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Introducción
Los nanomateriales tienen el potencial de mejorar los sistemas de cultivo, al optimizar la utilización de los nutrientes (Lowry et al. 2019), y mejorar funciones fisiológicas en la planta, lo que permite mayor tolerancia ante diferentes condiciones de estrés ambiental (Kausar et al. 2023). Además, promueven la resiliencia de las plantas contra diferentes enfermedades (Kah et al. 2019). Su tamaño (<100 nm) les permite cruzar barreras biológicas, transportándose por el sistema vascular de la planta después de la aplicación foliar, en la raíz o semillas (Munir et al. 2018, Rossi et al. 2019, Pérez-Velasco et al. 2021).
Las nanopartículas (NPs), al incorporarse a las plantas provocan cambios morfológicos y fisiológicos en función de sus propiedades. La eficiencia de las NPs se mide por su composición física, química, tamaño, forma, carga superficial, energía superficial y dosis adecuadas (Zhao y Stenzel 2018, Singh et al. 2021). Las propiedades de las NPs tienen impacto en las interacciones con las superficies celulares y su internamiento en las células (Nel et al. 2009). Por su parte, la morfología de las NPs se ha mencionado que afecta sus interacciones con las membranas celulares, así como su capacidad para penetrar en las células (Peng et al. 2011). Por lo que, la forma de las NPs puede influir en la manera de interactuar con el entorno por el efecto geométrico. Se ha informado sobre efectos positivos por el uso de nanopartículas de ZnO con morfologías esféricas y hexagonales en el crecimiento y la calidad de cultivos de interés agronómico como tomate y trigo (Faizan et al. 2018, Munir et al. 2018, Pérez-Velasco et al. 2021).
El zinc (Zn) es un micronutriente esencial que juega un papel vital para lograr mayores rendimientos y calidad de frutos. Diversos estudios han señalado que el Zn es un elemento vital, requerido por todos los organismos vivos, ocupa el puesto 23 en el planeta y es el segundo metal de transición más abundante, después del hierro (Jain et al. 2010). El zinc es un oligoelemento esencial en varias funciones de las plantas, como el aumento de la tasa de enzimas, el contenido de clorofila, compuestos antioxidantes, además es un constituyente necesario de numerosas proteínas (Sbartai et al. 2011).
La salinidad representada por el factor estrés cloruro de sodio (NaCl), suele tener efectos negativos en el rendimiento y calidad de las hortalizas (Moghaddam et al. 2023). Pero la aplicación de niveles moderados de salinidad, junto con una duración y tiempo de aplicación adecuados, puede funcionar como euestresor y aumentar el contenido de compuestos bioactivos, además de mejorar los atributos de calidad de los productos hortícolas, sin afectar negativamente los parámetros de crecimiento (Tomasi et al. 2015, Lucini et al. 2016, Rouphael et al. 2018, Kitayama et al. 2019).
La calidad vegetal es un parámetro influenciado por múltiples factores que incluyen propiedades percibidas directamente como el sabor, la apariencia visual y el aroma (Ghoname et al. 2019). Estas características definen la calidad física y determinan la aceptación de los consumidores, así como la composición química, el contenido de compuestos bioactivos, la ausencia de agroquímicos entre otros (Rouphael y Kyriacou 2018).
El pimiento es una de las hortalizas más utilizada de la familia de las solanáceas, destacando por su excelente valor nutrimental y alto contenido en ácido ascórbico, fenoles, flavonoides, capsaicinoides y vitaminas como la A y la E, además de toda la gama del complejo vitamínico B (Loizzo et al. 2015, Ullah et al. 2017). El consumo de este tipo de compuestos es fundamental para la salud humana debido a su actividad antioxidante, antitumoral y antiviral (Cortés Estrada et al. 2020). Es una hortaliza presente en la dieta de muchas poblaciones del mundo, y representa una importante fuente de ingresos para los agricultores del sector agroindustrial (Fratianni et al. 2020, Tiamiyu et al. 2023). En este contexto, el objetivo del estudio fue investigar el efecto del cloruro de sodio como un auestresor y dos tipos de nanopartículas de óxido de zinc con morfología esférica y hexagonal, en el crecimiento y calidad de chile pimiento.
Materiales y métodos
Localización geográfica
El experimento se llevó a cabo en un invernadero tipo túnel, con cubierta de fibra de vidrio a cargo de la dirección de investigación, y en el laboratorio de Fisiología Vegetal del Departamento de Botánica de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro, Buenavista, Saltillo, Coahuila, México.
