Introducción

El pepino (Cucumis sativus L.) es la segunda cucurbitácea más cultivada en el mundo (^{Singh et al., 2020}). Sin embargo, la producción de pepino requiere tasas de nutrientes de moderadas a altas para lograr un mejor rendimiento y mayor calidad (^{Kumar, 2020}). Se sabe que los fertilizantes son insumos agrícolas vitales que mejoran la producción de los cultivos, desde un 30 a 50% (^{Chen y Yada, 2011}).

No obstante, debido a la baja eficiencia de los fertilizantes convencionales, menos de la mitad de la cantidad aplicada es usado eficientemente por las plantas (^{Congreves et al., 2021}), el resto se filtra en el suelo o no están disponibles para los cultivos, lo que causa contaminación de aguas subterráneas y la reducción de la fertilidad del suelo (^{Verma et al., 2022}). Por lo tanto, es necesario utilizar alternativas eficientes en la nutrición de los cultivos para resolver los problemas que causa la aplicación de altas tasas de fertilizantes convencionales y a la vez, aumentar la producción de alimentos.

Los nanofertilizantes representan una alternativa para mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes, reducir el uso de fertilizantes convencionales, por consiguiente, reducir los impactos adversos al medio ambiente. Los nanofertilizantes son compuestos de nutrientes de formulaciones nanoestructuradas (^{Raliya et al., 2017}; ^{Astaneh et al., 2021}; ^{Rajput et al., 2021}).

El efecto benéfico de los nanofertilizantes en el desarrollo de los cultivos, en comparación con los fertilizantes convencionales, se debe a que éstos tienen un tamaño de partícula de 1-100 nm y un área de superficie específica más extensa, lo que hace que éstos tengan mayor tasa de disolución y sean fácilmente absorbidos a través de las hojas o raíces (^{Verma et al., 2022}); además, la liberación de los nutrimentos de las nanopartículas se hace en un ritmo lento, por lo que permiten una duración prolongada del suministro efectivo de nutrimentos para las plantas (^{Verma et al., 2022}).

Los avances recientes en la agricultura sostenible han visto el uso benéfico de varios nanofertilizantes para aumentar la producción de cultivos. Según lo reportado por ^{Rajput et al. (2021}), más de 102 nanofertilizantes habilitados están disponibles en el mercado de 17 países y en México se disponen de dos líneas habilitados, Nubiotek Ultra y Nubiotek Hyper (^{Menossi et al., 2022}).

Sin embargo, existe pocas investigaciones que indiquen la influencia de la fertilización con nanofertilizantes en el desarrollo de hortalizas y sobre todo, no hay investigaciones del efecto de nanofertilizantes habilitados disponibles en México sobre la producción de cultivos. Por lo tanto, en este trabajo de investigación se planteó el objetivo de determinar el impacto de los nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg sobre el rendimiento y calidad de frutos de pepino.

Materiales y métodos

Resultados y discusión

En este trabajo se observó que el nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca indujo cambios significativos (p≤ 0.05) sobre la longitud de entrenudo, peso seco de tallo y rendimiento; así mismo, el nanofertilizante Nubiotek Hyper Fe+Mg afectó significativos (p≤ 0.05) el peso seco de hoja, longitud de raíz y rendimiento, sin observar efecto positivo de estos nanofertilizantes sobre el crecimiento de las plantas de pepino; mientras que, la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados afectó estadísticamente (p≤ 0.05) la longitud de raíz y rendimiento de fruto (Cuadro1).

De acuerdo a la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados, se observó que al aplicar el nanofertilizante Nubiotek Hyper Fe+Mg, solo o en combinación con el nanofertilizante Nubiotek Ultra Ca, no se mejoró la longitud de raíz de las plantas de pepino, incluso, al aplicar los tratamientos 0 L ha^-1 Nubiotek Ultra Ca + 2 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg, 0 L ha^-1 Nubiotek Ultra Ca + 4 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg, 20 L ha^-1 Nubiotek Ultra Ca + 2 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg y 20 L ha^-1 Nubiotek Ultra Ca + 4 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg se obtuvo una menor longitud de raíz respecto al testigo, decreciendo un 19.3, 19.3, 31.1 y 16.2%, respectivamente (Figura 1A).

