
Este material se trasladó al laboratorio de postcosecha de la Facultad de
Agronomía, en donde, en primer lugar, se pesaron diez frutos por tratamiento y se
determinó el color externo de los mismos. El resto de las mediciones descritas a
continuación, se efectuaron con la pulpa obtenida de estos frutos pelados.
Peso del fruto: Correspondió al promedio de diez frutos rojos por cada tratamiento.
Color: La determinación del color se realizó por medio de un colorímetro por
reflexión Minolta modelo CR-200, obteniendo los parámetros L, a y b, basados en la
tabla de color de Hunter. Cada uno de estos parámetros indica: rango de
luminosidad (L), rango de verde a rojo (a) y rango de azul a amarrillo (b). El análisis
del color del fruto considera la luminosidad que varía del negro al blanco, en una
escala de 0 a 100, el croma que corresponde al grado de desviación del gris hacia el
color cromático puro y el tono que indica el color rojo, anaranjado, amarillo, verde,
etc. (McGUIRE, 1992). Se efectuaron tres mediciones por fruto, de un total de diez
por tratamiento, distribuidas equidistantes sobre el diámetro ecuatorial; las
mediciones a la pulpa se realizaron en tres oportunidades. Finalmente, los valores
promedio de a, b y L permitieron el cálculo del croma (saturación) y ángulo de matiz
(tono) por medio de las siguientes fórmulas (McGUIRE, 1992).
Croma 22)( baC += Ángulo de matiz 360*2
)º(⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
Π
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
= abarctg
h
Sólidos solubles: Las mediciones se realizaron sobre el suero obtenido al
centrifugar la pulpa de tomate de cada muestra, durante 15 minutos a 3.000 rpm en
33
una centrífuga Hermle Z383K (Hermle Labortechnik GmbH). Las lecturas se
efectuaron con un refractómetro de mano (0–10 ºBrix) marca Atago modelo ATC-1 y
el resultado correspondió al promedio de cinco lecturas por cada muestra.
pH: La medición se realizó una vez sobre la pulpa de cada muestra, con un pH-
metro marca Schott modelo Handylab 1.
Acidez titulable: Se midió el gasto de NaOH (0,1 N) en 5 ml de pulpa más 45 ml de
agua destilada, hasta alcanzar un pH de 8,0. La medición se realizó una vez para
cada muestra. La acidez titulable fue calculada con la siguiente fórmula
(ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALITYCAL CHEMISTS, 1990):
% Ácido cítrico = Concentración NaOH (N) x Gasto NaOH (ml) x 64,03
ml solución
Materia seca: Se pesaron 30 gramos de pulpa, los que se colocaron en un
recipiente. Por cada muestra se repitió la medición en tres oportunidades. Luego, las
muestras se secaron en un horno a 80 °C y se retiraron en el momento en que los
recipientes alcanzaron un peso constante.
3.1.7. Diseño estadístico:
El análisis estadístico correspondió a un diseño de ocho bloques, completamente al
azar. Se bloqueó la variable posición en la pendiente del surco de riego. La unidad
experimental correspondió a parcelas de 20 m2 (4 x 5 m) y la unidad de muestreo a
un metro lineal, en el centro de cada parcela, para disminuir el efecto borde.
El modelo matemático fue:
ijijijY εβτµ +++=
donde:
34
ijY Valor observado en cada unidad experimental.
ijµ Efecto de la media general sobre cada observación.
τ Efecto del tratamiento sobre cada observación.
β Efecto de los bloques sobre cada observación.
ijε Efecto del error experimental aleatorio sobre cada observación.
3.1.8. Análisis de los datos:
Mediante el análisis de varianza de Fischer, con el software MINITAB 12.0 (Minitab
Inc., State College, PA, EE.UU.), se verificó si existió efecto de los tratamientos.
Cuando el valor-p asociado al estadístico F fue menor a 0,05, se realizó el test de
separación de medias de Tukey (α = 0,5).
3.2. Ensayo 2: Efecto de peróxido de hidrógeno sobre el rendimiento y la calidad de los frutos de un cultivo tardío de tomate industrial cv. H9775 en la comuna de Pencahue:
Este ensayo se desarrolló de la misma forma que el Ensayo 1, a diferencia del
tratamiento que se describe a continuación: el tratamiento testigo correspondió a la
aplicación de agua; el segundo y tercer tratamiento consistieron en la aplicación de
peróxido de hidrógeno en dosis de 3 kg/ha y 6 kg/ha de ingrediente activo,
respectivamente. Se usó el compuesto peróxido de hidrógeno fabricado por
Laboratorio Volta S.A. (i.a. 3% p/v).
35
3.3. Ensayo 3: Efecto del brasinoesteroide DI-31 sobre la actividad de la sacarosa sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa en frutos de tomate industrial cv. H9775:
3.3.1. Ubicación del ensayo:
El ensayo del efecto del brasinoesteroide DI-31 sobre la actividad enzimática se
realizó en el Laboratorio de Fitogenética de la Facultad de Agronomía de la
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Quillota, V Región. La comuna de
Quillota se sitúa en los 35°52' de latitud Sur y en los 71°15' de longitud Oeste
(INSTITUTO GEOGRÁFICO MILITAR, 1983).
3.3.2. Material vegetal:
Se utilizaron plantas de tomate industrial de la variedad H-9975, cuyas
características se describen en el Ensayo 1.