Material vegetativo
Se utilizaron semillas de chile pimiento híbrido (35-171) Rz F1, con vigor muy alto y alta producción, de la casa semillera Rijk Zwaan.
Síntesis y caracterización de nanopartículas de óxido de zinc
La síntesis de las nanopartículas se realizó en el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA), se usó acetato de zinc dihidratado (Zn (CH3COO) 2 ● 2H2O, ZnAc, 99%), trietilamina (TEA, 99%), n-propilamina (C3H9N, 99.5%), todos los reactivos fueron adquiridos de la casa comercial Sigma Aldrich, etanol de grado industrial y agua desionizada triplemente destilada.
Las nanopartículas de ZnO se prepararon de acuerdo con la metodología de González et al. (2021). La síntesis se realizó mezclando dos soluciones, la primera contenía 8.928 g de ZnAc disuelto en una mezcla de agua/TEA (300 mL/5.36 mL), y la segunda era una mezcla de n-propilamina/etanol (1.42 mL/ 1 700 mL). Ambas soluciones se mezclaron y agitaron a 80 °C durante 6 o 12 h, dependiendo de la estructura morfológica deseada. El precipitado se centrifugó, se lavó con etanol para eliminar los reactivos que no reaccionaron y se secó a temperatura ambiente durante la noche. Se prepararon NPs de ZnO con diferentes tiempos de reacción para obtener nanopartículas con morfologías esféricas y hexagonales. La estructura cristalina de las NPs ZnO fue analizada por difracción de rayos X (XRD) en un difractómetro Siemens D-5000 (radiación CuKα, = 1.5418 Å, SIEMENS, Múnich, GER). El tamaño del cristal se calculó con la ecuación de Debye Scherrer (Ingham y Toney 2014). La morfología de las NPs ZnO fue observada por microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM, Titan 80-300 kV, empresa FEI, Hillsboro, OR, EE. UU.)
Cebado de semillas con nanopartículas de óxido de zinc (NPs Zno con morfología esférica y hexagonal)
Se prepararon soluciones de nanopartículas de óxido de zinc, a partir de una solución madre de 5 000 mg L−1 de nanopartículas de óxido de zinc con morfología esférica y hexagonal, se pesaron 1 000 mg de nanopartículas, después se agregaron 200 mL de agua destilada y posteriormente fueron dispersadas por un sonicador (Vevor) durante 30 minutos a una temperatura de 25 °C, para permitir la formación de una suspensión homogénea y evitar la aglomeración de las nanopartículas, a partir de esta solución se hicieron diluciones de 50 y 100 mg L−1.
Las semillas se colocaron en cajas Petri de (90 x 15 mm) con discos de papel filtro Whatmann 1 (110 mm) y se remojaron en diferentes concentraciones de NPs de ZnO (0, 50 y 100 mg L−1), después se tomaron 15 mL de suspensión de NPs ZnO de cada tratamiento y se agregó a las semillas para la imbibición, se conservaron en oscuridad a 28 ± 1 °C durante 18 h en una cámara de crecimiento (Quincy Lab Inc, modelo 12-140 incubator). Las semillas cebadas se colocaron en reposo a temperatura ambiente, hasta alcanzar nuevamente el contenido de humedad original; para el cebado se utilizó agua destilada.
Cloruro de sodio (NaCl)
Se utilizó cloruro de sodio grado reactivo (Jalmek. Cientifica S.A DE C.V), y se preparó una solución a 50 mM.
Crecimiento del cultivo
Las semillas previamente tratadas se sembraron en una charola de poliestireno de 200 cavidades utilizando como sustrato una mezcla de peat moss y perlita en una proporción 1:1 (v/v), posteriormente el trasplante se realizó a los 46 días después de la siembra en bolsas de polietileno con una capacidad de 10 L llenas con la mezcla de sustrato y proporción previamente indicada. El cultivo se manejó a dos tallos y se desarrolló durante 175 días, desde el trasplante hasta la producción de frutos para su evaluación. Se utilizó un sistema de riego dirigido y una solución nutritiva Steiner que se manejó en diferentes concentraciones (25, 50, 75, 100%) dependiendo de la etapa fenológica del cultivo, el pH se ajustó a 6.5 y la conductividad eléctrica (CE) oscilaba entre los 2.2 y 2.7 dS m−1 la cual se incrementó a medida que aumentó la concentración de la solución nutritiva, las plantas se mantuvieron en crecimiento en un invernadero con temperatura promedio de 22 °C y 56%humedad de relativa.