Figura 1 Efecto de la interacción de las dosis de nanofertilizantes sobre la longitud de raíz (A) y rendimiento (B) de pepino. Medias con letra diferentes indican diferencias significativas según la prueba de Tukey al α≤ 0.05. Las barras indican el error estándar de la media (n= 4). 

Lo anterior no concuerda con lo referido por ^{Kanwar et al. (2019}), quienes han indicado que las plantas expuestas a los nanofertilizantes presentan cambios vitales en los procesos biológicos y fisiológicos, induciendo mejoras en el crecimiento de los cultivos. Lo planteado por ^{Verma et al. (2022}) señaló que los efectos de los nanofertilizantes sobre el desarrollo de las plantas pueden estar regulados por las características del suelo, el medio ambiente, el mecanismo de entrega de los nanofertilizantes y las especies de plantas.

Contrario a lo observado en el comportamiento del crecimiento de raíz a la aplicación de los nanofertilizantes, el rendimiento de fruto de pepino fue superior al testigo al agregar los tratamientos 0 L ha^-1 Nubiotek Ultra Ca + 8 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg y 20 L ha^-1 Nubiotek Ultra Ca + 2 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg, superándolo por un 111 y 123%, respectivamente (Figura 1B).

Estos resultados concuerdan con los reportados por ^{Rahman et al. (2021}), quienes señalaron que el rendimiento total de tomate aumentó en un 31.8% en plantas en las que se agregó una mezcla de nanofertilizantes (Zn, Fe y Cu) con respecto al testigo, lo anterior como resultado de la distribución equilibrada y controlada de los nanofertilizantes dentro de la planta. Autores como ^{Morsy et al. (2018}) al evaluar un nanofertilizante que aporta Ca, Mg y Fe en el cultivo de trigo (Triticum durum L.) reportaron un mayor rendimiento, atribuyendo este efecto a la eficiencia del uso de nutrientes y mejora de la fotosíntesis por la planta.

Asimismo, el nanofertilizante Nubiotek Ultra Ca afectó significativamente (p≤ 0.05) el contenido de sólidos solubles totales, vitamina C y firmeza de fruto; en tanto que, el nanofertilizante Nubiotek Hyper Fe+Mg afectó estadísticamente (p≤ 0.05) la acidez titulable y firmeza de fruto; asimismo, la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados afectó estadísticamente (p≤ 0.05) los sólidos solubles totales, vitamina C, acidez titulable y firmeza de fruto (Cuadro 2).

De acuerdo con la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados, se observó que a pesar de que los tratamientos presentaron diferencia estadística en los parámetros de sólidos solubles totales, vitamina C y acidez titulable, ninguno de los tratamientos en los que se adicionaron los nanofertilizantes superaron al testigo (Figura 2 A, 2B y 2C). Los resultados de esta investigación están acordes con los hallazgos de^{Cvelbar et al. (2021}), quienes observaron que al fertilizar las plantas de fresa (Fragaria x ananassa Duch.) con un nanofertilizante que aporta Ca, Mg y Fe los sólidos solubles totales no presentaron un incremento.

Figura 2 Efecto de la interacción de las dosis de nanofertilizantes sobre los sólidos solubles totales (A); vitamina C (B); acidez titulable (C); y firmeza (D) de los frutos de pepino. Medias con letra diferentes indican diferencias significativas según la prueba de Tukey al α≤ 0.05. Las barras indican el error estándar de la media (n= 4). 

Se ha señalado que los parámetros de calidad de fruto son afectados, principalmente, por la disponibilidad de nutrientes durante el desarrollo del cultivo (^{Li et al., 2021}). Los nanofertilizantes mejoran la difusión, solubilidad y disponibilidad de nutrimentos para las plantas, debido a su tamaño pequeño, superficie específica alta y al sinergismo que las nanopartículas presentan sobre los fertilizantes convencionales (^{Verma et al., 2022}).

