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Introducción
La albahaca (Ocimum basilicum L.) es una planta herbácea aromática originaria de la India (Briseño et al. , 2013), es de carácter anual, con tallos erectos y ramificados, frondosa que alcanza de 0.30 a 0.50 m de altura. Se propaga por estacas o semillas; se reproduce en climas áridos y semiáridos y se relaciona con el fotoperiodo, así como en un gradiente altitudinal de 0 a 1000 m (Enciso, 2004).
Existen más de cincuenta especies de albahaca que se diferencian en el tamaño, el color, la apariencia y el sabor (Sánchez y Lucero, 2012), siendo la especie O. basilicum L. la que produce mayor cantidad de aceite esencial (Rodríguez et al., 2011), lo que permite su uso en la industria alimenticia, cosmética y farmacéutica. En este sentido, el efecto medicinal de esta planta se debe a los contenidos de alcaloides, taninos, f lavonoides y compuestos fenólicos que se encuentran en ella (Naczk, 2006). Específicamente, los compuestos fenólicos son un grupo de antioxidantes naturales, producto del metabolismo secundario de las plantas (Canelas y Olivares, 2002) que se encuentran particularmente en hierbas aromáticas, frutas, vegetales y cereales, por lo que su consumo provoca efectos benéficos para la salud (Naczk, 2006). La síntesis de estos compuestos en las plantas se debe a factores tanto intrínsecos (especie, variedad y tejido vegetal) como extrínsecos, (condiciones ambientales y de manejo agronómico) (Salas et al., 2012), por lo cual su manejo es una alternativa para incrementar la calidad fitoquímica de las plantas.
La agricultura orgánica en México cubre 400 000 ha, con una tasa media de crecimiento del 20% anual en los últimos 10 años; 90% de la producción orgánica es para exportación y está en continua expansión (SAGARPA, 2012). Por otra parte, la superficie que se cultiva orgánicamente para la producción comercial de hierbas aromáticas es de 8351 ha, de las cuales 5% está dedicada a albahaca, con un rendimiento promedio de 6 Mg ha-1 (SIAP, 2012). Los estados productores de albahaca en diferentes tipos de producción son: Baja California (invernadero), Morelos, Nayarit (convencional) y Baja California Sur (orgánico), siendo éste estado el mayor productor de ésta hierba, que es destinada a la exportación (Sánchez y Lucero, 2012). Estudios realizados por Hochmut et al. (2008), demostraron la productividad de la albahaca en condiciones protegidas con la aplicación de soluciones nutritivas preparadas a partir de fertilizantes orgánicos certificados (Black Hen, Fertrell 3-2-3, Osmocote 19-6-12), en el estado de Florida, USA. No obstante, en este estudio únicamente se evaluó el efecto de la fertilización orgánica sobre el rendimiento. En diferentes estudios se ha comprobado la eficiencia de soluciones nutritivas orgánicas a base de composta, vermicomposta e inclusive de lixiviados de vermicomposta en la producción de cultivos con calidad fitoquímica (Campos et al. , 2013; González et al , 2013; Moreno et al. , 2014). Es probable que al utilizar una solución elaborada con alguna de las variantes de la composta se incremente la calidad de la albahaca, así como de algunos de sus componentes de rendimiento; sin embrago, estudios relacionados con estos temas son escasos. Por lo anterior, el objetivo de este trabajo fue evaluar los componentes de rendimiento de albahaca producida con tres tipos de solución nutritiva orgánica en invernadero, con el fin de establecer un esquema de producción en invernadero en una región árida de México como la Comarca Lagunera.
Materiales y métodos
Ubicación
El estudio fue establecido bajo condiciones de invernadero con enfriamiento semiautomático en el Instituto Tecnológico de Torreón, en Torreón Coahuila, México, la institución se localiza en la Comarca Lagunera (24° 22'-26° 23' N, 102° 22'-104° 47' O) al norte de México, a una altitud de 1139 m, con precipitación de 235 mm y temperatura media anual de 18.6 ºC (Moreno et al. , 2014).
