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Introducción
El tomate (Solanum lycopersicum L.) es de los cultivos hortícolas más importantes del mundo debido a su alto valor nutritivo y económico (Benazzouk et al., 2020). El primer productor a nivel mundial es China con 182 301395 toneladas (FAO, 2017). Este cultivo es producido principalmente bajo sistemas intensivos con elevado uso de agroquímicos que pueden tener efectos negativos sobre la salud humana y el medio ambiente (Sharma y Singhvi, 2017). En las próximas décadas, será crucial satisfacer las demandas de alimentos sin propiciar la degradación ambiental (García-González y Sommerfeld, 2016). La sociedad enfrenta un desafío no sólo para aumentar la producción agrícola en medio del cambio climático global que amenaza con disminuir las cosechas en muchas áreas del mundo, sino también para desarrollar tecnologías innovadoras que aumenten los rendimientos agrícolas, minimicen los insumos y eviten una mayor contaminación ambiental (Foley et al., 2011).
Los bioestimulantes se consideran una alternativa ecológica viable y sostenible para sustituir el uso de agroquímicos, ya que no solo mejoran la producción agrícola, sino que también disminuyen la contaminación ambiental (Kawalekar, 2013). Estos bioproductos contienen microorganismos vivos o compuestos naturales derivados de organismos como bacterias, hongos y algas que mejoran el crecimiento de las plantas y restauran la fertilidad del suelo (Abdel-Raouf et al., 2012).
Diversas formulaciones derivadas de quitina son utilizadas como bioestimulantes en la agricultura. Esta es obtenida del reciclaje de los desechos de exoesqueletos de camarones crustáceos y cangrejos (El Amerany et al., 2020). El derivado más utilizado en la agricultura es el quitosano, que se obtiene por la N-desacetilación de la quitina bajo condiciones alcalinas (Kumar, 2000). Este destaca por su biodegradabilidad, alto contenido en nitrógeno, hidrofobicidad, cristalinidad, conductividad iónica y alta viscosidad (Antony et al., 2019). Químicamente es un polímero lineal compuesto por unidades estructurales de 2-amino-2-desoxi-D-glucopiranosa que se conectan entre sí por enlaces glicosidicos 1.4 (Antony et al., 2019). Previamente ya se han reportado los efectos benéficos del quitosano para promover el crecimiento en plantas y aumentar la tolerancia al estrés biótico y abiótico (Pichyangkura y Chadchawan, 2015). Además, aplicado al suelo como nutriente vegetal también ha mostrado un efecto importante en el crecimiento de las plantas (Xu y Mou, 2018).
QuitoMax® es una formulación líquida a base de quitosano (4 g L-1, 0.5% de ácido acético y 0.07% de potasio iónico). Este producto ha sido utilizado ampliamente por vía foliar mostrando actividad antimicrobiana y promoviendo: la inducción de mecanismos de defensa, tolerancia a estrés abiótico y el crecimiento de diferentes cultivos (Falcón-Rodríguez et al., 2011; Jiménez-Arteaga et al., 2018; Bécquer-Granados et al., 2019; Reyes-Pérez et al., 2019). Sin embargo, otras formas de aplicación como imbibición de semilla y la adición en el sustrato para evaluar la respuesta agronómica en los cultivos ha sido poco estudiado. Se evaluó el efecto individual y combinado de la aplicación de quitosano por imbibición de semilla y vía foliar al inicio de floración sobre la respuesta agronómica de dos variedades de tomate cultivados a cielo abierto.
Materiales y Métodos
El estudio se realizó en el periodo comprendido entre diciembre 2016 y marzo 2017 con la variedad ESEN y en el periodo comprendido entre diciembre 2017 y marzo de 2018 con la variedad L-43, en el campo experimental (Departamento Docente-Productivo) de la Universidad de Granma, Bayamo (20° 22´ 54˝ N y 76° 38´ 34˝ O) Cuba. El cultivo se estableció en parcelas de 100 m2, con un marco de plantación de 0.90 × 0.30 m y 1 m entre parcelas, ubicado sobre un suelo de tipo Fluvisol (Cuadro 1). Las temperaturas mínimas-máximas del periodo 2016-2017 en el sitio fueron de 20 y 30 °C, mientras que para el periodo 2017-2018 fueron de 19 y 30 °C. La humedad relativa fue del 63 y 70% con una precipitación anual promedio de 1218 mm y 1321 mm para los años 2017 y 2018 respectivamente.