De acuerdo con lo anterior, pudo esperarse una mejora en los parámetros de calidad de los frutos de pepino al agregar los nanofertilizantes, aunque este efecto positivo de los nanofertilizantes únicamente se observó en la firmeza de fruto, ya que se obtuvo una mejor firmeza de fruto al aplicar 20 L ha^-1 Nubiotek Ultra Ca + 8 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg, superando al testigo por un 18% (Figura 2D).

La respuesta anterior representa una ventaja para una mejor aceptación del consumidor, ya que la firmeza de fruto es considerada un atributo de gran importancia en el cultivo de pepino, pues el consumidor busca frutos firmes y crujientes (^{Azarmi et al., 2015}). El Ca mantiene la integridad y estabilidad de la membrana plasmática y pared celular a través de vínculos establecidos con proteínas, fosfolípidos y ácido péctico (^{Langer et al., 2019}; ^{Sajid et al., 2020}).

Sin embargo, el Ca es un ion de baja tasa de translocación a larga distancia en el xilema (^{Maathuis y Diatloff, 2013}). Nubiotek Ultra Ca es considerado un coloide amfífilo enantiomórfico, por lo que permiten que el Ca penetre de forma rápida y efectiva al interior de la planta; además, permite que este sea transportado a todos los órganos de la planta. Esta cualidad de nanofertilizante Nubiotek Ultra Ca pudo ser, en parte, responsable de la mejora de la firmeza de los frutos de pepino.

De igual manera, en este trabajo se observó que el nanofertilizante Nubiotek Ultra Ca afectó significativamente (p≤ 0.05) el contenido de clorofila a, clorofila b y clorofila total en la epidermis de los frutos de pepino; asimismo, Nubiotek Hyper Fe+Mg influenciaron estadísticamente (p≤ 0.05) el contenido de clorofila a, clorofila b, clorofila total y L^*; en tanto que, la interacción de los dos nanofertilizantes evaluados afectaron estadísticamente (p≤ 0.05) la clorofila a, clorofila b y clorofila total (Cuadro 3).

La interacción de los dos nanofertilizantes demostró que al aplicar 20 L ha^-1 de Nubiotek Ultra Ca + 4 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg y 20 L ha^-1 de Nubiotek Ultra Ca + 8 ml L^-1 de Nubiotek Hyper Fe+Mg se obtuvo el mayor contenido de clorofila a, b y total, superando al testigo (Figura 3 A, 3B y 3C). Con relación a lo anterior, se ha indicado que los nanofertilizantes provocan un incremento en el contenido de clorofila debido a que éstos inducen aumento en los índices fisiológico y bioquímicos en las plantas (Pirvulescua et al., 2015).

Figura 3 Efecto de la interacción de las dosis de nanofertilizantes sobre la clorofila a (A); clorofila b (B); y clorofila total (C) de la epidermis de los frutos de pepino. Medias con letras diferentes indican diferencias significativas según la prueba de Tukey al α≤ 0.05. Las barras indican el error estándar de la media (n= 4). 

Aunado a lo anterior, el N y Mg al ser nutrimentos que forman parte de la estructura de la clorofila (^{Khalil et al., 2021}; ^{Mohammed et al., 2021}), al incrementar la tasa de N y Mg mediante la adición de los nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg pudieron provocar el aumento del contenido de clorofila en los frutos de pepino. Asimismo, la aplicación adicional de Fe mediante Nubiotek Hyper Fe+Mg y su fácil absorción pudo beneficiar en el mayor contenido de clorofila en los frutos de pepino, ya que se ha indicado que el Fe es esencial en la biosíntesis de la molécula de clorofila dentro de las plantas (^{Hamouda et al., 2016}).

Conclusiones

En este trabajo se comprobó que los nanofertilizantes Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg incrementan el rendimiento de frutos de pepino, principalmente cuando se agrega ambos nanofertilizantes en dosis de 0 L ha^-1 + 8 ml L^-1 y 20 L ha^-1 + 2 ml L^-1. Además, al aplicar Nubiotek Ultra Ca y Nubiotek Hyper Fe+Mg se mejora la firmeza y contenido de clorofila en los frutos de pepino.