Material Vegetativo y Condiciones de Crecimiento
El material vegetal en este estudio fue albahaca (Ocimum basilicum L.) variedad Nufar, ya que estudios realizados reportan que esta planta produce altos contenidos de compuestos fenólicos y antioxidantes (Lee et al., 2005). Inicialmente, la siembra se efectuó de forma manual en un contenedor de poliestireno de 35 × 20 cm con Peat Moss Pro-Mix (r) (Premier Tech, Ltd. Quebec, Canadá); la cual se mantuvo en condiciones húmedas con agua potable en un medio cubierto con plástico transparente a temperatura ambiente (35±2 °C) hasta que las semillas germinaron. Posteriormente, las plántulas fueron trasplantadas, al aparecer las dos primeras hojas (González et al., 2013), en una charola de poliestireno con 200 cavidades de 25 cm3 cada una, donde una plántula correspondió a una cavidad. Se regó de manera manual, con una regadera, una vez al día, por la mañana, en cantidad necesaria para humedecer la superficie. Cuando la planta alcanzó una altura de 0.15-0.20 m y aparecieron tres o cuatro hojas verdaderas (González et al. , 2013), se efectuó nuevamente un trasplante a macetas de poliestireno color negro de 7 L de capacidad, que contenían sustrato.
Sustratos
El número total de macetas que se utilizaron fueron 32, en 16 de ellas se depositaron cinco litros de arena (A) en cada una; mientras que en el resto se colocaron cinco litros de una mezcla de perlita con arena (PA) (relación porcentual 80:20, respectivamente) en cada una. Los sustratos en las macetas se desinfectaron con una solución de hipoclorito de sodio al 5% y se lavaron con agua para eliminar el exceso de hipoclorito (Rodríguez et al., 2009).
Soluciones Nutritivas
Cuatro soluciones nutritivas fueron utilizadas, una preparada a partir de fertilizantes sintéticos y tres orgánicas.
La solución química universal de Steiner (SQ) se preparó con fertilizantes comerciales de alta solubilidad en un dispositivo conectado a una bomba de aire, con la finalidad de proporcionarle oxígeno al agua y nutrimentos esenciales en forma iónica (Rodríguez et al., 2011). La solución nutritiva debe estar balanceada químicamente en sus macro nutrimentos: K+, Ca2+ y Mg2+ para los cationes y NO3-, H2PO4- y SO42-, para el caso de los aniones (Steiner, 1984).
Tres soluciones nutritivas orgánicas se prepararon a partir de composta (SC) y vermicomposta (SV) (Cuadro 1), que se obtuvieron de excretas de bovino (Mamani et al. , 2012). La composta se preparó mediante un proceso aeróbico (Ochoa et al., 2009) y para la vermicomposta se empleó la lombriz Eisenia foétida por ser un organismo capaz de generar un abono orgánico de excelente calidad (González et al., 2012). Aparte, se colectaron los lixiviados que se produjeron durante el proceso de vermicompostaje. En la preparación de las soluciones nutritivas orgánicas, la composta y vermicomposta fueron sometidos a fermentación aeróbica en agua, (Rippy et al., 2004; Ochoa et al. , 2009); para lo cual, 60 L de agua fueron oxigenados en dos tanques de 200 L (uno por cada componente orgánico) con una bomba de aire durante dos horas. Después de transcurrido el tiempo, seis kilogramos del componente orgánico se agregaron al tanque respectivo, así como 0.40 kg de piloncillo a cada tanque como fuente de energía para los microorganismos. La oxigenación de ambas preparaciones continuó hasta el fin del proceso (24 h). El líquido obtenido después de 24 h fue filtrado a través de una malla de plástico. Por otra parte, para la preparación del lixiviado de vermicomposta (LV) (Cuadro 1), se depositaron 60 L de agua natural en un tanque de 200 L y se oxigenaron mediante una bomba de aire durante dos horas; luego se agregaron 6 L de lixiviado de vermicomposta y la oxigenación fue continua hasta el fin del proceso (Rodríguez et al., 2011). Todas las soluciones fueron ajustadas a una conductividad eléctrica de 2 dS m-1, con agua potable para evitar problemas de fitotoxicidad (Carballo et al., 2009; Oliva-Llaven et al., 2010). El pH fue ajustado a 5.5 con H2SO4. Las soluciones que se obtuvieron y sus contenidos nutrimentales aparecen en el Cuadro 1. Estas soluciones se utilizaron en el fertirriego de las plantas de albahaca, por su contenido de nutrientes solubles y compuestos benéficos para las especies vegetales (Rippy et al. , 2004; Ochoa et al. , 2009).
