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Introducción
El Selenio (Se) es un oligoelemento esencial en la nutrición humana, participando en varias funciones dentro del organismo que mantienen el crecimiento y adecuado funcionamiento de las células (Schiavon et al. 2020). Este elemento es un cofactor de la enzima glutatión peroxidasa, la cual es un catalizador en la reducción de peróxidos que pueden dañar las células y tejidos, además puede actuar como antioxidante (Puccinelli et al. 2017). Las formas de Se que están biodisponibles para el ser humano son los selenoaminoácidos (Selenometionina SeMet y Selenocisteína SeCys), estos aminoácidos forman parte constituyente de las selenoproteínas, las cuales tienen un papel importante en sistemas antioxidantes, equilibrio hormonal, inmunidad, fertilidad masculina, resistencia a infecciones virales y prevención de cáncer (Rayman 2020). Las selenoproteínas necesitan varios cofactores para su síntesis y dependen principalmente de la ingesta del Se contenido en la carne o pescado (Willers et al. 2015), debido a que los alimentos de origen vegetal presentan un bajo contenido de este oligoelemento (Kleine-Kalmer et al. 2021), como un reflejo de la concentración de este elemento en el suelo (White 2016), lo anterior se manifiesta como una deficiencia de Se que afecta al 15% de la población mundial (Wu et al. 2015, García-Márquez et al. 2020). Una estrategia para aumentar el contenido de Se en los alimentos de origen vegetal es mediante la biofortificación que consiste en potenciar la bioactividad y el contenido de Se en las partes comestibles de las plantas (Gaucín-Delgado et al. 2020). La fertilización foliar y edáfica, son los principales métodos para la suplementación de Se a los cultivos; sin embargo, debido a la baja eficiencia de la aplicación al suelo, la aspersión foliar con Se, es considerado como el método más efectivo para el enriquecimiento de los cultivos con micronutrientes (Deng et al. 2019). Por otro lado, la lechuga (Lactuca sativa L.) es una de las hortalizas de hoja más consumidas en el mundo, principalmente en fresco (Medina-Lozano et al. 2021), es rica en fibra, ácidos grasos, aminoácidos, proteínas y minerales (Kim et al. 2016). Además, posee compuestos fitoquímicos (Lee et al. 2021), que aportan propiedades antioxidantes (Zapata-Vahos et al. 2020). La aplicación de micronutrientes a través de la biofortificación de cultivos es una herramienta útil no solo para incrementar la cantidad de minerales sino, además, se mejora considerablemente la producción de compuestos bioactivos. Por tanto, el objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de la biofortificación foliar con Selenio sobre el rendimiento, la calidad nutracéutica y la capacidad antioxidante en el cultivo de lechuga.
Materiales y métodos
Material vegetal y tratamientos
El estudio se realizó en un invernadero circular ubicado en el Instituto Tecnológico de Torreón, Coahuila, México, localizado geográficamente a 24° 30’ de latitud norte, 102° 00’ de longitud oeste y altitud de 1 120 metros sobre el nivel del mar. Semilla de lechuga (Lactuca sativa L.) “Parris Island cos” de Heirloom Seeds® fueron germinadas en placas de foamy agrícola. Treinta días después de la siembra las plántulas se trasplantaron a un sistema hidropónico NFT y la nutrición del cultivo se realizó utilizando la solución nutritiva Steiner (Steiner 1961). Los tratamientos evaluados consistieron en la aplicación foliar de selenato de sodio (Na2SeO4. 95% de pureza, Sigma-Aldrich®): 0, 10, 20, 40 y 60 μ M L-1, utilizando agua destilada como diluyente y un surfactante comercial no tóxico (INEX-A®, 2 mL L-1). Las aplicaciones foliares se realizaron con aspersores manuales durante las primeras horas de la mañana, en total se realizaron tres aspersiones cada 15 días después del trasplante.
Muestreo
Las lechugas se cosecharon 60 días después del trasplante, se midieron y se pesaron para determinar las variables respuesta del rendimiento y bioquímicas, así como el contenido de Se en hojas de lechuga, obteniendo seis muestras por cada tratamiento.
Rendimiento
Para determinar el peso fresco (rendimiento del cultivo), las cabezas de lechuga se cosecharon y se pesaron en una balanza analítica (Ohaus Corporation, Pine Brook, Nueva Jersey, EE. UU).
Análisis proximal de lechuga
El contenido de proteína se determinó con el método Dumas (Calvo et al. 2008), el contenido de fibra cruda se determinó de acuerdo a la NOM-F-90-S-1978, el contenido de grasa se determinó con el método Goldfish de acuerdo a la NMX-F-427-1982.
Determinación de selenio
Las muestras secas se trituraron en un mortero de porcelana y se digirieron con ácido nítrico y perclórico (3:1), utilizando una placa calefactora a 100 °C. La solución se filtró y se hirvió para obtener 100 mL de solución de trabajo con agua desionizada. La concentración de selenio en hojas de lechuga se determinó mediante espectrofotometría de absorción atómica (Helrich 1990), los resultados se expresaron en μ g kg-1 de peso seco de hojas de lechuga.
