R E V I S T A
FACULTAD
AGRONOMIA
de
la
de
2021
38:4
ISSN 2477 - 9407
UNIVERSIDAD
DEL ZULIA
Maracaibo
Venezuela
Octubre-Diciembre
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa:
Depósito legal pp 196802ZU42 ISSN 0378-7818
Revista de la Facultad de Agronomía
Universidad del Zulia (Venezuela). Desde1968
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Autoridades de la
Faculta de
Agronomia
Universidad del
Zulia
Dra. Ana Colina de Rubio
Decana (I)
Dra. Julia Martínez
Dir. de la Escuela de
Ingenieria Agronómica
Dr. Jorge Vilchez Perozo
Dir. Del Instituto
de Investigaciones
Agronómicas
MSc. Emma Segovia
Dir. de la Division
de Estudios para
Graduados.
MSc. Yulana Maldonado
Dir. de la División de
Extnsion Agrícola
Consejo
de Desarrollo
Científico,
Humanístico y
Tecnológico de la
Universidad del Zulia
(CONDES)
Dr. Gilberto Vizcaíno
Coordinador-
Secretario
Editor Jefe
Dr. Jorge Vilchez-Perozo.
2018-2023.
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jv.revfacagron@gmail.com
Universidad del Zulia.
Maracaibo, Venezuela.
Editor Adjunto
MSc. Juan Vergara Lopez
2018-2023.
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Maracaibo, Venezuela.
Comité Asesor, año 2021
Mejoramiento animal
Luis Fabian Yañez Universidad del Zulia, Venezuela
Zuleima Chirinos Universidad del Zulia, Venezuela
Gonzalo Martínez Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Nutrición animal
Antonio Landaeta Universidad del Zulia, Venezuela
Omar Araujo Febres Universidad del Zulia, Venezuela
José M. Luginbuhl North Carolina State University,
Estados Unidos
José Palma G. Universidad de Colima, México
Ana María Arzalluz Universidad del Zulia, Venezuela
Reproducción animal
Armando Quintero Universidad del Zulia, Venezuela
Rafaela Muñoz Universidad del Zulia, Venezuela
German Portillo Universidad del Zulia, Venezuela
Ninoska Madrid Universidad del Zulia, Venezuela
Ovinos y caprinos
Luis Dickson Instituto Nacional de Investigaciones
Agricolas - Lara, Venezuela
Plátanos y bananas
Vianel Rodríguez Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, Venezuela, Venezuela
Biometría
Angel Gomez Universidad del Zulia, Venezuela
Jorge Ortega Universidad del Zulia, Venezuela
Belkis Bracho Universidad del Zulia, Venezuela
Ciolys Colmenares Universidad del Zulia, Venezuela
Fito protección
Mauro Albarracín Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Nelly Delgado Instituto Nacional de Investigaciones
Agricolas - Portuguesa, Venezuela
José V. Lasso Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Tecnología de alimentos
Silvia Araujo Universidad del Zulia, Venezuela
Zulay Mármol Universidad del Zulia, Venezuela
Natalia González Centro de Investigación en
Alimentación y Desarrollo AC - México
Forrajicultura
Eduardo Chinea Universidad de la Laguna, España
Danny García Instituto Nacional de Investigaciones
Agricolas -Trujillo, Venezuela
Frutales
Angel Villegas Monter Colegio de Postgraduados, México
Dámaso Bautista Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, Venezuela
Freddy Leal Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Thomas Osuna Centro de Investigación en
Alimentación y Desarrollo AC - México
Reinaldo Pire Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, Venezuela
Orlando Rodríguez Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, Venezuela
Eduardo Sergent Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Leguminosas
Cecilia Peña Valdivia Colegio de Postgraduados, México
Atilio Higuera Universidad del Zulia, Venezuela
Botánica
Adriana Sanchez Universidad del Zulia, Venezuela
Elizabeth Cardenas Colegio de Postgraduados, México
Darisol Pacheco Universidad del Zulia, Venezuela
María Elena Sanabria Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, Venezuela
Biotecnología vegetal
Zenaida Viloria Universidad de Kentuky
Silvia León de Sierralta Universidad del Zulia, Venezuela
Ariadne Vegas Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Mejoramiento de planta
Alberto Pérez Instituto Nacional de Investigaciones
Agricolas - Portuguesa, Venezuela
Edicta Reyes Instituto Nacional de Investigaciones
Agricolas - Portuguesa, Venezuela
Fitopatología
Ana M. Cassasa-Padrón Universidad del Zulia, Venezuela
Renato Crozzoli Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Alba Nava Fereira Universidad del Zulia, Venezuela
Francisco Ochoa Universidad de Florida, Estados Unidos
Dorian Rodríguez Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, Venezuela
Gustavo Trujillo Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Fisiología vegetal
Carlos Trejo Colegio de Postgraduados, México
Douglas Marín Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
José Mejías Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Ramon Jaime Universidad de los Andes, Venezuela
Mercedes de Serpa Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, Venezuela
Fisiología post cosecha
Reginaldo Báez Centro de Investigación en
Alimentación y Desarrollo AC - México
Juan Manzano Universidad Centroccidental Lisandro
Alvarado, Venezuela
Judith Zambrano Universidad de los Andes, Venezuela
Socioeconomía y sistemas de producción
María Elena Peña Universidad del Zulia, Venezuela
Eduardo Delgado Instituto Nacional de Investigaciones
Agricolas - Barinas, Venezuela
Isneira Huerta Universidad Nacional Experimental
Rafel María Baral, Venezuela
María Alexandra Alizo Universidad del Zulia, Venezuela
Miguel Crespo Universidad Autónoma de la Laguna,
México
Suelos
Pedro Betancourt Instituto Nacional de Investigaciones
Agricolas - Lara, Venezuela
Nestor Noguera Universidad del Zulia, Venezuela
Stalin Torres Universidad Central de Venezuela,
Venezuela
Ambiente
Ana Isabel Valenzuela Centro de Investigación en
Alimentación y Desarrollo AC - México
2021. Volumen 38: cuatro números por año. Frecuencia: Trimestral. ISSN: 2477-9407. Esta publicación cientíca en formato
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de la Facultad
de Agronomía
Rev. Fac. Agron. (LUZ)
Volumen 38 Número 4. Octubre-Diciembre, 2021
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Tropical Abstracts (Holanda)
Bionet (Venezuela)
Weed abstracts
Serials Cited Index
SilverPlatter Information
Agroforestry Abstracts
Orton (México)
Sistema de Información y Documentación Agrícola de
Venezuela y Electronic Sites of Leading Botany
Plant Biology and Science Journals
Periódica (México)
Dairy Science Abstracts
Field Crop Abstracts
Grasslands and Forage Abstracts
World Agricultural Economics and Rural Sociology
Abstracts
Índice
Producción Vegetal, Plant Production
Infecciones quiescentes por Colletotrichum gloeosporioides
en las diferentes etapas de desarrollo del fruto de guayaba
(Psidium guajava L.) en dos épocas de producción
Quiescent infections by Colletotrichum gloeosporioides in the
different development stages of the guava fruit (Psidium guajava
L.) in two production seasons
Clemencia Guédez y Dorian Rodríguez
Calibración in situ de dos sondas FDR bajo condiciones de
suelo salino en el hiperárido de Chile
In situ calibration of two FDR gauges under saline soil conditions in
the hyperarid of Chile
Cristián Kremer Fariña, Rodrigo Candia Antich, Ian Homer Bannister y Oscar Seguel Seguel
Discriminación de malezas basada en la respuesta espectral
del cultivo de maíz, Manabí, Ecuador
Weed discrimination based on the spectral response of the corn crop,
Manabí, Ecuador
Cinthya K. Pinargote Intriago y Henry A. Pacheco Gil
Fertilización foliar con selenito de sodio y su efecto sobre el
rendimiento y calidad nutracéutica en el cultivo de vid
Foliar fertilization of sodium selenite and its effects on yield and
nutraceutical quality in grapevine
María de los Ángeles Sariñana-Navarrete, Luis Guillermo Hernández-Montiel, Esteban
Sánchez-Chavez, Juan José Reyes Perez, Bernardo Murillo-Amador, Arturo Reyes-
González, Pablo Preciado-Rangel
Uso potencial de Lupinus exaltatus Zucc. (Leguminosae)
como abono verde en suelos de Jalisco, México
Potential use of Lupinus exaltatus Zucc. (Leguminosae) as green
manure in soils of Jalisco, Mexico
Juan Francisco Zamora Natera e Isidro Zapata Hernández
Revista de la Facultad de Agronomía
de la Universidad del Zulia
Maracaibo, Octubre-Diciembre 2021 Vol 38 Número 4. Págs. 751-1133.
751-770
771-784
785-805
806-824
825-845
Características biométricas de los cereales forrajes de
invierno cultivados bajo fertilización con nitrógeno en
condiciones de lluvia templada
Biometric characteristics of winter forage cereals grown under
nitrogen fertilization in temperate rain
Muhammad Jamil, Muhammad Ansar, Zammurad Iqbal Ahmed, Tanveer Ahmed,
Muhammad Shehzad, Aqeel Ahmad y Imran Mahmood
Antagonismo de Trichoderma harzianum y Trichoderma
viride sobre aislados de Fusarium spp. procedentes de
Nicotiana tabacum
Antagonism of Trichoderma harzianum and Trichoderma viride on
isolates of Fusarium spp. from Nicotiana tabacum
Wilson Geobel Ceiro-Catasú, Yusel Vega-González, María Eulalia Taco-Sánchez,
Ramiro Remigio Gaibor-Fernández, Oandis Sosa-Sánchez
Susceptibilidad de Diaphorina citri a dimetoato y clorpirifos
en huertas citrícolas comerciales de Veracruz, México
Susceptibility of Diaphorina citri to dimethoate and chlorpyrifos in
commercial citrus orchards of Veracruz, Mexico
Sherell Zamora Juárez, Daniel Arturo Rodríguez- Lagunes, Francisco Osorio-Acosta,
Odón Castañeda-Castro, Rosalía Núñez-Pastrana, Juan Carlos Noa-Carrazana
Crecimiento de cuatro tipos de Capsicum spp. en sustratos
bajo ambiente protegido
Growth of four types of Capsicum spp. in substrates under a
protected environment
Francisco Higinio Ruiz-Espinoza, Juan Carlos Rodríguez-Ortiz, Félix Alfredo Beltrán-
Morales y Fernando de Jesús Carballo-Méndez
Macrofauna edáfica y propiedades físico-químicas del suelo,
en fincas cafetaleras de pequeños agricultores
Edaphic macrofauna and soil physicochemical properties, in
smallholder coffee farms
Eli Morales Rojas, Segundo Chavez Quintana, Elder Chichipe Vela, Manuel Oliva y
Lenin Quiñones Huatangari
Bacterias con actividad antifúngica asociadas a Ocimum
basilicum L.
Ocimum basilicum L. associated bacteria with antifungal activity
Pablo Misael Arce-Amezquita, Mirella Romero-Bastidas y Maurilia Rojas-Contreras
846-866
867-886
887-901
902-912
934-950
913-933
Caracterización de bacterias rizosféricas aisladas de suelo
cultivado con caña de azúcar en el estado de Tamaulipas,
México
Characterization of rhizospheric bacteria isolated from soil
cultivated with sugarcane in Tamaulipas state, Mexico
Jesús Gerardo García Olivares, Martín Abraham Reyes Lara, Juan ores Gracía,
Jesús Di Carlo Quiroz Velásquez, Israel García León, José Reyes Hernández y
Homar Rene Gill Langarica
Caracterización del complejo genético tracrARN-DRARN
asociado al sistema CRISPR-Cas9 del fitosimbionte
Acholeplasma palmae descriptor: interés biotecnológico
Characterization of the tracrARN-DRARN genetic complex
associated with the CRISPR-Cas9 system of the phytosymbiont
Acholeplasma palmae: biotechnological interest
Luis Moncayo, Alex Castro, Diego Arcos, Paulo Centanaro, Diego Vaca, Cristina
Maldonado, Aleivi Perez, Carla Lossada, Lenin González-Paz
Producción Animal, Animal Production
Efecto del estrés anisosmótico sobre la integridad
estructural y funcional de la membrana plasmática y
acrosomal de espermatozoides ovinos
Effect of anisosmotic stress on the structural and functional
integrity of the plasma and acrosomal membrane of ram sperm
Jorge Rubio-Guillén, Carla Osorio-Meléndez, Decio González-Villalobos, Héctor
Nava-Trujillo, Armando Quintero-Moreno
Respuesta bioquímica e inmune en tilapia roja
(Oreochromis mossambicus × O. niloticus) con
suplementación de quitosano en dieta
Biochemical and immune response in red tilapia (Oreochromis
mossambicus × O. niloticus) with dietary chitosan supplementation
Yuniel Méndez-Martínez, Ginger K. Pacheco-Morales, Karla A. Del Barco-Ibarra,
Yenny G. Torres-Navarrete, Martha P. Hernández-Vergara
Tecnología de Alimentos, Food Technology
Adición de hierbas aromáticas en la elaboración de una
bebida carbonatada a base de maracuyá
Adding aromatic herbs in the elaboration of a carbonated drink based on
passion fruit
Rubén Fabricio Cedeño Barre y Wagner Antonio Gorozabel Muñoz
970-992
951-969
993-1015
1016-1034
1035-1053
Influencia del amaranto y semillas de melón en la composición
nutricional de una barra energética
Inuence of amaranth and melon seeds on the nutritional
composition of an energy bar
Ángel Zambrano Loor, José Muñoz Murillo y Cecilia Párraga Álava
Cinética del secado de las hojas de las especies
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) y Melampodium
divaricatum (Asteraceae)
Leaves drying kinetics of the species Zanthoxylum sprucei
(Rutaceae) and Melampodium divaricatum (Asteraceae)
Enrique Ruiz Reyes, Ricardo Baquerizo-Crespo, Michael Aníbal Macías Pro, María
José Pin Molina y Yesther Marisol Pita Gavilanes
Socioeconomía, Socioeconomics
Willingness to pay and consumer preferences for organic
lettuce (Lactuca sativa L)
Disposición a pagar y preferencias por lechugas orgánicas
(Lactuca sativa L)
Arcadio A. Cerda, Leidy Y. García, Angela I. Viscay y Beatriz M. López
The price elasticity of the demand and revenue increase
for some Mexican planting seeds
La elasticidad precio de la demanda e ingresos para algunas semillas
mexicanas
Sergio Orozco Cirilo, Juan Manuel Vargas Canales, Sergio Ernesto Medina Cuéllar
y Nicasio García Melchor
1087-1107
1069-1086
1108-1133
1054-1068
751
Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2021, 38(4): 751-770. Octubre-Diciembre.
DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.01 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido: 24-08-2020 . Aceptado: 22-04-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: clemencia.guedez@gmail.com
Infecciones quiescentes por Colletotrichum
gloeosporioides en las diferentes etapas de
desarrollo del fruto de guayaba (Psidium guajava
L.) en dos épocas de producción
Quiescent infections by Colletotrichum gloeosporioides
in the different development stages of the guava fruit
(Psidium guajava L.) in two production seasons
Infecções quiescentes por Colletotrichum gloeosporioides
nos diferentes estágios de desenvolvimento da goiaba
(Psidium guajava L.) em duas épocas de produção
Clemencia Guédez
1*
y Dorian Rodríguez
2
1
Laboratorio de Fitopatología y Control Biológico “Carlos Díaz Polanco”, Universidad
de Los Andes, Núcleo Rafael Rangel, Trujillo, Venezuela. Código postal: 3150. Correo
electrónico: clemencia.guedez@gmail.com, .
2
Postgrado de Fitopatología, Agronomía,
Universidad Centroccidental “Lisandro Alvarado”. Cabudare, Lara, Venezuela. Código
postal: 3023. Correo electrónico: dorianalcides@gmal.com, .
Resumen
El hongo Colletotrichum gloeosporioides es causante de la antracnosis, una
de las enfermedades postcosecha más importante en frutos de guayaba. Con el
objetivo de detectar infecciones quiescentes causadas por este patógeno en yemas
orales (YF) y frutos de guayaba en dos épocas de producción, se seleccionaron
trece plantas y cincuenta YF por planta organizadas bajo un diseño en bloques al
azar con tres tratamientos: YF cubiertas inoculadas, YF cubiertas no inoculadas
y YF descubiertas no inoculadas (testigo). Se inocularon semanalmente diez YF
con 3 mL de suspensión conidial de C. gloeosporioides por YF, identicadas con
cintas de colores.semana
-1
.fecha
-1
. Transcurrida una semana de la inoculación se
recolectaron cinco YF por tratamiento, se trasladaron al laboratorio donde fueron
lavadas, desinfectadas, incubadas en cámara húmeda y sembradas en el medio
PDA para detectar la presencia del hongo, las cinco YF restantes quedaron en la
planta hasta la cosecha. Las infecciones quiescentes se manifestaron en todas las
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Guédez y Rodríguez ISSN 2477-9407
etapas de desarrollo del fruto, con mayor incidencia entre las 6 y 13 semanas con
diferencias signicativas (p<0,001) entre infecciones por semanas. El hongo se
desarrolló con mayor incidencia en cámara húmeda (69,79 %) con apariencia de
una masa mucilaginosa anaranjada y en PDA (51 %) con presencia de crecimiento
micelial. La época de producción fue determinante en la detección de infecciones
quiescentes, con mayor porcentaje entre abril y agosto (69,10 %) cuando se
presentaron. Estos resultados demuestran que C. gloeosporioides infecta las ores
y frutos inmaduros de guayaba y la enfermedad se maniesta en frutos maduros.
Palabras clave: antracnosis, infecciones latentes, yemas orales, frutos
inmaduros.
Abstract
The fungus Colletotrichum gloeosporioides is the cause of anthracnose, one of
the most important postharvest diseases in guava fruits. The objective of detect
quiescent infections caused by this pathogen in ower buds (YF) and guava fruits
in two production seasons, thirteen plants and fty YF per plant were selected,
organized under a randomized block design with three treatments: YF inoculated
covers, YF covered not inoculated and YF uncovered not inoculated (control). Ten
YF were inoculated weekly with 3 mL of conidial suspension of C. gloeosporioides
by YF and were identied with colored ribbons.week
-1
.date
-1
. One week after
the inoculation, ve YF were collected per treatment, which were transferred
to the laboratory where they were washed, disinfected, incubated in a humid
chamber and sown in the PDA medium, to detect the presence of the fungus,
the remaining ve YF were left in the plant until harvest. Quiescent infections
manifested in reproductive organs of all ages, with the highest incidence between
6 and 13 weeks with signicant differences (p<0.001) between infections/weeks.
The fungus developed more frequently in the humid chamber (69.79 %) with the
appearance of an orange mucilaginous mass and in the PDA (51 %) with the
presence mycelial growth. The production season was decisive in the detection
of quiescent infections, with the highest percentage between april and august
(69.10 %) when the highest rainfall occurred. These results demonstrated that C.
gloeosporioides infects guava owers and unripe fruits and the disease manifests
itself in ripe fruits.
Keywords: anthracnose, latent infections, ower buds, unripe fruits.
Resumo
O fungo Colletotrichum gloeosporioides é o causador da antracnose, uma
das mais importantes doenças pós-colheita da goiaba. Para detectar infecções
quiescentes por esse patógeno em botões de ores (YF) e goiaba em duas safras,
foram selecionadas treze plantas e cinquenta YF por planta, dispostas em blocos
ao acaso com três tratamentos: YF coberto inoculado, YF coberto não inoculado
e descoberto YF descoberto (controle). Dez YF foram inoculados semanalmente
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Guédez y Rodríguez ISSN 2477-9407
Introduction
Guava (Psidium guajava L.) is
among the ten most important fruits
in Venezuela, and is consumed as
fresh and processed fruit (Aular and
Casares, 2011). This fruit is affected by
post-harvest diseases that represent a
serious problem because they reduce
the quality and quantity of fruits for
commercialization, which generates
economic losses.
Colletotrichum gloeosporioides
(Penz.) Penz. & Sacc., is one of the
main fungi affecting guava fruits
in postharvest due to severity of
damage it causes (Cannon et al., 2012;
Phoulivong et al., 2010). Colletotrichum
species are highly important quiescent
pathogens that cause anthracnose
disease in a wide range of hosts in
tropical regions (Junqueira et al.,
2004; Piccinin et al., 2005). Latent or
quiescent infections in fruits caused
by this fungus manifest after harvest,
this inactivity of the fungus can last
com 3 mL de suspensão de conídios de C. gloeosporioides por YF, identicados
com tas coloridas. Semana
-1
.data-
1
. Após uma semana de inoculação, cinco YF
foram coletados para seu tratamento, transferidos para o laboratório de onde
foram lavados, desinfetados, incubados em câmara úmida e semeados no meio
do PDA, para detecção da presença do fungo, os cinco restantes foram plantados
YF na planta de colheita. As infecções inativas manifestaram-se em todas as
fases de desenvolvimento dos frutos, com maior incidência entre 6 e 13 semanas,
com diferenças signicativas (p <0,001) entre infecções
-1
.semanas
-1
. O fungo se
desenvolveu com maior incidência em câmara úmida (69,79 %) com aparecimento
de massa mucilaginosa alaranjada e em PDA (51 %) com presença de crescimento
micelial. O período de produção foi decisivo na detecção das infecções inativas,
com maior percentual entre abril e agosto (69,10%) quando ocorreram. Estes
resultados mostram que C. gloeosporioides infecta ores e frutos imaturos de
goiaba e a doença se manifesta em frutos maduros.
Palavras-chave: antracnose, infecções latentes, botões orais, frutos imaturos.
Introducción
La guayaba (Psidium guajava L.)
se encuentra entre las diez frutas
más importantes en Venezuela, y se
consume como fruta fresca y procesada
(Aular y Casares, 2011). Esta fruta
es afectada por enfermedades
postcosecha que representan un
grave problema porque reducen la
calidad y la cantidad de frutas para
su comercialización, lo que genera
pérdidas económicas.
Colletotrichum gloeosporioides
(Penz.) Penz. & Sacc., es uno de los
principales hongos que afectan a los
frutos de guayaba en postcosecha
debido a la severidad del daño
que ocasiona (Cannon et al., 2012;
Phoulivong et al., 2010). Las especies
de Colletotrichum son consideradas
patógenos quiescentes de gran
importancia que causan la enfermedad
de la antracnosis en una amplia gama
de hospederos en regiones tropicales
(Junqueira et al., 2004; Piccinin et
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Guédez y Rodríguez ISSN 2477-9407
al., 2005). Las infecciones latentes o
quiescentes en frutos causadas por
este hongo se maniestan después de
la cosecha, esta inactividad del hongo
puede durar meses y manifestarse en
el momento de la madurez del fruto
(Prusky et al., 2006; Adikaram et al.,
2015).
Este hongo afecta a los frutos
de guayaba en sus diferentes
estados fenológicos, permaneciendo
quiescentes por largos períodos de
tiempo dentro del tejido hasta que los
frutos están próximos a la maduración,
momento en el cual comienzan a
manifestarse los síntomas, los cuales
se caracterizan por lesiones circulares
y oscuras, que en condiciones de alta
humedad pueden estar acompañadas
de una masa mucilaginosa de esporas
de color anaranjada (Soares et al.,
2008; Moraes et al., 2015).
El proceso de infección de estos
hongos comienza inmediatamente
después que los conidios se adhieren y
germinan en el epicarpio o cutícula del
fruto, el tubo germinativo desarrolla
un apresorio que emite una punta
de infección que rompe y penetra la
cutícula del fruto inmaduro y posterior
a la penetración permanece inactiva
durante meses hasta la maduración
del fruto. En estos casos, el evento de
penetración del hongo puede pasar
desapercibido por el hospedero o al
contrario puede provocar en el fruto
una respuesta de defensa rápida que
resulta en la inducción de moléculas
de defensa que limitarán el avance de
la infección (Prusky y Lichter, 2007).
El tiempo que transcurre entre
la inactividad de la infección de C.
gloeosporioides en frutos inmaduros
for months and manifest itself at the
time of fruit maturity (Prusky et al.,
2006; Adikaram et al., 2015) .
This fungus affects guava fruits
in their different phenological stages,
remaining quiescent for long periods of
time within the tissue until the fruits
are close to maturation, at which time
the symptoms begin to appear, which
are characterized by lesions. circular
and dark, which in high humidity
conditions may be accompanied by a
mucilaginous mass of orange spores
(Soares et al., 2008; Moraes et al.,
2015).
The infection process of these
fungi begins immediately after the
conidia adhere and germinate in the
epicarp or cuticle of the fruit, the
germ tube develops an appressorium
that emits a point of infection that
breaks and penetrates the cuticle of
the immature fruit and subsequent to
the penetration remains inactive for
months until fruit ripening. In these
cases, the penetration event of the
fungus may go unnoticed by the host
or, on the contrary, it may provoke
a rapid defense response in the fruit
that results in the induction of defense
molecules that will limit progression
of the infection (Prusky and Lichter,
2007).
The time that elapses between
the inactivity of C. gloeosporioides
infection in immature fruits until
activation in mature fruits is due to
physiological and biochemical changes
that occur during ripening that are
detected by the pathogen (Prusky and
Lichter, 2007; Adikaram et al., 2015).
Quiescence may be due to several
factors: (i) nutritional differences
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hasta la activación en frutos maduros
es debido a cambios siológicos y
bioquímicos que ocurren durante la
maduración que es detectada por el
patógeno (Prusky y Lichter, 2007;
Adikaram et al., 2015).
La quiescencia puede deberse
a varios factores: (i) diferencias
nutricionales entre el fruto
inmaduro y el fruto maduro con
respecto al desarrollo del hongo;
(ii) cambios metabólicos asociados
con la maduración y alteraciones
en el patrón de respiración del
fruto; (iii) deciencia en el hongo de
enzimas pectinolíticas para invadir
frutos inmaduros, (iv) presencia
de compuestos tóxicos en frutos
inmaduros que no se encuentran en
frutos maduros (Adikaram et al.,
2015). Romero et al. (2017), sostienen
que la detección de infecciones
latentes en frutos de olivo (Olea
europaea subsp. europaea L.) es útil
para la toma de decisiones en el
manejo de la enfermedad antes de la
aparición de los primeros síntomas.
La detección de las infecciones
quiescentes en frutos de guayaba es
de gran importancia para determinar
el momento de aplicar el control,
debido a que es un evento que pasa
desapercibido al examen visual en
campo y se maniesta en frutos
maduros con las consecuentes
pérdidas económicas para los
productores, por lo que el objetivo
de esta investigación fue determinar
en qué etapa del desarrollo del
fruto se inicia la infección por C.
gloeosporioides en guayaba (Psidium
guajava L.) en dos épocas de
producción.
between the immature fruit and
the mature fruit with respect to
the development of the fungus; (ii)
metabolic changes associated with
ripening and alterations in the
respiration pattern of the fruit; (iii)
deciency in the fungus of pectinolytic
enzymes to invade immature fruits,
(iv) presence of toxic compounds in
immature fruits that are not found in
mature fruits (Adikaram et al., 2015).
Romero et al. (2017), argue that the
detection of latent infections in olive
fruits (Olea europaea subsp. europaea
L.) is useful for making decisions in
the management of the disease before
the appearance of the rst symptoms.
The detection of quiescent
infections in guava fruits is of great
importance to determine the moment
to apply the control, because it is
an event that goes unnoticed on
visual examination in the eld and
manifests itself in mature fruits
with the consequent economic losses
for the producers, so the objective
of this research was to determine at
what stage of fruit development the
infection by C. gloeosporioides begins
in guava (Psidium guajava L.) in two
production seasons.
Materials and methods
Experiment location
The study was carried out in a
guava plantation located in the Baralt
municipality, state of Zulia, Venezuela
(09°36’02”N, 70°58’33”W), with a
rainfall of 1,320 mm, a temperature of
27 °C and relative humidity of 77 %
annual average (Sánchez et al., 2009).
Quiescent infections were determined
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Materiales y métodos
Ubicación del ensayo
El estudio se realizó en una
plantación de guayabo ubicada en
el municipio Baralt, estado Zulia,
Venezuela (09°36´02” N, 70°58´33”
O), con una precipitación de 1.320
mm, temperatura de 27 °C y humedad
relativa de 77 % promedio anual
(Sánchez et al., 2009). Las infecciones
quiescentes se determinaron en dos
épocas de mayor producción de frutos
de guayaba en la zona, de septiembre
a diciembre del primer año y de abril a
agosto del segundo año. La plantación
de 13 años de edad, produce frutos de
guayaba tipo Criolla Roja, con meso
y endocarpio rojo, establecida a una
distancia entre planta y entre hileras
de 7 m x 7 m.
Patógeno y preparación del
inóculo
El hongo C. gloeosporioides se
obtuvo de frutos de guayaba con
síntomas de antracnosis procedentes
de la plantación, y actualmente integra
la colección de hongos del laboratorio
de topatología y control biológico
“Dr. Carlos Díaz Polanco, Núcleo
Rafael Rangel de la Universidad de
los Andes. El inóculo se preparó a
partir del hongo incubado en cajas de
Petri con medio de cultivo PDA por
12 días, agregando agua destilada
estéril (ADE) y a través de un raspado
con espátula de vidrio se removió el
micelio con los conidios, la suspensión
resultante se ltró a través de doble
capa de gasa estéril, y utilizando la
cámara de Neubaüer se ajustó a la
concentración de 1.10
6
conidios.mL
-1
con ADE.
in two seasons with the highest
production of guava fruits in the area,
from September to December of the
rst year and from April to August
of the second year. The 13-year-old
plantation produces guava fruits
of the Criolla Roja type, with red
meso and endocarp, established at a
distance between plants and between
rows of 7 m x 7 m.
Pathogen and inoculum
preparation
The fungus C. gloeosporioides
was obtained from guava fruits with
anthracnose symptoms from the
plantation, and is currently part of
the fungus collection of the “Dr. Carlos
Díaz Polanco, Rafael Rangel Nucleus
of the Universidad de los Andes. The
inoculum was prepared from the
fungus incubated in Petri dishes with
PDA culture medium for 12 days,
adding sterile distilled water (ADE)
and through scraping with a glass
spatula, the mycelium with the conidia
was removed, the resulting suspension
was ltered through a double layer of
sterile gauze, and using the Neubaüer
chamber, the concentration of 1,106
conidia.mL
-1
was adjusted with ADE.
Vegetal material
Thirteen trees with a high number
of owers and stage 1 ower buds were
selected, based on their appearance
and uniform size, in each plant 50
ower buds were chosen, of which 35
were covered with white paper bags
attached to the branch in the top
with tape and 15 remained uncovered
labeled with tape. The number of
ower buds selected was greater than
that used for each treatment due to
the risk of their fall. The classication
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Material vegetal
Se seleccionaron 13 árboles con un
alto número de ores y yemas orales
estadio 1, basados en su apariencia
y tamaño uniforme, en cada planta
se eligieron 50 yemas orales, de las
cuales 35 se cubrieron con bolsas de
papel blanco sujetas a la rama en la
parte superior con cinta pegante y 15
permanecieron descubiertas rotuladas
con una cinta. El número de yemas
orales seleccionadas fue mayor al
utilizado para cada tratamiento por
el riesgo de caída de las mismas. La
clasicación de los estados fenológicos
del fruto de la guayaba se realizó de
acuerdo a la metodología propuesta
por Laguado et al. (2002); y para esta
investigación se incluyeron desde
yemas orales hasta frutos maduros.
Inoculación de flores y cada
estado fenológico del fruto
La selección de las yemas orales
se
realizó a comienzo de la oración,
se marcaron y/o cubrieron las que
conformarían los tratamientos (YF,
ores, frutillos y frutos cubiertos
inoculados, YF, ores, frutillos y
frutos cubiertos no inoculados y YF,
ores, frutillos y frutos descubiertos
no inoculados). La primera inoculación
de las yemas orales se realizó una
semana después de la selección de éstas,
aplicando 3 mL de la suspensión conidial
del hongo por yema oral utilizando
un atomizador manual de 200 mL.
Las inoculaciones se realizaron por 15
semanas y cada semana se inocularon 10
yemas orales o frutos (tratamiento YF o
frutos cubiertos inoculados). Asimismo,
se seleccionaron y marcaron 10 YF o
frutos cubiertos no inoculados y 10 YF o
frutos descubiertos no inoculados.
of the phenological states of the guava
fruit was carried out according to the
methodology proposed by Laguado et
al. (2002); and for this research, from
ower buds to mature fruits were
included.
Inoculation of flowers and each
phenological state of the fruit
The selection of ower buds
was carried out at the beginning of
owering, those that would make up
the treatments were marked and/
or covered (YF, owers, inoculated
covered fruits, YF, owers, non-
inoculated covered fruits and fruits
and YF, owers, fruits and uncovered
fruits not inoculated). The rst
inoculation of the ower buds was
carried out one week after their
selection, applying 3 mL of the conidial
suspension of the fungus per ower
bud using a 200 mL manual atomizer.
The inoculations were carried out for
15 weeks and each week 10 ower
buds or fruits were inoculated (YF
treatment or inoculated covered
fruits). Likewise, 10 YF or non-
inoculated covered fruits and 10 YF or
uncovered non-inoculated fruits were
selected and marked.
Seven days after each inoculation,
5 ower buds or fruits were collected
from each of the treatments for a total
of 15, placed in plastic bags and taken
to the laboratory for incubation. The
same number of ower buds or fruits
per treatment were left on the plant
until harvest (week 16), to determine
the incidence and severity of the
disease.
Sample processing
The ower buds, berries and fruits
collected were taken to the laboratory
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Siete días después de cada
inoculación se recolectaron 5 yemas
orales o frutos de cada uno de
los tratamientos para un total de
15, colocadas en bolsas plásticas
y llevadas al laboratorio para su
incubación. Igual número de yemas
orales o frutos por tratamiento
fueron dejados en la planta hasta
la cosecha (semana 16), para
determinar la incidencia y la
severidad de la enfermedad.