Preparación de Muestras para la Determinación de Compuestos Fenólicos Totales
Las hojas frescas de albahaca fueron lavadas con solución de hipoclorito de sodio al 3%, extendiéndose en papel estraza y secadas a temperatura ambiente (25 °C ± 2) durante 15 días. Las muestras se molieron en una licuadora Hamilton Beach y se almacenaron a 5 °C para la obtención de extractos (Ramos et al., 2012).
Obtención de Extractos
Se mezclaron 150 mg de muestra seca en 5 ml de metanol al 70% en tubos CORNING Centrisar TM con tapa de rosca y capacidad de 14 ml, los cuales fueron colocados en un agitador Test Tube Rocker a 20 rpm (marca UNICO modelo L-TTR-200) durante cuatro horas. Los tubos fueron centrifugados a 3000 rpm durante cinco minutos y el sobrenadante fue extraído para su análisis.
Compuestos Fenólicos Totales
El contenido de compuestos fenólicos totales en extracto metanólico fue cuantificado con base en el método Folin-Ciocalteau (Singleton, et al., 1998). Se tomaron 300 µl de la dilución de la muestra y se agregaron 1680 µl de agua destilada y 120 µl de reactivo de Folin-Ciocalteau, se mezcló vigorosamente en vortex a 2500 rpm durante 10 s, después se dejó reposar durante 30 minutos exactos. Transcurrido ese tiempo, se agregaron 0.9 ml de carbonato de sodio al 7.5% (p/v) y se mezcló en vortex a 2500 rpm durante 10 segundos, luego se dejó reposar a temperatura ambiente durante 30 min y se leyó la absorbancia a 765 nm en espectrofotómetro GENESYS 6.
El contenido fenólico se calculó mediante una curva patrón usando ácido gálico (Sigma, St. Louis, Missouri, EEUU) y los resultados se reportaron en mg de ácido gálico equivalente por g de muestra en base seca (mg AG equiv / g BS). Los análisis fueron realizados por triplicado.
Diseño Experimental
El estudio consistió del análisis de dos factores, A (sustratos) con dos niveles y B (soluciones nutritivas), con cuatro niveles, de tal manera que se generaron ocho tratamientos con cuatro repeticiones formando un total de 32 unidades experimentales; en un diseño factorial completamente al azar y un arreglo en cuatro líneas con una distancia entre macetas de 0.50 m.
Variables Evaluadas
Siete variables en planta fueron analizadas para determinar el efecto de los factores de estudio: clorofila (unidades SPAD), altura de planta (cm), rendimiento (g) número de hojas, área foliar por planta (cm2), materia seca por planta (g) y concentración de compuestos fenólicos. El contenido de clorofila se midió de manera indirecta con un equipo SPAD-501 (Minolta) al inicio de la f loración, en hojas jóvenes completamente expandidas correspondientes a cuatro plantas por tratamiento; en cada planta se realizaron tres mediciones y con el mismo equipo se registró el promedio generado (González et al., 2013). La altura de la planta fue medida desde la parte basal a la parte apical con una cinta métrica retráctil de 5 m de longitud, un día antes de la cosecha (González et al. , 2013). Las hojas fueron separadas de los tallos y pesadas en una balanza electrónica de precisión (KERN & SOHN, Alemania), el peso fresco total se obtuvo de la suma del peso de hojas y tallos. El área foliar fue medida usando un analizador Láser Portátil CID Ref. CI-202, como lo establecen Ky-Dembele et al., 2010 y Coggliati et al. , 2010. Hojas y tallos fueron depositadas en bolsas de papel estraza debidamente etiquetadas para luego secarlos a temperatura ambiente (Murillo, et al., 2007). Los pesos secos de hojas y tallos se obtuvieron con la misma balanza electrónica. Posteriormente, las hojas secas fueron molidas en una licuadora Hamilton Beach para someterlas a una solución de metanol como solvente, para extraer los compuestos fenólicos El contenido total de compuestos fenólicos en el extracto metanólico de albahaca, se cuantificó mediante el método Folin-Ciocalteau (Singleton et al., 1998).