Compuestos bioactivos
Para los extractos etanólicos, se molieron 100 g de pulpa de lechuga fresca por tratamiento y se utilizaron para determinar la calidad nutracéutica de la lechuga. Se colocó 1 g de muestra en un tubo Falcon de 15 mL y se agregaron 10 mL de etanol grado reactivo. Después de 1 min de agitación en Vortex, se dejaron reposar durante 24 h. Los extractos etanólicos se decantaron posteriormente a 3500 x g y el sobrenadante se transfirió a un tubo Falcon y se almacenó a -20 °C hasta su uso.
El contenido fenólico total se determinó mediante una modificación del método de Folin-Ciocalteau (García-Nava, 2009). Se tomaron 150 μL de extracto etanólico, se diluyeron en 3 mL de agua (milli-Q), se agregaron 250 μL de reactivo de Folin-Ciocalteau (1N), se agitó y se dejó reaccionar durante 3 min. Posteriormente se añadieron 750 μL de Na2CO3 (20%) y 950 μL de agua (milli-Q). Se dejó reposar la solución durante 2 h y se cuantificaron las muestras en un espectrofotómetro UV-Vis a 760 nm. El patrón se preparó con ácido gálico. Los resultados se expresaron en mg GAE 100 g-1 de peso fresco.
Los flavonoides totales se determinaron por colorimetría (García-Nava, 2009). Se tomaron 200 μL de extracto etanólico, se mezclaron con 1,25 μL de agua (milli-Q) y 75 μL de NaNO2 (5%). Después de 5 min de reposo, se agregaron 150 μL de AlCl3. Posteriormente, se añadieron 500 μL de NaOH (1 M) y 275 μL de agua (milli-Q). Se agitó vigorosamente y las muestras se cuantificaron en un espectrofotómetro UV-Vis a 510 nm. El estándar se preparó con quercetina disuelta en etanol absoluto (y = 0.0122x-0.0067; r2 = 0.965). Los resultados se expresaron en mg QE 100 g-1 de peso fresco.
La capacidad antioxidante total se midió mediante el método DPPH + in vitro (Brand-Williams et al. 1995). Se preparó una solución de DPPH+ (Aldrich, St. Louis, Missouri, EE. UU.) en etanol, a una concentración de 0,025 mg mL-1. Se mezclaron 700 μL de extracto etanólico con 1.300 μL de solución DPPH+, después de 30 min las muestras se cuantificaron en un espectrofotómetro UV-Vis a 517 nm. Los resultados se expresaron en μ M equivalente en Trolox 100 g-1 de peso fresco.
Análisis estadístico
El diseño experimental fue completamente al azar con seis repeticiones por tratamiento, considerándose una planta como unidad experimental. Las variables respuesta fueron analizadas mediante un análisis de varianza para determinar las diferencias entre los tratamientos y donde se detectó diferencia significativa, se utilizó la prueba Tukey (P ≤ 0.05).
Resultados y discusión
Rendimiento
La aspersión foliar de Se en las dosis utilizadas no afectó el peso fresco de la lechuga (Tabla 1). Debido a que él Se no es considerado esencial para el metabolismo de las plantas, no se esperaría que la suplementación con Se cause cambios en el crecimiento y rendimiento de los cultivos (Hossain et al. 2021). Sin embargo, existen reportes contradictorios al respecto, ya que él Se en dosis bajas afecta positivamente el rendimiento (Zhu et al. 2017) y altas dosis causan toxicidad en las plantas debido a la alta producción de especies reactivas de oxígeno, que inhiben el crecimiento y el rendimiento (Lapaz et al. 2019). Los resultados son consistentes con los trabajos reportados por Wang et al. (2020) en Triticum aestivum L y Rahim et al. (2020) en Solanum lycopersicon L, quienes tampoco encontraron cambios en el rendimiento. En general la respuesta de la planta al Se depende de la concentración utilizada (Gaucín-Delgado et al. 2020); la sensibilidad de la especie (El-Ramady et al. 2020), la especie química utilizada y el método de aplicación, por lo que no existe una dosis única para todos los cultivos (Oliveira et al. 2018).
Tabla 1 Efecto de la aplicación foliar de Na2SeO4 sobre el peso fresco y composición proximal de lechuga.
| Na2SeO4 | Peso fresco | Grasa cruda | Proteína cruda % | Fibra cruda |
|---|---|---|---|---|
| μ ML-1 | g | ----------------- % ----------------- | ||
| Control | 568.2 | 3,14c | 14.55e | 16.63d |
| 10 | 769.7 | 3,44bc | 17.44b | 16.04e |
| 20 | 771.7 | 5.15a | 18.28a | 17.61a |
| 40 | 667.7 | 3.69b | 16.36c | 17.05c |
| 60 | 656.9 | 4.8a | 15.05d | 17.21b |
* Letras diferentes indican una diferencia significativa según la prueba de Tukey (P ≤ 0.05).