3.3.3. Manejo de las plantas:
El día 28 de octubre del 2003 se realizó el transplante de plántulas, a raíz desnuda,
en macetas de 5 litros, ubicadas en un invernadero frío.
El manejo consistió en mantener cada planta a un eje, el cual se entutoró por medio
de un coligüe. Cada planta se podó de manera de presentar un racimo y tres hojas
sobre este último.
3.3.4. Tratamiento:
El tratamiento testigo correspondió a la aplicación de agua (35 ml/planta) y el
tratamiento con el brasinoesteroide DI-31 consistió en una dosis de 0,02 g/ha de
ingrediente activo. Tal dosis se logró al aplicar 0,02 ml de producto comercial por
planta, con un volumen de mojamiento de 35 ml por planta.
36
El día 20 de enero de 2003, se efectúo la aplicación del brasinoesteroide DI-31
sobre plantas de tomate que presentaban, en forma mayoritaria, frutos en estado
rojo firme a rojo maduro.
3.3.5. Procedimiento de evaluación de la actividad enzimática:
La metodología de medición de la actividad enzimática de la sacarosa sintetasa y
sacarosa fosfato sintetasa empleada, correspondió a una modificación del método
descrito por KLANN, CHETELAT y BENNETT (1993).
3.3.5.1. Obtención de la muestra:
Por cada muestra, correspondiente a un fruto por repetición de los tratamientos, se
extrajo 0,95 a 1,2 gramos de pericarpio congelado, el cual se homogenizó, por 1
minuto sobre hielo, en 1 ml de solución de extracción, usando un mortero de
mármol. La solución de extracción correspondió a: 220 mM Hepes/NaOH (pH 7,5)
(N-[2-Hidroxietil]piperazina-N´-[2-ácido etanosulfónico]), 23,5 mM de cloruro de
magnesio (MgCl2), 1 mM de ácido etilendiamintetracético (EDTA), 0,5 mg/ml de
seroalbúmina bovina (BSA), 0,005 % t-octifenoxipolietoxietanol (Triton X-100), 1 M
de cloruro de sodio (NaCl), 1% de insoluble polivinilpolipirrolidona (PVP) y 5 mM DL-
ditiotreitol (DTT).
Todo el líquido así obtenido se colocó en un tubo de 2 ml llevado a centrifugado de
manera de lograr la separación de los componentes sólidos. La centrifugación se
llevó a cabo con una centrifuga marca Hermle, modelo Z383K (Hermle Labortechnik
GmbH) a 13.000 rpm por 15 minutos.
Todo el volumen líquido de la muestra homogenizada fue rápidamente desionizado
a través del paso de una membrana (Nominal Molecular Weight Limit) de la unidad
filtrante Ultrafree®-4 (Millipore Corporation). Esta etapa se desarrolló por medio de
centrifugación a 3.000 rpm por 15 minutos.
37
Al extracto desionizado así obtenido, se agregó la solución de equilibrio compuesta
por 55 mM Hepes/NaOH (pH 7,5), 23,5 mM MgCl2, 0,5 mg/ml BSA, y 5 mM DTT,
hasta completar un volumen final de 1 ml.
3.3.5.2. Ensayo de la sacarosa sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa:
Los análisis de la sacarosa sintetasa y de la sacarosa fosfato sintetasa fueron
modificados con respecto al análisis descrito por MIRON y SCHAFFER (1991) y
HUBBARD, HUBER y MASON PHARR (1989).
El volumen final de 1 ml de extracto desionizado obtenido por cada muestra,
permitió trabajar con tres sub-muestras por cada ensayo enzimático. Cada sub-
muestra tenía su control; y para ambos ensayos enzimáticos (sacarosa sintetasa y
sacarosa fosfato sintetasa) se realizó la siguiente dilución en un volumen final de 70
µl:
- la sub-muestra contuvo 40 µl del extracto desionizado más 30 µl de agua
desionizada, y
- su control contuvo 40 µl del extracto desionizado más 30 µl de hidróxido de
potasio.
En el ensayo enzimático para la sacarosa sintetasa, se agregó, a cada sub-muestra
y su control, 30 µl de la mezcla de extracción compuesta por 55 mM Hepes/NaOH
(pH 7,5), 70 mM MgCl2, 5 mM D(-)fructosa y 9 mM UDP–Glucosa.
En el ensayo enzimático para la sacarosa fosfato sintetasa, se agregó, a cada sub-
muestra y su control, 30 µl de la mezcla de extracción compuesta por 55 mM
Hepes/NaOH (pH 7,5), 70 mM MgCl2, 5 mM D-fructosa 6-fosfato, 5,6 mM Glucosa 6-
fosfato y 9 mM UDP–Glucosa.
Los controles fueron hervidos por 10 minutos, mientras que las sub-muestras fueron
incubadas por 30 minutos a 37 °C y después llevadas a un baño de agua hervida
38
por 10 minutos. Al finalizar el tiempo para ambos, las sub-muestras y los controles
fueron almacenados a –20 °C a la espera del análisis de la Antrona (VAN HANDEL,
1968).
3.3.5.3. Análisis de la Antrona:
Para realizar el análisis de la antrona, se tomó un volumen de 70 µl de cada sub-
muestra y control, al cual se le adicionó 70 µl de hidróxido de potasio (KOH 30%);
los cuales se llevaron a un baño de agua hervida por 10 minutos. A cada sub-
muestra y su control, previamente estabilizados a temperatura ambiental, se le
agregó 1 ml del reactivo antrona (65,8 ppm: 76 ml de ácido sulfúrico, 30 ml de agua
desionizada y 150 mg de antrona). Luego se incubaron por 20 minutos a 40 °C en
un baño termorregulador.