Análisis Estadístico
Los resultados obtenidos fueron sometidos a un análisis de varianza y una comparación de medias mediante la prueba de Tukey (P ≤ 0.05), usando el programa estadístico SAS (1999) versión 9.0.
Resultados y discusión
Los resultados del desarrollo fenológico del cultivo fueron los siguientes:
Clorofila
Los tratamientos LV-PA y LV-A mostraron 39 unidades SPAD de clorofila, mayor que el resto de los tratamientos (Cuadro 2). No obstante, no se encontraron diferencias estadísticamente significativas (P ≤ 0.05) entre tratamientos. La síntesis de clorofila requiere nitrógeno ya que parte de ésta molécula está involucrado en el proceso de la fotosíntesis (Rincón y Ligarreto, 2010). Aunque el contenido de nitrógeno sea mayor en la solución química, el resultado similar con los orgánicos puede deberse a la actividad microbiana, de estos últimos aportando aminoácidos y nitratos (Campos et al. , 2013). El resultado señala que los tres tratamientos orgánicos podrían representar una opción viable como fuente de nutrientes para albahaca en invernadero.
† Datos expresados como mg equivalente de ácido gálico por g base seca. SPAD = contenido relativo de clorofila; SQ = solución química; PA = perlita-arena; A = arena; LV = lixiviado de vermicomposta; SC = solución de composta; SV = solución de vermicomposta. Letras distintas en la misma columna indican diferencias significativas, según la prueba de Tukey (P ≤ .05).
Cuadro 2 Comparación de medias de las variables evaluadas en albahaca bajo diferentes soluciones nutritivas y sustratos.
Altura de Planta
Desde el punto de vista agronómico la altura de planta, número y tamaño de hojas son indicadores de crecimiento en sistemas orgánicos (Fenech-Larios et al. , 2008).
Respecto a los tratamientos, en SQ-A se produjeron plantas con mayor altura que con los demás tratamientos (Cuadro 2). Existió diferencia significativa en altura de planta debido al tipo de sustrato y solución nutritiva (Cuadro 3). Los tratamientos con sustrato A presentaron plantas más altas (74 cm, en promedio), que las plantas en el sustrato PA (66 cm, en promedio). La arena que se utilizó tenía partículas de arena media (tamaño de partícula de 0.25 a 0.5 mm) que hacen de ésta un sustrato deseable (Calderón y Cevallos, 2003), pues sus propiedades físicas como porosidad, drenaje rápido y buena aireación, son óptimas para el desarrollo de cultivos (Ansorena, 1994), lo que explica la altura alcanzada. Los resultados anteriores señalan que el volumen lixiviado es afectado por el sustrato en otoño-invierno durante la floración y fructificación bajo condiciones de invernadero, la utilización de arena como sustrato disminuye el lixiviado, por lo que resulta mejor que la mezcla perlita-arena, ya que es más eficiente en el uso de soluciones nutritivas (Yescas et al., 2011). Sin embargo, Bastida (2004), señala que no existe un material que reúna todas las propiedades físicas y químicas óptimas para todos los usos.
† Datos expresados como mg equivalente de ácido gálico por g base seca. Medias con diferente letra en la misma columna y factor indican diferencia significativa, según la prueba de Tukey (P ≤ .05). ns = no significativo, * = significativo α = .05, ** = altamente significativo α = .01.
Cuadro 3 Parámetros evaluados en albahaca bajo las soluciones nutritivas química (SQ), lixiviado de vermicompost (LV), solución de compost (SC), solución de vermicompost (SV) y dos sustratos arena (A) y perlita-arena (PA).