Tratamientos
Los tratamientos utilizados fueron: testigo absoluto, sin aplicación de NPs ZnO o NaCl (T1), NPs ZnO con morfología esférica a 50 mg L−1 (T2), NPs ZnO con morfología esférica a 100 mg L−1 (T3), NPs ZnO con morfología hexagonal a 50 mg L−1 (T4), NPs ZnO con morfología hexagonal a 100 mg L−1 (T5), testigo salino, aplicación de NaCl 50 mM (T6), NPs ZnO con morfología esférica a 50 mg L−1 más NaCl 50 mM (T7), NPs ZnO con morfología esférica a 100 mg L−1 más NaCl 50 mM (T8), NPs ZnO con morfología hexagonal a 50 mg L−1 más NaCl 50 mM (T9), NPs ZnO con morfología hexagonal a 50 mg L−1 más NaCl 50 mM (T10). Se añadió NaCl a los 7 días después del trasplante (DDT), y durante todo el desarrollo del cultivo cada 5 días, la aplicación de NaCl se realizó utilizando 250 mL por planta de la solución a 50 mM, los cuales se aplicaron en la base del tallo después de los riegos con solución Steiner. Las aplicaciones con NPs ZnO fueron foliares y se realizaron cada 15 días, hasta completar 6 aplicaciones a los 15, 30, 45, 60, 75, 90 DDT, utilizando 5, 10, 15, 20, 25 y 30 mL por planta, respectivamente.
Evaluación de variables
Se registraron las variables agronómicas de altura de la planta: que se midió de la base del tallo hasta el ápice de la planta con un flexómetro de la marca Truper modelo PRO-5MEC de cinco metros, se llevó a cabo una vez cada 15 días a partir del trasplante. La variable agronómica diámetro del tallo, se midió con un vernier digital LSD de la marca Truper (150 mm), la lectura se registró en mm. Las variables agronómicas peso seco de raíz y de planta, se obtuvieron al final del ciclo, luego de cortar las plantas y separar las hojas y el tallo, para luego colocar en bolsas de papel, para posteriormente deshidratar en un horno de secado marca Linderberg/blue modelo GO1350C-1 a 80 °C por 24 h, para luego medir el peso en una balanza (Electronic scale 0.1/5 000 g). Respecto al peso seco de la raíz, esta se separó del sustrato del vaso manualmente, y se retiró el exceso de sustrato con agua, por último, se pesó en una balanza (Electronic scale 0.1/5000). Para obtener el peso seco se colocaron en bolsas de papel y se secaron en una estufa de secado marca Linderberg/blue modelo GO1350C1 a temperatura de 75 °C por 17 h, para luego pesar en la balanza.
Calidad del fruto
Para determinar la calidad del fruto, se colectaron 4 frutos por tratamiento (uno por planta) de tamaño uniforme de la segunda cosecha. Los frutos se cosecharon cuando presentaban una coloración completamente roja.
Firmeza
La determinación de esta variable, se realizó con un penetrómetro digital (PCE-PTR 200, grupo PCE, Albacete, castillana mancha, España), equipo con una punta de 8.0 mm, se introdujo la punta del penetrómetro en tres puntos del fruto para obtener un dato promedio, las lecturas se reportaron en kg cm−2.
pH y conductividad eléctrica (CE)
La determinación del pH y CE, se obtuvo del extracto de un fruto por tratamiento, empleando un medidor de bolsillo (HI98129, Hanna Instruments Inc.).
Potencial oxido-reducción (ORP)
La determinación del potencial óxido reducción, se obtuvo a partir del extracto de fruto macerado utilizando un medidor de ORP, la cual se obtuvo en Milivoltio (mV).
Sólidos solubles totales (°Brix)
La determinación del contenido de sólidos solubles totales se obtuvo a partir del extracto de fruto macerado, del cual se colocó una gota en el lector del refractómetro digital (HI96801, Hanna Instruments Inc.), para obtener la concentración en porcentaje de sólidos solubles.
Acidez titulable (% de ácido cítrico)
La acidez titulable se calculó tomando 10 mL de la pulpa de cada fruto, a la cual se añadieron dos gotas de fenolftaleína (1%) y se tituló con NaOH 0.1 N hasta el punto de viraje (rosa) (AOAC 1990), los datos se expresaron en porcentaje de ácido cítrico por medio de la siguiente formula:
Dónde: V = Volumen de NaOH usando para la titulación, N = Normalidad del NaOH, Meq = Miliequivalentes de ácido. El valor equivalente de base a ácido para el ácido cítrico es: 0.064, y Alícuota valorada = Peso en g o volumen de la muestra en mL.