Procesamiento de muestras
Las yemas orales, frutillos y
frutos recolectados fueron llevados
al laboratorio en bolsas plásticas,
se lavaron con agua corriente por 5
min, se desinfectaron por inmersión
en hipoclorito de sodio al 3 % por
2 min, luego se lavaron con agua
destilada estéril (ADE) y secaron
con papel absorbente estéril. De
las cinco yemas orales o frutos
cosechados cada semana, dos se
dividieron longitudinalmente en
cuatro partes, de cada cuadrante se
tomaron secciones de epicarpio de
4 x 4 mm, aproximadamente, y se
colocaron en cajas de Petri con PDA,
se incubaron hasta que aparecieron
las colonias características de
C. gloeosporioides, que fueron
identicadas utilizando las claves de
Barnett y Hunter (1986) y Hyde et
al. (2009); igualmente se colocaron
tres yemas orales o frutos en
cámara húmeda (contenedor de
aluminio de 15 cm x 10 cm con
papel absorbente humedecido)
hasta observar las estructuras
del hongo; ambas evaluaciones
bajo condiciones de temperatura
ambiente (27 °C ≈ 1 °C), 12 horas luz
in plastic bags, washed with running
water for 5 min, disinfected by
immersion in 3 % sodium hypochlorite
for 2 min, then washed with sterile
distilled water (ADE) and blotted
with sterile absorbent paper. Of the
ve ower buds or fruits harvested
each week, two were divided
longitudinally into four parts, from
each quadrant epicarp sections of
approximately 4 x 4 mm were taken
and placed in Petri dishes with
PDA, they were incubated until they
appeared. the characteristic colonies
of C. gloeosporioides, which were
identied using the keys of Barnett
and Hunter (1986) and Hyde et al.
(2009); likewise, three ower buds or
fruits were placed in a humid chamber
(aluminum container of 15 cm x 10
cm with moistened absorbent paper)
until the structures of the fungus were
observed; both evaluations under
ambient temperature conditions (27
°C ≈ 1 °C), 12 hours light and 12 hours
dark. Daily evaluations were carried
out until the presence of signs of the
fungus was detected, which made it
possible to determine the presence of
quiescent infections.
The fruits left on the plant each
week were collected in their entirety at
16 weeks, harvesting fruits from one
week to 16 weeks of inoculation, they
were transferred to the laboratory,
immersed in a 2 % hypochlorite
solution, for 3 min, washed under
running water, air dried and placed
in a dry place on cardboard sheets.
Observations to determine the
presence of characteristic symptoms
or signs of the disease were made
daily for 10 days.
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y 12 horas oscuridad. Se realizaron
evaluaciones diarias hasta detectar
la presencia de signos del hongo que
permitieron determinar la presencia
de infecciones quiescentes.
Los frutos dejados en la planta
cada semana, fueron recolectados
en su totalidad a las 16 semanas,
cosechando frutos de una semana
hasta 16 semanas de inoculación,
fueron trasladados al laboratorio,
sumergidos en una solución de
hipoclorito al 2 %, por 3 min,
lavados con agua corriente, secados
al aire y colocados en un lugar
seco sobre láminas de cartón. Las
observaciones para determinar
la presencia de síntomas o signos
característicos de la enfermedad se
realizaron diariamente por 10 días.
Análisis estadístico
El estudio en campo se realizó
bajo un diseño de bloques al azar, con
tres tratamientos: yemas orales
cubiertas inoculadas, yemas orales
cubiertas no inoculadas y yemas
orales descubiertas no inoculadas
(testigo), con 10 repeticiones por
tratamiento, la unidad experimental
fue cada estado fenológico del fruto
de guayaba.
Las infecciones quiescentes se
determinaron por el número yemas,
ores, frutillos o frutos con presencia
de signos (masa mucilaginosa
en frutos inmaduros) en cámara
húmeda o crecimiento micelial en
PDA. Los datos fueron sometidos a
un análisis de varianza (ANOVA)
y prueba de medias Tukey entre
los tratamientos, con el programa
estadístico SPSS 19 para Windows
(IBM Corporación Released, 2010).
Statistical analysis
The eld study was carried out
under a randomized block design, with
three treatments: inoculated covered
ower buds, non-inoculated covered
ower buds and non-inoculated
exposed ower buds (control), with
10 repetitions per treatment, the
experimental unit was each state
phenological of the guava fruit.
Quiescent infections were
determined by the number of buds,
owers, berries or fruits with the
presence of signs (mucilaginous
mass in immature fruits) in a humid
chamber or mycelial growth in PDA.
The data were subjected to an analysis
of variance (ANOVA) and Tukey’s
mean test between treatments, with
the statistical program SPSS 19 for
Windows (IBM Corporation Released,
2010).
Results and discussion
Quiescent infections in
different phenological stages of
the fruit
A greater presence of quiescent
infections was evidenced in green fruits
aged between 6 and 13 weeks, with
infection values from 58.33 to 77.72 %
in the entire green fruit stage (gure 1),
with signicant differences (p <0.001)
between infections per weeks. These
observations correspond to stages I
and II, between 42 and 91 days, and
according to the growth dynamics of the
“Criolla Roja” type guava fruit proposed
by Laguado et al. (2002), stages I and
II range from 7 to 91 days, with rapid
fruit growth kinetics in stage I that
notably decreases in stage II.
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Resultados y discusión
Infecciones quiescentes en
diferentes estados fenológicos del
fruto
Se evidenció mayor presencia de
infecciones quiescentes en los frutos
verdes con edades comprendidas
entre las 6 y 13 semanas, con valores
de infección desde 58,33 a 77,72 % en
toda la etapa de fruto verde (gura 1),
con diferencias signicativas (p<0,001)
entre infecciones por semanas. Estas
observaciones corresponden con las
etapas I y II, entre los 42 y 91 días, y
según la dinámica de crecimiento del
fruto de guayaba tipo “Criolla Roja”
propuesta por Laguado et al. (2002), la
etapa I y II abarca desde los 7 hasta 91
días, con una cinética de crecimiento
rápido del fruto en la etapa I que
disminuye notablemente en la etapa II.
Figura 1. Porcentaje de infección por Colletotrichum gloeosporioides en
diferentes etapas de desarrollo del fruto de guayaba (Psidium
guajava L.) en el municipio Baralt, estado Zulia, Venezuela.
Medias con letras diferentes presentan diferencias signicativas según
Tukey (T).
Figure 1. Percentage of infection by Colletotrichum gloeosporioides in
different stages of development of the guava fruit (Psidium
guajava L.) in the Baralt municipality, state of Zulia, Venezuela.
Means with different letters present signicant differences according
to Tukey (T).
Infections by C. gloeosporioides
appeared from the ower buds (16.67
%) (gure 1) and throughout the
growth phase of the guava fruit, as well
as postharvest, which indicates that
pathogen control strategies should
start before owering in order to
eliminate the inoculum that survives
in mummied leaves, branches and
fruits. Fischer et al. (2017), pointed
out that due to the wide distribution
of quiescent infections in fruits that
start from owering, preventive
management should be implemented
considering disease monitoring and
the elimination of residues from the
previous harvest.
The incidence percentage of
quiescent infections was higher for
the inoculated covered ower buds
treatment with 81 %, followed by the
bare ower buds and non-inoculated
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Las infecciones por C.
gloeosporioides aparecieron desde las
yemas orales (16,67 %) (gura 1) y a lo
largo de la fase de crecimiento del fruto
de guayaba, así como en postcosecha,
lo que indica que las estrategias de
control del patógeno deben comenzar
antes de la oración con la nalidad
de eliminar el inóculo que sobrevive
en hojas, ramas y frutos momicados.
Fischer et al. (2017), señalaron que
debido a la amplia distribución de
infecciones quiescentes en frutos que
se inician desde la oración, debe
implementarse un manejo preventivo
considerando un monitoreo de la
enfermedad y la eliminación de
residuos de la cosecha anterior.
El porcentaje de incidencia de
infecciones quiescentes fue mayor
para el tratamiento yemas orales
cubiertas inoculadas con un 81 %,
seguido de los tratamientos yemas
orales descubiertas y yemas orales
cubiertas no inoculadas con un 54 %
y 46 %, respectivamente (gura 2). La
presencia de infecciones quiescentes
en yemas orales y frutos verdes
que no fueron inoculados indica que
posiblemente fueron infectados al
inicio de su formación, o por el inóculo
que pudo estar presente en las hojas y
tallos que se cubrieron con las bolsas
junto a las yemas.
Estos resultados coinciden con lo
expresado por Michailides et al. (2010),
quienes reportan que la incidencia
de las enfermedades postcosecha
depende de la presencia de infecciones
quiescentes que se inician en campo,
de la presencia de propágulos del
hongo durante el desarrollo del fruto,
de la ecacia de los tratamientos
covered ower buds with 54 % and
46 %, respectively (Figure 2). The
presence of quiescent infections in
ower buds and green fruits that were
not inoculated indicates that they
were possibly infected at the beginning
of their formation, or because of the
inoculum that could be present in the
leaves and stems that were covered
with the bags next to the buds.
These results coincide with those
expressed by Michailides et al.
(2010), who report that the incidence
of postharvest diseases depends on
the presence of quiescent infections
that start in the eld, the presence
of propagules of the fungus during
fruit development, the effectiveness
of postharvest treatments and the
conditions storage and marketing.
Therefore, it can be said that the
high incidence of anthracnose disease
in ripe guava fruits is due to early
infection in owers and immature
fruits, so monitoring of the disease
and elimination of harvest residues
should be considered (Fischer et al.,
2017).
Soares et al. (2008) indicated
that quiescent infections have
epidemiological importance because
they occur in different phenological
stages of the fruit in the eld and lead
to an increase in infection in mature
fruit in pre-harvest and post-harvest.
Likewise, Moraes et al. (2013) found
that Colletotrichum species infected
guavas in different phenological stages
in the absence of wounds, remaining
quiescent before maturation.
Moraes et al. (2015) found that
C. gloeosporioides has the ability to
survive in immature guava fruits at
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postcosecha y de las condiciones de
almacenamiento y comercialización.
Por tanto, se puede decir que la
alta incidencia de la enfermedad
antracnosis en frutos maduros de
guayaba, se debe a la infección
temprana en ores y frutos inmaduros
por lo que debe considerarse el
monitoreo de la enfermedad y la
eliminación de residuos de cosecha
(Fischer et al., 2017).
Figura 2. Porcentaje de infección de Colletotrichum gloeosporioides
en las diferentes etapas de desarrollo del fruto de guayaba
(Psidium guajava L.) para los diferentes tratamientos durante
16 semanas de evaluación, en el municipio Baralt, estado
Zulia, Venezuela.
Medias con letras diferentes presentan diferencias
signicativas según Tukey (T).
Figure 2. Percentage of Colletotrichum gloeosporioides infection in
the different development stages of the guava fruit (Psidium
guajava L.) for the different treatments during 16 weeks of
evaluation, in the Baralt municipality, state of Zulia, Venezuela.
Means with different letters present signicant differences according
to Tukey (T).
Soares et al. (2008) indicaron
que las infecciones quiescentes
tienen importancia epidemiológica
porque ocurren en diferentes estados
fenológicos del fruto en campo y
conllevan al aumento de la infección
different ages of 10, 35, 60, 85 and
110 days after petal fall with conidia
germination and appressor formation
higher than 80 %.
Incubation methods
Quiescent infections in owers
and fruits manifested after 16 days
of incubation in a humid chamber,
through the signs of the pathogen
corresponding to a mucilaginous
mass of orange or salmon color in
the epicarp of the reproductive organ
(gure 3), as well as to the evidence of
mycelial growth from the fruit tissues
after three days of incubation in the
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en el fruto maduro en precosecha y
postcosecha. Así mismo, Moraes et al.
(2013) encontraron que las especies de
Colletotrichum infectaron guayabas
en diferentes estados fenológicos en
ausencia de heridas permaneciendo
quiescente antes de la maduración.
Moraes et al. (2015) encontraron
que C. gloeosporioides tiene la
habilidad de sobrevivir en frutos
inmaduros de guayaba en diferentes
edades de 10, 35, 60, 85 y 110 días
después de la caída de los pétalos
con una germinación de conidios y
formación de apresorios superior al 80
%.
Métodos de incubación
Las infecciones quiescentes
en ores y frutos se manifestaron
después de 16 días de incubación
en cámara húmeda, a través de los
signos del patógeno correspondiente
a una masa mucilaginosa de color
anaranjado o salmón en el epicarpio
del órgano reproductivo (gura 3), así
como a la evidencia de crecimiento
micelial a partir de los tejidos del fruto
después de tres días de incubación en
el medio de cultivo PDA. El tiempo
de observación del patógeno depende
de las condiciones de incubación y
posiblemente está relacionado a la
interacción patógeno-ores/fruto o
patogénesis. En los frutos el patógeno
después de la penetración al tejido,
lo coloniza y se reproduce para
luego manifestarse en una masa de
conidios de color naranja debido a las
condiciones de alta humedad, como
modo de sobrevivencia, y por tratarse
del fruto completo tarda varios días
PDA culture medium. The observation
time of the pathogen depends on the
incubation conditions and is possibly
related to the pathogen-ower/fruit
interaction or pathogenesis. In the
fruits, the pathogen, after penetrating
the tissue, colonizes it and reproduces
itself and then manifests itself in
a mass of orange conidia due to
high humidity conditions, as a way
of survival, and because it is the
complete fruit, it takes several days in
colonizing plant material; while in the
culture medium the structures of the
fungus come into direct contact with
the nutrients and the growth is rapid
and visible.
The method of incubation of ower
buds and green fruits played a very
important role in the detection of
quiescent infections, 69.79 % of ower
buds and fruits presented quiescent
infections in a humid chamber and 51
% when they were incubated in culture
medium PDA (gure 4). Fischer et al.
(2017), detected a 93 % incidence of
Colletotrichum in immature guava
fruits in a humid chamber after the
ninth day of incubation. The high
percentage of reproductive structures
of the fungus in a humid chamber is
possibly due to the fact that the entire
ower bud or fruit was incubated, while
only sections of the plant material
were sown in PDA culture medium,
so that the quiescent infection point
could not having been in the sections
of the vegetable that came into contact
with the growing medium.
Field study
In the plantation, no “anthracnose”
symptoms were manifested during the
stage from ower buds to 16-week-old
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en colonizar el material vegetal;
mientras que en el medio de cultivo
las estructuras del hongo entran en
contacto directo con los nutrientes y el
crecimiento es rápido y visible.
El método de incubación de yemas
orales y frutos verdes jugó un papel
muy importante en la detección de
infecciones quiescentes, el 69,79 % de
las yemas orales y frutos presentaron
infecciones quiescentes en cámara
húmeda y el 51 % cuando se incubaron
Figura 3. Frutos de guayaba (Psidium guajava L.) de 7(A) y 10(B) semanas
de edad con presencia de una masa mucilaginosa de color
salmón sobre el epicarpio (A, B y C). Conidios de Colletotrichum
gloeosporioides proveniente de la masa mucilaginosa (D).
Figure 3. Guava fruits (Psidium guajava L.) 7 (A) and 10 (B) weeks old
with the presence of a salmon-colored mucilaginous mass
on the epicarp (A, B and C). Colletotrichum gloeosporioides
conidia from the mucilaginous mass (D).
fruits, at harvest time, however, the
disease was observed in guava fruits
stored after harvest in all treatments,
conrming that the pathogen was
present in the plantation and the
infection possibly occurred in the
early stages of fruit development,
remaining inactive or quiescent until
ripening.
These results coincide with
previous studies carried out by
Prusky et al. (2013), who pointed out
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Figura 4. Porcentaje de infecciones causadas por Colletotrichum
gloeosporiodes en todos los estados fenológicos: YF, flores,
frutillos y frutos de guayaba (Psidium guajava L.) incubados
en cámara húmeda y medio de cultivo PDA, municipio Baralt,
estado Zulia, Venezuela.
Figure 4. Percentage of infections caused by Colletotrichum
gloeosporiodes in all phenological stages: YF, flowers, berries
and guava fruits (Psidium guajava L.) incubated in a humid
chamber and PDA culture medium, Baralt municipality, state
of Zulia, Venezuela.
en medio de cultivo PDA (gura 4).
Fischer et al. (2017), detectaron un
93 % de incidencia de Colletotrichum
en frutos de guayaba inmaduros en
cámara húmeda después del noveno
día de incubación. El alto porcentaje de
estructuras reproductivas del hongo
en cámara húmeda, posiblemente se
debe a que se incubó la yema oral
o fruto completo, mientras que en
medio de cultivo PDA sólo se sembró
secciones del material vegetal, por lo
que el punto de infección quiescente
pudo no haber estado en las secciones
del vegetal que entró en contacto con
el medio de cultivo.
that C. gloeosporioides has the ability
to infect immature avocado fruits
(Persea americana L.) in the eld,
which remains quiescent until its
activation at maturity and manifests
as dark spots on ripe fruits. Quiescent
infections by C. gloeosporioides can
be the product of stress or natural
defenses of the tomato fruit (González
et al. 2013; Alkan et al. 2015); and
when the physiological (maturity)
and biochemical (presence of sugars)
conditions of the guava fruit change,
the activation of the pathogen and
progression of the disease occur (Bruce
Da Silva and Michereff, 2013).
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Estudio en campo
En la plantación no se manifestaron
síntomas de “antracnosis” durante
la etapa comprendida desde yemas
orales hasta frutos de 16 semanas
de edad, momento de la cosecha, sin
embargo, la enfermedad se observó
en frutos de guayaba almacenados
después de la cosecha en todos los
tratamientos, lo que conrma que
el patógeno estaba presente en la
plantación y la infección ocurrió
posiblemente en etapas tempranas del
desarrollo del fruto, permaneciendo
inactiva o quiescente hasta la
maduración.
Estos resultados coinciden con
estudios previos realizados por Prusky
et al. (2013), quienes señalaron que C.
gloeosporioides tiene la capacidad de
infectar frutos de aguacate (Persea
americana L.) inmaduros en campo,
el cual permanece quiescente hasta
su activación en la madurez y se
maniesta como manchas oscuras
en frutos maduros. Las infecciones
quiescentes por C. gloeosporioides
pueden ser producto de estrés o
defensas naturales del fruto de
tomate (González et al. 2013; Alkan
et al. 2015); y cuando cambian las
condiciones siológicas (madurez) y
bioquímicas (presencia de azúcares)
del fruto de guayaba, se produce la
activación del patógeno y avance
de la enfermedad (Bruce Da Silva y
Michereff, 2013).
Época de producción
La época de producción inuyó en
la presencia de infecciones quiescentes
en todos los estados fenológicos
evaluados (p<0,001) con un 69,10
% en la época de abril-agosto y un
Production season
The production season inuenced
the presence of quiescent infections in
all the phenological stages evaluated
(p <0.001) with 69.10 % in the April-
August period and 15.14 % in the
September-December period (gure
5). This result is due to the fact that
in the April-August period there was
greater precipitation, which suggests
that the fungus used liquid water
for its dispersion and germination
of the conidia. This has already
been demonstrated in avocado, in
which they found that conidia of
Colletotrichum sp. survived during
the winter on green leaves and
branches, which led to a greater
infection in the eld, manifesting
itself in mature fruits with a high
incidence of the disease (Sharma et
al., 2017). Likewise, Bruce Da Silva
and Michereff (2013) indicated that
the main source of inoculum are the
conidia of Colletotrichum spp. that
survive on branches and leaves; and
in conditions of high humidity they
are dispersed to the immature fruits
through splashes of rainwater.
The main means of dissemination
of C. gloeosporioides is through
the splashing and dragging of the
conidia to other organs of the plant
by raindrops, causing new infections,
which represents a favorable condition
for the fungus, which has been
evidenced in fruit trees such as mango
(Mangifera indica L.) and blackberry
(Rubus glaucus Benth.) (Huerta et al.,
2009; López et al., 2013). Conidia of
C. gloeosporioides are spread mainly
by raindrops, causing new infections;
It is common for this fungus to infect
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15,14 % en la época de septiembre-
diciembre (gura 5). Este resultado
se debe a que en la época de abril-
agosto hubo mayor precipitación, lo
que sugiere que el hongo utilizó el
agua líquida para su dispersión y
germinación de los conidios. Esto ya
ha sido demostrado en aguacate, en
los cuales encontraron que conidios
de Colletotrichum sp. sobrevivieron
durante el invierno en hojas y ramas
verdes que conllevó a una mayor
infección en campo manifestándose en
frutos maduros con alta incidencia de
la enfermedad (Sharma et al., 2017).
Así mismo, Bruce Da Silva y Michereff
(2013) indicaron que la principal
fuente de inóculo son los conidios de
Colletotrichum spp. que sobreviven
en ramas y hojas; y en condiciones de
alta humedad se dispersan a los frutos
inmaduros a través de salpicaduras de
agua de lluvia.
El principal medio de
diseminación de C. gloeosporioides es
a través del salpique y arrastre de los
conidios a otros órganos de la planta
por gotas de lluvia, causando nuevas
infecciones, lo cual representa una
condición favorable para el hongo,
que se ha evidenciado en frutales
como el mango (Mangifera indica
L.) y la mora (Rubus glaucus
Benth.) (Huerta et al., 2009; López
et al., 2013). Los conidios de C.
gloeosporioides se diseminan
principalmente por gotas de lluvia,
lo que causa nuevas infecciones;
es común que este hongo infecte
frutos inmaduros en plantaciones y
permanezca inactivo hasta después
de la cosecha, activándose durante
la maduración (Agrios, 2005).
immature fruits in plantations and to
remain inactive until after harvest,
activating during ripening (Agrios,
2005).
The average temperature in both
seasons was higher than 28 °C and
humidity exceeded 87 %, optimal
environmental conditions for infection
by Colletotrichum in guava fruits.
This coincides with Ventura and
Hinz (2002) who indicated that the
optimal conditions for the growth and
sporulation of Colletotrichum musae
in banana fruits (Musa spp.) Were
between 27 and 30 °C. In contrast to
the results obtained, Barkai (2001)
found that the effect of temperature
(higher than 26 °C) is very important
in the development of the disease in
tropical fruits, being the most limiting
variable in the infection process of
C gloeosporioides in fruits of milky
(Carica papaya L.), mango (Mangifera
indica L.) and guava (Psidium guajava
L.), which depends on the development
phase of the disease, being susceptible
between the germination phase of the
conidia and the tissue penetration
phase.
Conclusions
Quiescent Colletotrichum
gloeosporioides infections were
detected in all the phenological stages
evaluated: buds, owers, berries and
guava fruits, with a higher incidence
in green fruits aged 6 to 13 weeks,
after an incubation period of 4 days in
PDA médium and 15 days in a humid
chamber.
The guava production season was
a determining factor in detecting
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El promedio de temperatura en
ambas épocas fue superior a los 28
°C y la humedad superó el 87 %,
condiciones ambientales óptimas para
la infección por Colletotrichum en
frutos de guayaba. Lo cual coincide
con Ventura y Hinz (2002) quienes
señalaron que las condiciones óptimas
para el crecimiento y esporulación
de Colletotrichum musae en frutos
de banana (Musa spp.) estuvieron
entre 27 y 30 °C. En contraste con
Figura 5. Porcentaje promedio de infecciones quiescentes de
Colletotrichum gloeosporioides en los estados fenológicos
(yemas, flores, frutillos y frutos) evaluados y el promedio
mensual de la temperatura y la humedad relativa en las
dos épocas de producción, municipio Baralt, estado Zulia,
Venezuela. Temp.=Temperatura; Prec.= Precipitación; HR=
Humedad relativa.
Figure 5. Average percentage of quiescent infections of Colletotrichum
gloeosporioides in the phenological stages (buds, flowers,
berries and fruits) evaluated and the monthly average of
temperature and relative humidity in the two production
seasons, Baralt municipality, state of Zulia, Venezuela.
Temp. = Temperature; Prec = Precipitation; RH = Relative humidity.
los resultados obtenidos, Barkai
(2001) encontró que el efecto de la
temperatura (superior a 26 °C) es
muy importante en el desarrollo de la
enfermedad en frutos tropicales, siendo
la variable más limitante en el proceso
a higher presence of quiescent
infections, and corresponded with the
time of greatest rainfall.
End of English Version
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de infección de C. gloeosporioides
en frutos de lechosa (Carica papaya
L.), mango (Mangifera indica L.) y
guayaba (Psidium guajava L.), lo cual
depende de la fase de desarrollo de la
enfermedad, siendo susceptible entre
la fase de germinación de los conidios
y la fase de penetración al tejido.
Conclusiones
Las infecciones quiescentes de
Colletotrichum gloeosporioides se
detectaron en todos los estados
fenológicos evaluados: yemas, ores,
frutillos y frutos de guayaba, con
mayor incidencia en frutos verdes con
edades entre 6 a 13 semanas, luego
de un período de incubación de 4 días
en medio PDA y 15 días en cámara
húmeda.
La época de producción de
guayaba fue un factor determinante
para detectar mayor presencia
de infecciones quiescentes, y
correspondió con la época de mayor
precipitación.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.02 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Received: 01-10-2020 . Accepted: 20-11-20.
*Corresponding autor. Email:ckremer@uchile.cl
Technical note / Nota Técnica
In situ calibration of two FDR gauges under saline
soil conditions in the hyperarid of Chile
Calibración in situ de dos sondas FDR bajo condiciones
de suelo salino en el hiperárido de Chile
Calibração in situ de dois medidores FDR sob condição
do solo salino, no hiper árido do Chile
Cristián Kremer Fariña*, Rodrigo Candia Antich, Ian Homer
Bannister
y Oscar Seguel Seguel
Coll. Agronomic Scs, University of Chile, Santa Rosa 11315, La Pintana, Santiago, Chile.
Postal code 8820808. E-mail: (CK) ckremer@uchile.cl, ; (RC) rcandia87@gmail.com, (IH);
ihomer@uchile.cl, ;(OS) oseguel@uchile.cl .
Abstract
A calibration method was developed for two FDR sensors (GS3 and POGO) in
saline soil conditions with predominantly ne textures and electrical conductivities
that uctuate between 4.4 and 16.5 dS.m
-1
. The methodology included the use of
inltration trenches and the recording of the variation of the water content over
time. The results showed that there is an overestimation of as a function of the
salt content. The standard error obtained with the manufacturer’s calibration
was 0.09 and 0.19 cm
3
.cm
-3
for GS3 and POGO, respectively. After calibration,
the standard error decreased to 0.04 and 0.05 cm
3
.cm
-3
, respectively. The R
2
of
the calibration equations for GS3 and POGO were 0.94 and 0.86 respectively, not
being necessary a differentiated calibration by salinity ranges. The GS3 sensor
performed better than the POGO in the salinity conditions encountered.
Keywords: soil water content, dielectric permittivity, soil salinity, dielectric
constant.
Resumen
Se desarrolló un método de calibración para dos sensores FDR (GS3 y
POGO) en condiciones de suelo salino con texturas predominantemente nas y
772
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Kremer Fariña et al. ISSN 2477-9407
conductividades eléctrica que uctúan entre 4,4 y 16,5 dS.m
-1
. La metodología
contempló el uso de zanjas de inltración y el registro de la variación del contenido
del agua en el tiempo. Los resultados mostraron que existe una sobreestimación
del en función del contenido de sal. El error estándar obtenido con la calibración
del fabricante fue de 0,09 y 0,19 cm
3
.cm
-3
para GS3 y POGO, respectivamente.
Después de la calibración, el error estándar disminuyó a 0,04 y 0,05 cm
3
.cm
-3
,
respectivamente. El R
2
de las ecuaciones de calibración para GS3 y POGO fueron
0,94 y 0,86 respectivamente, no siendo necesaria una calibración diferenciada por
rangos de salinidad. El sensor GS3 funcionó mejor que el POGO en las condiciones
de salinidad encontradas.
Palabras claves: contenido de agua del suelo, permisividad dieléctrica, salinidad
del suelo, constante dieléctrica.
Resumo
Este trabalho focou em a calibração de dois sensores FDR (GS3 e POGO) em
condições de solo salino em três olivais do Vale de Copiapó, no hiper árido do
Chile (27,5°S), com texturas predominantemente nas e valores de condutividade
elétrica que utuam entre 4.4 e 16.5 dS.m
-1
. A metodologia contemplou o uso de
valas de inltração e o registro da variação do conteúdo da água no tempo. Os
resultados mostraram que existe uma sobre estimação do conteúdo de água nos
solos salinos dependendo do teor de sal. O erro estândar obtido com a calibração
do fabricante com respeito aos valores reais de θ foi de 0.09 e 0.19 cm
3
.cm
-3
para
GS3 y POGO, respectivamente. Depois da calibração, o erro estândar diminuiu
a 0.04 e 0.05 cm
3
.cm
-3
, correspondentemente. O R
2
das equações de calibração
para GS3 e POGO foram 0.94 e 0.86 respectivamente, sem necessidade de uma
calibração diferenciada por faixas de salinidade. O sensor GS3 funcionou melhor
que o POGO, nas condições de salinidade encontradas.
Palavras chaves: conteúdo de água do solo, permissividade dielétrica, salinidade
do solo, constante dielétrica.
Introduction
Indirect estimations of the
soil´s water content (θ), based
on the variation of its dielectric
permittivity (εa), particularly
the dielectric constant (Ka), have
proven to be successful as a tool
to establish a more efficient
irrigation schedule (Callejas et al.,
2014).
Introducción
Estimaciones indirectas del
contenido de agua del suelo (θ),
basadas en la variación de su
permisividad dieléctrica (εa),
particularmente la constante
dieléctrica (Ka), han demostrado su
ecacia como una herramienta para
establecer un programa de riego más
eciente (Callejas et al., 2014).
773
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Among the methods available
to estimate θ, Frequency Domain
Reectometry (FDR) provides
measurements, by means of an
electromagnetic wave that is transmitted
along probes and records the frequency
of the reected wave, which depends on
the capacitance of the medium where the
probe is located, which is directly related
to the εa of the soil (Sevostianova et al.,
2015). Later, the value of water content
present in the soil is estimated using the
model proposed by Topp et al. (1980):
This method works properly for most
of the mineral soils. However, one of
the greatest restrictions on the use of
this technology is the content of salts,
since soils rich in salts or with a high
ionic charge (ex: Clay soils) can produce
signicant ionic and dielectric losses,
over estimating the value of εa and θ
(Sevostianova et al., 2015, Ojo et al.,
2015).
In recent years there has been
an increase in soil water monitoring
technologies that lead to improving the
scheduling of micro-irrigation systems,
but the low quality of irrigation water
has led to soil salinization, which that
affects the operation and calibration of
these technologies. In this context, the
main objectives of this research were:
(1) to evaluate the accuracy in eld of
two FDR sensors used in salty soils, by
comparing the soil moisture output from
their factory default calibration with the
volumetric water content determined
using the thermogravimetric method,
and (2) to develop a calibration equation
for each sensor to operate correctly in
these salty soils.
Entre los métodos disponibles
para estimar θ, se encuentra
la Reectometría de Dominio
de Frecuencia (FDR), la cual
proporciona medidas por medio de
una onda electromagnética que se
transmite a lo largo de las sondas
y registra la frecuencia de la onda
reejada, la cual depende de la
capacitancia del medio donde se
encuentra la sonda, lo cual está
directamente relacionado al εa del
suelo (Sevostianova et al., 2015).
Posteriormente, se estima el valor
del contenido del agua presente en el
suelo utilizando el modelo propuesto
por Topp et al. (1980):
Éste método funciona correctamente
para la mayoría de los suelos
minerales. Sin embargo, una de las
mayores restricciones sobre el uso
de esta tecnología es el contenido de
sales, ya que los suelos ricos en sales
o con una alta carga iónica (ej: Suelos
arcillosos) pueden producir perdidas
iónicas y dieléctricas signicantes,
sobreestimando el valor de εa y θ
(Sevostianova et al., 2015, Ojo et al.,
2015).
En los años recientes ha habido
un incremento en las tecnologías de
monitoreo de agua en el suelo que
llevan a el mejoramiento del horario
de los sistemas de micro-riego, pero
la baja calidad del agua de riego
ha conllevado a la salinización del
suelo, lo cual afecta la operación y
la calibración de estas tecnologías.
En este contexto, los objetivos
principales de esta investigación
fueron: (1) Evaluar la precisión
(1)
(1)
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Materials and methods
Sites
The study was carried out in the
Copiapó Province, Atacama Region,
Chile, in three olive orchards,
called “La Castellana” (27°19’00’’S
and 70°35’00’’W), “Mallorquina”
(27°20’00’’ S and 70°34’00’’O)
and “Vasangel” (27°18’00’’S and
70°27’00’’W). The climate of the
area is low marginal desert type.
The dominant soils are Aridisols,
derived from deposits of the Copiapó
River.
Sites Characterization
A description was made through
one pit for each site. Particle size
distribution, bulk density by core
method, and particle density by
pycnometer were determined. The
samples were obtained from the
pits at 3 depths (30, 50 and 80 cm)
with three replicates. Additionally,
electrical conductivity was
determined using the saturation
extract method and conductivity
determination. The samples were
obtained from the previously
mentioned pits at 3 depths (30, 50
and 80 cm) with one replicate.
Gauges
The gauges used were: POGO
(or Hydra Probe) (Stevens Water
Monitoring Systems, USA), and
GS3 (Decagon Devices, USA).
Treatments and design of
experiments
Calibration
Three trenches 0.6 m wide, 0.8
m long and 0.2 m deep were dug
in each orchard. The purpose of
these trenches was to remove the
en el campo de dos sensores
FDR utilizados en suelos salinos,
comparando la salida de humedad del
suelo de su calibración por defecto,
con el contenido volumétrico de agua
determinado mediante el método
termogravimétrico, y (2) desarrollar
una ecuación de calibración para que
cada sensor funcione correctamente
en estos suelos salinos.
