En un reporte previo, publicado en junio 2022 en el especial de frutos secos de Red Agrícola: ‘Avellano europeo: Rendimiento de fruta y reducción del estrés oxidativo con tierra de diatomeas’, se presentaron los resultados de estudios realizados con la aplicación de Tierra de Diatomeas (TD) en plantas de avellano europeo cultivares Tonda di Giffoni (TDG) y Barcelona establecidas en condiciones de campo e invernadero durante la temporada 2021/22.

 Cristián Meriño, Daniela Padilla y David Alarcón

   
Benjamín Cayunao, Francisco Beltrán y Tatiana Escobar.

De esta experiencia se obtuvo que la incorporación de TD incrementa el rendimiento de fruta en plantaciones de avellano europeo, pero con un marcado efecto genotípico. Además, se destacó que existe una reducción del estrés oxidativo en tejidos vegetativos de las plantas, especialmente las hojas, lo que se confirmó con un estudio bajo condiciones controladas. En este sentido, la reducción del estrés oxidativo en material vegetal puede representar una herramienta clave para enfrentar condiciones adversas como las que impone la actual crisis climática.

Ver artículo: “Rendimiento de fruta y reducción del estrés oxidativo con tierra de diatomeas”

Este estudio incluyó además, el análisis de otras variables productivas, fisiológicas y el estudio de microscopía electrónica de barrido y confocal en hojas, raíces y frutos provenientes de dos huertos, uno en la comuna de Perquenco y otro en Cunco, en la Región de La Araucanía, los cuales no habían sido publicados.

Esta experiencia forma parte de los estudios sobre estrategias productivas en avellano europeo liderados por la Universidad de La Frontera (UFRO), en el marco del Proyecto ‘Sostenibilidad y uso eficiente de recursos en la producción de avellano europeo (Corylus avellana L.) en la zona sur de Chile’, iniciativa que forma parte del ‘Centro para la Investigación e Innovación en Fruticultura para la Zona Sur (CORFO 16PTECFS-66647)’, en conjunto con productores y empresas asociadas.

ENSAYOS EN CAMPO

En estos estudios, se utilizó material vegetal proveniente de árboles de los cultivares TDG y Barcelona en su décima hoja, y bajo un sistema de conducción en mono eje, con marcos de plantación de 5x3m y 5×3,5. El pH del suelo fue en promedio de 5,39 y 5,55 para Perquenco (Andic Durudept) y Cunco (Acrudoxic Hapludand), respectivamente (ver cuadro 1).

Cuadro 1. Descripción de propiedades de suelo, características productivas y rendimiento para la temporada 2020/21, de los huertos de avellano europeo (cultivares Tonda di Giffoni y Barcelona) estudiados en dos comunas de la Región de La Araucanía.

El tratamiento que se utilizó fue aplicar 60 kg ha-1 de TD entre los meses de noviembre y diciembre de 2021, teniendo también un tratamiento Control (manejo huerto). Posteriormente, se realizaron dos cosechas por cultivar en ambas localidades, entre el 21 de marzo y el 7 de abril 2022, para luego trasladar las avellanas a las dependencias de la UFRO, para estabilizarlas y determinar su rendimiento (kg pl-1/ha-1), propiedades antioxidantes y el grado de estrés oxidativo.

RESULTADOS:

Rendimiento productivo: En Perquenco, el rendimiento de fruta en TDG se incrementó en un 35% con la incorporación de TD (Figuras 1A y 1B), siendo éste 3,22±0,31 kg pl-1, y considerando que para el tratamiento control el rendimiento fue de 2,40±0,30 kg pl-1(P≤0,05). Mientras que para Barcelona, la aplicación de TD registró un rendimiento promedio de 1,88±0,07 kg pl-1, siendo un 17% mayor que el tratamiento Control (P≤0,05).

En el caso de los huertos ubicados en la Comuna de Cunco, para TDG no se observó un aumento del rendimiento, y para Barcelona el aumento de la producción fue notorio (80%), respecto de lo determinado para el tratamiento control (P≤0,001), como se observa en las figuras 1 C y 1 D.

Figura 1. Rendimiento total de fruta por árbol (kg pl-1) y por hectárea (kg ha-1) en cultivares TDG y Barcelona establecidos en las comunas de Perquenco (A,B) y Cunco (C,D), luego de la aplicación de Tierra de Diatomea (120 kg ha-1), para la temporada 2021/22. Barras representan el promedio de tres réplicas ± EE. Letras distintas indican diferencias entre tratamientos (P≤0,05). ***:P≤0,001; **:P≤0,01; *:P≤0,05; NS: no significativo.