Vitamina C
El contenido de vitamina C se determinó por el método volumétrico (Padayatty et al. 2001), para lo cual se pesaron 20 g de muestra fresca y se colocaron en un mortero, después se le agregaron 10 mL de HCI al 2% y se trituró por completo, a la mezcla se le agregaron 100 mL de agua destilada. La mezcla se homogenizó con el mortero y se filtró, en un matraz Erlenmeyer de 250 mL, se midió el volumen del extracto de la muestra y se tomaron tres alícuotas de 10 mL del filtrado. En una bureta volumétrica de 10 mL se colocó reactivo 2,6-dicloroindofenol (1x10−3 N) y se hizo la titulación de las alícuotas hasta la aparición de una coloración rosa constante durante 30 segundos. Los resultados se expresaron en mg 100−1 de peso fresco (PF) mediante el uso de la siguiente formula:
Análisis estadístico
Se analizaron ocho repeticiones por tratamiento para las variables agronómicas, mientras que para las variables de calidad se consideraron cuatro repeticiones por tratamiento. Se evaluaron bajo un diseño experimental de bloques completos al azar con arreglo factorial de 2x2x2+2 para un total de 10 tratamientos. El procesamiento de los datos se realizó con el programa Infostat versión 2020, se realizó un análisis de varianza y prueba de comparación de medias con la prueba LSD Fisher (P ≤ 0.05).
Resultados
Caracterización de nanopartículas de óxido de zinc
La morfología de las NPs ZnO observada por microscopía electrónica de transmisión de alta resolución (HRTEM), revela la presencia de nanopartículas esféricas de 20.63 nm (Figura 1a). El histograma de distribución del tamaño de la partícula indica que oscila entre los 7.5 y 42.5 nm, con una media de 20 nm (Figura 1b). Además, para las nanopartículas hexagonales (Figura 2a), se mostraron partículas individuales que oscilan entre las 0.025 µm y 2.5 µm con un promedio de 1.7 µm.
Figura 1 Micrografía de microscopía electrónica de transmisión que muestra la morfología esférica de las NPs ZnO (A) y el histograma de distribución del tamaño de partículas (B).
Variables Agronómicas
Los resultados mostraron que el factor NaCl no tuvo influencia en la altura de la planta (Tabla 1), mientras que la morfología hexagonal tuvo una mejora. Respecto a las dosis, se observa un aumento significativo debido a la concentración, presentando la de 100 mg L−1 la que tuvo los mejores resultados. Mientras que, para la interacción de los factores o la combinación, se notó un aumento del 10% con el tratamiento con aplicación de NaCl más NPs con morfología hexagonal en dosis de 100 mg L−1 en relación con el testigo absoluto (Figura 3). Para el diámetro del tallo, factores e interacción no presentaron diferencias estadísticas significativas.
Tabla 1. Variables agronómicas de plantas de pimiento tratadas con NaCl y NPs ZnO de diferente morfología.
| Factor | Tratamiento | AP(cm) | DT(mm) | PSR(g) | PSP(g) | PFP(g) |
| NaCl (mM) | 0 | 184.71a | 14.50a | 14.30a | 143.67a | 1315.22a |
| 50 | 180.92a | 14.68a | 14.28ª | 143.83a | 1098.80b | |
| ANOVA | 0.1175 | 0.3831 | 0.999 | 0.9475 | <0.0001 | |
| Morfología | Esférica Hexagonal | 180.21b | 14.61a | 13.53b | 140.72b | 1240.84a |
| 185.42a | 14.57a | 15.06ª | 146.78a | 1173.19b | ||
| ANOVA | 0.0327 | 0.8323 | 0.0013 | 0.0165 | <0.0001 | |
| NPs | 0 | 173.25c | 14.56a | 12.72b | 132.27c | 1072.61b |
| ZnO | 50 | 182.72b | 14.70a | 14.90ª | 146.02b | 1304.09a |
| (mgL−1) | 100 | 192.47a | 14.51a | 15.28a | 152.96a | 1244.34a |
| ANOVA | <0.0001 | 0.7542 | <0.0001 | <0.0001 | 0.0171 | |
| Interacción ANOVA | NaCl*Morfología*NPs | 0.9118 | 0.8179 | 0.6831 | 0.075 | 0.0925 |
| C.V% | 6.43 | 7.13 | 15.71 | 8.43 | 11.29 |
AP: altura de la planta, DT: diámetro del tallo, PSR: peso seco raíz, PSP: peso seco planta, PFP: peso frutos por planta, Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p≤0.05), prueba LSD Fisher. C.V: coeficiente de variación.