3.3.5.4. Microdeterminación directa de sacarosa:
La curva de calibración de la sacarosa correspondió a la modificación del método
determinado por VAN HANDEL (1968).
Para realizar la curva de calibración de la sacarosa, se preparó un stock de solución
de sacarosa con concentración de 1.000 µg/ml. Luego se tomaron alícuotas en el
rango de 20 a 100 µg de sacarosa, a las cuales se agregó 1 ml del reactivo Antrona.
El volumen final de 1,14 ml se completó con agua desionizada. Las lecturas de
absorbancia de cada alícuota se realizaron a 650 nm.
La concentración de sacarosa y las lecturas de absorbancia de la curva de
calibración de la sacarosa (Anexo 2), están correlacionados en 84,85%.
La lectura de absorbancia se obtuvo tras la dilución de cada sub-muestra y su
control en un volumen de 3 ml de agua desionizada, de manera de satisfacer el
39
volumen mínimo requerido por el espectofotómetro disponible (SPECTRONIC 21,
BAUSCH & LOMB).
La última etapa consistió en extrapolar la lectura de absorbancia de cada sub-
muestra en la curva de calibración de la sacarosa.
3.3.6. Diseño estadístico:
El análisis estadístico fue un diseño completamente al azar con cinco repeticiones
distribuidas en una superficie de 2,5 m2. La unidad experimental consistió en una
planta de tomate (Lycopersicon esculentum, Mill.). El modelo matemático del diseño
correspondió a:
ijijijY ετµ ++=
donde:
ijY Valor observado en cada unidad experimental.
ijµ Efecto de la media general sobre cada observación.
τ Efecto del tratamiento sobre cada observación.
ijε Efecto del error experimental aleatorio sobre cada observación.
Cada planta aportó una muestra de un fruto rojo.
El análisis de los datos se efectuó de la misma manera descrita en el Ensayo 1.
40
3.4. Ensayo 4: Efecto de peróxido de hidrógeno sobre la actividad de la sacarosa sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa en frutos de tomate industrial cv. H9775:
El ensayo se desarrolló de la misma forma que el Ensayo 3. El producto comercial
asperjado correspondió a peróxido de hidrógeno, al igual que para el Ensayo 2. El
tratamiento de peróxido de hidrógeno consistió en aplicar una dosis de 2 ml por
planta de producto comercial (i.a. 3 kg/ha) y, al testigo, se le aplicó solo agua. El
volumen de mojamiento para ambos fue de 35 ml por planta.
41
4. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
4.1. Ensayo 1: Efecto del brasinoesteroide DI-31 sobre el rendimiento y la calidad de los frutos de un cultivo tardío de tomate industrial cv. H9775 en la comuna de Pencahue:
4.1.1. Sólidos solubles y materia seca:
Se esperaba que la aplicación de brasinoesteroide estimulara el movimiento de
asimilados al fruto, considerando que GOETZ, GODT y ROITSCH (2000), en un
cultivo de células de tomate, determinaron que el brasinoesteroide es capaz de
estimular el crecimiento, aumentando el flujo de asimilados a las células sink. Sin
embargo, en el presente ensayo, la aplicación del brasinoesteroide DI-31 en un
cultivo comercial de tomate industrial no afectó el nivel de sólidos solubles (Cuadro
1).
CUADRO 1. Sólidos solubles y materia seca de frutos de tomate (cv. H-9975) de un cultivo tardío (marzo 2003), en la comuna de Pencahue, en el ensayo de aplicación del brasinoesteroide DI-31.
Tratamiento Sólidos solubles
(ºBrix)
Materia seca
(%)
Control 4,5NS 4,6 NS
DI-31 (0,02 g/ha) 4,6 4,1
DI-31 (0,04 g/ha) 4,6 4,6
NS: no significativo (P>0,05)
GIL (1994) menciona que las experiencias con hormonas endógenas o por
aplicación de análogos sintéticos, suelen entregar resultados significativos,
indicando que el transporte fuente/sink es influenciado de alguna forma por la
presencia de hormonas vegetales. Sin embargo, el mecanismo exacto por el que las
hormonas influyen sobre el transporte, no está claro y puede involucrar procesos
directos o indirectos. Estos últimos pueden ser la inducción de cambios en la
42
capacidad de los tejidos fuentes para sintetizar metabolitos disponibles para la
exportación, el incremento de la capacidad de los tejidos importadores para
almacenar o consumir los metabolitos descargados por el floema, y el aumento de la
capacidad de otros órganos sink para competir por los asimilados.
KOPAITIC (2003) determinó, en un cultivo de tomate industrial de media estación,
que la aplicación del brasinoesteroide DI-31, 15 días antes de la fecha estimada de
cosecha, mejoró en 8,5% el contenido de sólidos solubles del fruto. Este resultado le
permitió sugerir que existe una incidencia de este regulador de crecimiento sobre las
enzimas que participan en el mecanismo del particionamiento de asimilados. Sin
embargo, el mismo ensayo, realizado en un cultivo temprano, no arrojó el resultado
esperado, así como en el cultivo tardío del presente ensayo. Puede que el
brasinoesteroide DI-31 tenga un efecto nulo o negativo en un cultivo que se
desarrolle en situaciones de estrés térmico y no así en un cultivo de media estación.