En términos de rendimiento de fruta por hectárea se obtuvieron en Perquenco 2.153 y 1.256 kg ha-1 para TDG y Barcelona respectivamente, lo que determinó aumentos significativos respecto de los tratamientos controles establecidos para cada cultivar (P≤0,05; Figura 1B).

Además, con los datos obtenidos en ambos huertos, se pudo determinar que existe una interacción significativa entre la variedad y el tratamiento aplicado (CxT), es decir, en cada localidad estudiada, cada cultivar presenta un comportamiento propio frente a un mismo tratamiento. En este sentido, TDG demostró una mayor respuesta a la aplicación TD en Perquenco (35%), mientras que Barcelona lo presentó en menor medida (17%), lo que se contrasta con lo obtenido en Cunco, pues el aumento del rendimiento fue bastante significativo para Barcelona (80%). Es importante señalar que los cuarteles de ambos cultivares estaban muy cercanos en cada huerto, por lo que las condiciones de establecimiento eran similares.

Actividad antioxidante y estrés oxidativo en la semilla (kernel): En relación al contenido de fenoles (mg AGE g-1 PF), compuestos con propiedades antioxidantes, en kernel o semilla, se observan distintos resultados según localidad. En Perquenco, se observó una interacción entre el cultivar y el tratamiento TD (CxT), encontrándose en la variedad Barcelona un alto contenido respecto de lo determinado para TDG, y a su vez un incremento de un 29% en el contenido de fenoles totales en kernel, respecto de la fruta proveniente del tratamiento control (P≤0,05; Figura 2A).

Figura 2. (A,B) Contenido de fenoles totales (mg AGE g-1 PF), (C,D) actividad antioxidante (mg TE g-1 PF) y (E,F) peroxidación lipídica (nmol MDA g-1 PF) en kernel de Avellano Europeo cultivares TDG y Barcelona establecidos en las comunas de Perquenco y Cunco, luego de la aplicación de Tierra de Diatomea (120 kg ha-1), para la temporada 2021/22. Temporada 2021/2022. Barras representan el promedio de tres réplicas ± EE. Letras distintas indican diferencias entre tratamientos (P≤0,05). ***:P≤0,001; **:P≤0,01; *:P≤0,05; NS: no significativo.

En cambio, en Cunco no se observó una interacción significativa (Figura 2B) entre el cultivar y el tratamiento. Cabe destacar que en el caso de TDG se registró un contenido de fenoles promedio 39% más elevado en comparación con Barcelona, independientemente del tratamiento aplicado (Figura 2B). Y sí se compara la variedad Barcelona tratada con TD con el tratamiento control, se observa un contenido promedio 21% más alto (P≤0,01).

En el caso de la actividad antioxidante (mg TE g-1 PF) determinada en kernel, no se establecieron interacciones significativas entre cultivares y tratamientos para ninguno de los huertos estudiados (Figura 2 C,D), pero sí se observó un comportamiento genotípico contrastante en ambas localidades frente a la aplicación de TD (P≤0,001). En este sentido, en Perquenco TDG demostró una mayor actividad (50%) respecto de lo medido para Barcelona, mientras en Cunco este último cultivar registró un aumento de 78% en la actividad antioxidante de su fruta.

Ahora bien, valores similares entre cultivares fueron determinados en términos de estrés oxidativo, y medido como peroxidación lipídica (nmol MDA g-1 PF) en los dos huertos estudiados. En el caso de Cunco, kernel evaluados a la cosecha reportaron una disminución en la peroxidación lipídica tanto en TDG (10%) como Barcelona (19%)(P≤0,05; Figura 2 E,F).

En el huerto estudiado en Perquenco se determinó una interacción CxT que establece un efecto mitigador (11%) del tratamiento TD sobre el estrés oxidativo en el cultivar Barcelona (P≤0,05; Figura 2 E,F). En kernel el estrés oxidativo puede manifestarse en alteraciones en las estructuras celulares, lo que puede promover pardeamientos internos, pérdida de integridad estructural y peroxidación de ácidos grasos, resultando en pérdidas de calidad de la fruta durante la postcosecha.

EXPERIENCIA EN PLANTAS ESTABLECIDAS EN INVERNADERO

En el Campo Experimental Maquehue (CEM) de la UFRO, que se encuentra en la comuna de Freire, Región de La Araucanía (38,83 LS; 72,69 LO), se estableció un ensayo plantas del cultivar TDG (de tres años) en macetas de 5 kg con un suelo Andisol (Typic Placudands) y bajo condiciones controladas en invernadero (20°C, 16/8 h de luz y oscuridad y 800 µmol fotones m-2s-1 de radiación fotosintéticamente activa o PAR).