Para el peso seco de la raíz, el factor NaCl no afectó este parámetro, pero fue mayor cuando se aplicaron NPs de morfología hexagonal; en cuanto al factor dosis la de 100 mg L−1 mostró mayor incremento de peso de raíz (Tabla 1). Para la interacción entre los factores NaCl, morfología y dosis, el tratamiento con NPs hexagonales en dosis de 50 mg L−1 incremento en un 31% en relación con el testigo absoluto, mientras que el tratamiento con NaCl en combinación con NPs hexagonales en dosis de 100 mg L−1 afectó de forma significativa el peso seco de la raíz en un 31% en relación con el testigo salino (Figura 3).
Figura 3 Efecto de la interacción cloruro de sodio y NPs ZnO en variables agronómicas. 0-E-50: NPs esféricas 50 mg L−1, 0-E-100: NPs esféricas 100 mg L−1, 0-H-50: NPs hexagonales 50 mg L−1, 0-H-100: NPs hexagonales 100 mg L−1, 50-0-0: 50 mM cloruro de sodio, 50-E-50: NPs esféricas 50 mg L−1 + 50 mM cloruro de sodio, 50-E-100: NPs esféricas 100 mg L−1 + 50 mM cloruro de sodio, 50-H-50: NPs hexagonales 50 mg L−1 + 50 mM cloruro de sodio, 50-H-100: NPs hexagonales 100 mg L−1 + 50 mM cloruro de sodio. Todos los datos son la media ± error estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos (p ≤ 0.05), prueba LSD Fisher
No se observó influencia del NaCl en la variable peso seco de la planta (Tabla 1), pero aumentó con la aplicación de NPs de morfología hexagonal; mientras que para el factor dosis, se encontró una mejora con la dosis de 100mgL−1.Para la interacción de los factores NaCl, morfología y dosis, se registró un aumento del 30% en el peso seco de la planta, en el tratamiento de NaCl más NPs hexagonales en dosis de 50 mgL−1 en comparación con el testigo absoluto (Figura 3). Esto destaca la importancia de este tratamiento, debido a que el peso seco es una variable que proporciona información valiosa sobre el crecimiento, desarrollo y el estado nutricional de las plantas.
En lo que respecta al peso de los frutos por planta (Tabla 1), todos los factores mostraron diferencias estadísticas significativas tanto el factor NaCl, morfología y dosis, el peso de los frutos aumentó con la morfología esférica, mientras que las dosis de 50 y 100 mgL−1 se comportaron de manera similar incrementando el peso de fruto por planta. Para la interacción de los factores, el tratamiento con NPs esféricas en dosis de 50 mg L−1 aumentó un 40% en comparación con el testigo absoluto (Figura 3). Esta diferencia demuestra, que el tratamiento fue efectivo para promover mayor número de frutos por planta, ya que es un indicador directo del rendimiento de un cultivo.
Variables de calidad del fruto
La firmeza (Tabla 2) mostró diferencias significativas en el factor NaCl, no obstante, la morfología no manifestó efecto; presentando la de 50mgL−1 una mejoría, mientras que, para la interacción de los factores, el tratamiento de NaCl en combinación con NPs esféricas a dosis de 50mgL−1 aumentó la firmeza en un 24% en relación con el testigo absoluto (Figura 4). Para pH, conductividad eléctrica (Tabla 2), factores e interacción no tuvieron diferencias significativas.
Figura 4 Efecto de la interacción cloruro de sodio y NPs Zno en variables de calidad de fruto. 0-E-50: NPs esféricas 50 mg L−1, 0-E-100: NPs esféricas 100 mg L−1, 0-H-50: NPs hexagonales 50 mg L−1, 0-H-100: NPs hexagonales 100 mg L−1, 50-0-0: 50 mM cloruro de sodio, 50-E-50: NPs esféricas 50 mg L−1 + 50 mM cloruro de sodio, 50-E-100: NPs esféricas 100 mg L−1 + 50 mM cloruro de sodio, 50-H-50: NPs hexagonales 50 mg L−1 + 50 mM cloruro de sodio, 50-H-100: NPs hexagonales 100 mg L−1 + 50 mM cloruro de sodio. Todos los datos son la media ± error estándar. Letras diferentes indican diferencias significativas entre tratamientos (p ≤ 0.05), prueba LSD Fisher.