A pesar de ello, no se puede descartar totalmente la posibilidad de mejorar el
contenido de sólidos solubles, dado que este parámetro de calidad es afectado por
factores culturales y climatológicos durante el período de maduración (DIEZ, 1995).
4.1.2. pH y acidez:
El pH y la acidez de los frutos (Cuadro 2) de cada tratamiento no presentaron
diferencias significativas. Por lo tanto, la aplicación del brasinoesteroide DI-31 no
tuvo efecto sobre la acidez y el pH del fruto.
43
CUADRO 2. pH y acidez titulable de los frutos de tomate (cv. H-9975) de un cultivo tardío (marzo 2003), en la comuna de Pencahue, en el ensayo de aplicación del brasinoesteroide DI-31.
Tratamiento pH Acidez titulable
(% ácido cítrico)
Control 4,28 NS 0,41 NS
DI-31 (0,02 g/ha) 4,27 0,44
DI-31 (0,04 g/ha) 4,24 0,43
NS: no significativo (P>0,05)
En ensayos realizados en similares condiciones, el pH y la acidez de los frutos en
un cultivo temprano y de media estación de tomate industrial, no se vieron
influenciados por la aplicación del brasinoesteroide DI-31 (KOPAITIC, 2003).
4.1.3. Color externo e interno:
El Cuadro 3 indica los resultados a las mediciones de color de los frutos de cada
tratamiento. No se encontraron diferencias significativas entre los valores de croma
y tono, tanto en el color externo como interno del fruto. Ello sugiere que la aplicación
del brasinoesteroide no tuvo efecto sobre el contenido de carotenoides y/o licopeno
del fruto de tomate, puesto que ambos pigmentos determinan principalmente el color
o tono de los frutos rojos (STEVENS y RICK, 1986). Tampoco existieron diferencias
en la luminosidad de la piel del fruto. En cambio, en la pulpa del fruto, la luminosidad
fue mayor al aplicar una dosis de 0,02 g/ha del brasinoesteroide DI-31. Esta
situación representaría una ventaja en la elaboración de una pasta de tomate con
mayor brillo. Una dosis mayor del bioregulador (0,04 g/ha, DI-31) no afectó la
luminosidad de la pulpa.
44
CUADRO 3. Análisis de color externo e interno de los frutos de tomate (cv. H-9975) de un cultivo tardío (marzo 2003), en la comuna de Pencahue, en el ensayo de aplicación del brasinoesteroide DI-31.
Color externo Color interno
Tratamiento L Croma Tono L Croma Tono
Control 41,4 NS 62,8 NS 31,6 NS 40,1 b 58,4 NS 27,0 NS
DI-31 (0,02 g/ha) 41,9 62,4 31,5 42,5 a 60,5 28,0
DI-31 (0,04 g/ha) 42,1 63,7 31,5 40,5 b 59,3 27,5
Letras distintas indican diferencias entre los tratamientos, de acuerdo al test de Tukey, con α = 0,05. NS: no significativo (P>0,05). L: Luminosidad
KOPAITIC (2003) determinó que la aplicación del brasinoesteroide DI-31 no afectó
el color externo e interno de los frutos de un cultivo de tomate industrial de media
estación, así como el color interno de los frutos de un cultivo temprano de tomate
industrial.
4.1.4. Rendimiento:
El rendimiento total, de frutos rojos, verdes y defectuosos, así como el peso
promedio del fruto en los tres tratamientos, no presentaron diferencias significativas
(Cuadro 4). KOPAITIC (2003) en sus ensayos de aplicación del brasinoesteroide DI-
31, determinó que este biorregulador no condujo a un aumento en el rendimiento de
frutos rojos, ni a una disminución en el rendimiento de frutos verdes en ambos
cultivos de tomate industrial (temprano y media estación). Al respecto explicó que el
rendimiento es el resultado de muchos procesos metabólicos y que la planta tiene
mecanismos de compensación. Así, junto con la mayor actividad metabólica, el
regulador pudo haber aumentado el vigor vegetativo, logrando una mayor
competencia entre los sink de asimilados.
45
CUADRO 4. Rendimiento de los frutos de tomate (cv. H-9975) de un cultivo tardío (marzo 2003), en la comuna de Pencahue, en el ensayo de aplicación del brasinoesteroide DI-31.
Tratamiento
Peso promedio
del fruto
(gramos)
Rendimiento
total
(ton / ha)
Frutos
rojos
(%)
Frutos
verdes
(%)
Frutos
defectuosos
(ton / ha)
Control 71NS 30,7 NS 36,3 NS 63,7 NS 8,7 NS
DI-31 (0,02 g/ha) 67 22,8 31,0 69,0 5,4
DI-31 (0,04 g/ha) 70 32,6 31,7 68,3 13,0
NS: no significativo (P>0,05)
VARDHINI y RAO (2001) estudiaron el efecto de la aplicación de brasinólido, 28-
homobrasinólido y 24-epibrasinólido sobre plantas de tomate al aire libre. La
aplicación de los tres brasinoesteroides promovió el crecimiento promedio del largo
de brote y radicular, y aumentó el peso fresco del brote y de la raíz. La promoción
del crecimiento de la planta de tomate inducido por el tratamiento de
brasinoesteroides, también se encontró asociada con el aumento en el rendimiento
de las plantas con respecto al número y el peso total de los frutos por planta.