Table 1: Chemical soil analysis, experimental field of the University of Granma, Bayamo, Cuba.
| Profundidad | pH | P-asim. | MO | Cationes intercambiables | CIC | |||
| Na+ | K+ | Mg2+ | Ca2+ | |||||
| cm | H2O | mg kg-1 | % | - - - - cmol (+) kg-1 - - - - | cmol (+) kg-1 | |||
| 0-30 | 5.7 | 154 | 3.32 | 0.21 | 0.53 | 2.05 | 15.78 | 18.21 |
P-asim. = fósforo asimilable; MO = materia orgánica; CIC = capacidad de intercambio catiónico.
P-asim. = assimilable phosphorus; MO = organic matter; CIC = cation exchange capacity.
Para los experimentos se utilizaron las semillas certificadas de la variedad de tomate ESEN y la variedad L-43, se obtuvieron del programa de mejoramiento genético del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA) en CUBA. El bioestimulante QuitoMax® se obtuvo del Grupo de Productos Bioactivos del INCA en CUBA el cual presenta grado de acetilación (GA) de 12% disuelto en ácido acético al 1% y el pH se ajusta a 5.6 con KOH (Falcón-Rodríguez et al., 2015). Se emplearon cuatro tratamientos en un bloque al azar con tres repeticiones, para un total de 12 parcelas y 370 plantas por parcelas, las plántulas provienen de un semillero donde el 50% de las charolas fueron sembradas con semillas tratadas por imbibición durante 8 h con una solución de QuitoMax® a una concentración de 1 g L-1.
Tratamientos empleados en los dos períodos de cultivo
T1-Aplicación en las semillas e inicio de floración. (Posturas tratadas en semilleros y aplicación a inicio de floración).
T2- Aplicación en las semillas. (Posturas tratadas en semilleros).
T3- Aplicación en inicio de floración. (Posturas no tratadas en semilleros y aplicación a inicio de floración).
T4- Control. (Posturas no tratadas en ningún momento).
La dosis de QuitoMax® aplicada al inicio de la floración fue de 300 mg ha-1. La aplicación foliar se realizó con una mochila Matabi de 16 L de capacidad, humedeciendo bien las plantas en las primeras horas, después de que el roció había desaparecido.
Evaluaciones realizadas
Se escogieron 30 plantas (10 por repetición) para ambos períodos de cultivo y se evaluaron las variables:
-Número de flores por planta: Se realizó en floración masiva (50% de plantas con flores).
- Número de frutos por planta: Se realizó en fructificación masiva (50% de plantas con frutos) e inicio de la cosecha.
Se realizaron cinco cosechas, cada 7 días, escogiéndose 10 frutos por cada repetición (30 por tratamiento) donde se evaluó:
-Masa del fruto (g): Se pesaron los frutos en una balanza analítica.
-Diámetro ecuatorial (cm): Se midieron por su parte más ancha con un vernier.
-Diámetro polar (cm): Se midieron por su parte más alta con un vernier.
-Rendimiento (Mg ha-1): Se ponderó para una hectárea.
El análisis estadístico fue realizado con el paquete STATISTICA para Windows, versión 10 (StatSoft, 2011). Se realizaron análisis de varianza (ANOVA) de doble vía y cuando existió diferencias significativas entre los tratamientos, se aplicó una prueba de comparación múltiple de media por Tukey con un nivel de probabilidad de error de un 5% (α = 0.05).
Resultados y Discusión
Al evaluar el número de flores por tratamientos (Cuadro 2), se observa que para la variedad ESEN existió mayor número de flores en los tratamientos donde se aplicó quitosano por imbibición en las semillas (T2), aunque el tratamiento 3 no difiere del control en la fase de floración masiva. Jiménez-Arteaga et al. (2015), al evaluar QuitoMax® en el hibrido de tomate HA 3108, reportan incremento del número de flores en las plantas al compararlo con el tratamiento control, demostrando que este bioestimulante es capaz también de provocar cambios cuantitativos con relación al número de flores, lo que se corrobora con los resultados aquí mostrados.