Materiales y métodos
Sitios de estudio
El estudio se llevó a cabo en la
provincial de Copiapó, región de
Atacama, Chile, en tres huertos
de olivo, llamados “La Castellana”
(27°19’00’’S y 70°35’00’’W),
“Mallorquina” (27°20’00’’ S
y 70°34’00’’O) y “Vasangel”
(27°18’00’’S y 70°27’00’’W). El clima
del área es de tipo desierto marginal
bajo. Los suelos dominantes son los
aridisoles, derivados de los depósitos
del río Copiapó.
Caracterización de sitios de
estudio
Se realizó una descripción
a través de una fosa para cada
sitio. Se determinó la distribución
del tamaño de las partículas, la
densidad aparente por el método
del núcleo y la densidad de las
partículas por el picnómetro. Las
muestras se obtuvieron de las fosas
a tres profundidades (30, 50 y 80 cm)
con tres replicas. Adicionalmente, la
conductividad eléctrica se determinó
utilizando el método del extracto de
saturación y la determinación de
la conductividad. Las muestras se
obtuvieron de las fosas mencionadas
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horizon of salt accumulation due to
capillary ascents, and to generate a
homogeneous inltration zone (Figure
1a). Once ready they were lled once
with irrigation water and the water
was expected to fully inltrate. Once
this condition was fullled, it was
waited 1 hour to carry out the rst
measurement (Ti1).
Figure 1. Calibration trenches for GS3 and POGO sensors. (a)Trenches;
(b) gauge positions (triangles GS3, rhombuses POGO) and soil samples
(circles thermogravimetric method).
Figura 1. Zanjas de calibración para los sensores GS3 y POGO. (a) Zanjas;
(b) posiciones de sensores (triángulos: GS3, rombos: POGO) y muestras
de suelo (método termogravimétrico: círculos).
Previously, at the bottom of
each trench, three GS3 sensors
were installed in a horizontal and
permanent position (Figure 1b, 9
sensors per site). In the case of the
POGO sensor, in each measurement
periods, 5 points were recorded for each
trench, introducing it perpendicular to
the bottom of the trench. The soil was
then allowed to dry for 12 hours and the
(A)
(B)
anteriormente a 3 profundidades
(30, 50 y 80 cm) con una réplica.
Sensores
Los sensores utilizados fueron:
POGO (o Hydra Probe) (Stevens
Water Monitoring Systems, USA), y
GS3 (Decagon Devices, USA).
Tratamientos y diseño
experimental
Calibración
Se excavaron tres zanjas de 0,6
m de ancho, 0,8 m de largo y 0,2 m
de profundidad en cada huerto. La
nalidad
de estas zanjas era eliminar
el horizonte de acumulación de sales
debido a los ascensos capilares y generar
una zona de inltración homogénea
(Figura 1a). Una vez listas se llenaron
con agua de riego y se esperaba que el
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corresponding measurements for Ti2
were repeated, 4 more measurement
periods were made following the same
procedure already described, however
the remaining measurement times
varied according to the site, we sought
to obtain data in a wide range of θ.
For each measurement period (Ti) and
site, data was taken every 2 minutes,
for 20 minutes and registered in a
Datalogger (Em50, Decagon Devices)
for GS3 and by hand for POGO.
Immediately after recording all
the data from the gauges in each
measurement period, a soil core
sample was taken to determine its
volumetric water content (θ) by
thermogravimetry (Figure 1b).
Prior to eld installation, the
difference in the records between
sensors of the same origin was
reviewed. For both the GS3 and
POGO gauges, an analysis of variance
was performed with measurements
in free water, where no signicant
differences were found for the
measured parameters (θ, ε
a
) at a
signicance level of 5% (p ≤0.05).
Statistical analysis
A grade 3 polynomial regression
was utilized to t the Topp et al.
(1980) equation parameters, using the
permittivity outputs from the sensors
as the independent variable and the
thermogravimetric soil water contents
as the dependent variable. The
coefcient of determination (R
2
), was
used to display the degree of similarity
between the sensor calibration
equation and soil thermogravimetric
measurements. Additionally, linear
regressions were adjusted where
the dependent variable was the soil
agua se inltrara completamente. Una
vez cumplida esta condición, se esperó 1
hora para realizar la primera medición
(Ti1).
Previamente, en el fondo de cada
zanja, se instalaron tres sensores GS3
en posición horizontal y permanente
(Figura 1b, 9 sensores por sitio). En
el caso del sensor POGO, en cada
período de medición se registraron 5
puntos por cada zanja, introduciéndolo
perpendicularmente al fondo de la
misma. Luego se dejó secar el suelo
durante 12 horas y se repitieron las
mediciones correspondientes para Ti2,
se realizaron 4 períodos de medición
más siguiendo el mismo procedimiento
ya descrito, sin embargo, los tiempos
de medición restantes variaron según
el sitio, se buscó obtener datos en un
amplio rango de θ. Para cada periodo
de medición (Ti) y sitio, se tomaron
datos cada 2 minutos, durante 20
minutos y se registraron en un
Datalogger (Em50, Decagon Devices)
para GS3 y a mano para POGO.
Inmediatamente después de
registrar los datos de los sensores en
cada período de medición, se tomó
una muestra de núcleo de suelo para
determinar su contenido volumétrico
de agua (θ) por termogravimetría
(Figura 1b).
Antes de la instalación de campo,
se revisó la diferencia de los registros
entre los sensores del mismo origen.
Tanto para los sensores GS3 como
para los POGO, se realizó un análisis
de varianza con mediciones en
agua libre, donde no se encontraron
diferencias signicativas para los
parámetros medidos (θ, ε
a
), a un nivel
de signicancia de 5% (p ≤0,05).
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water content obtained from the
factory calibrations and from this
work, and the independent variable
was the soil water content obtained
by thermogravimetry. Slopes were
compared using Student’s t test, with
a 95 % condence level. Furthermore,
the standard error of estimates (SEE,
equation 2) was utilized to compare the
performance of the different equations
to estimate the real soil water content
(Thermogravimetry):
(2)
Where N is number of pair data
(x,), is the predicted soil water content
and is the soil water content from
thermogravimetry. As the smaller
SEE is, the better it’s the model
performance.
Results and discussion
Texture, particle density and
bulk density
The results showed silt contents
in a wide range (29.8 % to
78 %), with
a dominance of this fraction, which
generates textural class soils ranging
from loam to silty loam. The values
obtained for the bulk density ranged
between 1.07 and 1.39 Mg.m
-3
were
lower than would be expected based
on the texture class presented by the
sampled horizons, especially at the
Mallorquina site. The values of particle
density were relatively homogeneous
and high (2.73 to 2.83 Mg.m
-3
) compared
to the reference value of 2.65 Mg.m
-3
indicated by Sandoval et al. (2012).
Análisis estadístico
Se utilizó una regresión
polinómica de 3
er
grado para ajustar
los parámetros de la ecuación de Topp
et al. (1980), utilizando las salidas
de permisividad de los sensores
como una variable independiente y
los contenidos termogravimeticos
de agua del suelo como variable
dependiente. El coeciente de
determinación (R
2
), se utilizó para
mostrar el grado de similitud entre
la ecuación de calibración del sensor
y las mediciones termogravimetricas
del suelo. Adicionalmente, las
regresiones lineales se ajustaron
donde la variable dependiente fue el
contenido de agua del suelo obtenido
de las calibraciones de fábrica y de este
trabajo, y la variable independiente
fue el contenido de agua del suelo
obtenido por termogravimetría. Las
pendientes se compararon mediante
la prueba T de Student, con un nivel
de conanza (seguridad) del 95 %.
Además, se utilizó el error estándar
de las estimaciones (SEE, ecuación
2) para comparar el rendimiento de
las diferentes ecuaciones y estimar
el contenido real de agua del suelo
termogravimetría:
(2)
Donde N es el número de datos
pares (x,), es el contenido de agua del
suelo esperado, e es el contenido de
agua del suelo por termogavimetría.
Cuanto más pequeño sea el SEE,
mejor será el rendimiento del
modelo.
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Electrical conductivity in
saturated extract (ECs)
The ECs values characterize these
soils as saline. For all sites, the most
extended values of ECs were found
in the most supercial horizons,
decreasing in depth. The highest ECs
ranges were found in Mallorquina
(15.2 to 16.5 dS.m
-1
), followed by
Vasangel (6.58 to 9, 71 dS.m
-1
) and La
Castellana (5.83 to 7.59 dS.m
-1
).
Soil water content and gauges
measurements
All the measurements obtained
from the sites are detailed on Table
1. It is important to notice that there
is an anomaly on the results of soil
water content in La Castellana site,
specically there is a value of 0.63 cm
3
.
cm
-3
, which is larger than the porosity
of the soil. For further analysis, it will
not be considered.
Figure 2 shows θ measured by the
sensors as a function of the θ obtained by
thermogravimetry, in a 1:1 relationship.
The soil water content measured by the
sensors (based on factory calibration)
showed a clear overestimation over the
entire measurement range (Table, 1,
Figure 2). Both sensors behave pretty
consistent and similar on the range
between 0.2 to 0.4 cm
3
cm
-3
, however,
with larger soil water contents POGO
had a larger overestimation.
Equations 3 and 4 were developed
considering all the sampling periods
in the different sites with the average
permittivity values obtained by each
sensor (Figure 3)
In this way, considering the data
set of the three soils under study, the
following calibration equations were
obtained:
Resultados y discusión
Textura, densidad de las
partículas y densidad aparente
Los resultados mostraron
contenidos de limo en un amplio
rango (29,8 % a 78 %), con una
dominancia de esta fracción, lo
cual genera una clase textural de
suelos que van desde franco a franco
limoso. Los valores obtenidos para
la densidad aparente variaron entre
1,07 y 1,39 Mg.m
-3
,
fueron inferiores
a lo esperado, en función a la clase
textural presentada por los horizontes
muestreados, especialmente en el sitio
Mallorquina. Los valores de densidad
de las partículas fueron relativamente
homogéneos y elevados (2,73 a 2,83
Mg.m
3
), comparados a el valor de
referencia de 2,65 Mg.m
-3
indicado por
Sandoval et al. (2012).
Conductividad eléctrica en
extracto saturado (CEs)
Los valores de Ces caracterizan
estos suelos como salinos. Para todos
los sitios, los valores más extensos de
CEs se encontraron en los horizontes
más superciales, disminuyendo en
profundidad. Los rangos más altos de
Ces se encontraron en Mallorquina
(15,2 a 16,5 dS.m
-1
), seguidos por
Vasangel (6,58 a 9,71 dS.m
-1
) y La
Castellana (5,83 a 7,59 dS.m
-1
).
Contenido de agua del suelo y
medidas de los sensores
Todas las mediciones obtenidas de
los sitios se detallan en el cuadro 1.
Es importante mencionar que existe
una anomalía en los resultados del
contenido de agua del suelo en el sitio
La Castellana, especícamente existe
un valor de 0,63 cm
3
.cm
-3
, lo cual es
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Table 1. Measurements of volumetric water content (cm
3
.cm
-3
) obtained
from the field. Values of GS3 and Hydra Probe sensors, and
direct measurement (Soil).
Cuadro 1. Mediciones del contenido volumétrico de agua (cm
3
.cm-
3
)
obtenidas en el campo. Valores de los sensores GS3 e Hydra
Probe, y de la medición directa (suelo).
GS3 POGO Soil
Site Ti θ (cm
3
.cm
-3
) e
a
θ (cm
3
.cm
-3
) e
a
(θ) (cm
3
.
cm
-3
)
Prom Desv CV Prom Desv CV Prom Desv CV Prom Desv CV
Mallorquina
1 0.485 0.032 6.67 28.53 4.43 15.54 0.47 0 0.98 36.29 0.47 1.3 0.35
2 0.477 0.046 9.64 28.1 6.03 21.46 0.38 0.06 15.01 26.15 5.06 19.34 0.38
3 0.448 0.043 9.66 24.61 4.8 19.51 0.49 0.05 11.11 38.86 6.35 16.33 0.3
4 0.359 0.039 10.81 17.27 2.55 14.79 0.33 0.04 10.89 23.05 3.37 14.63 0.27
5 0.31 0.041 13.3 14.39 2.24 15.61 0.3 0.02 5.97 19.68 1.46 7.39 0.23
6 0.276 0.021 7.53 12.55 1.01 8.08 0.23 0.02 9.38 14.39 1.51 10.51 0.22
La Castellana
1 0.588 0.026 4.37 48.89 5.25 10.75 0.68 0.15 21.59 65.59 21.04 32.07 0.58
2 0.579 0.019 3.25 47.14 4.56 9.67 0.44 0.11 25.49 33.21 11.82 35.59 0.63
3 0.571 0.026 4.6 44.91 5.93 13.21 0.93 0.05 5.22 105.19 9.12 8.67 0.58
4 0.568 0.026 4.62 44.46 5.87 13.21 0.84 0.05 5.47 87.78 7.66 8.72 0.56
5 0.554 0.059 10.66 42.75 9.2 21.52 0.83 0.11 12.76 86.88 17.09 19.67 0.53
6 0.556 0.086 15.49 43.85 12.8 29.19 0.8 0.11 13.48 84.72 17.09 20.17 0.44
Vasangel
1 0.406 0.04 9.95 20.69 3.11 15.03 0.44 0.03 6.58 32.34 3.03 9.37 0.27
2 0.364 0.048 13.17 17.64 3.05 17.31 0.39 0.03 7.64 27.41 2.83 10.34 0.24
3 0.354 0.052 14.72 17.09 3.23 18.91 0.42 0.01 2.87 31.37 1.31 4.17 0.28
4 0.319 0.04 12.64 14.87 2.23 15.02 0.37 0.03 7.49 25.73 2.6 10.11 0.3
5 0.284 0.03 10.55 13.13 1.75 13.34 0.3 0.01 2.53 19.68 0.64 3.26 0.21
6 0.25 0.018 7.4 11.29 0.85 7.49 0.24 0.02 10.26 15.12 1.71 11.34 0.14
Ti: time interval; Av: average (n=9 GS3, n=15 POGO); S: standard deviation; CV: coefcient of
variation.
Ti: Intervalo de tiempo; Av: promedio (n=9 GS3, n=15 POGO); S: desviación estándar; CV:
Coeciente de variación
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Figure 2. Average soil water content (n=9 GS3, n=15 POGO) measured by
the sensors as a function of the soil water content obtained by
thermogravimetry.
Figura 2. Contenido promedio de agua del suelo (n=9 GS3, n=15 POGO)
medido por los sensores en función del contenido de agua del
suelo obtenido por termogravimetria.
Figure 3. Soil water content curves obtained from factory calibration
(
θ
f
) and the calibration from this work (
θ
c
) for the GS3 (A) and
POGO (B) sensors.
Figura 3. Curvas del contenido de agua del suelo obtenidas a partir de
la calibración de fábrica (
θ
f) y de la calibración de este trabajo
(
θ
c) para los sensores GS3 (A) y POGO (B).
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(3)
(4)
Considering the breadth of silt
content and salinity levels, the
sensors work well, adjusting with
good performance (Figure 3) over a
wide range of soil conditions. The SEE
obtained with the manufacturer’s
calibration with respect to the real
values of θ is 0.09 and 0.19 cm
3
.cm
-3
for
the GS3 and POGO, respectively. The
behavior of the error is different in each
case: for GS3 gauge, the error increase
with lower water contents, while in
POGO gauge the error increase with
higher water content. On the other
hand, the calibration equations (3
and 4) showed high determination
Figure 4. Relationship between the soil water contents estimated by the
thermogravimetric method with the Factory calibration (
θ
f
)
and the calibration equation generated with this work (
θ
c
) for
the GS3 (A) and POGO (B) sensors.
Figure 4. Relación entre los contenidos de agua del suelo estimados por
el método de termogravimetria con la calibración de fábrica
(
θ
f
) y la ecuación de calibración generada con este trabajo (θ
c
)
para los sensores GS3 (A) y POGO (B).
mayor que la porosidad del suelo. Para
el análisis posterior, no se tendrá en
cuenta.
Las ecuaciones 3 y 4 se desarrollaron
considerando todos los períodos de
muestreo en los diferentes sitios con
los valores promedio de permisividad
obtenidos por cada sensor (Figura 3).
En este sentido, considerando el
conjunto de datos de los tres suelos en
estudio, se obtuvieron las siguientes
ecuaciones de calibración:
Considerando la amplitud del
contenido de limo y los niveles de
salinidad, los sensores funcionan
bien, ajustándose con un buen
(3)
(4)
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Kremer Fariña et al. ISSN 2477-9407
coefcients, varying from 0.94 to 0.86
for the GS3 and POGO respectively
(Figure 3), reducing the SEE to 0.04
and 0.05 cm
3
.cm
-3
, for the GS3 and
POGO respectively. These results are
similar to those obtained by Fares et
al. (2009) who worked with an ECH2O
model EC-20 sensor (Decagon Devices,
Inc., Pullman WA, USA) managing to
reduce the salinity error to 2 % with
calibration for saline conditions.
In addition, the linear relationship
between the θ v
alues estimated by
the sensor and those estimated by
the tted model against the values
obtained through thermogravimetry
(Figure 4) showed different slope
behavior. While the GS3, the
regression slopes did not show
statistical differences, the Pogo´s
slopes did. These results depicted
a more condent performance
of the GS3 gauge under saline
condition. The linear adjustments
of GS3 measurements in function of
direct measurement, showed high
signicance with both, the calibration
(θ
c
, R
2
= 0.94) and the factory (θ
f
, R
2
= 0.84) equations, with standard
errors of 0.04 (θ
c
, similar to that
found with the adjusted polynomial
equation) and 0.05 cm
3
cm
-3
(θ
f
). This
is interesting because of, although
the linear adjustment with the
calibrated values has a slope close
to unity, the adjustment made with
the direct values measured with the
gauge, usually simpler to execute,
may be an alternative to consider.
In the case of the POGO, we got a
similar conclusion, were R
2
and SEE
were close to 0.86 and 0.05 cm
3
.cm
-3
respectively for the two adjustments.
rendimiento (Figura 3) a una amplia
gama de condiciones del suelo. El SEE
obtenido con la calibración de fábrica
con respecto a los valores reales de
θ es de 0,09 y 0,19 cm
3
.cm
-3
para el
GS3 y POGO, respectivamente. El
comportamiento de error es diferente
en cada caso: Para el sensor GS3,
el error aumenta con contenidos de
agua más bajos, mientras que en el
sensor POGO, el error aumenta con
contenidos de agua más altos. Por otro
lado, las ecuaciones de calibración (3
y 4) mostraron altos coecientes de
determinación, variando de 0,94 a 0,86
para GS3 y POGO respectivamente
(Figura 3), reduciendo el SEE de 0,04
y 0,05 cm
3
.cm
-3
, para GS3 y POGO
respectivamente. Estos resultados
son similares a aquellos obtenidos por
Fares et al. (2009) quienes trabajaron
con un sensor ECH2O modelo EC-20
(Decagon Devices, Inc., Pullman WA,
USA) consiguiendo reducir el error
de salinidad al 2 % con la calibración
para condiciones salinas.
Además, la relación lineal entre los
valores de
θ
estimados por el sensor
y aquellos estimados por el modelo
ajustado frente a los valores obtenidos
a través de la termogavimetría
(gura 4) mostró un comportamiento
diferente de pendiente. Mientras que,
en el GS3, las pendientes de regresión
no mostraron diferencias estadísticas,
las pendientes de POGO sí. Estos
resultados mostraron un rendimiento
más seguro del medidor GS3 en
condiciones salinas. Los ajustes
lineales de las mediciones del GS3 en
función de las mediciones directas,
mostraron una alta signicancia tanto
para la ecuación de calibración (
θ
c
, R
2
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Although both sensors
overestimated the
θ
, they performed
reasonably well under variable
conditions using factory calibration,
and only POGO experienced
difculties at one of the sites. However,
the estimates can be improved with
local calibrations, which is of utmost
importance in soils with high salt
content.
Conclusion
The results showed that there is
an overestimation of
θ
as a function
of the salt content. When comparing
the sensors of this study with the
factory calibration, the GS3 sensor
better represent the value of θ in the
three study sites, with a lower SEE
of 0.09 cm
3
cm
-3
, while the POGO
sensor presented a greater error in
its estimation, having a SEE of 0.19
cm
3
cm
-3
. Once calibrated, the sensors
achieve estimations with a low SEE
ranging from 0.04 to 0.05 cm
3
cm
-3
,
respectively. The calibration equations
obtained are valid for the entire range
of ECs and θ in which this study
was performed. However, it must
be considered for their use that they
are specic for the soils of this study
or others with similar characteristics
and physical properties.
= 0,94) como para la de fábrica (
θ
f
, R
2
=
0,84) con errores estándar de 0,04 (
θ
c,
similar al encontrado con la ecuación
polinómica ajustada) y 0,05 cm
3
.cm
-3
(
θ
f
).
End of English Version
Esto resulta interesante, porque,
aunque el ajuste lineal con los valores
calibrados tiene una pendiente
cercana a la unidad, el ajuste realizado
con los valores directos medidos con el
sensor, normalmente más sencillo de
ejecutar, puede ser una alternativa
a considerar. En el caso del POGO,
obtuvimos una conclusión similar, ya
que R
2
y el SEE fueron cercanos a 0,86
y 0,05 cm
3
.cm
-3
respectivamente para
los dos ajustes.
Aunque ambos sensores
sobreestimaron el
θ
, funcionaron
razonablemente bien bajo las
condiciones de variable utilizando la
calibración de fábrica, y solo POGO
experimentó dicultades en uno de los
sitios. Sin embargo, las estimaciones
pueden mejorarse con calibraciones
locales, lo cual es de suma importancia
en suelos con alto contenido de sal.
Conclusion
Los resultados mostraron que
existe una sobreestimación de
θ
en función del contenido de sal. Al
comparar los sensores de este estudio
con la calibración de fábrica, el sensor
GS3 representa mejor el valor de θ en
los tres sitios de estudio, con un SEE
menor de 0,09 cm
3
cm
-3
, mientras que el
sensor POGO presentó un mayor error
en su estimación, teniendo un SEE de
0,19 cm
3
cm
-3
. Una vez calibrados, los
sensores consiguen estimaciones con
un bajo SEE que oscila entre 0,04 a
0,05 cm
3
cm
-3
, respectivamente. Las
ecuaciones de calibración obtenidas
son válidas para todo el rango de CEs y
θ en el cual se llevó a cabo este estudio.
Sin embargo, debe considerarse para
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su uso que éstas son especícas para
los suelos de este estudio u otros con
características y propiedades físicas
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785
Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2021, 38(4): 785-805. Octubre-Diciembre.
DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.03 ISSN 2477-9407
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Recibido: 20-10-2020 . Aceptado: 11-01-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: cinthyapinargote@gmail.com
Discriminación de malezas basada en la respuesta
espectral del cultivo de maíz, Manabí, Ecuador
Weed discrimination based on the spectral response of
the corn crop, Manabí, Ecuador
Discriminação de plantas daninhas com base na resposta
espectral da cultura do milho, Manabí, Equador
Cinthya K. Pinargote Intriago
1*
y Henry A. Pacheco Gil
2
1
Maestría en Ingeniería Agrícola, Instituto de Postgrado, Universidad Técnica de Manabí,
Ecuador. Correo electrónico: cinthyapinargote@gmail.com, .
2
Facultad de Ingeniería
Agrícola, Universidad Técnica de Manabí, Ecuador. Correo electrónico: henrypacheco@
gmail.com, .
Resumen
La agricultura de precisión permite ganar ecacia, sustentabilidad y
rentabilidad, ya que aporta grandes benecios en disminuir el impacto ambiental
de la agricultura, los riesgos económicos y al mismo tiempo contribuye a controlar
el vigor de los cultivos y mejorar la calidad del rendimiento de los mismos. El
objetivo de esta investigación es discriminar malezas dentro del cultivo de maíz,
basados en su respuesta espectral. Para ello se usó el avanzado Dron agrícola
EBEE SQ, con el cual se capturó imágenes multiespectrales a través de su cámara
Parrot Sequoia. Las imágenes fueron procesadas con software en Sistemas de
Información Geográca (SIG). Con las bandas multiespectrales se calcularon
diferentes índices de vegetación tales como NDVI, NDVIAS, NGRDI, NDRE,
GNDVI, usando herramientas de álgebra de mapas en programas especializados.
A los diferentes índices se les aplicó una clasicación supervisada para discriminar
las distintas coberturas de suelo, la cual obtuvo una precisión del 93% y un índice
de Kappa de 0,93. Los resultados permitieron diferenciar claramente la cobertura
de cultivos, malezas y suelo desnudo. Los datos mostraron que la maleza tanto de
crecimiento temprano como las desarrolladas ocupan un 38% del área del cultivo.
Con esta información se puede mejorar la planicación de prácticas agronómicas,
agregando el herbicida en el sitio especíco de las malezas.
Palabras clave: Vehículo aéreo no tripulado, detección remota, índices de
vegetación, clasicación supervisada.
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Pinargote y Pacheco ISSN 2477-9407
Abstract
Precision agriculture allows to gain efciency, sustainability and protability,
since it provides great benets in reducing the environmental impact of agriculture,
economic risks and at the same time contributes to controlling the vigor of crops and
improving the quality of their yield. The objective of this research is to discriminate
weeds within the corn crop, based on their spectral response. For this, the advanced
EBEE SQ agricultural drone was used, with which multispectral images were
captured through its Parrot Sequoia camera. The images were processed with
software in Geographic Information Systems (GIS). With the multispectral bands,
different vegetation indices were calculated such as NDVI, NDVIAS, NGRDI,
NDRE, GNDVI, using map algebra tools in specialized programs. A supervised
classication was applied to the different indices to discriminate the different land
covers, which obtained a precision of 93% and a Kappa index of 0.93. The results
allowed to clearly differentiate the coverage of crops, weeds and bare soil. The
data showed that both early-growing and developed weeds occupy 38% of the crop
area. With this information, it is possible to improve the planning of agronomic
practices, adding the herbicide at the specic site of the weeds.
Keywords: Unmanned aerial vehicle, remote sensing, vegetation index, supervised
classication.
Resumo
A agricultura de precisão permite ganhos de eciência, sustentabilidade e
rentabilidade, pois proporciona grandes benefícios na redução do impacto ambiental
da agricultura, dos riscos econômicos e ao mesmo tempo contribui para controlar
o vigor das lavouras e melhorar a qualidade de sua produção. O objetivo desta
pesquisa é discriminar plantas daninhas na cultura do milho, com base em sua
resposta espectral. Para isso, foi utilizado o drone agrícola EBEE SQ avançado, com
o qual imagens multiespectrais foram capturadas por meio de sua câmera Parrot
Sequoia. As imagens foram processadas com software em Sistemas de Informações
Geográcas (SIG). Com as bandas multiespectrais, diferentes índices de vegetação
foram calculados como NDVI, NDVIAS, NGRDI, NDRE, GNDVI, utilizando
ferramentas de álgebra de mapas em programas especializados. Foi aplicada uma
classicação supervisionada aos diferentes índices para discriminar as diferentes
coberturas do solo, que obteve uma precisão de 93% e um índice Kappa de 0,93.
Os resultados permitiram diferenciar claramente a cobertura de lavouras, ervas
daninhas e solo descoberto. Os dados mostraram que tanto as ervas daninhas de
crescimento precoce quanto as desenvolvidas ocupam 38% da área de cultivo. Com
essas informações, é possível aprimorar o planejamento das práticas agronômicas,
adicionando o herbicida no local especíco das plantas daninhas.
Palavras-chave: Veículo aéreo não tripulado, sensoriamento remoto, índices de
vegetação, classicação supervisionada.
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Introducción
En la agricultura, las malezas
son parte constituyente de los
componentes del agroecosistema por
ser plantas inevitables e indeseables
que se desarrollan de manera
espontánea dentro o fuera de los
cultivos, las mismas que mantienen
un comportamiento muy dinámico
en la composición orística, ya que
generan cambios signicativos en el
suelo y en las plantas.
Actualmente en el Ecuador las
malezas representan uno de los rubros
más signicativos dentro del sector
agropecuario, ya que dada su siología
son resistentes a los productos químicos
e incluso toleran altas temperaturas
ambientales, lo cual les resulta
ventajoso para su supervivencia.
De este modo van ganando espacio
en los suelos para competir con las
plantas cultivadas. Por ello, a los
agricultores les está generando un
importante consumo monetario siendo
este aproximadamente de $1045 por
hectárea en la compra de insumos,
manos de obra y riego para el cultivo
de maíz (Páliz et al., 2019; Martínez y
Barrera, 2020).
Las malezas afectan de manera
directa a la siembra, debido a que
liberan sustancias que reducen el
desarrollo del cultivo y aprovechan los
recursos como agua, luz, nutrientes y
espacio, que podrían estar disponibles
para el cultivo durante su ciclo de
crecimiento. Así mismo, perjudica
de forma indirecta la preparación
de la cama del cultivo y contamina
el producto a cosechar dado que
disminuye su calidad comercial.
Introduction
In agriculture, weeds are a
constituent part of agroecosystem
because they are unavoidable and
undesirable plants that develop
spontaneously inside or outside the
crops, which maintain a very dynamic
behavior in the oristic composition,
since they generate signicant changes
on soil and plants.
Currently in Ecuador, weeds are
one of the most signicant items
within the agricultural sector, since
given their physiology they are
resistant to chemical products and
even tolerate high environmental
temperatures, which is advantageous
for their survival. In this way they are
gaining space in the soils to compete
with cultivated plants. Therefore,
it is generating signicant money
consumption for farmers, this being
approximately US$ 1045 per hectare
in the purchase of inputs, labor and
irrigation for cultivation of corn (Páliz
et al., 2019; Martínez and Barrera,
2020).
Weeds directly affect planting,
because they release substances that
reduce the development of the crop
and take advantage of resources such
as water, light, nutrients and space,
which could be available for the crop
during its growth cycle. Likewise, it
indirectly impairs the preparation
of the crop bed and contaminates
the product to be harvested since it
decreases its commercial quality.
In addition, it hinders harvesting
work, increases the risk of pests and
diseases, acting as their hosts and
generating economic losses due to
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Además, obstaculiza las labores
de cosecha, aumenta el riesgo de
plagas y enfermedades, actuando
como hospedantes de las mismas y
generando pérdidas económicas por
bajos rendimientos, menor calidad
del cultivo y aumento en los costos de
cosecha (Pérez et al., 2014).
Para contrarrestar este tipo
de inconvenientes los agricultores
realizan un control de malezas de
manera manual y tradicional con
los herbicidas, esto solo genera altos
costos en compra de estos productos
químicos y además de las operaciones,
lo que conlleva una inversión de
tiempo y trabajadores para la
aplicación del mismo (Santana, et al.,
2020). De manera que, el productor
aplica el químico en zonas donde
no hay maleza para evitar que esta
llegue a crecer, pero esto en denitiva
lo que causa es el desperdicio en gran
medida del producto y a su vez afecta
al suelo perjudicando sus propiedades
físicas, químicas y biológicas, además
que contamina el aire por el exceso
del químico y perjudica la salud del
cultivador.
Para tener un control y evitar
la contaminación ambiental
por el desperdicio del producto
tosanitario se debe aplicar métodos
de teledetección para el manejo de
la maleza. Es por eso que, en esta
investigación se introduce una de
las tecnologías más innovadoras
como es el uso de vehículos aéreos no
tripulados (UAV). Estos ofrecen la
posibilidad de recopilación de datos
para las resoluciones espaciales,
temporales deseadas y en conjunto
con sus cámaras obtienen imágenes
low yields, lower crop quality and
increased harvest costs (Pérez et al.,
2014).
To counteract this kind of
inconvenience, farmers carry out
manual and traditional weed control
with herbicides, this only generates
high costs in the purchase of these
chemical products and in addition
to operations, which entails an
investment of time and workers for its
application (Santana, et al., 2020). So,
the producer applies the chemical in
areas where there is no weed to prevent
it from growing, but this ultimately
causes the waste to a large extent of
the product and in turn affects the soil,
damaging its physical and chemical
properties. and biological, besides
that it pollutes the air due to excess of
chemical and harms farmer´s health.
To control and avoid environmental
contamination by waste of the
phytosanitary product, remote
sensing methods must be applied for
weed management. This research
introduces one of the most innovative
technologies, such as the use of
unmanned aerial vehicles (UAV).
These have the advantage of collecting
data for the desired spatial and
temporal resolutions and together with
their cameras they obtain spectral
images (Adão et al., 2017; Cevallos et
al., 2019).
The images in the infrared and
visible spectra are especially useful
in agriculture, since chlorophyll
concentrations in the leaves or rates
of photosynthetic activity can be seen,
detecting processes in crops such
as stress in vegetation, due to the
presence pests and diseases, lack of
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espectrales (Adão et al., 2017; Cevallos
et al., 2019).
Las imágenes en el espectro
infrarrojo junto con las del espectro
visible, son especialmente útiles en
agricultura, ya que se puede visualizar
las concentraciones de clorola
en las hojas o tasas de actividad
fotosintética, detectando procesos
en los cultivos tales como el stress
en la vegetación, producido por la
presencia de plagas y enfermedades,
falta de agua, problemas de suelos o
baja de nutrientes (stress nutricional)
(Saavedra et al., 2018).
Diferentes investigaciones han
establecidos que las imágenes antes
mencionadas también ayudan al
análisis discriminante de malezas,
mediante los mapas de índices de
vegetación que contribuyen a obtener
el momento fenológico propicio para
su discriminación y así mediante
estudios tener la diferencia espectral
existente entre el cultivo y los parches
de maleza, a n de realizar las
aplicaciones de los agroquímicos en el
sitio especíco sin desperdicio alguno
(Peña et al., 2014; Campos et al., 2019;
Yang, 2020; Radoglou, et al., 2020).
Por tal razón este trabajo de
investigación se desarrolló con el n
de discriminar las malezas basada
en la respuesta espectral del cultivo
de maíz, para conocer la ubicación
exacta de las malas hierbas y así
proponer alternativas de manejo y uso
sostenible de los productos químicos
como los herbicidas. Es por ello que,
con aplicación directa de los herbicidas
en los parches de maleza, se reducirá
tiempo, costos operacionales y existirá
una cantidad menor de agroquímicos
water, soil problems or low nutrients
(nutritional stress) (Saavedra et al.,
2018).