Las plantas fueron debidamente fertilizadas, regadas a capacidad de campo y que presentaron una buena condición sanitaria, se trataron con TD en una dosis similar al ensayo de campo (60 kg ha-1), además, se tuvo otro grupo de condiciones como tratamiento control. Al término del experimento (60 días) las plantas fueron cosechadas para realizar determinaciones fisiológicas y bioquímicas tanto en hojas como en raíz, y en paralelo se realizaron evaluaciones del potencial hídrico xilemático para determinar la disponibilidad de agua libre en los tejidos de la planta.

Para los estudios de microscopía se utilizaron muestras de raíz y hoja, la cuales se analizaron a través de un Microscopio Electrónico de Barrido SEM-EDX (SU 3500, HITACHI, Japón) y Microscopio Láser Confocal (CLSM) (FV1000 Olympus, Japón).

RESULTADOS

Potencial hídrico xilemático: Entre los tratamientos aplicados no se establecieron diferencias significativas situándose el potencial en -0,46 MPa. En el caso de las unidades SPAD, que relacionan el contenido de clorofilas en la hoja e indirectamente el contenido de nitrógeno, la aplicación de TD en el cultivar TDG demostró un aumento de estas unidades en 36% (P≤0,001), como se observa en el cuadro 2. Respecto al contenido de materia seca en raíces, se determinó un promedio de 70% para el tratamiento y el control.

Cuadro 2. Potencial hídrico de hoja (MPa), unidades SPAD y contenido de materia seca en raíces (%) de Avellano Europeo cultivar TDG luego de la aplicación de TD (120 kg ha-1) en condiciones controladas. Invernadero CEM, Freire, Región de La Araucanía. Temporada 2021/2022. Valores representan el promedio de tres réplicas ±EE. ***:P≤0,001; **:P≤0,01; *:P≤0,05; NS: no significativo.

Cristales de Sílice en tejidos: Se pudo observar una mayor presencia de cristales de sílice y elementos de mayor densidad electrónica en la superficie adaxial (epidermis superior) y abaxial (epidermis inferior) en hojas provenientes de plantas tratadas con TD (Figuras 3B y 3D) en comparación con aquellas provenientes del control (Figuras 3A y 3C) respectivamente.

Figura 3. Microscopía de barrido electrónico (SEM) en tejido foliar de plantas de avellano europeo cultivar TDG. Detalles de tratamiento Control (a) y TD (b) en epidermis superior de la hoja. Imagen de la epidermis inferior para tratamiento Control (c) y TD (d). Invernadero CEM, Freire, Región de La Araucanía. Temporada 2021/22.

Respecto de la raíz, se observó que aquellas plantas tratadas con TD presentaron una mayor cantidad de cristales y elementos adheridos a su superficie de absorción (Figura 4B), respecto de aquellas raíces colectadas de plantas control (Figura 4A).

Figura 4. Microscopía de barrido electrónico (SEM) en raíces de plantas cultivar TDG bajo tratamientos Control (a) y TD (b) en condiciones controladas. Invernadero CEM, Freire, Región de La Araucanía. Temporada 2021/2022. CORFO 16PTECFS-66647, BIOREN-UFRO, Universidad de La Frontera.

En paralelo se realizó un análisis por espectroscopia de rayos X (EDX) acoplado al microscopio electrónico (EDX-SEM) en hojas y raíz, que permitió obtener un análisis elemental de las muestras provenientes de las plantas control y las tratadas con TD (Cuadro 3). En la raíz, se reportó un aumento de Si de un 34% en aquellas plantas tratadas con TD en comparación con el control. En hojas destaca el mayor contenido de Si en la epidermis superior (adaxial) de plantas tratadas con TD, en donde el contenido fue 51% superior al tratamiento control.

Cuadro 3. Análisis elemental (%) de contenidos de Si, Ca, C y Fe obtenido a través de SEM-EDX en raíz y hojas en plantas de avellano europeo cultivar TDG luego de la aplicación de TD (120 kg ha-1), bajo condiciones controladas. Invernadero CEM, Freire, Región de La Araucanía. Temporada 2021/2022. ND: indica elemento no determinado.