Cuadro 2: Número de flores por plantas en la fase de floración masiva por tratamientos y variedades evaluadas.
Table 2: Number of flowers per plants in the massive flowering phase by treatments and varieties evaluated.
| Tratamientos | Variedad | |
| ESEN | L-43 | |
| T1- Aplicación en las semillas e inicio de floración | 23.6 a | 47.8 a |
| T2- Aplicación en las semillas | 23.6 a | 37.2 b |
| T3- Aplicación en inicio de floración | 20.3 ab | 28.90 c |
| T4- Control | 19.1 b | 11.5 d |
| EE | 1.04 | 0.45 |
Medias con letras iguales en la misma columna no difieren significativamente para la prueba de Tukey (P < 0.05). EE = error estándar de la media.
Means with the same letters in the same column do not differ significantly for Tukey’s test (P < 0.05). EE = standard error of the mean.
Con relación a la variedad L-43, es mayor el efecto producido por el quitosano cuando es aplicado en los tres tratamientos evaluados al compararlo con el tratamiento control, existiendo diferencias significativas entre ellos, siendo superior el tratamiento 1 cuando se aplica por imbibición en las semillas e inicio de floración el polímero, lo que demostró que, con dos aplicaciones, se obtienen mejores resultados en esta variable en esta variedad.
Los resultados mostrados en el Cuadro 2 concuerdan con Rodríguez-Reyes et al. (2013), quien aplicó QuitoMax® en concentraciones de 250, 300 y 350 mg ha-1 en el cultivo de tomate a inicio de floración, logrando un aumento de la floración en un 50% con relación al tratamiento control.
Los incrementos en el desarrollo foliar, incremento de la floración y del crecimiento de la planta, ha sido observado en solanáceas y leguminosas, así como de los rendimientos en soya y frijoles. Igualmente, se ha demostrado un efecto positivo en la activación del crecimiento en plantas ornamentales de crecimiento lento como la Areca, el Anturium y las Orquídeas, mediante la aspersión foliar de bioestimulantes en diferentes concentraciones y momentos de aplicación (Hernández et al., 2007).
En cuanto al número de frutos por plantas (Cuadro 3), para la variedad ESEN los mejores resultados se obtienen cuando se aplica el tratamiento 1, difiriendo significativamente del resto de los tratamientos. Para esta variedad no existe diferencia cuando el quitosano es aplicado en las semillas y el tratamiento control, en ambos casos se obtienen los valores más bajos de este indicador. Con relación a la variedad L-43, los tratamientos donde se aplicó el quitosano no difieren entre sí y a su vez los tres tratamientos difieren del tratamiento control.
Table 3: Number of fruits per plant in both varieties by applied treatments.
| Tratamientos | Variedad | |
| ESEN | L-43 | |
| T1- Aplicación en las semillas e inicio de floración | 15.5 a | 39.5 a |
| T2- Aplicación en las semillas | 8.7 c | 38.7 a |
| T3- Aplicación en inicio de floración | 10.9 b | 37.3 a |
| T4- Control | 8.6 c | 29.0 d |
| EE | 0.054 | 0.56 |
Medias con letras iguales en la misma columna no difieren significativamente para la prueba de Tukey (P < 0.05). EE = error estándar de la media.
Means with the same letters in the same column do not differ significantly for Tukey’s test (P < 0.05). EE = standard error of the mean.
Este efecto es mencionado por Morales et al. (2016) al evaluar el efecto de diferentes dosis y momentos de aplicación foliar de quitosano sobre el crecimiento y rendimiento del cultivo del frijol (Phaseolus vulgaris L.), el número de flores, obteniendo una mayor floración cuando las plantas recibieron dos aplicaciones de quitosano, por imbibición y foliar a los 20-25 días después de la siembra, lo que coincide con los resultados de este trabajo.
Con respecto a la masa de los frutos, se encontraron diferencias significativas entre tratamientos, donde T1 es el que muestra mejor comportamiento para las dos variedades estudiadas (Cuadro 4). Díaz-Martín et al. (2013) al aplicar bioestimulantes en la variedad Vyta reportó también diferencias con el tratamiento control donde fue de 48.22 g incrementándose hasta 82.2 g, demostrando que el cultivo del tomate responde satisfactoriamente a la aplicación de bioestimulantes.