Different investigations have
established that these images also help
the discriminant analysis of weeds,
through vegetation index maps that
help to obtain the phenological moment
conducive to their discrimination
and thus, through studies, have the
existing spectral difference between
the crop and the weed patches, to
perform agrochemical applications
on the specic site without any waste
(Peña et al., 2014; Campos et al., 2019;
Yang, 2020; Radoglou, et al., 2020).
For these reasons, this research
was carried out to discriminate
weeds based on the spectral response
of the corn crop, to know the exact
location of the weeds and thus propose
alternatives for the management and
sustainable use of chemicals such as
herbicides. Therefore, with the direct
application of herbicides in the weed
patches, time, operational costs will
be reduced and there will be a smaller
amount of agrochemicals causing
positive effects on the soil and the
environment (Jiménez et al., 2020;
Sishodia et al., 2020).
Materials and methods
Location of the study area
This research was carried out in the
Ecuadorian coast, Manabí province,
Santa Ana canton, Lodana parish,
at the facilities of the Universidad
Técnica de Manabí, campus of the
Facultad de Ingeniería Agrícola, on a
corn crop (Zea mays), located between
geographic coordinates 1º10’30.3”S
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causando efectos positivos en el suelo
y en el medio ambiente (Jiménez et al.,
2020; Sishodia et al., 2020).
Materiales y métodos
Ubicación del área de estudio
La presente investigación se llevó a
cabo en la Costa ecuatoriana, provincia
de Manabí, cantón Santa Ana, de la
parroquia Lodana, en las instalaciones
de la Universidad Técnica de Manabí,
campus de la Facultad de Ingeniería
Agrícola, sobre un cultivo de maíz (Zea
mays), ubicado entre las coordenadas
geográcas 1º10’30,3” S y 80º23’06,05”
W a 61 m.s.n.m., tal como se muestra
en la gura 1.
and 80º23’06.05”W at 61 m.a.s.l., as
shown in Figure 1.
Crop description
The corn crop covered an area
of 21,631.2 m
2
, this was sown at
the beginning of the rainy season,
February 16, 2020, with a distance
between rows of 1 m, and between
plants of 0.30 m, maintaining a
surface irrigation technology.
Obtaining images
The images were taken using the
EBEE SQ® unmanned aerial vehicle
(UAV), instrumented with the Parrot
Sequoia® camera, which captures
images in the visible and multispectral
green (GREEN), Red (RED), Red Edge
bands. (EDGE) and Near Infrared
Figura 1. Ubicación del área de estudio.
Figure 1. Location of the study area.
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Pinargote y Pacheco ISSN 2477-9407
Descripción del cultivo
El cultivo de maíz cubría un área de
21631,2 m
2
, este fue sembrado al inicio de
la época de lluvia, 16 de febrero de 2020,
con un distanciamiento entre hilera de 1
m, y entre planta de 0,30 m, manteniendo
una tecnología de riego supercial.
Obtención de imágenes
Se procedió a la toma de las imágenes
mediante el vehículo aéreo no tripulado
(UAV) EBEE SQ, instrumentado con la
cámara Parrot Sequoia, la cual captura
imágenes en el visible y las bandas
multiespectrales verde (GREEN), Roja
(RED), Borde Rojo (EDGE) e Infrarrojo
cercano (NIR), (SenseFly a Parrot
Company, 2018; Parrot Drone SAS,
2020).
Planificación del vuelo
La planicación del vuelo se ejecutó
con el software Emotion AG, en el cual
se denió el área de trabajo, la altura de
vuelo, resolución del pixel, solapamiento
de las imágenes, así como el punto de
despegue y aterrizaje. Los parámetros
para los casos especícos del vuelo se
muestran en el cuadro 1 y gura 2.
Cuadro 1. Parámetros obtenidos por el software Emotion AG para la
ejecución del vuelo.
Table 1. Parameters obtained by the Emotion AG software for the
execution of the flight.
Información Emotion AG
Cámara RGB (16 Mpix) + Multiespectral (1.2 Mpix)
Tipo Sequoia 1.7.1
Tamaño de la imagen (cm/pixel) 11,00 cm/px
Tiempo obturación (s) 15:47 min
Área de vuelo 24,2 ha
Traslapo longitudinal (%) 80
Traslapo transversal (%) 70
Altura de vuelo (m) 150 m
Velocidad de vuelo (m s
-1
) 4 m/seg
(NIR), (SenseFly a Parrot Company,
2018; Parrot Drone SAS, 2020).
Flight planning
The ight planning was executed
with the Emotion AG® software, in
which the work area, ight height,
pixel resolution, image overlap, as
well as the take-off and landing point
were dened. Parameters for specic
ight cases are shown in Table 1 and
Figure 2.
The ight was kept under constant
supervision with the modem signal, to
verify that the equipment conditions
were working properly and that high
precision was achieved in the mission
and a safe ight, guaranteeing the
performance and quality of the data.
Image processing
The images were processed
by Pix4D®
photogrammetry
software, with which georeferenced,
orthomosaic digital models in 2D
and 3D were created, and separated
spectral bands, of high precision from
the drone images (Pix4D SA., 2019).
This process was developed
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El vuelo se mantuvo en constante
supervisión con la señal del modem,
para vericar que las condiciones de los
equipos funcionaran apropiadamente
y se consiguió una alta precisión en la
misión y un vuelo seguro, garantizando
el rendimiento y calidad de los datos.
Procesamiento de las imágenes
Las imágenes fueron procesadas
por el software de fotogrametría
Pix4D, con el cual se crearon modelos
digitales en 2D y 3D georreferenciados,
ortomosaicos y bandas espectrales
separadas, de alta precisión a partir
de las imágenes de drones (Pix4D SA.,
2019).
Este proceso se desarrolló en tres
etapas, la primera fue la calibración
de las imágenes individuales, la
Triangulación Aérea (AAT) y Ajuste
de Bloque de Paquete (BBA); en la
segunda se llevó a cabo la generación
de nubes de puntos y malla, y la
Figura 2. Planificación del vuelo en la zona de estudio.
Figure 2. Flight planning in the study area.
in three stages, the rst was the
calibration of the individual images,
the Aerial Triangulation (AAT) and
Packet Block Adjustment (BBA). In
the second, the generation of point and
mesh clouds and the construction of
the Digital Surface Model (MDS) were
carried out. Finally, the third, it was
possible to obtain the orthomosaic and
the reectance in each of the bands.
This processing was congured to run
automatically in the software.
Calculation of vegetation
indices
Using the map algebra tools of the
ArcGIS® software, the calculations of
ve vegetation indices (table 2) were
performed, which allowed discrimination
between the soil, weed patches and the
corn crop in the study area.
Supervised classification
This method used the tools of
the ArcGIS® software. For this, the
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construcción del Modelo Digital de
Supercie (MDS); por último, la
tercera, se logró obtener el ortomosaico
y la reectancia en cada una de
las bandas. Este procesamiento se
conguró para su ejecución automática
en el software.
Cálculo de índices de
vegetación
Mediante las herramientas de
álgebra de mapas del software ArcGIS
se realizaron los cálculos de cinco
índices de vegetación (cuadro 2), que
permitieron la discriminación entre
el suelo, los parches de maleza y el
cultivo de maíz en el área de estudio.
Cuadro 2. Índices de vegetación obtenido en el estudio.
Table 2. Vegetation indices obtained in the study.
Índice Relación entre bandas Referencia
“Índice de Vegetación de Diferencia
Normalizada”
(Rouse et al., 1973)
“Vegetación de Diferencia Normalizada
Verde”
“Índice de Vegetación de Diferencia
Normalizada Ajustada al Suelo”
“Índice de Diferencia Normalizada de
Borde Rojo”
(Li et al., 2014)
“Índice de Diferencia Normalizada
Verde-Rojo”
(Song and Park 2020)
Clasificación supervisada
Este método utilizó las
herramientas del programa
informático ArcGIS. Para ello se
seleccionó el índice NGRDI, el cual
permitió identicar de la mejor
manera la colorimetría de los pixeles
de cada una de las celdas en la imagen.
En este se construyó un archivo Shape
con las áreas de entrenamiento de cada
NGRDI index was selected, which
allowed the best identication of pixels
colorimetry of each cells in the image.
In this, a Shape le was built with the
training areas of each of the coverages
considered, for the recognition of the
different categories.
Then the different classes were
identied as bare soil, corn crop,
weeds and the spectral signature le
was generated with the software’s
“Creature Signatures” algorithm.
Later with the algorithm
“Maximum Likelihood Classication”,
the classes for the whole image were
generated using the signatures
previously created. Finally, the
accuracy of the classication was
veried using the Kappa index.
Results and discussion
Obtaining the images
The Parrot Sequoia® multispectral
camera from UAV EBEE SQ®,
captured 379 photos with a pixel size
(Wu et al., 2014)
(Filella y Penuelas 1994;
Qi et al., 1994)
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una de las coberturas consideradas,
para el reconocimiento de las distintas
categorías.
Luego se identicó las diferentes
clases como suelo desnudo, cultivo de
maíz, malezas y se generó el archivo
de rmas espectrales con el algoritmo
“Creature Signatures” del software.
Posteriormente con el algoritmo
“Maximum Likelihood Classication”,
se generaron las clases para toda
la imagen usando las rmas antes
creadas. Por último, se vericó la
precisión de la clasicación por medio
del índice de Kappa.
Resultados y discusión
Obtención de las imágenes
La cámara multiespectral Parrot
Sequoia de UAV EBEE SQ, capturó
379 fotos con un tamaño de los pixeles
de 11,00 cm, registradas en los
formatos JPEG para la imagen RBG y
las bandas multiespectrales “GREEN,
RED, NIR, EDGE” en Geotiff. Estos
resultados son consistentes con los
reportes de Franzini et al. (2019),
quienes ratican la consistencia
geométrica y radiométrica de
imágenes multiespectrales de
Parrot Sequoia, que permitió a los
investigadores adquirir imágenes de
excelente calidad para la obtención de
mapas (NDVI) con buenos resultados,
resaltando la utilidad del sensor para
nes agrícolas.
Procesamiento de las imágenes
En la primera etapa el software
Pix4D generó como resultado un
informe de calidad, donde reportó
73035 puntos característicos por
imágenes, lo que permitió una muy
of 11.00 cm, recorded in the JPEG
formats for the RBG image and the
multispectral bands “GREEN, RED,
NIR, EDGE” in Geotiff. These results
are consistent with the reports by
Franzini et al. (2019), who ratify the
geometric and radiometric consistency
of multispectral images of Parrot
Sequoia®, which allowed researchers
to acquire excellent quality images
for obtaining maps (NDVI) with good
results, highlighting the usefulness of
the sensor for agricultural purposes.
Image processing
In the rst stage, the Pix4D®
software generated a quality report
as a result, where it reported
73,035 characteristic points per
images, which allowed a very good
reconstruction and optimization of the
initial parameters of the camera and
with an excellent image matching. In
the report, a very high overlap could
be seen in much of the image, which
conrmed that these images were
taken in the correct position (gure 3).
According to research by Kharuf et
al. (2018), consider that the Pix4D®
program is a tool with a high potential
and exibility in the creation of
orthomosaics for the realization of
remote sensing studies, it also allows
the generation of vegetation indices
offering reliable results.
The point cloud and textured mesh
shows a preview of the orthomosaic
and the Digital Surface Model (Figure
4). In addition, the four spectral bands
GREEN, RED, EDGE and NIR were
obtained, in “* .TIF” format les.
These results allow users to have
quality images, because they have
been automatically corrected in the
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buena reconstrucción y optimización de
los parámetros iniciales de la cámara
y con un excelente emparejamiento
de imágenes. En el reporte, se pudo
visualizar un solapamiento muy alto
en gran parte de la imagen, lo que
conrmó que estas imágenes fueron
tomadas en una posición correcta
(gura 3).
Figura 3. Mapa de solapamiento del área de estudio obtenido por el
reporte de calidad del Pix4D.
Figure 3. Overlapping map of the study area obtained by the Pix4D
quality report.
Según investigaciones de Kharuf et
al. (2018), consideran que el programa
Pix4D es una herramienta con un alto
potencial y exibilidad en la creación
de ortomosaicos para la realización
de estudios de teledetección, además
permite la generación de índices de
vegetación ofreciendo resultados
conables.
positioning of the X, Y and Z axes
(Lárraga et al., 2019; Stott et al.,
2020).
Calculation of vegetation
indices
The data in table 3 show the
descriptive statistics for the 5 indices
calculated. The value of the indices
shows different hydric, nutritional,
phytosanitary conditions and different
densities of the vegetation cover.
Studies carried out by Muñoz (2013)
and Berrío et al. (2015), establish that
these spectral values tend to measure
the biomass or plant vigor within a
pixel.
The visual interpretation of the
indices allowed to discriminate the
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La nube de puntos y malla
texturizada muestra una vista previa
del ortomosaico y el Modelo Digital
de Supercie (gura 4). Además, se
obtuvo las cuatro bandas espectrales
GREEN, RED, EDGE y NIR, en
cheros de formato “*.TIF”.
Figura 4. Ortomosaico RGB y Modelo Digital de Superficie (MDS)
generado por el programa informático Pix4D a partir de
imágenes aéreas UAV.
Figure 4. RGB Orthomosaic and Digital Surface Model (MDS) generated
by Pix4D software from UAV aerial images.
Estos resultados permiten a
los usuarios disponer de imágenes
de calidad, porque han sido
automáticamente corregidas en
posicionamiento de los ejes X, Y y Z
(Lárraga et al., 2019; Stott et al., 2020).
Cálculo de índices de
vegetación
Los datos del cuadro 3 muestran
los estadísticos descriptivos para los 5
índices calculados.
soil covers, but with greater ease in
the case of the NGRDI (Green-Red
Normalized Difference Index), which
turned out to be very evident the
discrimination of weeds, soils and
crops (gure 5). Regarding this issue,
a previous investigation is reported,
where it was found that the NGRDI
presented the best results for the
detection of grass weeds in rice elds
(Barrero and Perdomo, 2018).
Although studies carried out
by Castillejo-González et al. (2014)
establish that the NDVI was the most
appropriate index to separate the
vegetation, that is, the cultivation of
wild oats with the weeds; however,
these results disagree with this
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Cuadro 3. Valores espectrales de los índices de vegetación en el cultivo
de maíz.
Table 3. Spectral values of the vegetation indices in the corn crop.
Índice Promedio Mínimo Máximo Desv. Est.
NDVI 0,977031 0,879261 0,993752 0,013842
NDVIAS 0,990727 0,090030 1,322890 0,206870
NGRDI 0,248019 -0,321352 0,593482 0,129516
NDRE 0,898981 0,829736 0,945052 0,007607
GNDVI 0,965510 0,845403 0,985863 0,009696
Desv. Est.= Desviación estándar.
Desv. Est.. = Standard deviation.
El valor de los índices muestra
diferentes condiciones hídricas,
nutricionales, tosanitarias y
distintas densidades de la cobertura
vegetal. Estudios realizados por
Muñoz (2013) y Berrío et al. (2015),
establecen que estos valores
espectrales tienden a medir la
biomasa o vigor vegetal dentro de un
pixel.
La interpretación visual de
los índices permitió discriminar
las coberturas del suelo, pero con
una mayor facilidad para el caso
del NGRDI (Índice de Diferencia
Normalizada Verde-Rojo), el
cual resultó ser muy evidente la
discriminación de malezas, suelos y
cultivos (gura 5). Respecto a este
tema se reporta una investigación
previa, donde se encontró que
el NGRDI presentó los mejores
resultados para la detección de
malezas gramíneas en campos de
arroz (Barrero y Perdomo, 2018).
research, where new NDVI, NVDIAS,
NDRE, GNDVI indices were
developed and it was found that these
indices visually caused difculties in
the interpretation to distinguish and
identify the vegetation cover (crop)
with weeds, such as It is shown in
gures 6, 7, 8 and 9. Thus, these gures
combine the pixels of the vegetation
cover of the ground and the weeds,
as they do not show a separation of
the same, and there is a saturation
of green colorimetry, for hence, it was
established that the NGRDI was the
best in this study.
Supervised classification
Figure 10 represents the raster
image of the classied NGRDI
index, where it shows good results
to separate the different covers and
it manages to discriminate very well
the weeds of the crops and the bare
soil. The Supervised Classication
develops iterative processes by
comparing the sum of the squared
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Aunque estudios realizados por
Castillejo-González et al. (2014)
establecen que el NDVI fue el índice
más apropiado para separar la
vegetación, es decir, el cultivo de avena
silvestre con la maleza; sin embargo,
esos resultados discrepan con esta
investigación, donde se desarrollaron
nuevos índices NDVI, NVDIAS,
NDRE, GNDVI y se encontró que
estos índices visualmente provocaron
dicultades en la interpretación para
distinguir e identicar la cobertura
vegetal (cultivo) con las malezas, tal
como se muestra en las guras 6, 7, 8 y
9. De modo que, estas guras combinan
los pixeles de la cobertura vegetal del
suelo y la maleza, al no evidenciar una
separación de las misma, y al existir
saturación de colorimetría verde, por
ende, se estableció que el NGRDI fue
el mejor en este estudio.
Figura 5. Cultivo de maíz aplicando el índice NGRDI.
Figure 5. Corn cultivation applying the NGRDI index.
deviations between classes with the
average values (ArcGIS, 2016).
With the classication, it was
possible to accurately identify the
exact site where the weeds are found,
which can facilitate the planning of
agronomic control treatments. As can
be seen in gure 10, the central plots
of the corn crop present small patches
of weed (yellow), while in the plots of
the upper and lower part of the image
large patches of weed are observed
(red), which it causes the crop to
compete enormously for acquisition of
water and nutrients for its growth.
In gure 10 weed was easily
discriminated, being able to
differentiate its abundance. Therefore,
it is corroborated that the supervised
classication process obtained a lot
of validation since it reached 0.93 of
concordance, very good in the Kappa
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Figura 6. Cultivo de maíz aplicando el índice NDVI.
Figure 6. Corn crop applying the NDVI index.
Figura 7. Cultivo de maíz aplicando el índice de NDVIAS.
Figure 7. Corn crop applying the NDVIAS index.
800
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Figura 8. Cultivo de maíz aplicando el índice de NDRE.
Figure 8. Corn crop applying the NDRE index.
Figure 9. Corn cultivation applying the GNDVI index.
Figura 9. Cultivo de maíz aplicando el índice GNDVI
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Figure 10. Maize, soil and weed crop coverage maps by supervised
classification.
Figura 10. Mapas de cobertura del cultivo de maíz, suelo y malezas
mediante la clasificación supervisada.
Clasificación supervisada
La gura 10 representa la imagen
raster del índice NGRDI clasicada,
donde muestra buenos resultados para
separar las diferentes coberturas y
logra discriminar muy bien las malezas
de los cultivos y el suelo desnudo. La
Clasicación Supervisada, desarrolla
procesos iterativos al comparar la
suma de las desviaciones cuadradas
entre clases con los valores promedios
(ArcGIS, 2016).
Con la clasicación se logró
identicar con precisión el sitio exacto
donde se encuentran las malezas, lo
cual puede facilitar la planicación
de tratamientos agronómicos de
control. Como se observa en la gura
index and a precision of 93 %. With
these results, the efciency of the
method is ratied, which has also
been used in the research of Polanco
(2012), who carried out a supervised
classication in the Belmira páramo
with Landsat images, which allowed
him to identify the various classes
of land use coverage from the soil,
in addition this method presented a
precision of 80 % and a Kappa index
= 0.8.
On the other hand, these results
(gure 10) allowed to know the
percentages of the coverage of each
class (table 4) and with this it was
determined that 38 % of the crop area
is affected by the presence of herbs
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10, las parcelas centrales del cultivo
de maíz presentan pequeños parches
de maleza (amarillo), mientras que
en las parcelas de la parte superior
e inferior de la imagen se observan
grandes manchas de maleza (rojo), lo
cual ocasiona que el cultivo compita
enormemente por la adquisición de
agua y nutrientes para su crecimiento.
En la gura 10 la maleza se logró
discriminar con facilidad, pudiendo
diferenciar su abundancia. Por ello
se corrobora que el proceso de la
clasicación supervisada obtuvo
mucha validación ya que alcanzó el
0,93 de concordancia, muy buena en
el índice de Kappa y una precisión del
93%. Con estos resultados se ratica
la eciencia del método, que también
ha sido utilizado en la investigación
de Polanco (2012), quien realizó una
clasicación supervisada en el páramo
de Belmira con imágenes Landsat,
lo cual le permitió identicar las
diversas clases de coberturas del
uso del suelo, además este método
presentó una precisión del 80% y un
índice de Kappa = 0,8.
Por otro lado, estos resultados
(g
ura 10) permitieron conocer los
porcentajes de las coberturas de cada
clase (cuadro 4) y con ello se determinó
que el 38% del área del cultivo, está
afectada por la presencia de hierbas
(20%) y maleza desarrollada (18%),
además de encontrar su ubicación
exacta dentro del área de estudio.
Está información permite mejorar
signicativamente las prácticas
agronómicas, por cuanto se podría
planicar con precisión la cantidad,
el momento y lugar exacto para la
aplicación del control de malezas,
(20 %) and developed weed (18 %), in
addition to nding its exact location
within the study area.
This information makes it possible
to signicantly improve agronomic
practices, since the exact amount,
time and place for the application of
weed control could be planned with
precision, detecting the different
coverage of land use, and especially
the weeds within the crops, which
is a major challenge for precision
agriculture (De Castro et al., 2020).
Conclusions
Of the indices analyzed, the NGRDI
“Green-Red Normalized Difference
Index” was the one that managed
to show in a more efcient way the
spatial distribution of weeds, crop and
soil.
Through the supervised
classication of spectral indices, the
coverage percentages in each of the
classes were determined.
In the study area, herbs cover 20 %,
while the more developed weeds 18 %
of the cultivation area.
By knowing the exact location of the
weeds, it is also possible to determine
the surface they occupy, which
contributes to programming control
treatments in specic sites with the
precision of the amount of herbicides
that must be applied and consequently
in reducing economic costs. and
environmental as established by
precision agriculture.
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detectando las distintas coberturas
del uso del suelo, y sobre todo las
malezas dentro de los cultivos, lo
Cuadro 4. Valores de las áreas cubiertas por el método de clasificación
supervisada.
Table 4. Values of the areas covered by the supervised classification
method.
Clase Área (m
2
) Porcentaje (%)
Suelo 7.030,83 32
Hierba 4.232,79 20
Maíz 6.487,73 30
Maleza desarrollada 3.879,85 18
cual es un importante desafío para la
agricultura de precisión (De Castro et
al., 2020).
Conclusión
De los índices analizados el NGRDI
“Índice de Diferencia Normalizada
Verde-Rojo” fue el que logró mostrar de
manera más eciente la distribución
espacial de las malezas, el cultivo y el
suelo.
Mediante la clasicación supervisada
de los índices espectrales se determinó
los porcentajes de cobertura en cada una
de las clases.
En la zona de estudio las hierbas
cubren el 20%, mientras que la maleza
más desarrollada el 18% del área de
cultivo.
Al conocer la ubicación exacta de las
malezas también se logra determinar
la supercie que estas ocupan, lo cual
contribuye a programar tratamientos
de control en sitios especícos con la
precisión de la cantidad de herbicidas que
debe ser aplicado y consecuentemente en
la disminución de los costos económicos
y ambientales según lo establece la
agricultura de precisión.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.04 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Received: 16-11-2020 . Accepted: 01-02-2021.
*Corresponding autor. Email: ppreciador@yahoo.com.mx
Foliar fertilization of sodium selenite and its effects
on yield and nutraceutical quality in grapevine
Fertilización foliar con selenito de sodio y su efecto sobre
el rendimiento y calidad nutracéutica en el cultivo de vid
Fertilização foliar com selenita de sódio e seu efeito sobre
o rendimento e qualidade nutracêutica no cultivo de
videiras
María de los Ángeles Sariñana-Navarrete
1
, Luis Guillermo Hernández-
Montiel
2
, Esteban Sánchez-Chavez
3
, Juan José Reyes-Perez
4
, Bernardo
Murillo-Amador
2
, Arturo Reyes-González
5
, Pablo Preciado-Rangel
1*
1
Tecnológico Nacional de México/ Instituto Tecnológico de Torreón. Carretera
Torreón-San Pedro km 7.5, Ejido Ana. Torreón, Coahuila, 27170, México. Correos
electrónicos: (MA) est_primo23@hotmail.com; ; (PP) ppreciador@yahoo.com.mx;
.
2
Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste. Av. Instituto Politécnico
Nacional 195, Col. Playa Palo de Santa Rita, La Paz, Baja California Sur, 23096,
México. Correos electrónicos: (LG) hernandez@cibnor.mx; ; (BM) bmurillo04@
cibnor.mx; .
3
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C. Unidad
Delicias, Avenida Cuarta Sur No. 3820 Fraccionamiento Vencedores del Desierto,
Delicias, Chihuahua, México Chihuahua, México. Correos electrónico: (ES) esteban@
ciad.mx .
4
Universidad Técnica Estatal de Quevedo. Av. Quito. Km 1 ½ vía a Santo
Domingo. Quevedo, Los Ríos, Ecuador. Correos electrónico: (JJ) jreyes@uteq.edu.ec;
.
5
Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias. Blvd.
José Santos Valdez No. 1200 pte. Matamoros, Coahuila, 27440, México. Correos
electrónico: (AG) reyes.arturo@inifap.gob.mx; .
Abstract
Selenium (Se) is an essential micronutrient for humans, but in plants, this
essentiality has not been demonstrated. However, the supplementation of Se in
crops has been shown to improve the yield and the quality of the edible part.
The objective of this research was to evaluate the effect of Se foliar fertilization
on yield, nutraceutical quality and Se accumulation in grape. Five doses of Se
(Na
2
SeO
3
at 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 and 1.25 mg.L
-1
) and a control were evaluated.
807
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ISSN 2477-9407
The results obtained showed that the application in low doses of Se increased the
yield; high doses increase nutraceutical quality and induced the accumulation
of Se in grapes. In conclusion, the grapevine is a crop with the potential to be
biofortied and improve the quality of grape.
Keywords: Vitis vinifera; plant nutrition; selenium; phytochemical compounds.
Resumen
El selenio (Se) es un micronutriente esencial para el ser humano, pero en las
plantas, esta esencialidad no se ha demostrado. Sin embargo, la suplementación
de Se en los cultivos ha demostrado mejorar el rendimiento, y la calidad de la parte
comestible. El objetivo de esta investigación fue evaluar el efecto de la fertilización
foliar de Se sobre el rendimiento, calidad nutracéutica y la acumulación de Se en
bayas de uva. Se evaluaron cinco dosis de Se (Na
2
SeO
3
a 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 y
1,25 mg.L
-1
) y un control. Los resultados obtenidos mostraron que la aplicación en
dosis bajas de Se incrementó el rendimiento; en contraste dosis altas mejoran la
calidad nutracéutica e inducen la acumulación de Se en las uvas. En conclusión,
la vid es un cultivo con potencial de ser bioforticado y mejorar calidad de las
bayas de uva.
Palabras clave: Vitis vinifera; nutrición de las plantas; selenio; compuestos
toquímicos.
Resumo
O selênio (Se) é um micronutriente essencial para humanos, mas em plantas
essa essencialidade não foi demonstrada. No entanto, a suplementação de Se nas
lavouras tem mostrado melhorar o rendimento e a qualidade da parte comestível.
O objetivo desta pesquisa foi avaliar o efeito da adubação foliar com Se na
produtividade, qualidade nutracêutica e acúmulo de Se em bagos de uva. Foram
avaliadas cinco doses de Se (Na
2
SeO
3
a 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 y 1,25 mg.L
-1
) e um
controle. Os resultados mostraram que a aplicação de baixa dose de aumento de
desempenho; Em contrapartida, altas doses melhoram a qualidade nutracêutica
e induzem o acúmulo de se em uvas. Em conclusão, a videira é uma cultura com
potencial para ser bioespericada e melhorar a qualidade das frutas de uva.
Palavras-chave: Vitis vinifera; nutrição de plantas; selênio; compostos
toquímicos.
Introduction
Selenium (Se) is an important
mineral in human nutrition and
is essential to form vital proteins
and enzymes such as glutathione
Introducción
El selenio (Se) es un mineral
importante en la nutrición humana
y es esencial para formar proteínas y
enzimas vitales tales como: glutatión
808
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peroxidase, thyroxine 5-deiodinase
and selenoprotein. It also has
antioxidant properties and protects
against free radicals and various
carcinogenic factors (Ducsay et al.,
2016). According to the World Health
Organization, Se consumption in the
human diet should be between 55 to
200 µg day
-1
per adult (WHO, 2009).
The most common way in which the
human organism acquires Se is by
consumption of foods, such as meat or
sh (Willers et al., 2015). In the world,
there is one billion people with Se
deciencies, due to the consumption
of primarily plant-based diets (Wu
et al., 2015); plants contain low
concentrations of Se, because this
mineral is found in small quantities
in the soil (Ponavic and Scheib,
2014). Biofortication increases
the absorption and accumulation
of specic nutrients, e.g., Se, in
agricultural food products through
plant breeding, genetic engineering
and synthetic fertilization (Bocchini
et al., 2018). In recent years, studies
on the biofortication have increased
Se concentration in plants offering
the potential to increase Se intake by
humans through the consumption of
agricultural crops (Mora et al., 2015).
Foliar fertilization to agricultural crops
is an alternative for incorporating Se
into the food chain. Although Se is not
considered essential to plants, it has
been shown that at low concentrations
Se increases crop growth, yield and
antioxidant content (Gaucín-Delgado
et al., 2020) and its concentration
in the edible part (Kuldeep et al.,
2010). One of the ways of applying
Se to plants is through application of
peroxidasa, tiroxina 5-deiodinasa
y selenoproteína. También posee
propiedades antioxidantes y protege
contra los radicales libres y diversos
factores carcinógenos (Ducsay et al.,
2016). De acuerdo a la Organización
Mundial de la Salud, el consumo de Se
en la dieta humana debe estar entre 55
a 200 µg día
-1
por adulto (WHO, 2009).
La forma más común por la cual el
organismo humano adquiere el Se es a
través del consumo de alimentos, tales
como la carne o el pescado (Willers et
al., 2015). En el mundo, existen mil
millones de personas con deciencias
de Se, debido al consumo de dietas
basadas en vegetales principalmente
(Wu et al., 2015); las plantas contienen
bajas concentraciones de Se, ya que
este mineral se encuentra en pequeñas
cantidades en el suelo (Ponavic y
Scheib, 2014). La bioforticación
aumenta la absorción y la acumulación
de nutrientes especícos como por
ejemplo, el Se en los productos
alimentarios agrícolas a través del
tomejoramiento, ingeniería genética
y fertilización sintética (Bocchini et
al., 2018). En los últimos años, los
estudios sobre la bioforticación han
incrementado la concentración de Se
en las plantas, ofreciendo el potencial
de aumentar la ingesta de Se por
parte de los seres humanos a través
del consumo de cultivos agrícolas
(Mora et al., 2015). La fertilización
foliar para los cultivos agrícolas es
una alternativa para incorporar el Se
a la cadena alimenticia. Aunque el
Se no se considera esencial para las
plantas, se ha demostrado que a bajas
concentraciones el Se aumenta el
crecimiento del cultivo, el rendimiento
Sariñana-Navarrete et al.
809
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sodium selenite (Na
2
SeO
3
). Sodium
selenite is effective, safe, and has
proven to be more bioavailable to
plants when applied directly to foliage
than when incorporated into the soil
(Kápolna et al., 2009). The grape
(Vitis vinifera L.), is considered to be
a functional food because it contains
glucose and fructose and has a high
amount of phenolic compounds that
have pharmacological, antimicrobial
and antioxidant properties (Aviña
de la Rosa et al., 2016); contains
vitamins A, C, E, B1, B3, B6 and B9,
and minerals such as Ca, P, Na, K,
Fe, Cu, Mg, and Zn. The shell and
seed of grape contain polyphenols,
vitamins C, E and avonoids that
provide protection against oxidative
stress in human (Molina-Quijada et
al., 2010). Therefore, the objective
of this study was the biofortication
with Se in grapevine, and to evaluate
its impact on the performance
parameters, nutraceutical quality and
the accumulation of Se in fruit.
Materials and methods
Study area
The experiment was carried out in
2018 in a commercial orchard located
in Monterrey, Durango, Mexico at
25°29’20’’N, 103°37’37’W. The climate
of study area is dry steppe; average
temperature of 21 °C and annual
rainfall of 253 mm. The soil texture is
sandy loam (81 % sand, 14 % silt and
5 % clay); bulk density 1.67 g.cm
-3
; pH
of 8.37; water retention capacity of
25.2 %; electrical conductivity of 1.28
dS.m
-1
; organic matter content 1.18
mg.kg
-1
; total nitrogen of 32.8 mg.kg
-1
;
y el contenido antioxidante
(Gaucín-Delgado et al., 2020) y su
concentración en la parte comestible
(Kuldeep et al., 2010). Unas de las
formas de aplicar el Se a las plantas es
mediante la aplicación de selenito de
sodio (Na
2
SeO
3
). El selenito de sodio es
ecaz, seguro y ha demostrado ser más
biodisponible para las plantas cuando
se aplica directamente al follaje que
cuando se incorpora al suelo (Kápolna
et al., 2009). La vid (Vitis vinifera L.)
se considera un alimento funcional
ya que contiene glucosa y fructuosa y
tiene una alta cantidad de compuestos
fenólicos que tienen propiedades
farmacológicas, antimicrobianas y
antioxidantes (Aviña de la Rosa et
al., 2016); contiene vitaminas A,
C, E, B1, B3, B6 y B9, y minerales
tales como Ca, P, Na, K, Fe, Cu, Mg,
y Zn. La cáscara y la semilla de la
uva contienen polifenoles, vitaminas
C, E y avonoides que proporcionan
protección contra el estrés oxidativo
en el ser humano (Molina-Quijada
et al., 2010). Por lo tanto, el objetivo
de este estudio fue la bioforticación
con Se en la vid, y evaluar su impacto
en los parámetros de rendimiento, la
calidad nutracéutica y la acumulación
de Se en el fruto.