Las plantas fertilizadas con solución nutritiva de composta y vermicomposta no fueron significativamente diferentes en comparación con las fertilizadas con químicos (Cuadro 3), por lo que se presume que ésta podría ser sustituida por cualquiera de las dos soluciones nutritivas anteriores. Respecto a esto, Arcos et al. (2010) señalan que el crecimiento de la planta está mediado por el aporte de energía, agua, aire y nutrientes y por la presencia de citoquininas y auxinas presentes en las soluciones nutritivas orgánicas, presumiblemente sintetizadas por microorganismos debido a la abundancia de poblaciones de comunidades microbianas en la vermicomposta (Zhang et al., 2014).
Número de Hojas
El mayor NH se obtuvo en el tratamiento SQ-PA (103 hojas). Con el sustrato A y las SC y SV las plantas tuvieron el mismo promedio en cuanto al número de hojas (Cuadro 2).
No existió diferencia significativa en cuanto a los sustratos (Cuadro 3), por lo que se presume que para la producción de hoja, los dos son adecuados. El número de hojas mostró diferencia significativa entre las soluciones nutritivas; las plantas fertirrigadas con SQ produjeron mayor cantidad de hojas, seguido por la SC. El menor número de hojas fue producido por las plantas fertirrigadas con LV (Cuadro 3). La interacción sustrato * solución nutritiva resultó altamente significativa (Cuadro 3).
Área Foliar
El área foliar fue afectada significativamente por los factores estudiados (Cuadro 3), y la interacción también resultó altamente significativa. La mayor área foliar se presentó en el tratamiento SV-A, seguida de SQ-PA.
Las plantas en el sustrato A presentaron mayor área foliar que en el sustrato PA; la diferencia puede explicarse debido a las características físicas de los mismos, como la densidad aparente, la capacidad de retención de humedad, la capacidad de intercambio catiónico, así como la relación aire/agua, lo cual afecta la capacidad del sistema radicular de la planta para crecer en el sustrato, proveerle fuerza de sostenimiento y anclaje y asimilar eficientemente los nutrientes (Baixauli y Aguilar, 2002), por lo tanto la arena pudo ejercer un mejor efecto sobre la capacidad de asimilación de nutrientes. Estos resultados son consistentes al asociarse con las propiedades físicas de la arena, en cuanto a la densidad aparente y al agua fácilmente disponible que favorece la asimilación de nutrientes, a diferencia de las plantas que crecieron en AP, que presentaron menores valores de densidad aparente y agua fácilmente disponible (Baixauli y Aguilar, 2002). Según Hidalgo et al. (2009), la vermicomposta contiene sustancias fenólicas que activan los procesos de respiración y con ello, el metabolismo y la absorción vegetal. El resultado de área foliar encontrado en el presente trabajo muestra la misma tendencia que en otras investigaciones en las que se han probado tratamientos con y sin materiales compostados y fertilización química en diferentes cultivos (Cruz et al., 2012). Los valores encontrados para el sustrato coinciden con el trabajo de Contreras y Gómez (2008), que reportan valores de área foliar de 901 cm2 al evaluar tres variedades de albahaca (Nufar, Genovese y Aromaz).
En cuanto a la aplicación de soluciones nutritivas, se observó que el área foliar fue significativamente mayor al aplicar solución química, y muy similar en la solución de vermicomposta y solución de composta (Cuadro 3). Estos resultados no concuerdan con lo reportado en otros trabajos que mencionan que la aplicación de ef luentes orgánicos vía foliar o adicionados al suelo, favorecen la sanidad vegetal y aumentan el rendimiento en plantas aromáticas, debido principalmente a que contienen microorganismos benéficos favorables para la absorción de los nutrientes esenciales en forma iónica (Ingham, 2005; Pant et al., 2011; Albert et al., 2012; González et al., 2013).
La interacción sustrato*solución nutritiva resultó altamente significativa (Cuadro 3).
Rendimiento
Para el factor sustrato, no hubo diferencia significativa (P ≤ 0.05), por lo que se presume que los dos sustratos son aptos para el cultivo de albahaca.