Table 4: Mass of the fruits in the two varieties evaluated by applied treatment (g).
| Tratamientos | Variedad | |
| ESEN | L-43 | |
| T1- Aplicación en las semillas e inicio de floración | 180 a | 154 a |
| T2- Aplicación en las semillas | 145 c | 140 c |
| T3- Aplicación en inicio de floración | 160 b | 149 b |
| T4- Control | 138 d | 132 d |
| EE | 0.25 | 0.34 |
Medias con letras iguales en la misma columna no difieren significativamente para la prueba de Tukey (P < 0.05). EE = error estándar de la media.
Means with the same letters in the same column do not differ significantly for Tukey’s test (P < 0.05). EE = standard error of the mean.
Los resultados obtenidos relacionados con el efecto benéfico con quitosano coinciden con los obtenidos por Terry et al. (2017) en el cultivo de tomate, favoreciendo el número de racimos, flores y frutos, alcanzándose el mayor valor en los tratamientos donde se embebieron las semillas con las concentraciones de 1, 0 g L-1 del producto.
Al evaluar la incidencia del polímero sobre el diámetro ecuatorial (Cuadro 5), se observa que no existe diferencias significativas entre los tratamientos para la variedad ESEN, sin embargo para la variedad L-43 si se manifestó diferencias significativas entre los tratamientos, siendo mayor cuando se aplica en las semillas e inicio de floración (T1) e inicio de floración (T3), los cuales superan significativamente al tratamiento T2 y al tratamiento control y entre estos dos últimos no hay diferencias significativas.
Table 5: Equatorial diameter of the fruits by varieties and treatments (cm).
| Tratamientos | Variedad | |
| ESEN | L-43 | |
| T1- Aplicación en las semillas e inicio de floración | 6.63 a. | 4.82 a |
| T2- Aplicación en las semillas | 6.67 a | 4.10 b |
| T3- Aplicación en inicio de floración | 6.86 a | 4.51 a |
| T4- Control | 6.43 a | 3.77 b |
| EE | 0.08 | 0.04 |
Medias con letras iguales en la misma columna no difieren significativamente para la prueba de Tukey (P < 0.05). EE = error estándar de la media.
Means with the same letters in the same column do not differ significantly for Tukey’s test (P < 0.05). EE = standard error of the mean.
FAO (2018) clasifica los tomates en cuatro categorías que van desde pequeño (máximo 4.7 cm) hasta extra (> 7.0 cm), situando al fruto de la variedad ESEN en la categoría grande y la variedad L-43 existió una tendencia a que sus frutos se clasificaran dentro de la categoría pequeños, excepto los frutos obtenidos en el tratamiento 1 que se ubicaron en la categoría mediano.
Similar al comportamiento anterior, se obtuvo al evaluar el diámetro polar (Cuadro 6), donde la variedad ESEN, no presentó diferencias significativas entre los tratamientos y si la variedad L-43 mostró diferencias entre los tratamientos donde se aplicó el quitosano y el tratamiento control. Ambuludi (20151) con respecto al diámetro polar y ecuatorial del fruto de tomate, reporta que en la primera cosecha no existió diferencias significativas; en las evaluaciones de los tratamientos 75 g L-1 y 1.5 g L-1 de quitosano en forma, los cuales paulatinamente incrementaron significativamente estas variables. Avedaño (2017) al aplicar diferentes bioestimulantes en la variedad LIA, para la variable diámetro polar del fruto en los dos mejores tratamientos obtuvo valores de 7.22 y 6.96 cm respectivamente, los cuales son superiores a los resultados mostrados en el Cuadro 6 pero es debido a las características morfológicas de esta variedad, demostrando lo obtenido con la variedad L-43 que la aplicación de bioestimulantes puede causar variaciones del diámetro polar con relación al tratamiento control.