Materiales y métodos
Área de estudio
El experimento se llevó a cabo en el
2018, en un huerto comercial ubicado
en Monterrey, Durango, México a
25°29’20’’N, 103°37’37’W. El clima
del área de estudio es de estepa seca;
temperatura promedio de 21 °C y una
precipitación anual de 253 mm. La
810
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available phosphorus of 24.4 mg.kg
-1
and removable potassium of 90.43
mg.kg
-1
.
Plantation
Grape “Cabernet Sauvignon”
plants of 7 years old were used. The
planting system was 1 m between
plants and 3 m between rows, with a
plant density 3,333 plant.ha
-1
.
Selenite doses and application
on grape plants
The sodium selenite (Na
2
SeO
3
, 95 %
purity, Sigma-Aldrich
®
) was prepared
at 0.25, 0.5, 0.75, 1.0 and 1.25 mg.L
-1
using distilled water, and a non-toxic
commercial surfactant (INEX-A
®
, 2
mL.L
-1
). Sodium selenite solutions
were applied (200 mL per plant) by
foliar sprays using a manual sprinkler
backpack (Truper
®
). Applications were
conducted in the morning (at sunrise),
during fruit formation, veraison, and
15 days before harvest. The control
plants (0 mg.L
-1
Na
2
SeO
3
) received only
200 mL per plant of distilled water.
Each experimental plot consisted of 10
plants. The experiment was repeated
twice.
Yield and quality of grapes
Fruit yield, and bunches weight
was measured in 10 plants per
treatment. Fruit total soluble solids
(TSS) and titratable acidity (TA) were
determined in the juice of 50 fruit per
treatment. TSS was measured with
manual refractometer 0-32 % (Sper
Scientic
®
30001, Sper Scientic LTD,
Scottsdale Az, USA) and expressed in
°Brix. TA was determined following
the methodology of AOAC (AOAC,
1990), using NaOH (0.1 N) and
phenolphthalein (1 %) as an indicator;
results expressed as percentage of
textura del suelo es franco arenosa
(81% arena, 14% limo y 5% arcilla);
densidad aparente 1,67 g.cm
-3
; pH de
8,37; capacidad de retención de agua
del 25,2%; conductividad eléctrica
de 1,28 dS.m
-1
; contenido de materia
orgánica 1,18 mg.kg
-1
; nitrógeno total
de 32,8 mg.kg
-1
; fósforo disponible de
24,4 mg.kg-
1
y potasio removible de
90,43 mg.kg
-1.
Plantación
Se utilizaron las plantas de vid
“Cabernet Sauvignon” de 7 años de
edad. El sistema de plantación fue de
1 m entre plantas y 3 m entre hileras,
con una densidad de planta de 3.333
planta.ha
-1
.
Dosis de selenito y aplicación
en las plantas de vid
El selenito de sodio (Na
2
SeO
3
,
95 % de pureza, Sigma-Aldrich®) se
preparó a 0,25; 0,5; 0,75; 1,0 y 1,25
mg.L
-1
utilizando agua destilada, y
un surfactante comercial no tóxico
(INEX-A®, 2 mL.L
-1
). Las soluciones
de selenito de sodio se aplicaron (200
mL por planta) por aspersión foliar
utilizando una mochila de aspersión
manual (Truper®). Las aplicaciones
se realizaron por la mañana (al
amanecer), durante la formación del
fruto, en envero y 15 días antes de
la cosecha. Las plantas de control (0
mg.L
-1
de Na
2
SeO
3
) recibieron sólo 200
mL por planta de agua destilada. Cada
parcela experimental constaba de 10
plantas. El experimento se repitió dos
veces.
Rendimiento y calidad de las
uvas
Se midió el rendimiento de los
frutos, y el peso de los racimos en
10 plantas por tratamiento. Se
Sariñana-Navarrete et al.
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tartaric acid per 100 g. Fruit volume
was determined by water displacement
in 50 fruit per treatment. Maturity
index (MI) was calculated with the
relationship TSS/TA.
Nutraceutical fruit quality
Polyphenol content
Total phenolic content was
determined using a Folin-Ciocalteau
method (Garcia-Nava, 2009). Samples
were quantied in an ultraviolet
(UV)-Vis spectrophotometer at 760
nm (master spectrum FISHER
SCIENTIFIC 415). The standard was
prepared with gallic acid. Results were
expressed in mg GAE.100 g
-1
fresh
weight (FW).
Flavonoids content
Total avonoids were determined
by colorimetry (García-Nava, 2009).
Samples were quantied in a UV-Vis
spectrophotometer at 510 nm (master
spectrum
Fisher Scientic 415). The
standard was prepared with quercetin
dissolved in absolute ethanol (y =
0.0122x-0.0067; R
2
= 0.965). Results
were expressed in mg QE.100 g
-1
FW.
Antioxidant capacity
Total antioxidant capacity was
measured by the in-vitro DPPH
+
method (Brand-Williams et al., 1995).
Samples were quantied in a UV-Vis
spectrophotometer at 517 nm (master
spectrum Fisher Scientic 415). The
standard was prepared with Trolox
(0.1-1.0 mM, R
2
= 0.998). Results
were expressed in µM equivalent in
Trolox.100 g
-1
FW.
Selenium accumulation in
fruits
The Se concentration in fruits
was determined by atomic absorption
determinaron los sólidos solubles
totales de la fruta (SST) y la acidez
titulable (AT) en el zumo de 50
frutas por tratamiento. Los SST
se midieron con un refractómetro
manual 0-32 % (Sper Scientic
®
30001, Sper Scientic LTD,
Scottsdale Az, USA) y se expresaron
en °Brix. La AT se determinó
siguiendo la metodología de AOAC
(AOAC, 1990), usando NaOH (0,1 N)
y fenolftaleína (1 %) como indicador;
los resultados se expresaron como
porcentaje de ácido tartárico por
100 g. El volumen de los frutos se
determinó por desplazamiento de
agua en 50 frutos por tratamiento.
El índice de madurez (IM) se calculó
con la relación SST/TA.
Calidad nutracéutica del fruto
Contenido de polifenoles
El contenido fenólico total se
determinó mediante el método de
Folin-Ciocalteau (García-Nava,
2009). Las muestras se cuanticaron
en un espectrofotómetro ultravioleta
(UV)-Vis a 760 nm (master spectrum
FISHER SCIENTIFIC 415). El
estándar se preparó con ácido gálico.
Los resultados se expresaron en mg
GAE.100 g
-1
peso fresco (PF).
Contenido de flavonoides
Se determinaron los avonoides
totales por colorimetría (García-
Nava, 2009). Las muestras
se cuanticaron en un
Espectrofotómetro UV-Vis a 510 nm
(master spectrum Fisher Scientic
415). El estándar se preparó con
quercetina disuelta en etanol
absoluto (y = 0,0122x-0,0067; R
2
=
0,965). Los resultados se expresaron
en mg QE.100 g
-1
PF.
Sariñana1DYDUUHWH et al.
812
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spectrophotometry (Varian SpectrAA,
modelo 220Fast) using the
methodology reported by Silva-Trejos,
(2011). Fifty fruits per treatment were
used and the results were expressed
in µg.kg
-1
dry weight (DW).
Statistical analysis
Data were analyzed by a one-way
analysis of variance (ANOVA) and
Tukey’s HSD multiple range test
with a signicance level of 5 %, using
Statistica v. 10.0 (StatSoft, 2011).
Results and discussions
Yield and quality of grapes
The foliar application of different
doses of sodium selenite to grapevine
affected the fruit yield per plant,
bunches weight, titratable acidity and
grape volume (Table 1).
Table 1. Effect of doses of sodium selenite applied foliar on fruit yield,
total soluble solids (TSS), titratable acidity (TA), and fruit
volume in grape ‘Cabernet Sauvignon’ var.
Cuadro 1. Efecto de las dosis de selenito de sodio aplicadas por vía foliar
sobre el rendimiento del fruto, los sólidos solubles totales
(SST), la acidez titulable (AT) y el volumen del fruto en la uva
var ‘Cabernet Sauvignon’.
Na
2
SeO
3
(mg.L
-1
)
Fruit yield.
plant
-1
(kg)
Bunches
weight (g)
TSS
(°Brix)
TA
(%)
Maturity
index
Fruit
volume (cc)
0.25 2.18
a
77.74
ab
22.0
a
6.84
a
3.21
a
1.11
d
0.50 2.34
a
76.26
ab
22.3
a
6.59
b
3.39
ab
1.17
cd
0.75 1.25
ab
58.14
c
22.7
a
6.60
b
3.43
ab
1.26
c
1.00 1.24
ab
61.80
bc
22.3
a
6.61
b
3.37
ab
1.45
b
1.25 0.76
b
58.34
bc
23.0
a
6.60
b
3.48
b
1.62
a
Control 2.17
a
80.96
a
22.3
a
6.77
a
3.30
ab
1.07
d
a, b, c, d: Different letters indicate signicant difference (p < 0.05) according to Tukey’s HSD test.
a, b, c, d: Different letters indicate signicant difference (p <0.05) according to Tukey’s HSD test.
Capacidad antioxidante
La capacidad antioxidante total
se midió por el método in vitro de
DPPH+ (Brand-Williams et al., 1995).
Las muestras se cuanticaron en un
espectrofotómetro UV-Vis a 517 nm
(master spectrum Fisher Scientic
415). El estándar se preparó con
Trolox (0,1-1,0 mM, r
2
= 0,998). Los
resultados se expresaron en µM
equivalente en Trolox.100 g
-1
PF.
Acumulación de selenio en los
frutos
La concentración de Se en los frutos
se determinó por espectrofotometría de
absorción atómica (Varian
SpectrAA,
modelo 220Fast) utilizando la
metodología reportada por Silva-
Trejos, (2011). Se usaron cincuenta
frutos por tratamiento y los resultados
se expresaron en µg.kg
-1
peso seco (PS).
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Yield and bunch weight decrease
27.17 and 64.49 respectively; instead,
the grape volume increased 51 %.
The TSS did not show differences
among treatments. The treatments
with 0.25 and 1.25 mg.L
-1
of sodium
selenite increased maturity index
between 3.21 and 3.48 in the grape.
In species such as lettuce, potato and
tomato, highlight that the application
of low doses of Se (10 μM) had growth
promoting effects, while higher
concentrations induced symptoms
of toxicity in plants (Schiavon et al.,
2013). Se is not considered essential
in plant metabolism; therefore, the
addition of this element is not expected
to change the crop yield (Broadley
et al., 2006). However, other studies
reported that the application of Se
in low concentration causes positive
effects on yield, biomass production,
among other (Zhu et al., 2017). In
contrast, high doses of Se cause
toxicity in the plants because there is
a high production of reactive oxygen
species, found to inhibit growth and
performance (Lapaz et al., 2019). The
studies previously reported support
our results that there is a decrease
in grape production with higher
concentrations of Se. Another study
found a decrease of more than 21 %
in tomato crop yield with high doses
of NPs-Se (Hernández-Hernández et
al., 2019). In general, the response of
the plant to Se differs according to the
applied concentration (Puccinelli et al.,
2017a), the sensitivity of the species
(Lyons et al., 2005), the chemical
species of Se used and the method of
application; then, the optimal doses
for each culture must be determined
Análisis estadístico
Los datos se analizaron mediante
un análisis de varianza (ANOVA)
de una vía y la prueba de rango
múltiple HSD de Tukey con un nivel
de signicancia del 5 %, utilizando
Statistica v. 10.0 (StatSoft, 2011).
Resultados y discusión
Rendimiento y calidad de las
uvas
La aplicación foliar de diferentes
dosis de selenito de sodio a la vid afectó
al rendimiento de frutos por planta, el
peso de los racimos, la acidez titulable
y al volumen de la uva (Cuadro 1).
El rendimiento y el peso del
racimo disminuyeron un 27,17 y un
64,49 respectivamente; en cambio el
volumen de la uva aumentó un 51 %.
El SST no mostró diferencias entre los
tratamientos. Los tratamientos con
0,25 y 1,25 mg.L
-1
de selenito de sodio
aumentaron el índice de madurez en
la uva entre 3,21 y 3,48. En especies
tales como la lechuga, la papa y el
tomate se destaca que la aplicación
de dosis bajas de Se (10 μM) tuvo
efectos promotores del crecimiento,
mientras que a concentraciones
más altas indujeron síntomas de
toxicidad en las plantas (Schiavon
et al., 2013). El Se no se considera
esencial en el metabolismo de las
plantas; por lo tanto, no se espera que
la adición de este elemento modique
el rendimiento del cultivo (Broadley
et al., 2006). Sin embargo, otros
estudios reportaron que la aplicación
de Se en bajas cantidades causa
efectos positivos en el rendimiento,
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(Oliveira et al., 2018). In previous
studies, Se enrichment can have a
positive inuence on fruit ripening
and sugar metabolism. In fact,
recent studies conducted on Camellia
sinensis leaves have demonstrated
a positive correlation between Se
concentration and soluble sugars
and the sweetness index (Zhao et al.,
2016), suggesting that Se could play a
role in acceleration ripening of fruit.
Similarly, the rest of the Se doses did
not produce any signicant effect on
TSS compared to the control; however,
the TSS values were in the range of
20 to 26 %, similar to other reported
results (Weaver, 1985). Other studies
reported a relationship between TSS
and TA (Zhu et al., 2017). Furthermore,
a TA decrease was found in grapes
treated with Se. The decrease in TA
is attributed to malic acid, which is
used as a substrate for the synthesis
of sugars and for respiration during
ripening (Ruffner, 1982). Variation
in Se availability for plants has often
been associated with impaired sulfur
absorption, leading to changes in the
synthesis of secondary metabolites
(Malagoli et al., 2015). Walteros et al.
(2012) discussed that the aromatic
compounds and sugar/acid content are
two elements important in the avor
of the grapes and that the maturity
index between 3 and 3.5 suggest the
commercial maturity of the fruit.
Nutraceutical quality of grapes
Total phenolic, flavonoids and
antioxidant capacity
Phenols concentration in grape
fruits increased as doses of sodium
producción de biomasa, entre otros
(Zhu et al., 2017). Por el contrario,
altas dosis de Se causan toxicidad en
las plantas ya que existe una alta
producción de especies reactivas de
oxígeno, que se han descubierto que
inhiben el crecimiento y el rendimiento
(Lapaz et al., 2019). Los estudios
previamente reportados apoyan
nuestros resultados sobre que existe
una disminución en la producción
de uva con mayores concentraciones
de Se. Otro estudio encontró una
disminución de más del 21 % en el
rendimiento del cultivo de tomate con
altas dosis de NPs-Se (Hernández-
Hernández et al., 2019). En general,
la respuesta de la planta al Se
diere en función de la concentración
aplicada (Puccinelli et al., 2017a),
de la sensibilidad de las especies
(Lyons et al., 2005), de la especies
químicas de Se utilizadas y el método
de aplicación; entonces, se deben
determinar las dosis óptimas para
cada cultivo (Oliveira et al., 2018). En
estudios previos, el enriquecimiento
con Se puede tener una inuencia
positiva en la maduración de la fruta y
en el metabolismo de los azúcares. De
hecho, estudios recientes realizados
en hojas de Camellia sinensis han
demostrado una correlación positiva
entre la concentración de Se, los
azúcares solubles y el índice de dulzor
(Zhao et al., 2016), lo que sugiere que
el Se podría desempeñar un papel en
la aceleración de la maduración del
fruto. Del mismo modo, el resto de
las dosis de Se no produjeron ningún
efecto signicativo sobre el SST
en comparación con el control; sin
embargo, los valores de SST estuvieron
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selenite increased. Compared with
control treatment, the phenols
concentration increase of 98 %
when 1.25 mg.L
-1
of sodium selenite
was applied (Figure 1A). High
concentration of Se increased total
avonoids in grape fruits by 52 %
(Figure 1B). The foliar application of
1.25 mg.L
-1
of Se increased the total
antioxidant capacity in grape fruits by
44 % (Figure 1C).
Figure 1. Effect of doses of sodium selenite on content of phenolic
content (A), total flavonoids (B), antioxidant capacity (C), and
Se concentration (D) in grape fruits. Data are shown as mean
± standard deviation (SD) (n = 50). Columns with different letters
were signicantly different according to Tukey’s HSD test (p < 0.05).
Figura 1. Efecto de las dosis de selenito de sodio sobre el contenido fenólico
total (A), los flavonoides totales (B), la capacidad antioxidante
(C), y la concentración de Se (D) en los frutos de uva. Los datos
se muestran como media ± desviación estándar (SD) (n = 50). Las
columnas con letras diferentes fueron signicativamente diferentes
según la prueba HSD de Tukey (p < 0,05).
en el rango de 20 al 26 %, similar a
otros resultados reportados (Weaver,
1985). Otros estudios informaron de
una relación entre el SST y la AT (Zhu
et al., 2017). Además, se encontró
una disminución de la AT en las uvas
tratadas con Se. La disminución de
la AT se atribuye al ácido málico,
que se utiliza como sustrato para
la síntesis de azúcares y para la
respiración durante la maduración
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The biofortication signicantly
increases the amount of essential
elements in the edible part of plant,
which is consistent with what has
been reported previously (Garduño-
Zepeda and Márquez-Quiroz,
2018). Several studies have also
highlighted the contrasting effects of
Se fertilization on the concentration
of total phenols, either positive or
negative, depending on the plant
species and the Se concentration
applied (Schiavon et al., 2013). In the
case of grapes, the concentration of
total phenolic compounds, avonoids
and antioxidant capacity was affected
by the biofortication of Se. There is
evidence that the cause is the positive
regulation of the phenylpropanoid
biosynthetic pathway which leads to
the accumulation of specic metabolites
that belong to a class of avonoids and
polyphenols (Mimmo et al., 2017), and
play a central role in determining
the organoleptic characteristics and
antioxidant capacity of grapes.
Phenols are the third most
abundant component in grapes,
distributed mainly in the seeds and
in the shell of the berries (Rousserie
et al., 2019). Phenolic compounds, in
addition to their astringent properties
(Molina-Quijada et al., 2010),
participate as natural antioxidants
in food, characterizing themselves in
functional foods (Porras-Loaiza and
López-Malo, 2009). In grapes, whose
nal destination is wine production,
the presence of these compounds
determines the quality, since it gives
them the oxidative capacity necessary
to maintain the characteristic red color
(Valls et al., 2000).
(Ruffner, 1982). La variación en
la disponibilidad de Se para las
plantas se ha asociado a menudo
con la alteración de la absorción de
azufre, lo que conduce a cambios en
la síntesis de metabolitos secundarios
(Malagoli et al., 2015). Walteros et al.
(2012) discutieron que los compuestos
aromáticos y el contenido de azúcar/
ácido son dos elementos importantes
en el sabor de las uvas y que el índice
de madurez entre 3 y 3,5 sugiere la
madurez comercial de la fruta.
Calidad nutracéutica de las
uvas
Fenoles totales, flavonoides y
capacidad antioxidante
La concentración de fenoles en los
frutos de uva aumentó a medida que se
incrementaban las dosis de selenito de
sodio. En comparación con el tratamiento
de control, la concentración de fenoles
aumentó un 98 % cuando se aplicó 1,25
mg. L
-1
de selenito de sodio (Figura 1A).
La alta concentración de Se aumentó los
avonoides totales en los frutos de uva
en un 52 % (Figura 1B). La aplicación
foliar de 1,25 mg.L
-1
de Se aumentó la
capacidad antioxidante total en los
frutos de uva en un 44 % (Figura 1C).
La bioforticación aumenta
signicativamente la cantidad de
elementos esenciales en la parte
comestible de la planta, lo que coincide
con lo reportado anteriormente
(Garduño-Zepeda y Márquez-Quiroz,
2018). Varios estudios también han
destacado que los efectos contrastados
de la fertilización con Se sobre la
concentración de los fenoles totales,
positivos o negativos depende de las
especies vegetales y de la concentración
de Se aplicada (Schiavon et al., 2013).
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Studies support the increase in the
content of phenolic compounds with
the application of Se, reporting an
increase of 8.07 % in the total phenolic
content in pomegranate fruits (Punica
granatum) when performing foliar
applications of 1 and 2 μM Se and
NPs–Se (Zahedi et al., 2019). In garlic
(Allium sativum L.) a study found a
positive response in the total phenolic
content by foliar application of Se, with
an increase of 82.23 % compared to the
control (Shaq et al., 2019). Another
study reported that the increase in
phenolic compounds was showed
with the application of stimulants
during fruit veraison (Jeong et al.,
2004). Although the context is not
clearly dened, mechanisms of action
of Se in plant metabolism have been
proposed. One of them is through
the biosynthetic pathway of organic
compounds such as phenylpropanoid,
which leads to the accumulation of
secondary metabolites (Zahedi et al.,
2019).
Flavonoids are bioactive
compounds contained in all foods
(Porras-Loaiza and López-Malo, 2009)
and these groups of compounds are
especially relevant in wine quality
(Valls et al., 2000). Its structure
gives them an antioxidant capacity,
providing protection against
oxidative damage in cells and also
has a positive effect in a number of
pathologies, including heart disease,
atherosclerosis and cancer (Martínez-
Flórez et al., 2002). Regarding the
total content of avonoids, a study
reveals that there is evidence of an
effect of trace elements such as Se
on the antioxidant capacity of plants
En el caso de las uvas, la
concentración de los compuestos
fenólicos totales, avonoides y
la capacidad antioxidante se vio
afectada por la bioforticación de Se.
Existen evidencias de que la causa
es la regulación positiva de la vía
biosintética de los fenilpropanoides
que conduce a la acumulación de
metabolitos especícos que pertenecen
a una clase de avonoides y polifenoles
(Mimmo et al., 2017), y desempeñan
un papel central en la determinación
de las características organolépticas y
la capacidad antioxidante de las uvas.
Los fenoles son el tercer
componente más abundantes en la
uva, distribuidos principalmente en
las semillas y en la cáscara de las
bayas (Rousserie et al., 2019). Los
compuestos fenólicos, además de tener
propiedades astringentes (Molina-
Quijada et al., 2010), participan
como antioxidantes naturales en
los alimentos, caracterizándose en
alimentos funcionales (Porras-Loaiza
y López-Malo, 2009). En las uvas,
cuyo destino nal es la producción
de vino, la presencia de estos
compuestos determina la calidad, ya
que les conere la capacidad oxidativa
necesaria para mantener el color rojo
característico (Valls et al., 2000).
Los estudios apoyan el aumento en
el contenido de compuestos fenólicos
con la aplicación de Se, reportando
un aumento de 8,07 % en el contenido
fenólico total en frutos de granada
(Punica granatum) al realizar
aplicaciones foliares de 1 y 2 μM de
Se y NPs-Se (Zahedi et al., 2019). En
ajo (Allium sativum L.) un estudio
encontró una respuesta positiva en el
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(Blasco et al., 2008). To explain this
behavior, three synergistic transport
mechanisms have been proposed in
avonoid biosynthesis, transport
mediated by vesicle trafc, via
membrane transporters, and transport
mediated by the enzyme Glutathione-
S-transferase (GST) (Rousserie et
al., 2019). The latter, in turn, uses
a cysteine residue (Cys), which is an
amino acid where Se can replace sulfur,
and form selenocysteine (Se-Cys)
(Casals-Mercadal et al., 2005). Other
studies aimed at increasing the total
avonoid content by the application
of micronutrients have obtained
favorable results. For example, a
study reports a 63 % increase in total
avonoids in garlic (Allium sativum
L.) due to the application of Se (Shaq
et al., 2019).
The antioxidant capacity of fruits
and vegetables is inuenced by the total
phenolic content (Franco-Bañuelos et
al., 2019). In this research, a positive
correlation (r = 0.82) was found
between total antioxidant capacity
and total phenolic compounds. Zahedi
et al. (2019), reports an increase of
18.24 % in the antioxidant capacity
in pomegranate (Punica granatum)
because of foliar application of Se.
In the same way, an increase in the
antioxidant capacity of tomato seeds
and seedlings when Se was provide
by nutrient solution and foliar spray
was reported (de los Santos-Vázquez
et al., 2016). Plant species contain a
complex antioxidant defense network,
where the most important compounds
are ascorbate, glutathione, tannins,
avonoids and carotenoids, which
provide protection against oxidative
contenido fenólico total por aplicación
foliar de Se, con un incremento del
82,23 % respecto al control (Shaq
et al., 2019). Otro estudio reportó
que el aumento en los compuestos
fenólicos se mostró con la aplicación
de estimulantes durante el envero de
la fruta (Jeong et al., 2004). Aunque el
contexto no está claramente denido,
se han propuesto mecanismos de
acción del Se en el metabolismo
vegetal. Uno de ellos es a través de
la vía biosintética de compuestos
orgánicos como el fenilpropanoide,
que conduce a la acumulación de
metabolitos secundarios (Zahedi et al.,
2019).
Los avonoides son compuestos
bioactivos contenidos en todos
los alimentos (Porras-Loaiza y
López-Malo, 2009) y estos grupos
de compuestos son especialmente
relevantes en la calidad del vino
(Valls et al., 2000). Su estructura les
conere una capacidad antioxidante,
proporcionando protección contra el
daño oxidativo en las células y también
tiene un efecto positivo en una serie de
patologías, incluyendo enfermedades
cardíacas, aterosclerosis y cáncer
(Martínez-Flórez et al., 2002).
En cuanto al contenido total de
avonoides, un estudio revela que
existe evidencia de un efecto de
oligoelementos como el Se en la
capacidad antioxidante de las plantas
(Blasco et al., 2008). Para explicar este
comportamiento, se han propuesto tres
mecanismos de transporte sinérgicos
en la biosíntesis de los avonoides, el
transporte mediado por el tráco de
vesículas, a través de transportadores
de membrana, y el transporte mediado
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stress (Peralta-Pérez and Volke-
Sepúlveda, 2012). These compounds
are classied according to their
nature, and some mineral elements
such as Cu, Zn, Mn, Fe and Se act
as cofactors in the production of
antioxidant compounds (Porras-
Loaiza and López-Malo, 2009); e.g.
the enzyme Glutathione peroxidase,
where Se is a structural part of each
of the four catalytic centers (Casals-
Mercadal et al., 2005).
Selenium concentration in
fruits
Selenium concentration in
grapefruits increased linearly
(y=290.11x-406.21 R
2
=0.9478) as
doses of Se increased (Figure 1D). The
use of 1.25 mg.L
-1
of Se favored an
accumulation of his element in grape
fruits. This accumulation is 12.72
times more than obtained in the lowest
dose evaluated. The accumulation of
Se in edible parts of some biofortied
plant products has been reported in
some studies with increases of about
30 % in Se (Zhu et al., 2017). In general,
the accumulation of Se through plant
metabolic pathways, not only depends
on the species to which the element is
being applied, but also on the chemical
compound used and the way in which
it is supplied (Li et al., 2018).
Although Se is not an essential
element for plant species, given its
afnity for Sulfur, this element can
replace inside the plant metabolism
by Se, because it exists in the same
oxidation states (Broadley et al.,
2006), creating the hypothesis that
it can fulll biological functions
of great benet (Puccinelli et al.,
2017a) and obtain an additional
por la enzima glutatión-S-transferasa
(GST) (Rousserie et al., 2019). Esta
última, a su vez, utiliza un residuo de
cisteína (Cys), que es un aminoácido
en el que el Se puede sustituir al
azufre, y formar selenocisteína (Se-
Cys) (Casals-Mercadal et al., 2005).
Otros estudios dirigidos a aumentar el
contenido total de avonoides mediante
la aplicación de micronutrientes han
obtenido resultados favorables. Por
ejemplo, un estudio informa de un
aumento del 63 % de los avonoides
totales en el ajo (Allium sativum L.)
debido a la aplicación de Se (Shaq et
al., 2019).
La capacidad antioxidante de las
frutas y vegetales está inuenciada
por el contenido fenólico total
(Franco-Bañuelos et al., 2019). En
esta investigación, se encontró una
correlación positiva (r = 0.82) entre
la capacidad antioxidante total y los
compuestos fenólicos totales. Zahedi
et al. (2019), reportan un aumento del
18,24 % en la capacidad antioxidante
en granada (Punica granatum) debido
a la aplicación foliar de Se. De la misma
manera, se reportó un aumento en la
capacidad antioxidante de las semillas
y plántulas de tomate cuando se aplicó
Se por una solución nutritiva y por
aspersión foliar (de los Santos-Vázquez
et al., 2016). Las especies vegetales
contienen una compleja red de defensa
antioxidante, donde los compuestos
más importantes son: ascorbato,
glutatión, taninos, avonoides y
carotenoides, que proporcionan
protección contra el estrés oxidativo
(Peralta-Pérez y Volke-Sepúlveda,
2012). Estos compuestos se clasican
según su naturaleza, y algunos
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source of Se. Previous studies show
that biofortication signicantly
increases the amount of essential
elements in the edible part of plants
(da Silva et al., 2020). This study has
demonstrated the ability of grapevine
to accumulate Se in the edible part,
from the smallest dose applied to the
one with the highest concentration,
which leaves open the possibility of
including this plant species for future
biofortication programs. In addition,
the accumulation obtained from Se
in grape fruits could supplement the
daily intake recommended by the
USDA (Puccinelli et al., 2017b).
Conclusions
Grapes appear to be a good target for
Se biofortication to increase human
intake of this essential micronutrient
without affecting performance and
quality parameters. In addition, the
biofortication increases the content
of Se, total phenolic compounds,
avonoids, and greater antioxidant
capacity of grapes, which translates
into an improvement in the synthesis
of antioxidant compounds and their
nutraceutical quality. Selenium
enrichment could play a critical role
in triggering metabolic pathways
leading to an increase in compounds
benecial to health in humans.
elementos minerales tales como Cu,
Zn, Mn, Fe y Se actúan como cofactores
en la producción de compuestos
antioxidantes (Porras-Loaiza y López-
Malo, 2009); por ejemplo, la enzima
glutatión peroxidasa, donde el Se
forma parte estructural de cada uno de
los cuatro centros catalíticos (Casals-
Mercadal et al., 2005).
Concentración de selenio en
los frutos
La concentración de selenio
en las uvas aumentó linealmente
(y=290,11x-406,21 R
2
=0,9478) a
medida que aumentaban las dosis de
Se (Figura 1D). El uso de 1,25 mg.L
-
1
de Se favoreció una acumulación de
este elemento en los frutos de uva.
Esta acumulación es 12,72 veces
superior a la obtenida en la dosis más
baja evaluada. La acumulación de Se
en las partes comestibles de algunos
productos vegetales bioforticados ha
sido reportada en algunos estudios
con aumentos de alrededor del 30 %
de Se (Zhu et al., 2017). En general, la
acumulación de Se mediante las vías
metabólicas de las plantas, no solo
depende de las especies en las cuales
el elemento es aplicado, sino también
del compuesto químico utilizado y de la
forma en la que se suministra (Li et al.,
2018). Aunque el Se no es un elemento
esencial para las especies vegetales,
dada su anidad por el Azufre, este
elemento se puede sustituir dentro
del metabolismo de la planta por
el Se, ya que existe en los mismos
estados de oxidación (Broadley et al.,
2006), creando la hipótesis de que
puede cumplir funciones biológicas
de gran benecio (Puccinelli et al.,
2017a) y obtener una fuente adicional
de Se. Estudios anteriores muestran
que la bioforticación aumenta
signicativamente la cantidad de
elementos esenciales en la parte
comestible de las plantas (da Silva et
End of English Version
821
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ISSN 2477-9407
al., 2020). Este estudio ha demostrado
la capacidad de la vid para acumular
Se en la parte comestible, desde la
menor dosis aplicada hasta la de mayor
concentración, lo que deja abierta la
posibilidad de incluir esta especie
vegetal para futuros programas
de bioforticación. Además, la
acumulación obtenida de Se en los
frutos de la uva podría complementar
la ingesta diaria recomendada por el
USDA (Puccinelli et al., 2017b).
Conclusion
Las uvas parecen ser un buen
objetivo para la bioforticación del
Se con el n de aumentar la ingesta
humana de este micronutriente
esencial sin afectar a los parámetros
de rendimiento y calidad. Además, la
bioforticación aumenta el contenido
de Se, los compuestos fenólicos
totales, los avonoides y la mayor
capacidad antioxidante de las uvas,
lo que se traduce en una mejora de la
síntesis de compuestos antioxidantes
y de su calidad nutracéutica. El
enriquecimiento con selenio podría
desempeñar un papel fundamental en
la activación de las vías metabólicas
que conducen a un aumento de los
compuestos beneciosos para la salud
en los seres humanos.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.05 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido: 27-11-2020 . Aceptado: 20-03-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: chilo0602@hotmail.com
Uso potencial de Lupinus exaltatus Zucc.
(Leguminosae) como abono verde en suelos de
Jalisco, México
Potential use of Lupinus exaltatus Zucc. (Leguminosae)
as green manure in soils of Jalisco, Mexico
Uso potencial de Lupinus exaltatus Zucc. (Leguminosae)
como adubo verde em solos de Jalisco, México
Juan Francisco Zamora Natera
1
e Isidro Zapata Hernández
2
*
1
Departamento de Botánica y Zoología. Centro Universitario de Ciencias Biológicas y
Agropecuarias. Universidad de Guadalajara. México. Correo electrónico jfzamoranatera@
gmail.com,
2
Estancia Posdoctoral. Universidad Autónoma de Chiapas-Facultad de
Ciencias Agronómicas. Carretera Ocozocoautla-Villaflores km 84.5, Villaflores, Chiapas,
México. CP. 30470. AP. 78. Correo electrónico: chilo0602@hotmail.com, .