Los resultados de rendimiento indican diferencias (P ≤ 0.05) atribuibles al tipo de solución nutritiva utilizada, observándose que el mayor valor se obtuvo al aplicar solución SQ a las plantas, seguido por LV y SC; el menor rendimiento se obtuvo al fertilizar con la SVC (Cuadro 3).
Resultados similares fueron reportados por Ochoa et al. (2009), quienes encontraron menor rendimiento en cultivos fertilizados con soluciones nutritivas orgánicas. En este sentido, García et al. (2008), reportan que la dilución de las soluciones orgánicas, con la finalidad de disminuir la conductividad eléctrica (CE), disminuye la concentración de nutrientes, lo que incide directamente en el rendimiento, lo cual probablemente afectó a las unidades experimentales en este trabajo. Sin embargo, los valores de rendimiento observados pueden considerarse aceptables, se encuentran dentro de los rangos reportados en otros trabajos, van desde 56 hasta 90 g planta-1 (Hochmut et al., 2008), por lo que puede considerarse que el uso de soluciones nutritivas orgánicas es una alternativa ecológica y sustentable para este tipo de especies.
La interacción sustrato*solución nutritiva, resultó no significativa.
Materia Seca
En el sustrato PA se observa que la mayor cantidad de materia seca fue producida por las plantas fertilizadas con SQ, seguida por el LV y SC, en tanto que para A, la fertilización con SV produjo rendimientos similares a los obtenidos con la solución química (Cuadro 2).
El análisis estadístico para esta variable, no detectó diferencia significativa con respecto al uso de estos sustratos ni a las soluciones nutritivas; sin embargo, se presentó mayor cantidad de materia seca en las plantas nutridas con solución química. Por otra parte, la interacción sustrato * solución nutritiva resultó significativa.
Compuestos Fenólicos Totales
El contenido de compuestos fenólicos totales en albahaca presentó diferencias significativas (P ≤ 0.05) entre tratamientos, encontrándose en niveles de 0.55% en base seca.
En cuanto al factor sustrato, el contenido de compuestos fenólicos totales en las plantas fue mayor en un 23% en arena que en la mezcla perlita-arena (Cuadro 3). Según Baixauli y Aguilar (2002), los tamaños de partícula de la arena van de 0.02 hasta 2 mm por lo que la capacidad de retención de agua fácilmente disponible es alta y presenta un buen drenaje, además de un adecuado contenido de aire (Calderón y Cevallos, 2003), lo que puede inf luir en la disponibilidad de nutrientes. Para el factor tipo de solución nutritiva, se observó diferencia significativa (P ≤ 0.05); los extractos de plantas tratadas con soluciones de origen orgánico presentaron mayor contenido de compuestos fenólicos totales. El mayor contenido se presentó en las plantas tratadas con solución de vermicomposta, seguida por la solución de composta, lixiviado de vermicomposta y, finalmente la solución nutritiva Steiner que aportó el menor contenido de compuestos fenólicos totales (Cuadro 3). Niveles más altos de compuestos fenólicos fueron encontrados por Taie et al. (2010), al tratar albahaca con sustancias nutritivas orgánicas contra fertilización química, lo que podría ser explicado por las diferencias en las condiciones de crecimiento de la planta y el origen de las fuentes orgánicas (Dossier FiBL, 2007).
Conclusiones
En la evaluación de los componentes de rendimiento de albahaca producida con tres tipos de solución nutritiva orgánica en invernadero, se encontró que el uso de soluciones nutritivas orgánicas permitió el desarrollo del cultivo inf luyendo significativamente en los parámetros altura de planta (AP), área foliar (AF) y compuestos fenólicos totales (CFT). El mejor desarrollo vegetativo fue en el sustrato arena (A). El tratamiento solución de composta-arena (SC-A) generó mayor cantidad de CFT (7.6 mg AG equiv / g BS) que la fertilización química (4.8 mg AG equiv / g BS en SQ-PA y 4.4 mg AG equiv / g BS en SQ-A). Dado el interés creciente que existe actualmente por la producción sustentable y por los beneficios que los fitoquímicos aportan a la salud, se concluye que la albahaca orgánica es un cultivo con potencial productivo en la Comarca Lagunera bajo condiciones de invernadero.