Table 6: Polar diameter of the fruits in the two varieties and applied treatments (g).
| Tratamientos | Variedad | |
| ESEN | L-43 | |
| T1- Aplicación en las semillas e inicio de floración | 5.83 a | 6.39 a |
| T2- Aplicación en las semillas | 5.91 a | 6.9 a |
| T3- Aplicación en inicio de floración | 6.04 a | 6.38 a |
| T4- Control | 5.61 a | 5.07 b |
| EE | 0.06 | 0.05 |
Medias con letras iguales en la misma columna no difieren significativamente para la prueba de Tukey (P < 0.05). EE = error estándar de la media.
Means with the same letters in the same column do not differ significantly for Tukey’s test (P < 0.05). EE = standard error of the mean.
Rendimiento obtenido por variedades
Variedad ESEN
En la Figura 1 se puede apreciar que el rendimiento obtenido al aplicar quitosano en las semillas e inicio de floración (T1), supera significativamente al resto de los tratamientos, sin embargo, cuando se aplica a las semillas (T2) e inicio de floración (T3) no existe diferencias entre estos tratamientos, los tres tratamientos donde se aplicó el producto superan al tratamiento control. Para el caso de esta variedad las variables que más pudieron influir son la masa de los frutos y el número de frutos por plantas. Los rendimientos presentados son significativos para la provincia Granma ya que estos oscilaron entre 47 y 60.9 Mg ha-1 en los tratamientos donde se aplicó quitosano por 43 Mg ha-1 en el tratamiento control, representando un incremento entre 9 y 30% al aplicar el polímero.
Figura 1: Evaluación del rendimiento (Mg ha-1) en variedades de tomate ESEN y L-43. Se aplicó Quitomax® en los siguientes tratamientos: T1 = semillas (1 g L-1) e inicio de floración (300 mg ha-1); T2 = semillas (1 g L-1); T3 = inicio de floración (300 mg ha-1); T4 = control (posturas no tratadas). Los datos en columnas con letras diferentes son significativamente diferentes para la prueba de Tukey (P < 0.05).
Figure 1: Yield evaluation (Mg ha-1) in ESEN and L-43 tomato varieties. Quitomax® was applied in the following treatments: T1 = seeds (1 g L-1) and beginning of flowering (300 mg ha-1); T2 = seeds (1 g L-1); T = 3 beginning of flowering (300 mg ha-1); T4 = control (Postures not treated). The data in columns with different letters are significantly different for Tukey’s test (P < 0.05).
Avedaño (2017), al evaluar diferentes bioestimulantes en el cultivo del tomate variedad LIA obtuvo rendimiento de 69.4 Mg ha-1 y el tratamiento control fue de 59.58 Mg ha-1 o sea estos oscilaron entre 8 y 14% siendo inferior a los obtenidos en esta investigación. Álvarez-Rodríguez et al. (2015) desarrollaron un experimento en áreas agrícolas de la granja hortícola "Brisas" del municipio de Holguín, Cuba, sobre un suelo Pardo Sialítico, evaluando diferentes dosis del bionutriente Fitomas-E (0.3 L ha‑1; 0.5 L ha-1; 0.7 L ha-1; 0.9 L ha-1 y 1 L ha-1), sobre el desarrollo vegetativo y los rendimientos agrícolas del cultivo del tomate, híbrido HA 30-19 (Galina) de igual procedencia que la variedad ESEN, demostraron que los mejores resultados con relación al rendimiento y sus componentes se alcanzaron con la dosis de 0.7 L ha-1 con 62.2 Mg ha-1, el cual es ligeramente superior al obtenido en este trabajo, pero demuestra que la variedad ESEN responde favorablemente a la aplicación de bioestimulantes.
Terry et al. (2017), en cuanto al rendimiento agrícola al aplicar quitosano en las semillas e inicio de floración señalan que las aplicaciones del producto en sus diferentes formas influyeron positivamente en este indicador productivo, corroborando los resultados obtenidos en este trabajo.