Además, existieron diferencias entre los tres compuestos ensayados, siendo el 28-
homobrasinólido el más eficaz en el aumento del rendimiento. En conclusión, los
autores revelaron la capacidad de los brasinoesteroides de mejorar el rendimiento
de las plantas de tomate en condiciones de campo, situación que no se presentó en
este ensayo. Otro aspecto importante a evaluar corresponde a las distintas
respuestas observadas entre los compuestos brasinoesteroides utilizados por los
autores. Por lo tanto, existiría la posibilidad de aumentar el rendimiento del cultivo
por medio de la aplicación de un brasinoesteroide distinto al DI-31 de este ensayo.
También, sería posible aplicar el brasinoesteroide DI-31 en una concentración
mayor o menor, así como en otro momento durante el desarrollo del cultivo.
46
4.2. Ensayo 2: Efecto de peróxido de hidrógeno sobre el rendimiento y la calidad de los frutos de un cultivo tardío de tomate industrial cv. H9775 en la comuna de Pencahue:
4.2.1. Sólidos solubles y materia seca:
Los sólidos solubles y la materia seca de los frutos de tomate de los tratamientos de
peróxido de hidrógeno no presentaron diferencias significativas con el control
(Cuadro 5).
CUADRO 5. Sólidos solubles y materia seca de frutos de tomate (cv. H-9975) de un cultivo tardío (marzo 2003), en la comuna de Pencahue, en el ensayo de aplicación de peróxido de hidrógeno.
Tratamiento Sólidos solubles
(ºBrix)
Materia seca
(%)
Control 5,0 NS 5,1 NS
H2O2 (3 kg/ha) 5,0 5,3
H2O2 (6 kg/ha) 5,0 4,9
NS: no significativo (P>0,05)
La aplicación de peróxido de hidrógeno sobre las hojas de tomate posiblemente
pudo simular un estrés hídrico. RAHMAN et al. (2000) determinaron que la
reducción de la producción de materia seca en condiciones de estrés hídrico, es
menos pronunciada en los cultivares de tomate que presentan mayor actividad de la
enzima superóxido dismutasa. Por lo tanto, la capacidad de la planta de tomate para
hacer frente al estrés hídrico será más o menos marcada, dependiendo de la
variedad. Sin embargo, KOPAITIC (2003) determinó que la aplicación de peróxido
de hidrógeno, en dosis de 1,5 y 3 kg/ha, no afectó el contenido de sólidos solubles
de los frutos de dos cultivares de tomate industrial, la variedad temprana Curíco y la
variedad de media estación H-9975.
El momento de aplicación de los tratamientos del presente ensayo (en la etapa de
madurez del fruto), no permitió aumentar la materia seca del fruto, como fue
47
señalado por RAHMAN et al. (2000), quienes obtuvieron sus resultados en
tratamientos de estrés hídrico efectuados a lo largo del periodo de crecimiento de la
planta.
Es posible además que la aplicación de peróxido de hidrógeno pueda crear una
señal interna equivalente a un estrés salino. MIZRAHI et al. (1988) señalan que un
leve estrés salino, aplicado durante la fase tardía de desarrollo del fruto (70 a 84
días después de antesis), permite mejorar el sabor de los mismos, sin variaciones
en la concentración de azúcar y/o de sólidos solubles totales. Los autores sugieren
que el sabor no siempre es función de los azúcares totales, sino que podría deberse
a compuestos desarrollados en condiciones de salinidad. Por lo tanto, se puede
suponer que los tratamientos de peróxido de hidrógeno de este ensayo no tuvieron
efecto sobre el contenido de sólidos solubles del fruto, debido a que el momento de
aplicación se efectuó en la etapa de madurez del fruto o por que la simulación del
estrés no fue suficientemente fuerte para producir un cambio en los componentes
del fruto.
4.2.2. pH y acidez:
El Cuadro 6 indica el pH y la acidez de los frutos de cada tratamiento. No se
encontraron diferencias significativas entre los resultados de los tratamientos de
peróxido de hidrógeno comparados con el control.
CUADRO 6. pH y acidez titulable de los frutos de tomate (cv. H-9975) de un cultivo tardío (marzo 2003), en la comuna de Pencahue, en el ensayo de aplicación de peróxido de hidrógeno.
Tratamiento pH Acidez titulable
(% ác. cítrico)
Control 4,4 NS 0,40 NS
H2O2 (3 kg/ha) 4,3 0,41
H2O2 (6 kg/ha) 4,4 0,41
NS: no significativo (P>0,05)
48
La aplicación de peróxido de hidrógeno pudo inducir respuestas similares a las de
un estrés por bajas temperaturas. GRIERSON y KADER (1986) señalan que
temperaturas entre 12,5 y -1 ºC causan un estrés por frío en la planta de tomate,
afectando adversamente el sabor de los frutos al aumentar su acidez. Sin embargo,
la acidez y el pH de los frutos de este ensayo no se vieron afectados por la
aplicación de peróxido de hidrógeno. Esto podría explicarse por el hecho de que los
tomates maduros son menos susceptibles al daño por frío que los tomates verdes
(GRIERSON y KADER, 1986). De esa manera, es probable que no se hayan
presentado diferencias significativas en la acidez de los frutos entre los tratamientos,
debido a que la aplicación de peróxido de hidrógeno se efectuó en la etapa de
maduración del fruto, es decir, en fruto rojo.