Lignina: El Si es asociado a la síntesis de lignina lo que otorga mayor resistencia estructural a los tejidos de la planta. En este sentido se estudió la presencia de lignina en hojas y raíz, a través de microscopía láser confocal, y se observó un aumento en la intensidad de fluorescencia asociada a Lignina (color verde) en muestras foliares con tratamiento de TD (Figuras 5b y 5c) en relación a hojas de plantas del tratamiento control (Figura 5A), con un patrón fuertemente localizado estructuralmente en pared celular, haces vasculares y estomas, implicando que el mayor contenido de Si influyó en la expresión de fenoles estructurales.

Figura 5. Intensidad de Fluorescencia de Lignina en Tejido Foliar. (a) Control y Tratamiento con TD en epidermis superior (b) e inferior (c). Imagen merge 20x, Lignina λ excitación/emisión 488/590 nm (fluorescencia verde-safranina O al 0,1%), Autofluorescencia Clorofila λ excitación/emisión 633/700 nm (fluorescencia roja). Software Olympus FV 10 var. 0.2c. Microscopio Laser Confocal FV 1000 Olympus-Japón.

En la raíz se observó un aumento de la intensidad de fluorescencia asociada a Lignina (verde) en plantas tratadas con TD (Figuras 6b, 6c, 6d y 6e) con respecto al control (Figura 6a), con un patrón distribuido uniformemente en toda la estructura. También se registraron raíces más robustas y nuevas raicillas.

Figura 6. Intensidad de Fluorescencia de Lignina en raíz. (a) Control y (b-c-d-e) tratamiento con TD. Imagen merge 20x, Lignina λ excitación/emisión 488/590 nm (fluorescencia verde-safranina O al 0,1%), Interdiferencial de Nomarski (campo claro). Software Olympus FV 10 var. 0.2c. Microscopio Laser Confocal FV 1000 Olympus-Japón.

CONCLUSIONES, Y PROYECCIONES DEL ESTUDIO

En este estudio, sobre la aplicación de tierras de diatomeas en Avellano europeo en dos localidades de Región de La Araucanía, se pudo determinar que existe una respuesta productiva fuertemente relacionada al genotipo y a la acción del tratamiento en sí.

El cultivar Barcelona tratado con tierras de diatomeas en la zona de Cunco, presenta una alta actividad antioxidante en su fruta. Esto es importante de destacar puesto que está muy vinculado a la funcionalidad de la avellana como alimento o materia prima para la industria agroalimentaria. También se destaca, la disminución del estrés oxidativo en kernel luego de la aplicación de tierra de diatomeas, lo que contribuye a reducir los problemas asociados al deterioro en la postcosecha de la fruta.

Por otro lado, las técnicas de microscopía electrónica de barrido y confocal facilitan y grafican la información relativa a análisis elementales en tejidos, y funcionan como un buen complemento a metodologías de tipo químico o bioquímico. Además, permiten dimensionar cuales son los principales puntos de síntesis de metabolitos secundarios asociados a la actividad de elementos aportados por estrategias de nutrición.

La tierra de diatomeas puede representar una muy buena fuente de silicio para el Avellano europeo, fortaleciendo las plantas, especialmente aquellas en sus primeras etapas de establecimiento, pero se deben considerar componentes genotípicas y ambientales. Resulta importante mencionar que el comportamiento varietal asociado a la zona productiva debe ser considerado en los planes de manejo de las distintas especies frutales.

Finalmente, la evaluación y consolidación de información respaldada en las siguientes temporadas permitirán establecer pautas claras y adecuadas sobre la nutrición con silicio en esta especie frutal.

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Diatomaceous earth as source of silicon on the growth and yield of rice in contrasted soils of southern India. J Soil Sci Plant Nutr 18:344–360.

Agradecimientos

Programa Tecnológico «Centro para la investigación e innovación en fruticultura para la zona sur» (16PTECFS-66647), y a su Proyecto: “Sostenibilidad y uso eficiente de recursos enla producción de avellano europeo (Corylus avellana L.) en la zona sur de Chile”, ambos apoyados por Corfo.

Laboratorio de Fisiología y Nutrición en Frutales, UFRO.

Laboratorio de Fertilidad de Suelos, Departamento de Producción Agropecuaria, UFRO.

Núcleo Científico y Tecnológico en Biorecursos de la Universidad de La Frontera (BIOREN-UFRO).

Laboratorio de Microscopía en BIOREN-UFRO.

Felipe Gallardo Huerto GADI, Perquenco, Región de La Araucanía.

Itilier Salazar Quintana Huerto IANCO, Cunco, Región de La Araucanía.

Beltrán & Pedreros, Buin, Región Metropolitana.

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