Composición proximal
Los resultados obtenidos muestran que la aspersión foliar con Se causó cambios significativos (P ≤ 0.05), en el contenido de grasa, proteína y fibra cruda (Tabla 1). Se aprecia que los mayores valores de estos parámetros fueron obtenidos con la aspersión foliar de 20 μ M L-1. Los incrementos de este tratamiento con relación al testigo fueron de 20.4, 5.6 y 39% para el contenido de grasa, proteínas y fibra cruda, respectivamente. La utilización de Se en los programas de biofortificación es una buena estrategia agronómica; debido a que además de incrementar el contenido de oligoelementos esenciales para la nutrición humana, mejora sustancialmente la calidad proximal de los vegetales ya que la adecuada proporción de fibra, proteína y grasa en algunos vegetales de hoja verde sugieren su potencial como agentes anabólicos y como fuentes alternativas de energía (Moussa et al. 2020). Las proteínas consumidas en la dieta humana proveen un aminoácido que el cuerpo no es capaz de producir (Khan et al. 2019). La grasa cruda determina los grasos lípidos libres y puede modificar el sabor de los alimentos (Emelike et al. 2020). Adicionalmente, un alto contenido de fibra en la dieta diaria reduce los niveles de colesterol en el cuerpo, resultando en la baja incidencia de enfermedades cardiovasculares (Chatepa y Masamba 2020). El incremento de las proteínas probablemente sea debido a una mayor síntesis de las selenoproteínas (selenometionina (SeMet) y la selenocisteína (SeCys), las cuales dependen principalmente del Se (Gupta y Gupta 2017).
Calidad nutracéutica
La calidad nutracéutica de lechuga determinada por los compuestos fenólicos, flavonoides totales y la capacidad antioxidante, fue afectada significativamente (P ≤ 0.05) por la aspersión foliar de Se. Los mayores valores se lograron con la aspersión foliar de 60 μ M L-1, superando 21.68, 105.11 y 8.6% en la cuantificación de fenoles totales, flavonoides y actividad antioxidante en las plantas del tratamiento testigo (Figura 1a, 1b, 1c). Una dieta rica en vegetales con un alto contenido de compuestos fitoquímicos es recomendable para la prevención de algunas enfermedades y el cáncer (Preciado-Rangel et al. 2021), de ahí la importancia de incrementar la biosíntesis de estos compuestos antes de su cosecha y su posterior consumo. La mayor calidad nutracéutica y actividad antioxidante en las lechugas tratadas con Se, puede estar relacionado con una mayor actividad enzimática antioxidante del glutatión peroxidasa ya que él Se forma parte de sus cuatro centros catalíticos (Hawrylak-Nowak et al. 2018). Además, se ha demostrado que este elemento regula la ruta biosintética de los fenilpropanoides, que conduce a una mayor biosíntesis de metabolitos secundarios, los cuales determinan las características organolépticas y la capacidad antioxidante (Mimmo et al. 2017). Esta respuesta también se ha reportado en investigaciones desarrolladas en diversos cultivos, con diferentes fuentes de Se y formas de aplicación (Zahedi et al. 2019, Groth et al. 2020).
Contenido de Se en lechuga
La bioacumulación de Se en las hojas de lechuga se incrementó de manera proporcional a la dosis asperjada (Figura 1d). La mayor acumulación de este elemento correspondió a la mayor dosis utilizada (60 μ M L-1), superando un 79% al tratamiento testigo. Desde su descubrimiento en 1817, muchos estudios han confirmado la esencialidad del Se para la salud humana, y su rol en la prevención de enfermedades crónicas, cardiovasculares, y como componente esencial de más de 25 enzimas (El-Ramady et al. 2020). No obstante, el aporte de Se que se obtiene de los alimentos de origen vegetal, en algunas regiones del mundo, no es el suficiente para suplir la ingesta diaria que fluctúa entre 55-400 y g día-1 por adulto (Stefani et al. 2020). Debido a la baja eficiencia de la fertilización edáfica, la aspersión foliar con Se, es considerado como el método más efectivo para la biofortificación de los cultivos (Deng et al. 2019), incluido los sistemas hidropónicos los cuales son muy eficientes (Smolen et al. 2014). Estudios previos muestran que la biofortificación aumenta significativamente la cantidad de elementos esenciales en la parte comestible de la planta (da Silva et al. 2020), la cual puede aumentar en los cultivos biofortificados con Se hasta 30% con respecto a los cultivos no tratados (Zhu et al. 2017). Nuestros resultados sugieren que el consumo de lechuga biofortificadas con 10 μ M de Se (~100 g) aportan la cantidad promedio de Se de 120 y g dia-1, y el consumo de lechugas biofortificadas con 60 y M de Se (~100 g), aportan la cantidad media recomendada en la ingesta diaria (~250 y g dia-1). Con lo anterior, la aspersión foliar con Se en lechuga, surge como una alternativa para mejorar la calidad nutracéutica de un cultivo de periodo corto, de rápido crecimiento, y con la capacidad de acumular Se en sus tejidos, dejándola como una opción más para disminuir la deficiencia de Se en humanos.