En un ensayo de aplicación de peróxido de hidrógeno, en un cultivo de tomate
industrial de media estación, KOPAITIC (2003) observó una notable disminución de
la acidez de los frutos, no así en los valores de pH. También determinó que en un
cultivo temprano, la acidez y el pH de los frutos de los tratamientos no presentaron
diferencias significativas, al igual que en el cultivo tardío del presente ensayo. Por lo
tanto, se puede inferir que las condiciones climáticas predominantes durante la
etapa de maduración del fruto influyen en la acción del peróxido de hidrógeno.
4.2.3. Color externo e interno:
En el presente estudio, no se observaron diferencias, tanto en el color externo como
interno del fruto (Cuadro 7). Ello podría deberse a que la dosis de peróxido de
hidrógeno no fue suficiente para gatillar una señal de estrés, como por ejemplo, un
estrés salino. BOTELLA et al. (2000) señalan que la salinidad afecta el color del
fruto. Los autores determinaron que el color rojo más intenso obtenido en sus
ensayos, corresponde al tratamiento de mayor salinidad.
49
CUADRO 7. Análisis de color externo e interno de los frutos de tomate (cv. H-9975) de un cultivo tardío (marzo 2003), en la comuna de Pencahue, en el ensayo de aplicación de peróxido de hidrógeno.
Color externo Color interno
Tratamiento Luminosidad Croma Tono Luminosidad Croma Tono
Control 42,9 NS 62,6 NS 30,7 NS 46,6 NS 64,5 NS 27,7 NS
H2O2 (3 kg/ha) 42,2 62,7 30,7 45,5 65,4 27,1
H2O2 (6 kg/ha) 41,9 62,2 30,6 46,7 65,4 27,6
NS: no significativo (P>0,05)
BOTELLA et al. (2000) determinaron además, que en plantas sometidas a estrés
salino aumenta la tasa de producción de etileno. TAIZ y ZEIGER (1998) explican
que los genes involucrados en la biosíntesis de licopeno son regulados por el
etileno. Por lo tanto, al aumentar el contenido de etileno en el fruto también debe
aumentar la biosíntesis de licopeno. De esa manera, se esperaba que los frutos de
tomate del tratamiento de peróxido de hidrógeno hubiesen presentado un mayor
contenido de licopeno y, por lo tanto, una modificación positiva del tono de la pulpa y
piel del fruto.
KOPAITIC (2003) determinó que la aplicación de peróxido de hidrógeno (dosis de
1,5 y 3 kg/ha), en una variedad de tomate industrial de media estación, no produjo
cambios en el color externo e interno. Tampoco se vio afectado el color interno de
los frutos de un cultivo temprano.
4.2.4. Rendimiento:
La aplicación de peróxido de hidrógeno pretende crear un estrés en la planta. La
posibilidad de aumentar la síntesis de etileno, a través de esta práctica, permitiría la
maduración más uniforme y más temprana de los frutos.
El porcentaje de frutos verdes disminuyó en 5,9% en el tratamiento de peróxido de
hidrógeno, en dosis de 6 kg/ha, con respecto al control (Cuadro 8). Esta situación
representaría una ventaja para el productor de tomate, al disminuir el desecho en
50
campo. Sin embargo, el tratamiento de peróxido de hidrógeno en dosis de 3 kg/ha,
presentó un aumento de 1% de frutos verdes con respecto al control, el cual a pesar
de ser significativo pudiera deberse a la variabilidad del material vegetal.
CUADRO 8. Rendimiento de los frutos de tomate (cv. H-9975) de un cultivo tardío (marzo 2003), en la comuna de Pencahue, en el ensayo de aplicación de peróxido de hidrógeno.
Tratamiento Peso promedio
del fruto
(gramos)
Rendimiento
total
(ton / ha)
Frutos rojos
(%)
Frutos verdes
(%)
Frutos
defectuosos
(ton / ha)
Control 67NS 29,3 NS 28,7 NS 71,3 c 13,9 NS
H2O2 (3 kg/ha) 68 25,0 26,1 73,9 b 8,7
H2O2 (6 kg/ha) 64 19,0 32,9 67,1 a 8,7
NS: no significativo (P>0,05). Letras distintas indican diferencias entre los tratamientos, de acuerdo al test de Tukey, con α = 0,05.
KOPAITIC (2003) señala que la aplicación de peróxido de hidrógeno, en dosis de
1,5 y 3 kg/ha, no afecta significativamente el rendimiento de frutos verdes en un
cultivo temprano y de media estación de tomate industrial. En el presente ensayo,
se aumentó la dosis, llegando a 6 kg/ha de H2O2, lo que sería suficiente para
permitir la disminución de los frutos verdes.
La aplicación de peróxido de hidrógeno durante la etapa de madurez del fruto no
modificó el rendimiento total, el rendimiento en fruto rojo, ni el peso promedio del
fruto (Cuadro 8). En el mismo sentido, KOPAITIC (2003) determinó que la aplicación
del mismo compuesto durante la etapa de madurez del fruto, no afectó
significativamente el rendimiento de frutos rojos en dos cultivos de tomate industrial
(temprano y media estación). Con respecto a la dosis empleada en este ensayo, la
aplicación de peróxido de hidrógeno pudo simular un estrés leve, comparable a un
estrés salino, el cual puede mejorar la calidad del fruto, sin reducir el rendimiento
(MIZRAHI et al., 1988).