Tabla 2. Variables de calidad de fruto de plantas de pimiento tratadas con NaCl y NPs ZnO de diferente morfología.
| Factor | Tratamiento | FIR (Kgcm−2) | pH | CE (dSm−1) | SST °Brix | ORP (mV) | AT (%) | VitC (mg100−1PS) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| NaCl (mM) | 0 | 3.85b | 5.15a | 5.54a | 7.24a | 0.23a | 0.40a | 133.61a |
| 50 | 4.03a | 5.14a | 5.45a | 7.24a | 0.16b | 0.38a | 125.12b | |
| ANOVA | 0.0133 | 0.7973 | 0.2945 | 0.9491 | <0.0001 | 0.1066 | 0.0334 | |
| Morfología | Esférica Hexagonal | 3.87a | 5.14a | 5.41a | 7.18a | 0.2a | 0.39a | 129.27a |
| 4.01a | 5.15a | 5.57a | 7.29a | 0.19a | 0.38a | 129.46a | ||
| ANOVA | 0.0563 | 0.9181 | 0.0513 | 0.2885 | 0.2835 | 0.3639 | 0.9613 | |
| NPs | 0 | 3.72c | 5015a | 5.53ab | 7.05b | 0.21a | 0.36b | 119.32b |
| ZnO | 50 | 4.18a | 5.15a | 5.34b | 7.23ab | 0.21a | 0.38b | 138.75a |
| (mgL−1) | 100 | 3.92b | 5.14a | 5.62a | 7.44a | 0.16b | 0.42a | 130.02a |
| ANOVA | <0.0001 | 0.9181 | 0.0513 | 0.0133 | <0.0001 | 0.0005 | 0.0009 | |
| Interacción ANOVA | NaCl*Morfología*NPs | 0.2658 | 0.7973 | 0.5487 | 0.0133 | 0.0502 | 0.0117 | <0.0001 |
| C.V% | 5.96 | 1.08 | 4.97 | 4.96 | 10.95 | 10.39 | 10.27 |
FIR: firmeza, CE: conductividad eléctrica, SST: solidos solubles totales, ORP: potencial oxido-reducción, AT: acidez titulable, Vit C: vitamina C. Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p≤0.05), prueba LSD Fisher. C.V: coeficiente de variación.
En relación con los sólidos solubles totales (Tabla 2), el factor NaCl y la morfología no mostraron diferencias estadísticas significativas. Pero el factor dosis tuvo un incremento con la concentración presentando la dosis de 100 mgL−1 el mayor contenido de sólidos solubles totales. En lo que respecta a la interacción entre los factores se observó que el tratamiento con aplicación de NPs hexagonales en dosis de 100 mgL−1 tuvo un aumento del 11% en relación con el testigo (Figura 4). Los resultados muestran que dicho tratamiento puede incrementar el contenido de sólidos solubles totales, parámetro importante debido a su influencia en el sabor y la calidad organoléptica del fruto de chile pimiento.
El potencial ORP (Tabla 2) fue menor cuando se aplicó NaCl, y el factor morfología no tuvo efecto en este parámetro, en cuanto a las dosis el potencial óxido reductor disminuyó con la dosis de 100 mg L−1 y en la interacción entre los factores, el tratamiento con aplicación de cloruro de sodio y NPs hexagonales en 100 mg L−1 tuvo una disminución del 46% en relación con el testigo absoluto (Figura 4). Estos resultados proporcionan información valiosa, puesto que el ORP se asocia con mayor capacidad antioxidante, además de ser un indicador de la calidad.
La acidez titulable (Tabla 2) no tuvo diferencias significativas para la aplicación de NaCl y el tipo de morfología, mientras que el factor de la dosis mostró un efecto significativo con 100 mgL−1, en la interacción entre los factores destacó el tratamiento de NPs con morfología esférica en dosis de 100mg L−1 que aumentó en un 27% en relación con el testigo absoluto (Figura 4).
La vitamina C (Tabla 2), tuvo mayor contenido sin la aplicación de NaCl, mientras que para la morfología no se observaron diferencias. Para el factor dosis, las de 50 y 100 mgL−1 presentaron una mejoría; mientras que el tratamiento sin aplicación de NaCl en combinación de NPs con morfología esférica en dosis de 50 mg L−1 mostró un incremento del 48% en relación con el testigo absoluto. De manera similar el tratamiento con NaCl más NPs con morfología hexagonal en dosis de 50 mg L−1 mostró un incremento del 38% en relación con el testigo absoluto (Figura 4).