Variedad L-43
La respuesta a la aplicación de con quitosano en cuanto a la variable rendimiento fue diferente a la brindada por la variedad ESEN (Figura 1). En este caso el mejor resultado se logra cuando se aplica el producto a las semillas e inicio de floración (T1), difiriendo significativamente del resto y entre el T2 y el tratamiento control no existe diferencias significativas por lo que parece ser que el efecto del polímero no perdura hasta la fase de fructificación, pero el tratamiento donde se aplica el bioproducto a inicio de floración si tiene diferencias significativas con T2 y T4 (aplicación en las semillas y control), demostrando que la aplicación a inicio de floración podría ser el momento clave donde no se debe dejar de aplicar este producto. En adición al anterior evaluando la aplicación del quitosano en diferentes momentos. Midiendo las variables de altura final de la planta y componentes del rendimiento, para tal efecto realizando tratamientos a la semilla con una concentración de 1 g L-1 y aspersiones foliares a una dosis de 360 mg L-1 en dos momentos a los 25 y 60 dd. La mejor respuesta del cultivar se obtuvo al tratar la semilla y cuando recibieron las dos aplicaciones foliares con quitosano (Rodríguez-Pedroso et al., 2017).
En general, se han obtenido resultados benéficos al aplicar quitosano en tratamientos a las semillas, a las raíces de las plantas o por aspersión foliar en el inicio de floración de acuerdo con los resultados obtenidos por Chun y Chandrasekaran (2019). Por otra parte, resultados similares a los encontrados en este trabajo han sido publicados a partir de estudios realizados en diferentes cultivos como tomate, cártamo (Carthamus tinctorius L.) y girasol (Helianthus annuus L.), en aras de determinar las potencialidades de los polímeros de quitosanas, en los que lograron estimular el crecimiento mediante imbibición de semillas en estadios de semilleros, así como, los rendimientos por aspersión foliar en campo con resultados promisorios obtenidos por Rodríguez et al. (2014).
También, se señala que la aplicación de bioestimulantes, potencia las auxinas que intervienen en el proceso de reproducción vegetal, ocurriendo un sinergismo entre las sustancias aplicadas y las hormonas naturales de las plantas (Sathiyabama et al., 2014), lo cual hace pensar que similar comportamiento sucede cuando se aplica el quitosano al cultivo del tomate, logrando estimular desde el crecimiento hasta el rendimiento. La respuesta favorable de los indicadores productivos puede deberse a que la aspersión foliar con quitosano estimuló los procesos fisiológicos de las plantas, incrementando el tamaño de las células, lo cual hace más asimilable los nutrientes por las mismas efecto promulgado por Hadwiger (2013).
Por otra parte, este efecto también pudo estar relacionado con la capacidad del producto de actuar como antitranspirante al provocar un cierre parcial o total de las estomas, favoreciendo el estado hídrico de la planta y otros procesos fisiológicos que contribuyen a aumentar la producción de biomasa y el rendimiento agrícola, a la vez que reduce las pérdidas de agua en las plantas según Mansilla et al. (2013).
Conclusiones
La mejor respuesta agronómica para ambas variedades se obtienen con la combinación de aplicar tratamientos con quitosano en las semillas en dosis de 1 g L- 1 y a inicio de floración en dosis de 300 mg ha-1 (T1) el cual estimuló las variables evaluadas asociadas al rendimiento, incrementando este, hasta 60.9 Mg ha-1 en la variedad ESEN y hasta 27 Mg ha-1 en la variedad L-43, lo que representa un 28.5 y 25% de incremento respectivamente, al compararlo con el tratamiento control donde se obtuvo 43 Mg ha-1 para la primera y 20 Mg ha-1 para la segunda.
Fondos
La fuente de financiamiento de esta investigación corresponde al proyecto Empresarial “Mejoramiento del rendimiento y calidad de los cultivos del tomate, pimiento, frijol, y maíz en fase de extensión aplicando Quitomax”. Financiado por la Empresa de Cultivos Varios Paquito Rosales de Veguita. Provincia Granma. Cuba.
Contribución de los Autores
Conceptualización: L.G.G. y A.B.F.R. Metodología: X.X. Software: X.X. Validación: X.X., Y.Y. y Z.Z. Análisis formal: T.R.G. y L.G.G.G. Investigación: T.B.F. Recursos: X.X. Curación de datos: A.F.R. y J.C.T.S. Escritura: preparación del borrador original, L.G.G.G. y A.F.R. Escritura: revisión y edición: T.R.G. Visualización: T.B.F. Supervisión: T.R.G. Adquisición de fondos: L.G.G.G.