51
4.3. Ensayo 3: Efecto del brasinoesteroide DI-31 sobre la actividad de la sacarosa sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa en frutos de tomate industrial cv. H9775:
De acuerdo a los resultados obtenidos, la planta de tomate posee la capacidad de
ajustar sus procesos metabólicos en respuesta al regulador vegetal brasinoesteroide
DI-31, traduciéndose en la reducción de la actividad enzimática de la sacarosa
sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa. La aplicación del brasinoesteroide DI-31
disminuyó en 44,7% la actividad de la sacarosa sintetasa y, en 65,3%, la actividad
de la sacarosa fosfato sintetasa (Cuadro 9) con respecto a sus respectivos
controles.
CUADRO 9. Actividad enzimática de la sacarosa sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa en frutos maduros de tomate (cv. H-9975) en el ensayo de aplicación del brasinoesteroide DI-31.
Actividad enzimática (µM glucosa . g de tejido fresco-1 . h-1)
Tratamiento Sacarosa sintetasa Sacarosa fosfato sintetasa
Control 1,800 a 2,677 a
DI-31 (0,02 g/ha) 0,996 b 0,928 b
Letras distintas en la misma columna indican diferencia significativa entre las medias mediante el test de Tukey (α = 0,05).
La disminución de la actividad de la sacarosa sintetasa en el fruto rojo maduro de
tomate podría disminuir la actividad sink del fruto, puesto que WANG et al. (1993)
sugieren que la enzima participa en el establecimiento y en la mantención del sink.
Sin embargo, también señalan que la contribución más importante de la sacarosa
sintetasa ocurre durante las primeras fases de crecimiento del fruto de tomate. La
aplicación de brasinoesteroides en un cultivo industrial del Ensayo 1 no afectó el
contenido de sólidos solubles de los frutos. Por lo tanto, la disminución de la
actividad enzimática de la sacarosa sintetasa no influiría mayormente en el
contenido de azúcares del fruto rojo.
52
ISLAM, MATSUI y YOSHIDA (1996) señalan que no existe correlación entre el
contenido de azúcar del fruto de tomate y la actividad de la sacarosa fosfato
sintetasa. Esto se contrapone a los resultados obtenidos por NGUYEN-QUOC et al.
(1999) quienes explican que la sobre-expresión de la enzima sacarosa fosfato
sintetasa aumenta la fuerza sink en los frutos de tomate de plantas transgénicas de
tomate. En el Ensayo 1 se observó que el brasinoesteroide no tuvo efecto sobre el
contenido de azúcares del fruto. Así, la pérdida de actividad de la sacarosa fosfato
sintetasa del presente ensayo no afectaría negativamente la actividad sink del fruto.
El procedimiento de la determinación de la actividad enzimática correspondió a un
análisis preliminar, el cual permitió reconocer algunos puntos críticos. De esta
manera, se recomienda modificar el procedimiento de evaluación en la etapa de
obtención de la muestra. El procedimiento consideró tres sub-muestras por fruto por
ensayo, lo que no es ideal por la alta sensibilidad del ensayo enzimático. Por lo
tanto, en posteriores evaluaciones se deberá considerar lo siguiente: para cada
muestra correspondiente a un fruto por cada repetición de los tratamientos, se
extraerá 3,8 a 4,8 gramos de pericarpio congelado, los que se homogenizaran con 4
ml de solución de extracción. Así, se logrará obtener un volumen de muestra que
permitirá trabajar con 12 sub-muestras y así, disminuirá el error experimental. La
continuación del procedimiento no se modifica.
Tampoco es aconsejable diluir cada sub-muestra y su control en un volumen de 3 ml
de agua desionizada al momento de leer la absorbancia. Esta dilución produjo
opalescencia por efecto del agua y modificó las lecturas de absorbancia.
4.4. Ensayo 4: Efecto de peróxido de hidrógeno sobre la actividad de la sacarosa
sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa en frutos de tomate industrial cv. H9775:
El peróxido de hidrógeno, en dosis de 3 kg/ha, no afectó la actividad de la sacarosa
fosfato sintetasa, ni la de la sacarosa sintetasa con respecto a sus controles
53
(Cuadro 10). Al no modificarse la actividad de las enzimas, se piensa que tampoco
lo hará el contenido de sólidos solubles de los frutos. En el Ensayo 2, desarrollado
en un cultivo industrial de tomate, la aplicación de peróxido de hidrógeno, en dosis
de 3 y 6 kg/ha, no afectó el contenido de azúcares del fruto. Es posible que la dosis
empleada no haya sido suficiente para crear una señal de estrés en la planta de
tomate.
CUADRO 10. Actividad enzimática de la sacarosa sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa en frutos maduros de tomate (cv. H-9975) en el ensayo de aplicación de peróxido de hidrógeno.
Actividad enzimática (µM glucosa . g de tejido fresco-1 . h-1)
Tratamiento Sacarosa sintetasa Sacarosa fosfato sintetasa
Control 1,800 NS 2,677 NS
H2O2 (3 kg/ha) 1,028 1,691
NS: no significativo (P>0,05).
La aplicación de peróxido de hidrógeno se realizó, con la finalidad de crear un estrés
que permitiría modificar la actividad de las enzimas sacarosa sintetasa y sacarosa
fosfato sintetasa. NGUYEN-QUOC et al. (1999) señalan que un aumento de la
actividad de las enzimas que participan en la fijación de la sacarosa, como la
sacarosa sintetasa o la sacarosa fosfato sintetasa, puede aumentar la fuerza sink
del fruto y, finalmente, mejorar la calidad del fruto.