Discusión
Variables Agronómicas
Las NPs ZnO mejoraron el crecimiento vegetativo de las plantas de pimiento. Los resultados de altura de la planta son similares a lo reportado por Munir et al. (2018) quienes mencionan que la concentración de 100 mg L−1 de NPs ZnO con morfología hexagonal tamaño de 34 nm, aumentó la altura de plantas de trigo. También en plantas de papa se observó aumentó del crecimiento con la aplicación de NPs ZnO esféricas y hexagonales en dosis de 50 y 100 mg L−1 (Al-Selwey et al. 2023). El efecto positivo de las NPs en parte puede atribuirse al elemento zinc, que actúa como un micronutriente esencial que ayuda a mantener una serie de actividades importantes dentro de la membrana celular, como la elongación celular y la biosíntesis de proteínas en el crecimiento de las plantas (Cakmak 2000, Rout y Das 2009, Boonchuay et al. 2013). Se ha indicado que el tamaño nanométrico de estos materiales incrementa el área de superficie, lo que puede aumentar su reactividad, ya que las NPs más pequeñas pueden liberar más iones que las NPs de mayor tamaño (Xiu et al. 2012). Además, la morfología es un factor importante en las NPs que potencialmente afecta su interacción con las membranas celulares, así como la capacidad para penetrar en las células (Peng et al. 2011), por lo que, la forma de las NPs influye en su absorción celular. Se ha mencionado que las nanopartículas esféricas exhiben mayores tasas de absorción en comparación con NPs en forma de varilla y cilíndricas (Zhao y Stenzel 2018), los resultados mostraron una buena respuesta con la aplicación de NPs hexagonales, efecto que aún no se comprende muy bien, ya que algunos autores indican que las interacciones nano-bio sugieren ser complejas (Park et al. 2008).
La aplicación de NPs ZnO además de mejorar el crecimiento, también favoreció la acumulación de biomasa, efecto previamente informado en plantas de tabaco, ya que el ZnO afectó de forma positiva el peso seco de raíz (Tirani et al. 2019), también en plántulas de pimiento se observaron resultados similares (Magdaleno et al. 2023). Al respecto Syu et al. (2014) reportaron que los NPs de plata con morfología esférica, triangular y decahedricas exhibieron diferentes niveles de efectos fito estimuladores en Arabidopsis, por lo que, la morfología juega un papel importante en la respuesta de la planta, que pueden interferir con múltiples vías de señalización en las células vegetales. Con respecto al peso seco, Pérez-Velasco et al. (2020) reportaron que el peso seco foliar aumentó con la aplicación de NPs hexagonales y esféricas, pero fue mayor cuando se utilizó NPs hexagonales. Por otro lado, la salinidad es un estresor abiótico de gran importancia que puede reducir la producción cuantitativa y cualitativa de los cultivos (Machado y Serralheiro 2017), entre las especies iónicas que pueden inducir salinidad se encuentra el NaCl que puede causar alteraciones osmóticas y/o iónicas a nivel celular, interfiriendo en la nutrición de las plantas y alterando su crecimiento y rendimiento (Yang y Guo 2018, Heikal et al. 2023). Pero la aplicación de niveles moderados, así como la duración y el tiempo de aplicación, pueden aumentar parámetros de importancia hortícola como el contenido de metabolitos o crecimiento (Lucini et al. 2016, Rouphael y Kyriacou 2018), teniendo en cuenta que la cantidad de NaCl utilizada en el presente trabajo y el método de aplicación espaciado mantuvieron niveles de conductividad eléctrica por debajo de 6.0 dS m−1, niveles considerados como salinidad moderada o suave (Petropoulos et al. 2017), que puede actuar como un estrés positivo o euestres controlado para modular parámetros fisiológicos y bioquímicos de la planta, con impacto positivo en variables de crecimiento y acumulación de biomasa.
Para el peso de los frutos por planta, en tomate se observaron resultados similares con NPs de morfología esférica con tamaño de 10-30 nm con resultados significativos en el rendimiento (Pejam et al. 2021). Se sabe que a medida que disminuye el tamaño de las partículas, el área superficial, la energía superficial y la energía de unión superficial de las NPs ZnO aumentan, por lo tanto, se absorben y se utilizan más fácilmente por las plantas (Dimkpa et al. 2019), a tales propiedades puede atribuirse el aumento en el rendimiento (Khodakovskaya et al. 2012). Es importante mencionar el papel del zinc, debido a que es responsable del metabolismo del ácido ribonucleico (ARN), fomentando la formación de carbohidratos, proteínas y del ácido desoxirribonucleico (ADN) y de esta forma el número de frutos por planta (Harris et al. 2015). En lo referente a la morfología, un mayor incremento de rendimiento con NPs de morfología esférica pudiera deberse a que como se ha mencionado, las NPs esféricas tienen una alta actividad biológica (Liu et al. 2004).