Resumen
El impacto ambiental que genera la agricultura con el uso excesivo de
fertilizantes ha provocado la búsqueda de alternativas para mejorar la fertilidad
del suelo. El objetivo de este trabajo fue evaluar el potencial de Lupinus exaltatus en
términos de descomposición y mineralización de Nitrógeno (N) al ser incorporados
al suelo como abono verde (AV) y su efecto sobre el crecimiento de plántulas de
Triticum aestivum L. Se utilizó la técnica de bolsas de descomposición, con un total
de 216 bolsas de nailon (10 × 5 cm), en cada bolsa se colocaron 5 g base seca de
AV en etapa vegetativa y oración. Posteriormente, las bolsas con AV se colocaron
por separado en suelo Vertisol y Regosol a una profundidad de 5 cm; y cada tres
semanas hasta nalizar la incubación, se recuperaron tres bolsas por tratamiento.
Para evaluar el efecto del AV sobre el crecimiento del T. aestivum se estableció un
experimento en macetas con suelo Regosol, consistió en incorporar 50 y 34 g base
seca del AV (equivalente a 10 y 15 t.ha
-1
). El AV en etapa vegetativa perdió en
promedio 83,52 % de su peso inicial, mientras que en oración la pérdida fue del
76,49 %, el N mineralizado fue más alto en suelo Regosol que en Vertisol con 74,02
% y 70,58 %, respectivamente. Las plántulas de trigo presentaron 30 % más de
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Zamora y Zapata ISSN 2477-9407
materia seca y N con AV que el tratamiento control. L. exaltatus tuvo una rápida
descomposición y mineralización de N en las primeras etapas de incubación.
Palabras clave: lupino, biomasa, descomposición, liberación de nutrientes,
mineralización de N.
Abstract
The environmental impact generated by agriculture with excessive use of
fertilizers has led to the search for alternatives to improve soil fertility. This study
aimed to evaluate the potential of Lupinus exaltatus in terms of decomposition and
mineralization of nitrogen (N) when incorporated into the soil as green manure
(GM) and its effect on the growth of Triticum aestivum L. seedlings. Litter bags
were used, with a total of 216 nylon bags (10 × 5 cm), in each bag were placed 5
g dry base of GM in the vegetative stage and owering. Subsequently, the GM
bags were placed separately Vertisol and Regosol soil at a depth of 5 cm; and
every three weeks until the end of the incubation, three bags were recovered per
treatment. For evaluation of the effect GM on T. aestivum growth experiment was
established in pots with soil Regosol, it consisted of incorporating 50 and 34 g dry
base of the GM (equivalent to 10 and 15 t.ha
-1
). The GM in the vegetative stage lost
an average of 83,52 % of its initial weight, while in owering the loss was 76,49
%, the mineralized N was higher in Regosol soil than in Vertisol with 74,02 % and
70,58 % respectively. The wheat seedlings presented 30 % more dry matter and N
with GM than the control treatment. L. exaltatus had a rapid decomposition and
mineralization of N in the rst stages of incubation.
Key words: lupine, biomass, decomposition, nutrient release, N mineralization.
Resumo
O impacto ambiental gerado pela agricultura com o uso excessivo de fertilizantes
levou à busca de alternativas para melhorar a fertilidade do solo. O objetivo deste
trabalho foi avaliar o potencial de Lupinus exaltatus em termos de decomposição
e mineralização do Nitrogênio (N) quando incorporado ao solo como adubo verde
(AV) e seu efeito no crescimento de mudas de Triticum aestivum L. Foi utilizada
a técnica do saco de decomposição, com um total de 216 sacos de náilon (10 × 5
cm), em cada saco foram colocados 5 g de base seca de AV em fase vegetativa e
oração. Posteriormente, os sacos com AV foram colocados separadamente com
Vertisol e solo de Regosol na profundidade de 5 cm; e a cada três semanas até o
nal da incubação, três bolsas foram recuperadas por tratamento. Para avaliação
do efeito do AV sobre o crescimento do T. aestivum foi instalado um experimento
em vasos com solo de Regosol, que consistiu na incorporação de 50 e 34 g de base
seca do AV (equivalente a 10 e 15 t.ha
-1
). O AV na fase vegetativa perdeu em
média 83,52 % do seu peso inicial, enquanto na oração a perda foi de 76,49 %, o
N mineralizado foi maior no solo Regosol do que no Vertisol com 74,02 % e 70,58
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Zamora y Zapata ISSN 2477-9407
% respectivamente. As mudas de trigo apresentaram 30 % mais matéria seca e
N com AV do que o tratamento controle. L. exaltatus tinha uma decomposição
rápida e mineralização de N nas primeiras fases de incubação.
Palabras chave: tremoço, biomassa, decomposição, liberação de nutrientes,
mineralização de N.
Introducción
La “Fijación Biológica del Nitrógeno”
(FBN) es el proceso responsable de la
transformación del mayor volumen
de N atmosférico (N
2
) a formas
aprovechables por algunas especies
de plantas. Esto ocurre mediante la
simbiosis entre algunas bacterias del
género Rhizobium o Bradyrhizobium
y raíces de diversas especies de
leguminosas (Weisany et al., 2013).
Esto cobra importancia en el ciclo de
nutrientes, ya que generalmente una
gran cantidad de N jado regresa al
suelo mediante la descomposición,
después de que estas plantas mueren
o cuando son incorporadas al suelo
como abono verde (AV) (Giller, 2001).
Por lo tanto, las leguminosas son
un insumo alternativo e importante
como fuente de materia orgánica y
N, principalmente en sistemas de
producción con enfoque agroecológico,
ya que su empleo representa un
ahorro económico, sin daños al
ambiente y con efectos benécos sobre
las propiedades físicas, químicas y
biológicas del suelo (Shindoi et al.,
2012). Bajo condiciones favorables
de h
umedad y temperatura, el AV
puede suministrar N inorgánico en
forma de amonio (NH
4
+
) y nitratos
(NO
3
-
) después de su descomposición
y mineralización (Celaya-Michel y
Castellanos-Villegas, 2011).
Introduction
The “Biological Nitrogen Fixation”
(BNF) is the process responsible for
the transformation of the largest
volume of atmospheric N (N
2
) to forms
that can be used by some plant species.
This occurs through the symbiosis
between some bacteria of the genus
Rhizobium or Bradyrhizobium and
roots of various species of legumes
(Weisany et al., 2013). This becomes
important in the nutrient cycle,
since generally a large amount of
xed N returns to the soil through
decomposition, after these plants
die or when they are incorporated
into the soil as green manure (AV)
(Giller, 2001). Therefore, legumes are
an alternative and important input
as a source of organic matter and N,
mainly in production systems with an
agroecological approach, since their
use represents an economic saving,
without damage to the environment
and with benecial effects on physical
properties, chemical and biological of
the soil (Shindoi et al., 2012). Under
favorable humidity and temperature
conditions, AV can supply inorganic N
in the form of ammonium (NH
4
+
) and
nitrates (NO
3
-
) after its decomposition
and mineralization (Celaya-Michel
and Castellanos-Villegas, 2011).
Some species of the genus Lupinus
have been studied as AV in different
828
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Algunas especies del género
Lupinus, han sido estudiadas como AV
en diferentes regiones del mundo en
términos de producción de biomasa,
jación y contenido de N, así como
aspectos relacionados con la velocidad
de descomposición y mineralización de
N (Zamora-Natera et al., 2019; Perdigão
et al., 2017). En otros estudios se ha
evaluado directamente el efecto de su
incorporación sobre el rendimiento
de los cultivos y las propiedades del
suelo (Pietrzykowski et al., 2017;
Wysokinski et al., 2014; Molina et al.,
2011). La mayoría de estos estudios
están enfocados principalmente en
especies cultivadas como L. albus, L.
luteus y L. angustifolius originarias del
área del mediterráneo y L. mutabilis de
origen sudamericano, pero son escasos
los estudios encaminados a conocer el
potencial que las especies nativas de una
determinada región pueden tener como
AV. Aunque se estima que en México
hay aproximadamente 110 especies
silvestres del género Lupinus (Bermúdez
et al., 2000), se tienen pocos estudios
dirigidos a conocer la importancia de
estas como AV. Entre estos se encuentran
la investigación realizada por Zapata-
Hernández et al. (2020), Zamora-Natera
et al. (2019) y Zapata et al. (2019), en
las que se hace notar el potencial de
algunas especies silvestres del género
Lupinus para producir biomasa con
alto contenido de N en condiciones
de cultivo. Sin embargo, se considera
que es necesario realizar nuevos
estudios que nos permitan entender
el comportamiento de estas especies
después de su incorporación al suelo
como AV, en términos de descomposición
y mineralización de N. Por lo tanto, el
regions of the world in terms of biomass
production, xation and N content, as
well as aspects related to the rate of
decomposition and mineralization of N
(Zamora-Natera et al., 2019; Perdigão
et al., 2017). In other studies, the
effect of its incorporation on crop yield
and soil properties has been directly
evaluated (Pietrzykowski et al., 2017;
Wysokinski et al., 2014; Molina et al.,
2011). Most of these studies are focused
mainly on cultivated species such as
L. albus, L. luteus and L. angustifolius
originating in the Mediterranean area
and L. mutabilis of South American
origin, but there are few studies
aimed at knowing the potential that
native species of a certain region
can have as AV. Although it is
estimated that in Mexico there are
approximately 110 wild species of
the genus Lupinus (Bermúdez et al.,
2000), there are few studies aimed at
knowing the importance of these as
AVs. Among these are the research
carried out by Zapata-Hernández et
al. (2020), Zamora-Natera et al. (2019)
and Zapata et al. (2019), in which the
potential of some wild species of the
genus Lupinus to produce biomass
with high N content under cultivation
conditions is noted. However, it is
considered necessary to carry out new
studies that allow us to understand
the behavior of these species after
their incorporation into the soil as
AV, in terms of decomposition and
mineralization of N. Therefore,
the objective of this research was
to evaluate the potential of L.
exaltatus in terms of decomposition
and mineralization of N after its
incorporation into the soil as AV, as
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objetivo de esta investigación fue evaluar
el potencial de L. exaltatus en términos
de descomposición y mineralización de
N después de su incorporación al suelo
como AV, así como su efecto sobre el
crecimiento inicial de plántulas de
Triticum aestivum.
Materiales y métodos
Material vegetal
La especie evaluada (L. exaltatus)
como AV se cultivó en el campo agrícola
experimental del Centro Universitario
de Ciencias Biológicas y Agropecuarias
(CUCBA) de la Universidad de
Guadalajara, localizado en Las Agujas,
Nextipac, Zapopan, Jalisco, México.
Las coordenadas geográcas son 20°43’
N y 103°23’ O, con una altitud de
1.600 m.s.n.m., la temperatura media
anual es de 20,5 °C con temperaturas
máximas y mínimas de 32,1 °C y 8,4 °C,
respectivamente (Zapata et al., 2019).
La metodología agrícola utilizada fue
la descrita por Zamora et al. (2019), la
densidad de plantas fue de 120.000
plantas.ha
-1
. De los surcos centrales se
colectaron al azar 15 plantas en cada
etapa fenológica (vegetativa a los 105
días después de la siembra y oración a
los 122 días después de la siembra). Se
lavaron con agua destilada, se cortaron
en secciones menores a 1 cm y se
colocaron en una estufa de aire forzado
a 70
o
C por 48 horas.
Análisis químico del material
vegetal
Se tomó una muestra seca y molida
para determinar su composición
química inicial (cuadro 1), mientras
que el resto se almacenó hasta iniciar
el experimento en campo, así como
well as its effect on the initial growth
of Triticum aestivum seedlings.
Materials and methods
Vegetal material
The species evaluated (L.
exaltatus) as AV was cultivated in
the experimental agricultural eld of
the Centro Universitario de Ciencias
Biológicas y Agropecuarias (CUCBA)
of the Universidad de Guadalajara,
located in Las Agujas, Nextipac,
Zapopan, Jalisco, Mexico. The
geographical coordinates are 20°43’N
and 103°23’ W, with an altitude of
1,600 meters above sea level, the
average annual temperature is 20.5
°C with maximum and minimum
temperatures of 32.1 °C and 8.4 °C,
respectively (Zapata et al., 2019). The
agricultural methodology used was
that described by Zamora et al. (2019),
the density of plants was 120,000
plants.ha
-1
. From the central rows,
15 plants were randomly collected in
each phenological stage (vegetative at
105 days after sowing and owering
at 122 days after sowing). They were
washed with distilled water, cut into
sections smaller than 1 cm and placed
in a forced air oven at 70 °C for 48
hours.
Chemical analysis of plant
material
A dry and ground sample was
taken to determine its initial chemical
composition (table 1), while the
rest was stored until starting the
eld experiment, as well as for the
experiment in pots. Lignin Klasón and
cellulose were determined by methods
D 1106-56 and D 1103-60, respectively
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para el experimento en macetas. Se
determinó Lignina Klasón y celulosa
por los métodos D 1106-56 y D 1103-
60, respectivamente (ASTM, 1977). La
concentración de C y N se cuanticó
por medio de combustión seca en un
analizador elemental CHNS-O Leco
TruSpec® (LECO, 2010).
Establecimiento del experimento en
campo. Se utilizó el método de las bolsas
de descomposición conocido como “litter-
bags” (Saria et al., 2018), el cual ha sido
ampliamente utilizado para evaluar
la descomposición y mineralización
de hojarasca, residuos agrícolas y AV
(Saria et al., 2018; Shindoi et al., 2012;
Villavicencio-Enríquez, 2012). Para el
caso de este estudio, se colocaron 5 g de
AV (base seca) de L. exaltatus en etapa
vegetativa y 5 g en etapa de oración
por separado, en el interior de bolsas de
nylon de 5 cm de ancho x 10 cm de largo
y 1 mm de apertura de malla (AMKON®
Technology). Se prepararon un total de
216 bolsas, las cuales se enterraron
el 01/07/2018 a 5 cm de profundidad
del suelo en las regiones agrícolas de
Ixtlahuacán de Los Membrillos y en
Zapopan del estado de Jalisco, con suelo
Vertisol y Regosol, respectivamente, de
Cuadro 1. Composición química de Lupinus exaltatus para evaluar su
potencial como abono verde en Zapopan, Jalisco, México.
Table 1. Chemical composition of Lupinus exaltatus to evaluate its
potential as green manure in Zapopan, Jalisco, Mexico
Etapas fenológicas
Días después de la
siembra
Concentración inicial (%) Relación
C N Lignina Celulosa C:N Lignina:N
Vegetativa 105 42,4 3,0 19,85 37,69 17,3 6,48
Floración 120 41,9 2,5 23,53 39,07 19,0 9,08
(ASTM, 1977). The concentration of
C and N was quantied by means of
dry combustion in a CHNS-O Leco
TruSpec® elemental analyzer (LECO,
2010).
Establishment of the experiment
in the eld. The decomposition bag
method known as “litter-bags” was
used (Saria et al., 2018), which has
been widely used to evaluate the
decomposition and mineralization
of litter, agricultural residues and
AV (Saria et al., 2018; Shindoi et
al., 2012; Villavicencio-Enríquez,
2012). For this study, 5 g of AV (dry
base) of L. exaltatus in the vegetative
stage and 5 g in the owering stage
were placed separately, inside nylon
bags 5 cm wide x 10 cm thick. long
and 1 mm mesh opening (AMKON®
Technology). A total of 216 bags
were prepared, which were buried on
07/01/2018 at a depth of 5 cm from
the soil in the agricultural regions of
Ixtlahuacán de Los Membrillos and in
Zapopan of the state of Jalisco, with
Vertisol and Regosol soil, respectively,
according to the FAO classication
(WRB, 2015). Table 2 shows the initial
characteristics of the soils where the
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acuerdo a la tipicación de la FAO (WRB,
2015). En el cuadro 2 se muestran las
características iniciales de los suelos
donde se llevó acabo el experimento
de incubación, las determinaciones se
realizaron de acuerdo a la NOM 021
RECNAT (2000).
Cuadro 2. Características físicas y químicas de los suelos tipificados
Vertisol y Regosol, en las regiones agrícolas de Ixtlahuacán de
Los Membrillos y Zapopan, Jalisco, México, para la evaluación
en campo de Lupinus exaltatus como abono verde.
Table 2. Physical and chemical characteristics of the Vertisol and Regosol
typified soils, in the agricultural regions of Ixtlahuacán de
Los Membrillos and Zapopan, Jalisco, Mexico, for the field
evaluation of Lupinus exaltatus as green manure.
Determinación Zapopan (Regosol) Ixtlahuacán (Vertisol)
Textura Franco arenoso Arcillo limoso
Arcilla 9,71 41,30
Limo 20,20 49,60
Arena 70,10 9,07
pH 5,90 6,37
Relación C:N 11,50 11,00
Materia Orgánica 1,55 2,10
N (%) 0,09 0,12
P mg.kg
-1
23,80 17,30
K cmol.kg
-1
0,82 0,71
Ca cmol.kg
-1
5,00 12,60
Mg cmol.kg
-1
0,42 3,84
Na cmol.kg
-1
0,12 0,30
N: nitrógeno, P: fosforo, K: potasio, Ca: calcio, Mg: magnesio, Na: sodio. Fuente: Laboratorio de suelos, CUCBA,
Universidad de Guadalajara.
N: nitrogen, P: phosphorus, K: potassium, Ca: calcium, Mg: magnesium, Na: sodium. Source: Soil Laboratory,
CUCBA, University of Guadalajara
Se utilizó un diseño experimental
de bloques al azar con arreglo factorial
de 2 x 2 x 6 tres factores (suelo, etapa
fenológica y periodo de incubación)
con un total tres repeticiones por
incubation experiment was carried
out, the determinations were made
according to NOM 021 RECNAT
(2000).
A random blocks experimental
design was used with a factorial
arrangement of 2 x 2 x 6 three factors
(soil, phenological stage and incubation
period) with a total of three repetitions
per treatment. The average temperature
and precipitation that occurred during
the study time is shown in table 3.
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tratamiento. La temperatura y
la precipitación promedio que se
presentó durante el tiempo del estudio
se muestra en el cuadro 3.
Cuadro 3. Precipitación y temperatura promedio en las regiones agrícolas
de Ixtlahuacán de Los Membrillos y Zapopan, Jalisco, México,
para la evaluación en campo de Lupinus exaltatus como abono
verde.
Table 3. Precipitation and average temperature in the agricultural
regions of Ixtlahuacán de Los Membrillos and Zapopan,
Jalisco, Mexico, for the field evaluation of Lupinus exaltatus
as green manure.
Tiempo (Meses)
Ixtlahuacán Zapopan
Precipitación (mm) Temperatura (
o
C) Precipitación (mm) Temperatura (
o
C)
Julio 236 21,5 290 22,00
Agosto 245 21,0 206 21,52
Septiembre 149 20,3 158 21,04
Octubre 45 19,1 70 20,00
Fuente: SMN-CONAGUA (2018).
Source: SMN-CONAGUA (2018).
Material remanente y análisis de
N. Una vez incorporadas las bolsas
con AV al suelo y transcurridas tres
semanas, se retiraron tres bolsas por
tratamiento por cada suelo durante
un periodo de 18 semanas. Las bolsas
de AV se trasladaron al laboratorio
de Biotecnología del Departamento
de Botánica y Zoología (CUCBA)
de la Universidad de Guadalajara,
donde se limpiaron de restos de
suelo y pequeñas raíces. Se recuperó
el material vegetal remanente, el
cual posteriormente se colocó en el
interior de una estufa de aire forzado
a 70
o
C durante 48 horas (Martínez et
al., 1989). Se estimó el peso seco del
material vegetal remanente y se tomó
una muestra para la determinación
Remaining material and N
analysis. Once the bags with VA were
incorporated into the soil and after
three weeks, three bags were removed
per treatment for each soil during
a period of 18 weeks. The AV bags
were transferred to the Biotechnology
Laboratory of the Departamento de
Botánica y Zoología (CUCBA) of the
Universidad de Guadalajara, where
they were cleaned of soil debris and
small roots. The remaining plant
material was recovered, which
was subsequently placed inside a
forced air oven at 70 °C for 48 hours
(Martínez et al., 1989). The dry weight
of the remaining plant material was
estimated and a sample was taken
for the determination of N by the
Kjeldahl method (Bremner, 1996).
To determine the decomposition and
mineralization of N in the AV, the
dry weight and remaining N were
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de N mediante el método Kjeldahl
(Bremner, 1996). Para determinar la
descomposición y mineralización de
N del AV se calculó, para todos los
periodos de muestreo, el peso seco y
N remanente expresado en porcentaje
como lo muestra la siguiente fórmula:
(%) XR = (X
t
/X
0
) × 100
Donde (%) XR es el porcentaje de
peso seco remanente o N remanente,
X
t
, es el peso seco o contenido de N en
cada tiempo de muestreo y X
0
el peso
inicial y N inicial del AV.
Establecimiento del experimento
en macetas. El 20/11/2019 se estableció
una evaluación a corto plazo (30
días) en macetas para evaluar el
efecto de L. exaltatus como AV sobre
el crecimiento de plántulas de trigo
(T. aestivum), bajo condiciones de
riego (cada tres días) y temperatura
ambiente (20 °C promedio) en el área
de viveros del Centro Universitario de
Ciencias Biológicas y Agropecuarias
(Universidad de Guadalajara). Se
utilizó el suelo Regosol recolectado de
campos agrícolas sembrados con maíz
(Zea mays), en la región de Nextipac
Zapopan, Jalisco, cuyas propiedades
físicas y químicas se muestran en el
cuadro 2.
La cantidad de AV aplicada fue
de 50 y 34 g (equivalente a 15 y 10 t.ha
-1
,
respectivamente), también se utilizó
urea para la fertilización química en
una dosis de 1,6 g.maceta
-1
(equivalente
a 200 kg N.ha
-1
). Los tratamientos se
conformaron de la siguiente manera: T1
= 50 g de AV incorporado al suelo en etapa
vegetativa; T2 = 34 g de AV incorporado
al suelo en etapa vegetativa; T3 = 50 g
de AV incorporado al suelo en etapa de
oración; T4 = 34 g de AV incorporado
al suelo en etapa de oración; T5 = suelo
calculated for all sampling periods,
expressed as a percentage as shown
by the following formula:
(%) XR = (Xt / X0) × 100
Where (%) XR is the percentage of
dry weight remaining or N remaining,
X
t
, is the dry weight or N content at
each sampling time and X
0
the initial
weight and initial N of the VA.
Establishment of the
experiment in pots. On 11/20/2019
a short-term evaluation (30 days) was
established in pots to evaluate the effect
of L. exaltatus as AV on the growth
of wheat (T. aestivum) seedlings,
under irrigation conditions (every
three days) and ambient temperature
(20 °C average) in the nursery
area of the Centro Universitario de
Ciencias Biológicas y Agropecuarias
(Universidad de Guadalajara).
Regosol soil collected from agricultural
elds planted with corn (Zea mays)
was used, in the Nextipac Zapopan
region, Jalisco, whose physical and
chemical properties are shown in
table 2. The amount of AV applied
was 50 and 34 g (equivalent to 15
and 10 t.ha
-1
, respectively), urea was
also used for chemica
l fertilization in
a dose of 1.6 g.pot
-1
(equivalent to 200
kg N.ha
-1
).
The treatments were made
as follows: T1 = 50 g of AV incorporated
into the soil in the vegetative stage;
T2 = 34 g of VA incorporated into
the soil in the vegetative stage; T3
= 50 g of AV incorporated into the
soil in the owering stage; T4 = 34
g of VA incorporated into the soil in
the owering stage; T5 = soil with
chemical fertilization (urea: 46-00-00)
and T6 = soil without AV and without
fertilizer (control). One week after the
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con fertilización química (urea: 46-00-
00) y T6 = suelo sin AV y sin fertilizante
(control). Una semana después de la
incorporación del AV (27/11/2019) se
sembraron 20 semillas de trigo variedad
Cortázar S94 en las macetas a las cuales
previamente se les coloco 7,5 kg de
suelo y se fertilizaron seis días después
de la siembra. El diseño experimental
consistió en un completamente al azar
con tres repeticiones por tratamiento. Las
variables evaluadas fueron: rendimiento
de la biomasa aérea, concentración de
N (%) mediante el método Kjeldahl
(Bremner, 1996) y rendimiento de N
total en dicha biomasa.
Análisis estadístico. Las
variables porcentaje de descomposición
y N mineralizado del experimento
en campo, así como rendimiento de
biomasa, concentración de N (%) y N
total en la biomasa de trigo cosechada
en el experimento en macetas, fueron
sometidos a un análisis de varianza y
comparación de promedios mediante
la prueba Tukey (0,05), se utilizó el
programa estadístico Statgraphics
Centurión XVII (Statgraphics, 2014).
Resultados y discusión
Evaluación de campo. El material
vegetal recuperado o remanente
disminuyó signicativamente
(p<0,05) en ambos tipos de suelos
conforme se incrementó el periodo
de incubación independientemente
de la etapa fenológica en la que
se evaluó. La descomposición del
material vegetativo en términos de
un incremento en los porcentajes
de pérdida de peso se muestra en la
gura 1. Durante las primeras tres
incorporation of the VA (11/27/2019),
20 seeds of wheat variety Cortázar
S94 were sown in the pots to which
7.5 kg of soil were previously placed
and fertilized six days after sowing.
The experimental design consisted
of a completely randomized with
three repetitions per treatment. The
variables evaluated were: aerial
biomass yield, N concentration (%) by
the Kjeldahl method (Bremner, 1996)
and total N yield in biomass.
Statistical analysis. The
variables percentage of decomposition
and mineralized N of the eld
experiment, as well as biomass yield,
concentration of N (%) and total
N in the wheat biomass harvested
in the experiment in pots, were
subjected to an analysis of variance
and comparison of averages using
the Tukey test (0.05), the statistical
program Statgraphics Centurión XVII
(Statgraphics, 2014) was used.
Results and discussion
Field evaluation. The recovered
or remaining plant material
decreased signicantly (p <0.05) in
both types of soils as the incubation
period increased regardless of the
phenological stage in which it was
evaluated. The decomposition of the
vegetative material in terms of an
increase in the percentages of weight
loss is shown in gure 1. During the
rst three weeks the weight loss of the
AV in the Vertisol soil was 63.4 % in
the vegetative stage and 54.94 % in
the owering stage, while in Regosol
soil these values were 67.6 and 58.4
%, respectively. At the end of the
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semanas la pérdida de peso del AV
en el suelo Vertisol fue del 63,4 % en
etapa vegetativa y de 54,94 % en la
etapa de oración, mientras que en
el suelo Regosol estos valores fueron
del 67,6 y 58,4 %, respectivamente. Al
nalizar los muestreos las pérdidas
de peso del AV en el suelo Regosol
variaron de 78,93 % en la etapa de
oración hasta 84,02 % en la etapa
vegetativa. Un comportamiento
similar, pero con valores diferentes
de pérdida de peso se registraron en
el suelo Vertisol de 73,89 % en etapa
de oración hasta 82,27 % en etapa
vegetativa. En el suelo Vertisol se
observó que la pérdida de peso en etapa
vegetativa fue signicativamente
mayor que en etapa de oración. En
el suelo Regosol este comportamiento
no se pudo mantener hasta el nal
del experimento, porque después del
cuarto muestreo no hubo diferencias
signicativas, aunque los porcentajes
de pérdida de peso fueron ligeramente
superiores en etapa vegetativa que en
etapa de oración.
La rápida descomposición del AV
en términos de pérdida de biomasa en
las primeras semanas de incubación,
así como una pérdida de peso lenta
y gradual hasta el nal del periodo
de incubación es consistente con
lo reportado por Thönnissen et al.
(2000), los cuales mencionan pérdidas
de peso del 30 al 70 % en Glicyne max
e Indigofera tinctoria después de cinco
semanas de incubación. En Brasil las
especies Arachis pintoi, Calopogonium
muconoides, Stizilobium aterrimum
y Stylosantes guianensis fueron
evaluadas como AV en plantaciones de
café y se reportaron valores de pérdida
samplings, the AV weight losses in
the Regosol soil varied from 78.93 % in
the owering stage to 84.02 % in the
vegetative stage. Similar behavior, but
with different weight loss values, was
recorded in Vertisol soil from 73.89 %
in the owering stage to 82.27 % in the
vegetative stage. In the Vertisol soil, it
was observed that the weight loss in
the vegetative stage was signicantly
greater than in the owering stage.
In Regosol soil, this behavior could
not be maintained until the end of the
experiment, because after the fourth
sampling there were no signicant
differences, although the percentages
of weight loss were slightly higher
in the vegetative stage than in the
owering stage.
The rapid decomposition of VA
in terms of biomass loss in the rst
weeks of incubation, as well as a slow
and gradual weight loss until the end
of the incubation period is consistent
with that reported by Thönnissen
et al. (2000), who mention weight
losses of 30 to 70 % in Glicyne max
and Indigofera tinctoria after ve
weeks of incubation. In Brazil, the
species Arachis pintoi, Calopogonium
muconoides, Stizilobium térimum
and Stylosdamientos guianensis were
evaluated as VA in coffee plantations
and biomass loss values of 30 to 60
% were reported in the rst 30 days
(Matos et al., 2011). In Korea, the
incorporation of Vicia villosa in soils
dedicated to rice cultivation showed
biomass loss values of 72-81 % at 30
days of incubation (Lee et al., 2002).
The mineralization in terms of the
percentage of N released from the VA
during the incubation period showed,
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de biomasa del 30 al 60 % en los
primeros 30 días (Matos et al., 2011).
En Corea, la incorporación de Vicia
villosa en suelos dedicados al cultivo
de arroz mostró valores de pérdida de
biomasa de 72-81 % a los 30 días de
incubación (Lee et al., 2002).
Figura 1. Dinámica de descomposición de Lupinus exaltatus utilizado
como abono verde, en las regiones agrícolas de Ixtlahuacán de
Los Membrillos y Zapopan, Jalisco, México.
Figure 1. Decomposition dynamics of Lupinus exaltatus used as green
manure, in the agricultural regions of Ixtlahuacán de Los
Membrillos and Zapopan, Jalisco, Mexico.
in both soils, a similar trend to the
decomposition process, with a rapid
release of N in the rst three weeks
of exposure to the soil (gure 2).
Although a general trend was observed
to continue releasing N throughout
the incubation period, between weeks
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La mineralización en términos
de porcentaje de N liberado del AV
durante el periodo de incubación
mostró, en ambos suelos, una
tendencia similar al proceso de
descomposición, con una rápida
liberación de N en las primeras
tres semanas de exposición al
suelo (gura 2). Aunque se observó
una tendencia general a continuar
liberando N a lo largo del periodo
de incubación, entre las semanas
6 y 12 se presentó un evento
temporal de inmovilización de
N, seguido posteriormente de un
proceso lento de mineralización. En
ambos suelos y en prácticamente
todos los muestreos se hizo notar
que el mayor porcentaje de N
liberado del AV incorporado en
la etapa más joven (vegetativa)
es signicativamente mayor al
incorporado en la etapa de mayor
edad (oración).
Como resultado de la rápida
liberación de N en las primeras
tres semanas de incubación en
el suelo Vertisol, el porcentaje de
mineralización fue de 61,02 % en
etapa vegetativa y de 40,98 % en
etapa de oración, mientras que en
el suelo Regosol la liberación de N
fue de 62,61 % en etapa vegetativa
y de 44,59 % en etapa de oración.
Por otro lado, e independientemente
de la etapa fenológica en la que fue
incorporado el AV los porcentajes
promedio de N liberado durante
seis muestreos (18 semanas)
fueron estadísticamente más altos
en el suelo Regosol que en el suelo
Vertisol con 74,02 % y 70,58 %,
respectivamente (gura 2).
6 and 12 a temporary event of N
immobilization occurred, followed
later by a slow mineralization process.
In both soils and in practically all
the samplings, it was noted that the
highest percentage of N released from
the AV incorporated in the youngest
stage (vegetative) is signicantly
higher than that incorporated in the
oldest stage (owering).
As a result of the rapid release of N
in
the rst three weeks of incubation
in the Vertisol soil, the mineralization
percentage was 61.02 % in the
vegetative stage and 40.98 % in the
owering stage, while in the Regosol
soil the release of N was 62.61 % in the
vegetative stage and 44.59 % in the
owering stage. On the other hand, and
regardless of the phenological stage in
which the VA was incorporated, the
average percentages of N released
during six samplings (18 weeks) were
statistically higher in the Regosol soil
than in the Vertisol soil with 74.02 %
and 70, 58 %, respectively (gure 2).
The high percentages of N released
during the rst weeks after having
incorporated the VA, coincide with the
results obtained by Cobo et al. (2002),
who reported N release values of 40 to 60
% in different legumes in an incubation
period of two weeks. In another study
Cobo et al. (2008), obtained N release
percentages of 72 % in Indigofera
constricta and 63 % in Mucuna
pruriens at four weeks of incubation.
Another investigation of Matos et al.
(2011), in four weeks of evaluation
in Brazil, reported values of 67 to 78
% in Arachis pintoi, Calopogonium
muconoides, Stylosanthes guianensis
and Stizolobium aterrimum.
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Los altos porcentajes de N liberado
durante las primeras semanas de
haber incorporado el AV, coincide con
los resultados obtenidos por Cobo et
al. (2002), quienes reportaron valores
de liberación de N del 40 al 60 % en
diferentes leguminosas en un periodo
Figura 2. Porcentaje de N mineralizado de Lupinus exaltatus utilizado
como abono verde en las regiones agrícolas de Ixtlahuacán de
Los Membrillos y Zapopan, Jalisco, México.
Figure 2. Percentage of mineralized N from Lupinus exaltatus used as
green manure in the agricultural regions of Ixtlahuacán de Los
Membrillos and Zapopan, Jalisco, Mexico.