WANG et al. (2000) determinaron que el estrés osmótico modifica el metabolismo de
la sacarosa en un cultivo de células de camote (Ipomoea batatas). Los autores
observaron el aumento de los niveles de sacarosa y de la actividad de las enzimas
sacarosa fosfato sintetasa, sacarosa sintetasa e invertasa alcalina. Esto se
contrapone a los resultados de WANG et al. (1993), quienes observaron que el
estrés térmico reduce perceptiblemente la actividad de la sacarosa sintetasa. Por lo
tanto, existe la posibilidad de que el aumento de los niveles de sacarosa observado
por WANG et al. (2000) se deba principalmente al aumento de la invertasa alcalina.
54
5. CONCLUSIONES
La aplicación del biorregulador brasinoesteroide DI-31, en dosis de 0,02 g/ha, solo
modifica positivamente la luminosidad de la pulpa en una variedad de tomate
industrial de media estación, en un cultivo tardío.
El uso de peróxido de hidrógeno, en dosis de 6 kg/ha, permite disminuir la
proporción de frutos verdes del rendimiento total compuesto por frutos rojos y
verdes, en una variedad de tomate industrial de media estación de un cultivo tardío.
El brasinoesteroide DI-31, en dosis de 0,02 g/ha, participa en la disminución de la
actividad de la sacarosa sintetasa y de la sacarosa fosfato sintetasa de los frutos de
tomate. En cambio, el compuesto peróxido de hidrógeno no modifica la actividad de
las enzimas.
55
6. RESUMEN
El contenido de sólidos solubles del fruto de tomate determina el rendimiento industrial y, por ende, la eficiencia y parte de los costos de la producción de pasta de tomate. En ese sentido, el uso de brasinoesteroide y de peróxido de hidrógeno durante el cultivo permitiría aumentar la calidad, especialmente, los sólidos solubles de los frutos. Se realizaron dos ensayos de campo, con el objetivo de confirmar si la aplicación del brasinoesteroide DI-31 y de peróxido de hidrógeno, logra mejorar la calidad del fruto y el rendimiento de un cultivo de tomate industrial. Los ensayos se realizaron en la comuna de Pencahue, VII Región. Se utilizó la variedad H-9975, de media estación, en un cultivo tardío. Los tratamientos del Ensayo 1 consistieron en la aplicación del brasinoesteroide DI-31, en dosis de 0,02 y 0,04 g/ha. Las dosis de peróxido de hidrógeno del Ensayo 2 correspondieron a 3 y 6 kg/ha. Los controles se asperjaron con agua. El volumen de mojamiento correspondió a 400 l/ha. La pulverización se realizó el día 11 de marzo del 2003, es decir 15 días antes de la fecha estimada de cosecha sobre plantas que presentaban en forma mayoritaria frutos en estado rojo firme a rojo maduro. Las variables analizadas fueron el rendimiento total, de fruto verde, rojo y defectuoso; y las características de calidad como color interno y externo, sólidos solubles, materia seca, pH, acidez titulable y peso promedio del fruto. El diseño estadístico de los ensayos fue un diseño en bloques completamente al azar, con ocho bloques. La unidad experimental correspondió a parcelas de 20 m2 y la unidad de muestreo a un metro lineal en el centro de cada parcela. Se verificó si existe efecto de los tratamientos mediante el análisis de varianza de Fischer. El rendimiento total de ambos ensayos no se vio afectado por los tratamientos. En el Ensayo 1, el tratamiento de brasinoesteroide (0,02 g/ha) aumentó la luminosidad de la pulpa en 5,6% en comparación con el control. En el Ensayo 2, el peróxido de hidrógeno (6 kg/ha) disminuyó en 5,9% el rendimiento en frutos verdes con respecto al control. Se realizaron dos ensayos enzimáticos con el objetivo de analizar la actividad de la sacarosa fosfato sintetasa y sacarosa sintetasa, las que participan en la fijación de la sacarosa en las células del fruto de tomate. El transplante se realizó el día 28 de octubre del 2003 y las plantas se desarrollaron en macetas de 5 l, en un invernadero frío de la Estación Experimental La Palma en Quillota, V Región. Se utilizó la variedad H-9975 de media estación. En el Ensayo 3, se aplicó el brasinoesteroide DI-31, en dosis de 0,02 g/ha. En el Ensayo 4, la dosis de peróxido de hidrógeno fue 3 kg/ha. Los controles se asperjaron con agua. El volumen de mojamiento correspondió a 35 ml por planta. El momento de aplicación se realizó el día 20 de enero de 2003 (84 días después del transplante) sobre plantas de tomate que presentaban en forma mayoritaria frutos en estado rojo firme a rojo maduro. La determinación de la actividad de la sacarosa sintetasa y sacarosa fosfato sintetasa se realizó en el laboratorio de Fitogenética de la Escuela de Agronomía de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso. El análisis estadístico correspondió a un diseño completamente al azar con cinco repeticiones. La unidad experimental
56
correspondió a una planta de tomate y la unidad de muestreo, a un fruto. El análisis de los datos se realizó de la misma manera que en los Ensayos 1 y 2. En el Ensayo 3, el brasinoesteroide (0,02 g/ha) disminuyó en 44,7% la actividad de la sacarosa sintetasa y en 65,3% la actividad de la sacarosa fosfato sintetasa con respecto a sus respectivos controles. En el Ensayo 4, el peróxido de hidrógeno (3 kg/ha) no modificó la actividad de las enzimas.
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