Variables de calidad del fruto
Los resultados de contenido de sólidos solubles totales fueron opuestos a los reportado por Pérez-Velasco et al. (2021) quienes encontraron mayor contenido de sólidos solubles totales en frutos de tomate de plantas tratadas con NPs esféricas. En este mismo sentido Gutiérrez-Miceli et al. (2021) al aplicar NPs ZnO en plantas de tomate reportan aumento del contenido de sólidos solubles totales con aplicaciones foliares de NPs ZnO en concentración de 50 mg L−1. Los resultados obtenidos, por un lado, pueden deberse a que el zinc es un micronutriente que ha desempeñado un papel clave en la fotosíntesis y enzimas relacionadas, que son responsables del aumento de azúcar (Mousavi et al. 2013); además juega un papel importante en la síntesis y transferencia de carbohidratos y proteínas a lo que puede atribuirse el incremento de estos compuestos (Yogaratnam y Greenham 1982). Se sabe que el tamaño, la forma, las composiciones, la disposición atómica de las NPs y la interacción de las NPs con la estructura celular varía (Van-Aken 2015), por lo que, el mecanismo del como las NPs hexagonales tuvieron mayor influencia en este parámetro es compleja y poca conocida. Este parámetro es importante porque indica la cantidad de azúcar (sacarosa) presente en el fruto, así como la frescura y el estado de madurez de este; esta variable determina la toma de decisiones para el rumbo de la fruta ante una cadena de transformación agroindustrial (Rowland et al. 2020).
Un potencial oxido-reducción (ORP) con valores bajos indica mejor calidad de la fruta, lo que puede traducirse en mayor potencial antioxidante (Juárez-Maldonado et al. 2016). El resultado indica de manera indirecta que se generó una gran cantidad de compuestos antioxidantes, en este contexto, se ha descrito que las NPs ZnO aumentan los compuestos antioxidantes enzimáticos y no enzimáticos (Rivera-Gutiérrez et al. 2021). Estos resultados pueden estar asociados a que las NPs tienen mayor potencial de transporte, biodisponibilidad y absorción, lo que les permite interactuar con estructuras intracelulares que estimulan la formación de ROS (Ghosh et al. 2016, García-López et al. 2019). Por su parte la aplicación de NaCl como un estrés moderado (eustrés) puede inducir a las plantas a reorganizar el metabolismo de esta, desencadenando cambios beneficiosos en la calidad nutricional como aumento en los compuestos antioxidantes (Rouphael et al. 2018, Rouphael y Kyriacou 2018). Para la acidez titulable García-López et al. (2019) encontraron menor valor en chiles habaneros tratados con NPs ZnO con morfología esférica en dosis de 1 000 y 2 000 mg L−1, este comportamiento se debe a que durante el proceso de maduración existe un aumento de reacciones metabólicas y de la concentración de ácidos orgánicos que intervienen en el ciclo de Krebs (Ghasemnezhad et al. 2011). Valores altos de acidez titulable encontrados representan una ventaja por causar menor deterioro del fruto y se relacionan con el sabor de las frutas; ya que presentan mejor sabor (Flores-Velázquez et al. 2022). Los resultados obtenidos sugieren que las NPs ZnO pueden influir en la respiración del fruto y mejorar parámetros de calidad como la acidez titulable. Al respecto, Uresti-Porras et al. (2021) reportaron que el contenido de vitamina C incrementó en pimiento morrón con el uso de NPs de morfología esférica a dosis de 30 mg L−1. Mientras que Esfandiari et al. (2016) mencionan que la aplicación foliar de zinc puede aumentar el contenido de vitamina C en trigo. Al respecto, se sabe que las plantas han desarrollado diversos mecanismos de protección para limitar el daño oxidativo mediante la producción de antioxidantes no enzimáticos, como el ácido ascórbico que está correlacionados con la defensa de las plantas, debido a esto, es posible que su contenido en la planta y fruto aumente como respuesta al estrés inducido por NPs de ZnO (García-Gómez et al. 2017).
Conclusiones
La aplicación de nanopartículas de óxido de zinc de morfología hexagonal a dosis de 100 mg L−1 tuvo efecto. Aplicar cloruro de sodio de forma independiente no mejoró el crecimiento de las plantas de pimiento, pero si la firmeza del fruto; el uso del cloruro de sodio combinado con nanopartículas de óxido de zinc, aumento el peso seco de la planta y mejoró atributos de calidad del fruto como firmeza y potencial óxido-reducción. Los resultados sugieren que el uso de nanopartículas puede mejorar el crecimiento de las plantas y aumentar parámetros de calidad, mientras que el cloruro de sodio combinado con nanopartículas podría ser una herramienta útil para mejorar atributos de calidad en fruto, sin embargo, queda mucho por explorar sobre los mecanismos de como la morfología de las nanopartículas influye en la mejora de dichos parámetros.