In this study, the rapid
decomposition and mineralization
of N in the VA may be associated
with two factors; the rst is probably
related to time in which the
experiment was established, since the
incubation period of the VA in the soil
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de incubación de dos semanas. En otro
estudio Cobo et al. (2008), obtuvieron
porcentajes de liberación de N de 72
% en Indigofera constricta y 63 % en
Mucuna pruriens a cuatro semanas
de incubación. Por su parte Matos
et al. (2011), en cuatro semanas de
evaluación en Brasil reportaron
valores del 67 al 78 % en Arachis
pintoi, Calopogonium muconoides,
Stylosanthes guianensis y Stizolobium
aterrimum.
En el presente estudio, la rápida
descomposición y mineralización de
N en el AV puede estar asociado a
dos factores; el primero tiene relación
probablemente con el tiempo en el
que se estableció el experimento, ya
que el periodo de incubación del AV
en el suelo coincidió con la época de
mayor precipitación en el estado de
Jalisco (cuadro 3). Lo anterior permitió
mantener niveles óptimos de humedad
en el suelo para favorecer la actividad de
los microorganismos descomponedores
(bacterias y hongos) y la rápida
liberación de compuestos hidrosolubles
como algunos compuestos nitrogenados
y carbohidratos no estructurales (Nevins
et al., 2018; Zapata-Hernández et al.,
2020). Al respecto se ha reportado que
las condiciones edafoclimáticas como
temperatura y humedad son buenos
predictores de la descomposición y
mineralización de N (Shindoi et al.,
2012). Por otro lado, es posible que
la composición química inicial del
AV, independientemente de la etapa
fenológica, fue otro factor que favoreció la
rápida descomposición y mineralización
de N, generalmente materiales con baja
relación C:N y bajo contenido de lignina
(típico de muchas leguminosas) tienden
coincided with the time of greatest
rainfall in the state of Jalisco (Table
3). This made it possible to maintain
optimal levels of humidity in the soil
to favor the activity of decomposing
microorganisms (bacteria and fungi)
and the rapid release of water-soluble
compounds such as some nitrogenous
compounds and non-structural
carbohydrates (Nevins et al., 2018;
Zapata-Hernández et al., 2020). In
this regard, it has been reported
that edaphoclimatic conditions such
as temperature and humidity are
good predictors of the decomposition
and mineralization of N (Shindoi
et al., 2012). On the other hand, it
is possible that the initial chemical
composition of the VA, regardless
of the phenological stage, was
another factor that favored the rapid
decomposition and mineralization of
N, generally materials with a low C:N
ratio and low lignin content (typical
of many legumes) tend to decompose
and mineralize faster than some
organic substrates with high levels
(Brunetto et al., 2011), therefore,
high N contents in the C:N ratio and
lignin limit the growth of decomposing
microorganisms, for which is common
the presence of recalcitrant compounds
whose molecules present bonds more
resistant to the degradation of organic
materials (Brunetto et al., 2011;
Odhiambo, 2010). In this regard,
Thönnissen et al. (2000) mentioned
that the weight loss pattern is
consistent with previous assumptions
that residues contain labile and
recalcitrant fractions, which have
different degrees of resistance to
degradation microbial action. In this
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a descomponerse y mineralizarse más
rápido que algunos sustratos orgánicos
con niveles altos (Brunetto et al., 2011),
por lo tanto, altos contenidos de N en
la relación C:N y lignina limitan el
crecimiento de los microorganismos
descomponedores, por lo cual es común la
presencia de compuestos recalcitrantes
cuyas moléculas presentan enlaces
más resistentes a la degradación de los
materiales orgánicos (Brunetto et al.,
2011; (Odhiambo, 2010). Al respecto,
Thönnissen et al. (2000) mencionaron
que el patrón de pérdida de peso
concuerda con las suposiciones previas
de que los residuos contienen fracciones
lábiles y recalcitrantes, los cuales tienen
diferentes grados de resistencia a la
degradación microbiana. En este sentido
la rápida descomposición del AV de los
0 a los 18 días puede ser explicado en
función a lo reportado por Cotrufo et
al. (2013), quienes señalaron que los
microorganismos descomponedores
actúan rápidamente sobre los azúcares
de fácil degradación, no así en otros
componentes como la celulosa, la lignina
y los polifenoles. Aunque son pocos
los estudios encaminados a evaluar
la descomposición y mineralización
de AV a diferentes edades o etapas
fenológicas, según los resultados del
presente estudio se considera que la
tendencia a encontrar mayores pérdidas
de biomasa en el AV incorporado en la
etapa de menor desarrollo (vegetativa)
en comparación con la etapa de
mayor desarrollo (oración) puede ser
explicada en términos de diferencias
en la composición química, calidad y
cantidad del AV (Shahbaz et al., 2017).
Por otro lado, se ha reportado
que valores altos de lignina pueden
sense, the rapid decomposition of VA
from 0 to 18 days can be explained
based on what was reported by
Cotrufo et al. (2013), who pointed out
that decomposing microorganisms act
quickly on easily degradable sugars,
not on other components such as
cellulose, lignin and polyphenols.
Although there are few studies aimed
at evaluating the decomposition and
mineralization of VA at different ages
or phenological stages, according to
the results of the present study, it is
considered that the tendency to nd
greater biomass losses in the VA
incorporated in the lower development
stage (vegetative) compared to
the stage of greatest development
(owering) can be explained in
terms of differences in the chemical
composition, quality and quantity of
the VA (Shahbaz et al., 2017).
On the other hand, it has been
reported that high lignin values can
prevent decomposition because this
compound functions as a physical
barrier that protects cellulose and
other components of the cell wall from
attack by microorganisms (Cotrufo et
al., 2013). It has also been documented
that certain soil properties (texture,
pH, organic matter, microbial activity,
salinity, humidity and nutrient
availability) have a high relationship
with the decomposition and
mineralization of N (Monsalve et al.,
2017). Although in this study at the
end of the experiment the percentages
of biomass loss and N released showed
little differences in both soils, in the
rst stages of evaluation the Regosol
soil registered a higher percentage
of biomass loss and N mineralization
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impedir la descomposición debido a
que este compuesto funciona como
una barrera física que protege a la
celulosa y a otros componentes de
la pared celular del ataque de los
microorganismos (Cotrufo et al., 2013).
También se ha documentado que
ciertas propiedades del suelo (textura,
pH, materia orgánica, actividad
microbiana, salinidad, humedad y
disponibilidad de nutrientes) tienen
una alta relación con la descomposición
y mineralización de N (Monsalve et
al., 2017). Aunque en este estudio al
nal del experimento los porcentajes
de pérdida de biomasa y N liberado
mostraron escasas diferencias en
ambos suelos, en las primeras etapas
de evaluación el suelo Regosol registró
un mayor porcentaje de pérdida
de biomasa y mineralización de N
en comparación al suelo Vertisol
(gura 1 y 2). Lo anterior puede
estar relacionado principalmente a
la diferencia de textura que existe
entre los dos suelos, presentando el
suelo Vertisol porcentajes más altos
de arcilla y limo en comparación con
el suelo Regosol (cuadro 2). Esto tiene
sentido con lo reportado por Castellano
et al. (2012), donde mencionan que
la mineralización es más baja en
suelos con texturas nas debido a la
capacidad que presentan las arcillas
de proteger la materia orgánica contra
la descomposición.
Evaluación en macetas. El
análisis de varianza de las variables
evaluadas en las plántulas de trigo
mostró diferencias signicativas entre
tratamientos (p<0,05). El cuadro 4
muestra la comparación de promedios
entre tratamientos para cada variable
compared to Vertisol soil (gures 1
and 2). This may be mainly related to
the difference in texture that exists
between the two soils, with the Vertisol
soil presenting higher percentages of
clay and silt compared to the Regosol
soil (table 2). This makes sense with
what is reported by Castellano et
al. (2012), where they mention that
mineralization is lower in soils with
ne textures due to the ability of clays
to protect organic matter against
decomposition.
Evaluation in pots. The analysis
of variance of the variables evaluated in
the wheat seedlings showed signicant
differences between treatments
(p <0.05). Table 4 shows the comparison
of means between treatments for
each variable under study. The total
harvested wheat biomass ranged from
4.82 g.pot
-1
in T6 (control) to 8.26
g.pot
-1
in T1 (50 g of VA in vegetative
stage). The highest percentage of N
was found in the wheat biomass that
received chemical fertilization (3.98
%), while the biomass harvested in
T6 (control) was the one that showed
the lowest concentration of N (1.89
%). Regarding the aforementioned,
Morales et al. (2019), comment that
urea as a fertilizer has the advantage
of providing a high content of N (46 %)
which can be used quickly, but also
presents volatilization losses in the
form of ammonia gas and leaching.
The higher biomass production
and N content in wheat seedlings
harvested from T1 (50 g of AV
in vegetative stage) compared to
treatments T2, T3, T4 and T6 can be
explained in terms of a rapid release
and availability of N for wheat
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en estudio. La biomasa total de trigo
cosechada varió de 4,82 g.maceta
-1
en
el T6 (control) hasta 8,26 g.maceta
-1
en el T1 (50 g de AV en etapa
vegetativa). El mayor porcentaje de N
se encontró en la biomasa de trigo que
recibió fertilización química (3,98 %),
mientras que la biomasa cosechada
en el T6 (control) fue la que mostró la
menor concentración de N (1,89 %).
Con respecto a lo antes mencionado,
Morales et al. (2019), comentan que
la urea como fertilizante presenta
la ventaja de proporcionar un alto
contenido de N (46 %) el cual puede
ser utilizado de forma rápida,
pero también presenta perdidas
por volatilización en forma de gas
amoniaco y lixiviación.
Cuadro 4. Efecto del abono verde de Lupinus exaltatus sobre el
crecimiento inicial de plántulas de trigo.
Cuadro 4. Efecto del abono verde de Lupinus exaltatus sobre el
crecimiento inicial de plántulas de trigo.
Tratamientos
Biomasa total
(g.maceta
-1
)
N (%)
N total en biomasa
(mg.maceta
-1
)
1=50 g de AV en etapa vegetativa 8,26 a 2,63 b 217,23 a
2=34 g de AV en etapa vegetativa 7,25 b 2,33 b 168,92 b
3=50 g de AV en etapa de oración 6,01 c 2,37 b 142,42 c
4=34 g de AV en etapa de oración 5,49 c 2,13 c 116,90 c
5= 1,6 g (urea) fertilizante químico 5,62 c 3,98 a 223,62 a
6= Suelo sin abono y sin fertilizante 4,82 d 1,89 c 91,09 d
Promedios con la misma letra en las columnas no presentan diferencias signicativas (p>0,05).
AV: abono verde.
Averages with the same letter in the columns do not present signicant differences (p>0.05).
AV: green manure.
La mayor producción de biomasa
y contenido de N en las plántulas de
trigo cosechadas del T1 (50 g de AV en
etapa vegetativa) en comparación a los
seedlings, in addition to the quality
and quantity of the VA (Shahbaz
et al., 2017), which is related to the
decomposition and mineralization
results of N obtained in the eld
experiment.
In other Lupinus species used as
VA, the effects of the rapid release
and availability of N for other plant
species of agricultural importance
have also been documented (Tighe-
Neira et al., 2015). However, it is
considered necessary to carry out
another long-term study in order to
know if the amount of N released from
the VA of L. exaltatus is sufcient to
cover the internal demand for N in
wheat plants during their growth and
grain production.
Conclusions
L. exaltatus showed potential as
AV with a rapid decomposition and
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tratamientos T2, T3, T4 y T6 puede ser
explicado en términos de una rápida
liberación y disponibilidad de N para las
plántulas de trigo, además de la calidad
y cantidad del AV (Shahbaz et al., 2017),
lo cual tiene relación con los resultados
de descomposición y mineralización de N
obtenidos en el experimento de campo.
En otras especies de Lupinus
utilizadas como AV, también se han
documentado los efectos de la rápida
liberación y disponibilidad de N para
otras especies vegetales de importancia
agrícola (Tighe-Neira et al., 2015). Sin
embargo, se considera necesario realizar
otro estudio a largo plazo con el propósito
de conocer si la cantidad de N liberado
del AV de L. exaltatus es suciente para
cubrir la demanda interna de N en las
plantas de trigo durante su crecimiento y
producción de grano.
Conclusiones
L. exaltatus mostró potencial como
AV con una rápida descomposición y
mineralización de N, donde inuyeron
factores como la composición química,
la etapa fenológica y el tipo de suelo.
En las primeras etapas de incubación
se observó una tendencia a encontrar
mayor descomposición y liberación de
N en el AV incorporado en la etapa
vegetativa que en la etapa de oración.
Así mismo, la descomposición y
mineralización tienden a ser más lentas
en el suelo Vertisol que en el Regosol.
El N liberado del AV mostró un efecto
favorable sobre el crecimiento inicial de
las plántulas de trigo, sin embargo, la
urea por su rápida absorción, fue la que
mayor ecacia presentó en porcentaje
de N y contenido de N en biomasa.
mineralization of N, where factors
such as chemical composition,
phenological stage and soil type
inuenced. In the rst stages of
incubation, a tendency was observed to
nd greater decomposition and release
of N in the AV incorporated in the
vegetative stage than in the owering
stage. Likewise, decomposition and
mineralization tend to be slower in
Vertisol soil than in Regosol.
The N released from the AV showed
a favorable effect on the initial growth
of wheat seedlings, however, urea, due
to its rapid absorption, was the one
that presented the highest efciency
in percentage of N and content of N in
biomass.
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846
Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2021, 38(4): 846-866. Octubre-Diciembre.
DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.06 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Received: 02-12-2020 . Accepted: 24-02-2021.
*Corresponding autor. Email:m.shahzaduaf@gmail.com
Biometric characteristics of winter forage cereals
grown under nitrogen fertilization in temperate
rain conditions
Características biométricas de los cereales forrajes de
invierno cultivados bajo fertilización con nitrógeno en
condiciones de lluvia templada
Características biométricas dos cereais forrageiros de
inverno crescidos sob fertilização com nitrogênio em
condições de chuva temperada
Muhammad Jamil
1,2
, Muhammad Ansar
1
, Zammurad Iqbal
Ahmed
1
, Tanveer Ahmed
3
, Muhammad Shehzad
2*
,Aqeel
Ahmad
2
and Imran Mahmood
1
1
Department of Agronomy, Faculty of crop and food sciences, PMAS Arid Agriculture
University Rawalpindi. Email: (MJ) mjamilrajaucr@gmail.com, ; (MA) muhammad.
ansar@uaar.edu.pk; ;(ZI) zammurad@hotmail.com, (IM) imran403@uaar.edu.pk,
2
Department of Agronomy, Faculty of Agriculture, University of Poonch Rawalakot.
Email: (MS) m.shahzaduaf@gmail.com, ; (AA) aqeelao878@gmail.com, .
3
Department
of Livestock Production and Management, Faculty of Veterinary and Animal Sciences,
PMAS Arid Agriculture University Rawalpindi. Email: tanveer.ahmad@uaar.edu.pk, .
Abstract
The farmers of hilly areas face severe fodder shortage in winter season except
to have only dry stalks of summer cereals. The study aimed to evaluate the
adaptability of winter forage cereals (barley, oats, rye and triticale) and to quantify
the suitable dose of nitrogen (0, 75, 150 and 225 kg.ha
-1
) for the assessment of bio-
metric and qualitative characteristics of winter forage cereals (WFCs) at booting
stage (BS) and milking dough stage (MDS) grown under temperate conditions.
Two years (2016-2017 and 2017-2018) eld trials were executed at the University
of Poonch Rawalakot, Pakistan. Harvested forage then preserved as silage by
adding Formic acid and Molasses as additives at the rate of 5 kg.t
-1
. Rye crop
in conjunction with 225 kg.ha
-1
nitrogen out yielded greater plant height which
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led to the highest green fodder (55413 and 43542 kg.ha
-1
) and dry matter yield
(188471 and 12440 kg.ha
-1
) during consecutive years 2017 and 2018, respectively.
Whereas, oats cultivar performed better for fresh weight, dry weight and leaf
area per plant. More crude protein contents were recorded for triticale crop at N3
level with use of molasses during both the years at both cutting stages (booting
and milking dough). More crude bre was noted in barley crop at control level of
nitrogen fertilization on both booting and milking dough stage. The correlation
analysis revealed direct interrelationship among yield attributes and fodder yield
of winter forage cereals and thus indicating the need to supply nitrogen at the
rate of 225 kg.ha
-1
for improving biometric characteristics of WFCs.
Keywords: yield, silage, nitrogen levels, winter forage cereals
Resumen
Los agricultores de las zonas montañosas se enfrentan a una grave escasez
de forraje en la temporada de invierno, excepto para tener solo tallos secos de
cereales de verano. El estudio tuvo como objetivo evaluar la adaptabilidad de los
cereales forrajeros de invierno (cebada, avena, centeno y triticale) y cuanticar
la dosis adecuada de nitrógeno (0, 75, 150 y 225 kg.ha
-1
) para la valoración de
características biométricas y cualitativas de cereales forrajeros de invierno (WFC)
en fase de arranque (BS) y fase de grano lechoso (MDS) cultivados en condiciones
templadas. Se llevaron a cabo pruebas de campo de dos años (2016-2017 y 2017-
2018) en la Universidad de Poonch Rawalakot, Pakistán. El forraje cosechado
luego se conserva como ensilado agregando ácido fórmico y melaza como aditivos
a razón de 5 kg.t
-1
. El cultivo de centeno en conjunto con 225 kg.ha
-1
de nitrógeno
rindió mayor altura de planta lo que llevó a la mayor producción de forraje verde
(55413 y 43542 kg.ha
-1
) y de materia seca (188471 y 12440 kg.ha
-1
) durante
años 2017 y 2018, respectivamente. Considerando que, el cultivar de avena se
comportó mejor en peso fresco, peso seco y área foliar por planta. Se registraron
más contenidos de proteína cruda para el cultivo de triticale a nivel N3 con el
uso de melaza durante ambos años en ambas etapas de corte (arranque y grano
lechoso). Se observó más bra cruda en el cultivo de cebada al nivel de control
de fertilización con nitrógeno tanto en la etapa de arranque como en la etapa de
grano lechoso. El análisis de correlación reveló una interrelación directa entre
los atributos de rendimiento y el rendimiento de forraje de los cereales forrajeros
de invierno, lo que indica la necesidad de suministrar nitrógeno a razón de 225
kg.ha
-1
para mejorar las características biométricas de los WFC.
Palabras clave: rendimiento, ensilaje, niveles de nitrógeno, cereales forrajeros
de invierno.
Resumo
Os agricultores de áreas montanhosas enfrentam severa escassez de forragem
no inverno, exceto por terem apenas hastes secas de cereais de verão. O estudo
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Introducción
El rendimiento de forrajes en
Azad Jammu y Kashmir, Pakistán,
permanecieron afectados negativamente
por los regímenes climáticos y la
generación de conocimientos basados en
la explotación. Los principales elementos
que subrayan este rendimiento inactivo
comprenden la lenta proporción de la
invención cientíca, el desarrollo y la
atención
inadecuada hacia los problemas
de alimentación del ganado (Gobierno
de Pakistán, 2017-18). La ganadería
es un componente fundamental de la
subdivisión de la agricultura, ya que
entre el 30 y el 35% de los habitantes
de las zonas rurales del país están
respaldados por empresas ganaderas,
teve como objetivo avaliar a adaptabilidade de cereais forrageiros de inverno
(cevada, aveia, centeio e triticale) e quanticar a dose adequada de nitrogênio (0,
75, 150 e 225 kg.ha
-1
) para avaliação de características biométricas e qualitativas.
de cereais forrageiros de inverno (WFCs) na fase de inicialização (BS) e fase de
massa de ordenha (MDS) cultivadas em condições temperadas. Testes de campo de
dois anos (2016-2017 e 2017-2018) foram executados na Universidade de Poonch
Rawalakot, Paquistão. A forragem colhida e depois preservada como silagem pela
adição de ácido fórmico e melaço como aditivos na taxa de 5 kg.t
-1
. A safra de
centeio em conjunto com 225 kg.ha-1 de nitrogênio gerou maior altura de planta,
o que levou à maior forragem verde (55413 e 43542 kg.ha
-1
) e produção de matéria
seca (188471 e 12440 kg.ha
-1
) durante anos de 2017 e 2018, respectivamente. Já a
cultivar de aveia apresentou melhor desempenho para massa fresca, massa seca
e área foliar por planta. Mais teores de proteína bruta foram registrados para
a cultura do triticale no nível de N3 com uso de melaço durante ambos os anos
em ambas as fases de corte (booting e massa de ordenha). Mais bra bruta foi
observada na cultura da cevada no nível de controle da fertilização com nitrogênio,
tanto na fase de inicialização quanto na fase de ordenha da massa. A análise de
correlação revelou uma inter-relação direta entre os atributos de produção e a
produção de forragem de cereais forrageiros de inverno e, portanto, indicando
a necessidade de fornecimento de nitrogênio na proporção de 225 kg.ha
-1
para
melhorar as características biométricas de WFCs.
Palavras-chave: rendimento, silagem, níveis de nitrogênio, cereais forrageiros
de inverno
Introduction
Forages performance in Azad
Jammu and Kashmir, Pakistan,
always remained despondent because
of weather regimes and generation of
farm based knowledge. Major elements
underlying this inactive performance
comprise the slow proportion of
scientic invention, development, and
inadequate attention towards livestock
feeding issues (Govt. of Pakistan,
2017-18). Livestock is a fundamental
constituent of agriculture subdivision
as 30 - 35% of rural inhabitants of
the country are endorsed in livestock
enterprises especially in dryland
agriculture. The demand for milk,
butter, meat, beef, and their by-
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especialmente en la agricultura
de secano. La demanda de leche,
mantequilla, carne, carne de res y
sus subproductos está aumentando
debido al rápido crecimiento de la
población. En Pakistán, los animales
presentan deciencias principalmente
en el consumo de proteínas y energía
(Khan et al., 2014). El rendimiento
de los animales depende de la
ingesta de forraje, la digestibilidad
y la eciencia en la utilización de
nutrientes (Lekgari et al., 2008). El
pastoreo convencional en verano y la
alimentación con rastrojos de cereales
en invierno son las principales fuentes
de alimentación para el ganado,
que es nutricionalmente pobre para
mantener la salud y la productividad
de los animales (Mut et al., 2015). La
ganadería contribuye en un 58,9%
al valor añadido de la agricultura,
mientras que contribuye en un 11,1%
al PIB nacional (Gobierno de Pakistán,
2018).
Los cultivos de forraje en la
agricultura necesitan mucha atención
para una producción ganadera
sostenible. La producción constante
de forraje es un requisito fundamental
para impulsar la industria ganadera
en Pakistán. La producción de forraje
es limitada ya que existe una baja
fertilidad de los suelos, y existe falta
de disponibilidad de variedades de
forraje mejoradas en las regiones de
secano del país (Iqbal et al., 2009).
La escasez de forraje verde durante
la temporada de invierno es aún más
severa y los agricultores no tienen otra
opción de alimentar a sus animales
con los tallos secos de cereales y las
hierbas de verano de estas zonas. Por
products is rising due to rapidly
growing population. In Pakistan,
animals are mainly deciency in
protein and energy intake (Khan et al.,
2014). Animal performance depends
on fodder intake, digestibility, and
nutrient utilization efciency (Lekgari
et al., 2008). Conventionally summer
browsing and cereal stubble nutrition
in winter are the foremost sources of
feed for livestock which is nutritionally
poor to maintain the health and
productivity of animals (Mut et al.,
2015). Livestock contributes 58.9% to
agriculture value addition, while it
contributes 11.1% to the national GDP
(Govt. of Pakistan, 2018).
Forage crops in agriculture need
a lot of attention for sustainable
livestock production. Consistent
fodder production is a fundamental
prerequisite for boosting the livestock
industry in Pakistan. Fodder
production is limited because of low
fertility of soil, non-availability of
improved forage varieties in rainfed
regions of the country (Iqbal et al.,
2009). The shortage of green fodder
during the winter season is even
more severe and farmers have no
option to feed their animals on
dry stalks of summer cereals and
grasses in these areas. Therefore,
to improve forage production is the
need of time to meet the increasing
fodder supplies in dryland situations.
Different agronomic factors affect
yield and quality of forage the most
important factor is growth stage of
plant at harvest (Mut et al., 2006).
The quantity and quality of forage
are affected by several factors
such as type of crop and cutting
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lo tanto, mejorar la producción de
forraje es la necesidad del momento
para satisfacer el creciente suministro
de forraje en situaciones de secano.
Los diferentes factores agronómicos
afectan al rendimiento y la calidad
del forraje, siendo el factor más
importante la etapa de crecimiento de
la planta en el momento de la cosecha
(Mut et al., 2006). La cantidad y la
calidad del forraje se ven afectadas
por varios factores tales como el tipo
de cultivo y la etapa de corte. Los
insumos agronómicos y su aplicación
se consideran críticos para optimizar
el rendimiento total de la materia
seca. Los fertilizantes minerales,
incluido el nitrógeno, son un recurso
energético importante para la
producción de forraje, y proporcionan
una nutrición mineral esencial para
el crecimiento y desarrollo de los
cultivos (Li et al., 2016). Además,
el nitrógeno es el nutriente más
limitante para el crecimiento de los
cultivos en las zonas secas, por lo que
las estrategias de gestión eciente del
N suelen reportar grandes benecios
económicos para los agricultores
(Worku et al., 2007). El nitrógeno es
el componente más importante que
afecta la cubierta vegetal y su tasa
de crecimiento. Es un componente
primordial para lograr rendimientos
regularmente elevados en los cereales
de forrajes, al ser constituyente
de muchos componentes celulares
fundamentales como ácidos nucleicos,
aminoácidos, enzimas y pigmentos
fotosintéticos (Amanullah et al.,
2008). Para mantener la producción
de forraje verde a un nivel rentable,
es importante alcanzar una mayor
stage. Agronomic inputs and their
application are considered critical
to optimize total dry matter yield.
Mineral fertilizer including nitrogen
is an important energy resource
for forage production, and provides
essential mineral nutrition for crop
growth and development (Li et al.,
2016). Furthermore, nitrogen is the
topmost limiting nutrient for crop
rising in dry areas thus efcient N
management strategies often result
in large economic benets to farmers
(Worku et al., 2007). Nitrogen is
the most important component
affecting crop canopy and its growth
rate. It is a foremost component in
attaining regularly high yields in
cereal forages being constituent of
many fundamental cell components
such as nucleic acids, amino acids,
enzymes, and photosynthetic
pigments (Amanullah et al., 2008).
To maintain green fodder production
at a protable level, it is important
to achieve higher use efciency
of nitrogenous fertilizers through
proper application (Mut et al., 2006).
Barley and oats crop too have testied
their performance as forage crop in
rainfed region of Azad Jammu and
Kashmir, but the potential of rye and
triticale cereals is yet required to be
explored in these situations (Anwar
et al., 2010). In stress environment,
it helps crops in establishment and
provides forage for longer period of
time by delaying maturity. Keeping
under consideration the signicance
of different winter forage cereal crops
such as oats, barley, rye and triticale,
the present study was carried out
to grow these forages at different
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nitrogen regimes under temperate
conditions with the objectives to a)
identify the suitable winter forage
cereal and its cutting stage for higher
yield under temperate conditions,
b) Standardize the amount of
nitrogenous fertilizer for winter
forage cereals and c) to reduce the
protein loss during ensiling by adding
different preservatives.
Materials and methods
Experimental site description
The research was carried
out at the University of Poonch
Rawalakot, Azad Jammu and
Kashmir, Pakistan (33.85° N,
73.76°E) which is located at an
altitude of 1638 meters (Zafar et
al., 2013). The study was executed
during spring season of 2017 and
2018. The soil of the experimental
area is classied as Thermic Lithic
Eutrudepts, while it has temperate
climate as per Koppen classication
scheme (Geiger, 1954). The
experimental area receives an
annual precipitation of about 700-
800 mm, while mean temperature
remains 5-28°C (Khaliq and Abbasi,
2015). A pre-sowing physico-
chemical analysis revealed that soil
of the experimental block was of
silt-loam type, while it was slightly
of alkaline nature with pH of
around 8. It contains P 5.4 mg.kg
-1
,
K 130 mg.kg
-1
and EC 1.08 dS.m
-1
. It
was also found to be rich in organic
matter (7%).
Detail of experiment
Treatments included four
winter forage cereals i.e. Barley,
eciencia en el uso de fertilizantes
nitrogenados mediante una aplicación
adecuada (Mut et al., 2006). Los
cultivos de cebada y avena también
han demostrado su rendimiento como
cultivos de forraje en las zonas de
secano de Azad Jammu y Kashmir,
pero el potencial de los cereales
de centeno y triticale aún debe ser
explorado en estas situaciones (Anwar
et al., 2010). El estrés ambiental,
ayuda a los cultivos a establecerse
y proporciona forraje para periodos
de tiempo más largos al retrasar
la madurez. Tomando en cuenta la
importancia de los diferentes cultivos
de cereales forrajeros de invierno tales
como, la avena, la cebada, el centeno
y el triticale, el presente estudio
se llevó a cabo para evaluar estos
forrajes en diferentes regímenes de
nitrógeno bajo condiciones templadas
con los objetivos de: a) identicar el
cereal forrajero de invierno adecuado
y su fase de corte para obtener un
mayor rendimiento en condiciones
templadas, b) estandarizar la
cantidad de abono nitrogenado para
los cereales forrajeros de invierno y c)
reducir la pérdida de proteína durante
el ensilado añadiendo diferentes
conservantes.
Materiales y métodos
Descripción del sitio
experimental
La investigación se llevó a cabo en
la Universidad de Poonch Rawalakot,
Azad Jammu y Kashmir, Pakistán
(33,85° N, 73,76°E) la cual se encuentra
localizada a una altitud de 1638
metros (Zafar et al., 2013). El estudio
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Oats, Rye and Triticale and four
nitrogen levels (0, 75, 150 and 225
kg.ha
-1
). The experiment was laid
out in the factorial arrangement of
randomized complete block design
(RCBD) and was replicated thrice.
The net plot size was maintained
at 12 m
2
. The crops were
harvested at BS and MDS, while
harvested forage was preserved
in silage form for three weeks by
adding folic acid and molasses as
preservatives.
Crop management
In order to prepare a ne seed
bed, the experimental block was
ploughed thrice using tractor-
mounted plough. Each ploughing
was followed by planking using a
wooden plank to pulverize the soil.
Planting of crops was carried out
with hand drill at a row spacing of
22.5 cm. The recommended dose
of mineral phosphorus (50 kg.ha
-1
elemental P) and Potassium (25
kg.ha
-1
elemental K) were applied
in the form single super phosphate
and sulphate of potassium.
Nitrogen was applied as per
treatment in the form of urea.
All the fertilizers were applied as
basal dose. Approved seed rate of
80 kg.ha
-1
was used for sowing of
barley, oats and triticale while
rye crop was sown at the rate of
40 kg.ha
-1
. The non-experimental
area was maintained around
the experimental block where
respective crop was broadcasted.
Data Recordings
Following observations were
noted from experiment at the
time of booting and milking
se realizó durante la temporada de
primavera de 2017 y 2018. El suelo del
área experimental se clasica como
Eutrudepts lítico térmico, mientras
que tiene un clima templado según
el esquema de clasicación de Koppen
(Geiger, 1954). El área experimental
recibe una precipitación anual de
alrededor de 700-800 mm, mientras
que la temperatura media permanece
entre 5-28°C (Khaliq y Abbasi, 2015).
Un análisis físico-químico previo a la
siembra reveló que el suelo del área
experimental fue de tipo limo-arenoso,
mientras que era de naturaleza
ligeramente alcalina, con un pH de
alrededor de 8. Este contiene P 5,4
mg.kg
-1
, K 130 mg.kg
-1
y CE 1,08 dS.
m
-1
. También se encontró que era rico
en materia orgánica (7%).
Detalles del experimento
Los tratamientos incluyeron
cuatro cereales forrajeros de invierno
tales como, la cebada, la avena, el
centeno y el triticale, y cuatro niveles
de nitrógeno (0, 75, 150 y 225 kg.ha
-1
).
El experimento se realizó mediante un
diseño de bloques completamente al
azar (DBCA) y se repitió tres veces. El
tamaño de la parcela neta se mantuvo
en 12 m
2
. Los cultivos se cosecharon
en BS y MDS, mientras que el forraje
cosechado se conservó en forma
de ensilado durante tres semanas
añadiendo ácido fólico y melaza como
conservantes.
Manejo del cultivo
Con el n de preparar una cama de
semilla na, el terreno experimental
fue arado tres veces con un arado
montado en un tractor. Cada arada iba
seguida de un cepillado con una tabla
de madera para pulverizar el suelo. La
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dough stage. For measuring all
agronomic traits quadrate thrown
randomly in each experimental
plot. Plant height (cm), fresh
weight plant
-1
(g), dry weight.
plant
-1
(g), green fodder yield
(kg.ha
-1
) and dry matter yield
(kg.ha
-1
) were recorded. Dry
matter yield was documented
after drying of plants in oven
(Nabertherm TR-450) at 65°C
for 48 hours. Fresh samples were
dried in oven till constant weight
than nally weighed and converted
into kg.ha
-1
with the use of Kern
EMB portable balance. Likewise,
leaf area of ten randomly selected
plants from each plot was detailed
at both stages with the usage of
leaf area meter model no. (Ci-
202) and average was noted. The
chopped fodder was preserved as
silage by adding folic acid and
molasses as preservative. Crude
protein (%) and crude bre (%)
were also determined through
standard procedure (AOAC, 2012)
Statistical analysis
The recorded data were
subjected to analysis of variance
technique using statistical
software package “Statistix 8.1
version” (Steel et al., 1997). The
signicance of the treatment
means was determined by using
Tukey’s Honest Signicant test at
5% level of probability
Results and discussions
Signicant (p≤0.05)
interaction
was observed between crops and
nitrogen levels for agronomic
plantación de los cultivos se realizó con
un taladro manual con una separación
entre hileras de 22,5 cm. Se aplicaron
las dosis recomendadas de fósforo
mineral (50 kg.ha
-1
de P elemental) y
de potasio (25 kg.ha
-1
de K elemental)
en forma de superfosfato simple y
sulfato de potasio. El nitrógeno se
aplicó como un tratamiento en forma
de urea. Todos los fertilizantes se
aplicaron como dosis basal. Para la
siembra de cebada, avena y triticale
se utilizó una cantidad de semilla
certicada de 80 kg.ha
-1
, mientras
que el cultivo de centeno se sembró
a una dosis de 40 kg.ha
-1
. El área no
experimental se mantuvo alrededor
del bloque experimental donde se
sembró el cultivo respectivo.
Registro de datos
En el experimento se realizaron
observaciones tomando las medidas en
fases de arranque y de grano lechoso.
Para medir todas las características
agronómicas se arrojaron cuadrados
al azar en cada parcela experimental.
Se registró la altura de la planta
(cm), el peso fresco de la planta
-1
(g), el peso seco de la planta
-1
(g), el
rendimiento del forraje verde (kg.ha
-1
)
y el rendimiento de la materia seca
(kg.ha
-1
). El rendimiento de la
materia seca se documentó después
del secado de las plantas en un horno
(Nabertherm TR-450) a 65°C por
48 horas. Las muestras frescas se
secaron en el horno hasta alcanzar
un peso constante y luego se pesaron
y se convirtieron en kg.ha
-1
con el uso
de la balanza portátil Kern EMB.
Asimismo, se detalló el área foliar
de diez plantas seleccionadas al azar
de cada parcela en ambas etapas
854
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Jamil et al. ISSN 2477-9407
and
yield related traits at
booting and milking stage
during both years of study
(2016-17 and 2017-18) (Tables 1,
2). Interactive effect of N
3
C
3
was
superior for plant height during
2016-17 but remained at par
in 2017-18 at both booting and
milking dough stages. It was
probably a genetically controlled
character and got affected by
various factors such as seed
vigour and soil conditions. This
study corroborate with the
results of Kim et al. (2017), who
veried that among small grain
winter cereals, rye and triticale
produced more forage yield as a
result of more number of plant,
profuse tillers and taller plants,
especially in low temperature
environments, because of its
comparatively low temperature
requirements for growth as
well as distinct cold stress
tolerance. Similarly, nitrogen is
also important nutrient which
affects growth attributes like
plant height, number of tillers,
these results are in continuity
with Gangwar and Lodhi (2018)
who reported that biometric
expressions were affected by
disparity among nitrogen levels,
in terms of main shoot height
and number of tillers.plant
-1
.
The results of this experiment
was in agreement with Ahmad et
al. (2011) who stated that tillers.
palnt
-1
and plant height of forage
oat was signicantly affected
by different levels of nitrogen
fertilizer.
con el uso del medidor de área foliar
modelo N° (Ci-202) y se anotó la
media. El forraje picado se conservó
como ensilado añadiendo ácido fólico
y melaza como conservante. También
se determinaron la proteína cruda
(%) y la bra cruda (%) mediante el
procedimiento estándar (AOAC, 2012)
Análisis estadístico
Los datos registrados fueron
sometidos a la técnica de análisis
de varianza utilizando el paquete de
software estadístico Statistix versión 8.1
(Steel et al., 1997). La signicación de las
medias de los tratamientos se determinó
utilizando la prueba de Tukey a un nivel
de probabilidad del 5%.
Resultados y discusión
Se observó una interacción
signicativa (p≤0,05) entre los
cultivos y los niveles de nitrógeno
para las características agronómicas,
relacionadas con el rendimiento
en las etapas de arranque y grano
lechoso durante los dos años de
estudio (2016-17 y 2017-18) (Cuadros
1, 2). El efecto de la interacción de
N
3
C
3
fue superior para la altura de
la planta durante 2016-17, pero se
mantuvo a la par en 2017-18 tanto en
las etapas de arranque como de grano
lechoso. Probablemente, se trata de
un carácter controlado genéticamente
y se ve afectado por diversos factores
como el vigor de la semilla y las
condiciones del suelo. Este estudio
corrobora los resultados de Kim et al.
(2017), quienes vericaron que entre los
cereales de invierno de grano pequeño,
el centeno y el triticale produjeron más
rendimiento de forraje, como resultado
855
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Jamil et al. ISSN 2477-9407
Table 1: Biometric assessment of winter forage cereals with various nitrogen levels at booting stage
under agro climatic conditions of Rawalakot, Azad Jammu and Kashmir, Pakistan.
Cuadro 1: Evaluación biométrica de los cereales forrajeros de invierno con varios niveles de
nitrógeno en la fase de arranque en las condiciones agroclimáticas de Rawalakot, Azad
Jammu y Kashmir, Pakistán
PH (cm) LAPP (cm
2
) FWPP (g) DWPP (g) GFY (kgha
-1
) DMY (kgha
-1
)
2016-17 2017-18 2016-17 2017-18 2016-17 2017-18 2016-17 2017-18 2016-17 2017-18 2016-17 2017-18
N
0
C
1
44.9 k 44.7 i 53.3g 45.71 g 69.3j 56.1h 23.2 j 14.0h 13117n 10757k 4372n 3073j
N
1
C
1
60.1 h 58.6 f 58.59f 51.00 f 85.8h 65.0g 28.7 h 16.6g 20508l 16318i 6836l 4662h
N
2
C
1
66.5ef 64.7cd 61.48e 53.89 e 103.1e 72.8ef 34.5 e 18.2ef 25196j 19065h 8399j 5447g
N
3
C
1
67.3de 65.1c 63.98d 56.39 d 121.2b 86.9bc 40.6 b 21.7bc 25801j 19669h 8600j 5620fg
N
0
C
2
50.1i 48.0 g 65.51d 57.92 d 94.2f 73.1e 31.5 f 18.3e 16509m 13279j 5503m 3794i
N
1
C
2
63.8g 63.0e 72.9b 65.31 b 116.0d 83.7cd 38.8 d 20.9cd 25067j 19252h 8356j 5501g
N
2
C
2
69.3cd 68.8b 76.44a 68.85 a 128.9a 91.7a 43.1 a 22.9a 27980i 21490g 9327I 6140f
N
3
C
2
69.7cd 69.2ab 77.96a 70.36 a 130.7a 91.7a 43.7 a 23.0a 32829g 24841f 10943g 7097e
N
0
C
3
49.4ij 49.0 g 37.36k 29.76 k 46.0 l 37.2k 15.4 l 9.3k 29419h 24632f 9806h 7038e
N
1
C
3
65.1efg 63.4de 44.35j 36.75 j 58.8k 45.7j 19.7 k 11.4j 44569c 35848b 14856c 10242b
N
2
C
3
73.13ab 69.7a 46.53i 38.93 I 68.9j 51.9i 23.0 j 13.0i 53930b 42376a 17977b 12107a
N
3
C
3
74.93 a 70.3a 48.32h 40.72 h 73.7I 56.4h 24.6 I 14.0h 55413a 43542a 18471a 12440a
N
0
C
4
47.1jk 46.2 h 57.15f 49.56 f 89.3g 69.4f 29.9 g 17.3f 23613k 18992h 7871k 5535fg
N
1
C
4
64.4fg 64.0c.e 65.63d 58.04 d 105.1e 81.6d 35.14 e 20.4d 34520f 26714e 11507f 7785d
N
2
C
4
70.4 c 68.8b 69.25c 61.66 c 117.5cd 87.9 b 39.3 cd 22.0b 41096e 31564 d 13699 e 9199c
N
3
C
4
70.9bc 70.2ab 71.59b 64.00 b 119.5bc 88.8ab 40.0bc 22.1ab 42840d 33405 c 14280 d 9735bc
C.V 2.3 1.45 1.77 1.77 2.7 3.50 0.57 0.88 872 1668 209 613
N
0
= 0 kg N ha
-1
, N
1
=75 kg N ha
-1
, N
2
= 150 kg N ha
-1
and N
3
= 225 kg N ha
-1
.C
1
= Barley, C
2
= Oats, C
3
= Rye, C
4
=Triticale, C.V= Tukey’s Critical value. Values having different letters with in same
column varies signicantly at P (0.05) PH=Plant Height LAPP=Leaf Area plant
-1=
FWPP= Fresh weight plant
-1
DWPP= Dry weight plant
-1
, GFY= Green fodder yield , DMY= Dry matter yield
N
0
= 0 kg N ha
-1
, N
1
=75 kg N ha
-1
, N
2
= 150 kg N ha
-1
y N
3
= 225 kg N ha
-1
. C
1
= Cebada, C
2
= Avena, C
3
= Centeno, C
4
= Triticale, C.V= Valor crítico de Tukey. Los valores que tienen letras
diferentes en la misma columna varían signicativamente a P (0,05) PH=Altura de la planta. LAPP=Área foliar planta
-1
=FWPP= Peso fresco de la planta
-1
DWPP= Peso seco de la planta
-1
,
GFY= Rendimiento de forraje verde , DMY= Rendimiento de materia seca
Treatments
856
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Similar results were reported by
Li et al. (2010) and mentioned that
increase in nitrogen up to 300 kg.ha
-1
improved plant height in wheat crop.
Possible justication for this could be
rate of nitrogen in rening growth
features of crop plant. Although oat
(C
2
) having more fresh weight, dry
weight and leaf area per plant with
N
3
(225 kg N.ha
-1
) remained inferior
in yield than Rye (C
3
) at BS and
MD stage during both the years.
Oat crop fertilized with N
2
(150 kg
N.ha
-1
) showed non-signicant
difference from N
3
for fresh weight, dry
weight and leaf area per plant. This
might be due to more assimilates of
photosynthesis. The results of present
study are consistence with those of
Bilal et al. (2017) who conrmed that
plant morphological parameters,
fresh weight, dry weight was most
receptive to nitrogen fertilization and
every successive rise in nitrogen dose
expressively produced taller plants
oat forage crop. Nitrogen boosts
meristem and photosynthetic efcacy
by regulating up the cell elongation,
division and chlorophyll substances
of leaves and it reects the higher
DMY. Furthermore, observation of
these ndings was in contrast with
Zhang et al. (2017) who reported that
chemical N fertilizer input increased
soil water recharge, grain yield and
WUE as well, but no further increases
were observed when N rate exceeded
75 or 150 kg N.ha
-1
in most cases of
winter wheat. These results are also
coincides with the observations of
Ahmad et al. (2011) who reported
that there was a substantial effect
of inorganic sources of fertilizers on
de un mayor número de plantas,
macollas profusas y plantas más altas,
especialmente en entornos de baja
temperatura, debido a sus requisitos
de temperatura comparativamente
bajos para el crecimiento, así como a
su distinta tolerancia al estrés por frío.
De igual forma, el nitrógeno es también
un nutriente importante que afecta los
atributos de crecimiento tales como la
altura de la planta y el número de tallos;
estos resultados están en concordancia
con lo reportado por Gangwar y Lodhi
(2018), quienes reportaron que las
expresiones biométricas se vieron
afectadas por la disparidad entre los
niveles de nitrógeno, en términos de la
altura del brote principal y el número
de macollas.planta
-1
. Los resultados de
este experimento coinciden con Ahmad
et al. (2011), quienes armaron que
la altura de las macollas.planta
-1
y la
altura de la planta de avena forrajera
se vieron signicativamente afectadas
por diferentes niveles de fertilizante
nitrogenado.
Se reportaron resultados similares
por Li et al. (2010) y mencionaron que
el aumento de nitrógeno hasta 300
kg.ha
-1
mejoró la altura de la planta
en el cultivo de trigo. Una posible
justicación para esto podría ser la tasa
de nitrógeno en el perfeccionamiento
de las características de crecimiento
de la planta de cultivo. Aunque la
avena (C
2
) tuvo más peso fresco, peso
seco y área foliar por planta con N
3
(225 kg N.ha
-1
) siguió siendo inferior
en rendimiento que el centeno (C
3
) en
la etapa BS y MDS durante ambos
años. El cultivo de avena fertilizado
con N
2
(150 kg N.ha
-1
) no mostró
diferencias signicativas con respecto
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number of leaves per plant in forage
oat that ultimately leads to higher
leaf area. The data for green fodder
yield and dry matter yield exhibited
maximum value in N
3
C
3
that was
followed by N
2
C
3
in 2016-17, whereas
at par in 2017-18 at Booting stage.
Moreover, at milking dough stage
green fodder and dry matter yield
was found utmost in N
3
C
3
compared
to rest of the treatments, followed by
N
2
C
3
during consecutive years.
The plants supplied with premier
dose of nitrogen bear more leaves
and therefore, produced the highest
leaf to stem ratio which leads to
maximum green fodder yield. In
contrast to our ndings Khan et al.
(2014) documented that under the
agro climatic conditions of Sargodha,
Pakistan, the higher yields of fodder
in oat can be probably accredited to
their greater leaf area, responsible for
more photosynthetic efcacy, having
high aptitude to hoard assimilative
products of photosynthesis. Winter
forage cereals were signicantly
different for their DMY could be the
possible reason for those WFCs has
different relative performance for
biometric growth characters results
are in accordance with Tawq
and Muhammed (2014) whereas,
Geren (2014) reported difference in
DMY of winter cereals was due to
encroachment in growth stage. As
harvesting of winter cereals was
delayed DMY increased considerably.
Kim et al. (2017) examined
signicant difference between mean
and temporal forage yield among
winter cereals under different climatic
conditions rye and triticale produced
a N
3
en cuanto a peso fresco, peso
seco y área foliar por planta. Esto
podría deberse a un mayor número
de asimilados de la fotosíntesis.
Los resultados del presente estudio
coinciden con aquellos reportados por
Bilal et al. (2017) quienes conrmaron
que los parámetros morfológicos
de la planta, el peso fresco y el peso
seco, fueron los más receptivos a la
fertilización nitrogenada y que cada
aumento sucesivo de la dosis de
nitrógeno producía plantas más altas
en el cultivo forrajero de avena. El
nitrógeno aumenta el meristemo y
la ecacia fotosintética al regular la
elongación celular, la división y las
sustancias clorofílicas de las hojas
y reeja el mayor DMY. Además,
la observación de estos resultados
contrasta con la de Zhang et al.
(2017), quienes informaron que el
aporte de fertilizantes químicos de
N aumentó la recarga de agua del
suelo, el rendimiento del grano y el
WUE, pero no se observaron más
aumentos cuando la tasa de N superó
los 75 o 150 kg N.ha
-1
en la mayoría
de los casos de trigo de invierno.
Estos resultados también coinciden
con las observaciones de Ahmad et al.
(2011), quienes informaron que hubo
un efecto sustancial de las fuentes
inorgánicas de fertilizantes en el
número de hojas por planta en la avena
forrajera que, en última instancia,
conduce a una mayor área foliar.
Los datos de rendimiento de forraje
verde y rendimiento de materia seca
mostraron el valor máximo en N
3
C
3
que fue seguido por N
2
C
3
en 2016-17,
mientras que a la par en 2017-18 en
la etapa de arranque. Además, en la
858
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Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2021, 38(4):846-866. Octubre-Diciembre.
Jamil et al. ISSN 2477-9407
Table 2: Biometric assessment of winter forage cereals with various nitrogen levels at milking dough stage
under agro climatic conditions of Rawalakot, Azad Jammu and Kashmir, Pakistan
Cuadro 2. Evaluación biométrica de cereales forrajeros de invierno con distintos niveles de nitrógeno en la
fase de grano lechoso en las condiciones agroclimáticas de Rawalakot, Azad Jammu y Kashmir,
Pakistán
Treatments PH (cm) LAPP (cm
2
) FWPP (g) DWPP (g) GFY (kgha
-1
) DMY (kgha
-1
)
2016-17 2017-18 2016-17 2017-18 2016-17 2017-18 2016-17 2017-18 2016-17 2017-18 2016-17 2017-18
N
0
C
1
78.5i 76.6k 52.54 j 50.23j 73.6i 69.3j 78.5i 76.6k 52.54 j 50.23j 73.6i 69.3j
N
1
C
1
102.2f 100.4h 57.78 i 54.99i 91.2g 85.8h 102.2f 100.4h 57.78 i 54.99i 91.2g 85.8h
N
2
C
1
112.7cd 110.9de 61.76 h 58.61h 109.6d 103.1 e 112.7cd 110.9de 61.76 h 58.61h 109.6d 103.1 e
N
3
C
1
113.5c 111.6d 63.06gh 59.79gh 124.7bc 121.2b 113.5c 111.6d 63.06gh 59.79gh 124.7bc 121.2b
N
0
C
2
84.2g 82.3ij 65.05fg 61.60fg 100.1e 94.2f 84.2g 82.3ij 65.05fg 61.60fg 100.1e 94.2f
N
1
C
2
109.8e 108.0ef 74.8bc 70.52bc 123.3c 116.0d 109.8e 108.0ef 74.8bc 70.52bc 123.3c 116.0d
N
2
C
2
119.8b 118.6a.c 77.52ab 72.93ab 133.9a 128.9a 119.8b 118.6a.c 77.52ab 72.93ab 133.9a 128.9a
N
3
C
2
120.5ab 116.5c 78.44 a 73.77a 135.4a 130.7a 120.5ab 116.5c 78.44 a 73.77a 135.4a 130.7a
N
0
C
3
85.9g 84.0i 32.23 l 31.76l 48.9k 46.0l 85.9g 84.0i 32.23 l 31.76l 48.9k 46.0l
N
1
C
3
110.6de 104.6g 42.70 k 41.28k 62.51j 58.8k 110.6de 104.6g 42.70 k 41.28k 62.51j 58.8k
N
2
C
3
121.4ab 119.5a.c 43.87 k 42.71k 73.2i 68.9j 121.4ab 119.5a.c 43.87 k 42.71k 73.2i 68.9j
N
3
C
3
122.5a 120.6a 44.28 k 42.34k 78.3h 73.6I 122.5a 120.6a 44.28 k 42.34k 78.3h 73.6I
N
0
C
4
81.1 h 79.3jk 56.58 I 53.90i 94.9f 89.3g 81.1 h 79.3jk 56.58 I 53.90i 94.9f 89.3g
N
1
C
4
111.5c.e 106.5fg 66.98 ef 63.35ef 111.6d 105.0e 111.5c.e 106.5fg 66.98 ef 63.35ef 111.6d 105.0e
N
2
C
4
119.8b 117.5bc 69.85de 65.96de 124.9bc 117.5cd 119.8b 117.5bc 69.85de 65.96de 124.9bc 117.5cd
N
3
C
4
122.3ab 120.5ab 72.06cd 67.97cd 127.06b 119.5bc 122.3ab 120.5ab 72.06cd 67.97cd 127.06b 119.5bc
C.V 2.64 3.09 2.9 2.67 2.53 2.46 2.64 3.09 2.9 2.67 2.53 2.46
N
0
= 0 kg N ha
-1
, N
1
=75 kg N ha
-1
, N
2
= 150 kg N ha
-1
and N
3
= 225 kg N ha
-1
. C
1
= Barley, C
2
= Oats, C
3
= Rye, C
4
=Triticale, C.V.= Tukey’s Critical value. Values having different letters with in same column varies signicantly
at P (0.05) PH=Plant Height. LAPP=Leaf Area plant
-1=
FWPP= Fresh weight plant
-1
DWPP= Dry weight plant
-1
, GFY= Green fodder yield, DMY= Dry matter yield.
N
0
= 0 kg N ha
-1
, N
1
=75 kg N ha
-1
, N
2
= 150 kg N ha
-1
y N
3
= 225 kg N ha
-1
. C
1
= Cebada, C
2
= Avena, C
3
= Centeno, C
4
= Triticale, C.V.= Valor crítico de Tukey. Los valores que tienen letras diferentes en la misma columna varían
signicativamente a P (0,05) PH=Altura de la planta. LAPP=Área foliar planta
-1
=FWPP= Peso fresco de la planta
-1
DWPP= Peso seco de la planta
-1
, GFY= Rendimiento de forraje verde, DMY= Rendimiento de materia seca
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more forage yield than oats and
wheat during and across the season.
Crude protein is the most essential
component for estimating the quality
of silage especially in WFCs (Ronga
et al. 2020). During both the years
at different locations all the WFCs
at various NLs proved differences
among each other for crude protein
contents. During both the years
extreme values of CP contents were
recorded for triticale crop at N
3
level
of N with use of molasses at both
harvesting stages (Table 3). Triticale
is a hybrid of wheat and rye, which
inherited the ability of rye to survive
under severe drought conditions,
but has higher protein value than
rye (Glamočlija et al., 2018). Crude
protein increases with progression in
growing stage of winter cereals which
is in accordance with Geren (2014).
Similarly, Li et al. (2016) conrmed
that crude protein content of wheat
silage was increased signicantly with
increasing N up to 225 kg.ha
-1
, while
they no longer increased at N up to
300 kg.ha
-1
. Furthermore, Obour et
al. (2018) testied that CP contents
of oat forage were passively increased
with the increment of nitrogen
application rate. The aerobic stability
of high moisture winter cereal silages
was linearly increased with the
application rate of chemical additives.
Malik et al. (2015) stated that high CP
content at early vegetative stage was
due to more leafy and luscious nature
of plant at this stage. Dhillon et al.
(2019) recognized that CP content was
decreased with increase in age of crop
plant. Landry et al. (2019) reported
that winter cereal cover crops such
fase de grano lechoso, el rendimiento
de forraje verde y de materia seca fue
mayor en N
3
C
3
en comparación con el
resto de los tratamientos, seguido de
N
2
C
3
durante los años consecutivos
Las plantas tratadas con dosis de
nitrógeno de primer nivel tienen más
hojas y, por lo tanto, producen la mayor
relación hoja/tallo, lo que conduce a un
máximo rendimiento de forraje verde.
En contraste con nuestros hallazgos,
Khan et al. (2014) reportaron que
bajo condiciones agroclimáticas de
Sargodha, Pakistán, los mayores
rendimientos de forraje en la avena
pueden deberse probablemente a su
mayor área foliar, responsable de una
mayor ecacia fotosintética, teniendo
una alta aptitud para acaparar
productos asimilables de la fotosíntesis.
Los cereales forrajeros de invierno
fueron signicativamente diferentes
para su DMY, podría ser la posible
razón por la que esos WFC tienen un
rendimiento relativo diferente para los
caracteres biométricos de crecimiento.
Los resultados están de acuerdo con
Tawq y Muhammed (2014) mientras
que, Geren (2014) informó que la
diferencia en DMY de los cereales de
invierno fue debido a la sobrepoblación
en la etapa de crecimiento. A medida
que se retrasa la cosecha de los
cereales de invierno, el DMS aumenta
considerablemente. Kim et al. (2017)
determinaron diferencias signicativas
entre rendimiento medio y temporal del
forraje entre los cereales de invierno
bajo diferentes condiciones climáticas;
el centeno y el triticale produjeron más
rendimiento de forraje que la avena
y el trigo durante y a lo largo de la
temporada. La proteína cruda es el
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as wheat, rye and triticale as spring
forage shown signicant increase in
CP values with the increment of N
rates while on other hand CP contents
were decreased as the advancement of
growth from ag leaf stage to heading
stage. Barley crop was ahead of other
cereal crops for crude bre, while
lowest value of crude bre was noted
in rye crop (Table 3). Crude bre
decreases when the level of nitrogen
increases. Silage preserved by adding
molasses remained higher for crude
bre analysis during both the years
and at both harvesting stages. Results
of these ndings were in line with Li et
al. (2016) and Surber et al. (2011) who
conrmed that with increasing rate
of N application CF contents of whole
wheat crop silage was decreased.
Furthermore, Morais et al. (2017) the
use of chemical additives are justied
to improve aerobic stability of high
moisture cereal silages. The graph
displayed linear increase for numbers
of plants with green fodder yield
showing positive correlation, depicting
that taller plants have the potential to
yield higher biomass.
Furthermore, association between
plant height and number of tillers
with green fodder yield
presented
in Figure 1 also exhibited positive
linear correlation among each other
with fresh fodder yield indicating
the need to breed forage varieties
having higher potential for crop
plant height and tillers.plant
-1
. The
individual relationship showed
strongly positive while cumulative
relationship with nitrogen doses
showed moderate association among
variables. values of our correlation
componente más esencial para estimar
la calidad del ensilado, especialmente
en los WFC (Ronga et al. 2020).
Durante los dos años y en las diferentes
localizaciones, todos los WFC en varios
NL demostraron diferencias entre
sí en cuanto al contenido de proteína
cruda. En ambos años se registraron
valores extremos de contenido de PC
en el cultivo de triticale con el nivel de
N
3
y el uso de melaza en ambas etapas
de la cosecha (Cuadro 3). El triticale
es un híbrido de trigo y centeno, que
heredó la capacidad del centeno para
sobrevivir en condiciones de sequía
severa, pero tiene mayor valor proteico
que el centeno (Glamočlija et al., 2018).
La proteína cruda aumenta con la
progresión en la fase de crecimiento
de los cereales de invierno, lo que
coincide con Geren (2014). Del mismo
modo, Li et al. (2016) conrmaron
que el contenido de proteína cruda
del ensilado de trigo se incrementó
signicativamente con el aumento
de N hasta 225 kg.ha
-1
, mientras
que ya no aumentó con N hasta 300
kg.ha
-1
. Además, Obour et al. (2018)
atestiguaron que los contenidos de PC
del forraje de avena se incrementaron
pasivamente con el aumento de la
tasa de aplicación de nitrógeno. La
estabilidad aeróbica de los ensilados de
cereales de invierno de alta humedad
se incrementó linealmente con la tasa
de aplicación de aditivos químicos.
Malik et al. (2015) armaron que el alto
contenido de PC en la etapa vegetativa
temprana se debió a la naturaleza más
frondosa y exuberante de la planta
en esta etapa. Dhillon et al. (2019)
reconocieron que el contenido de PC
disminuía con el aumento de la edad
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Table-3: Crude protein and Crude Fiber (%) content in preserved silage
of winter forage cereals at booting and milking dough stage
grown under varying nitrogen levels during 2016-17 and 2017-
18 at Rawalakot, Azad Jammu and Kashmir, Pakistan
Cuadro 3. Contenido de proteína cruda y Fibra cruda (%) en el ensilado
conservado de cereales forrajeros de invierno en la fase
de arranque y de grano lechoso cultivados bajo diferentes
niveles de nitrógeno durante 2016-17 y 2017-18 en Rawalakot,
Azad Jammu y Kashmir, Pakistán.
crops
Additive
CP-BS (2016-17) CP-MDS (2016-17) CF-BS (2016-17) CF-MDS (2016-17)
N
0
N
1
N
2
N
3
N
0
N
1
N
2
N
3
N0 N1 N2 N3 N0 N1 N2 N3
C1
Con 9.0 10.1 10.8 11.0 6.9 7.9 8.6 8.8 29.9 29.1 28.3 27.8 31.7 31.6 30.8 30.4
FA 9.1 10.2 10.9 11.1 7.0 8.0 8.7 8.9 29.2 29.1 28.3 27.9 31.7 31.6 30.9 30.4
Mol 9.2 10.3 11.0 11.2 7.1 8.1 8.8 9.0 29.2 29.7 28.9 28.5 32.4 32.2 31.5 31.0
C2
Con 9.4 9.9 10.1 10.7 7.2 7.7 8.0 8.5 28.3 27.4 25.7 24.4 30.8 30.0 28.3 27.1
FA 9.5 10.0 10.4 11.2 7.4 7.8 8.2 9.0 28.3 27.5 25.7 24.4 30.9 30.0 28.3 27.1
Mol 9.6 10.0 10.4 11.2 7.4 7.8 8.3
9.1 28.9 28.1 26.2 24.9 31.5 30.6 28.9 27.6
C3
Con 9.7 10.0 10.8 10.9 7.6 7.8 8.6 8.7 23.1 22.8 22.5 21.1 25.8 25.5 25.3 23.9
FA 9.8 10.1 10.9 11.0 7.7 7.9 8.7 8.8 23.1 22.8 22.3 21.2 25.9 25.5 25.1 24.0
Mol 9.9 10.2 11.0 11.1 7.7 8.0 8.8 8.9 23.6 23.3 22.2 20.8 26.3 26.0 25.0 23.6
C4
Con 9.7 10.1 10.9 11.1 7.6 7.9 8.7 8.9 26.2 26.0 24.5 24.1 28.9 28.7 27.1 26.8
FA 9.8 10.2 11.0 11.2 7.7 8.0 8.8 9.0 26.3 26.1 24.5 24.1 28.9 28.7 27.2 26.8
Mol 9.9 10.2 11.1 11.3 7.8 8.1 8.9 9.1 26.8 26.6 25.0 24.7 29.4 29.3 27.7 27.3
C1
(2017-18) (2017-18) (2017-18) (2017-18)
Con 9.1 9.5 9.9 10.1 7.9 8.9 9.5 9.8 28.4 28.2 27.5 27.0 31.7 31.6 30.8
30.4
FA 9.5 9.6 10.0 10.3 8.0 9.0 9.6 9.9 28.4 27.9 27.5 26.8 31.7 31.5 30.8 30.4
Mol 9.8 10.2 10.6 10.8 8.1 9.1 9.7 10.0 29.0 28.9 28.1 27.6 32.3 32.2 31.4 31.0
C2
Con 8.3 9.4 10.2 11 0 6.7 7.6 8.0 8.3 27.6 26.6 24.8 23.5 30.8 30.0 28.3 27.0
FA 8.7 9.8 10.6 11.4 7.3 7.7 8.1 8.4 27.7 26.6 24.8 23.5 30.8 30.0 28.3 27.0
Mol 8.9 10.0 10.9 11.6 7.0 7.6 8.1 8.4 28.1 27.2 25.4 24.1 31.4 30.6 28.8 27.5
C3
Con 11.8 12.2 12.9 13.2 8.6 8.8 9.6 10.0 22.3 21.9 21.7 20.3 24.8 24.5 23.5 22.1
FA 11.9 12.6 13.3 13.5 8.7 8.9 9.7 9.7 22.3 22.0 21.5 20.4 24.9 24.5 23.5 22.1
Mol 11.5 12.9 13.6 13.3 8.7 9.0 9.8 9.8 22.9 22.4 21.3
20.0 25.3 25.0 24.0 22.6
C4
Con 9.8 10.6 11.4 12.6 8.6 8.9 9.6 9.9 25.4 24.2 23.6 22.3 28.8 28.6 27.1 26.8
FA 10.8 11.4 12.3 13.0 8.7 9.0 9.7 10.0 25.4 24.2 23.6 22.8 28.8 28.7 27.1 26.8
Mol 10.7 11.7 12.1 13.9 8.8 9.1 9.8 10.1 26.0 24.8 24.2 23.7 29.4 29.2 27.6l 27.3
N0= 0 kg N.ha
-1
, N1=75 kg N.ha
-1
, N2= 150 kg N.ha
-1
and N3 = 225 kg N.ha
-1
; C1= Barley, C2= Oats, C3= Rye, C4=Triticale, CP= Crude Protein,
CF= Crude Fiber; Con= Control, FA= Formic Acid, Mol= Molasses; BS= Booting Stage; MDS= Milking Dough Stage.
N0= 0 kg N ha
-1
, N1=75 kg N.ha
-1
, N2= 150 kg N.ha
-1
y N3 = 225 kg N.ha-1; C1= Cebada, C2= Avena, C3= Centeno, C4=Triticale, CP= Proteína Cruda,
CF= Fibra Cruda; Con= Control, FA= Ácido Fórmico, Mol= Melaza; BS= Fase de Arranque; MDS= Etapa de grano lechoso
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graph was in accordance with Aby
et al. (2019) who stated that positive
correlation was establish among
growth stage at harvest and dry
matter level of whole crop wheat
while this correlation may differ
between years, sites and cultivars.
Similarly, Kren et al. (2015) reported
that number of tillers exhibited
positive correlation coefcient with
dry weight per plant and above
ground biomass during vegetative
de la planta de cultivo. Landry et al.
(2019) informaron que los cultivos de
cobertura de cereales de invierno como
el trigo, el centeno y el triticale, como
forrajes de primavera mostraron un
aumento signicativo de los valores
de PC con el incremento de las tasas
de N, mientras que, por otro lado, los
contenidos de PC disminuyeron a
medida que avanzaba el crecimiento
desde la fase de hoja bandera hasta la
fase de cabeza. El cultivo de cebada se
Figure 1. Two years mean booting and milking dough stage association
of number of Figure 1. Two years mean booting and milking
dough stage association of number of plants, plant height,
number of tillers, leaf area, fresh weight plant
-1
and dry weight.
plant
-1
with green and dry matter yield at Rawalakot, Azad
Jammu and Kashmir, Pakistan
Figura 1. Dos años promedio para la etapa de arranque y de grano lechoso
para la asociación entre el número de plantas, la altura de la
planta, el número de tallos, el área foliar, el peso fresco.planta
-1
y el peso seco.planta
-1
con el rendimiento de materia verde y
seca en Rawalakot, Azad Jammu y Kashmir, Pakistán
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stage but it may differ signicantly
during years due to different climatic
conditions. Likewise, Gagnon et al.
(2019) described that cool season
grasses have showed positive quadric
and linear response of nitrogen
fertilization for dry matter yield.
Conclusion
The tested winter forage cereals
barley, oats, rye and triticale showed
best performance with maximum
dose of nitrogen application. Among
the entire WFCs, the rye gave higher
fodder yield at maximum dose of
nitrogen application. Furthermore, for
winter season, the rye and triticale are
the best options to cover up the lean
period of green forage availability.
Forages preserved at booting stage
with the use of molasses is best to get
the good quality of silage.
Acknowledgement
A part of this manuscript has been
extracted from PhD Agronomy thesis
of the principal author submitted to
the same university.
situó por delante de los otros cereales
en cuanto a bra cruda, mientras
que el valor más bajo de bra cruda
se observó en el cultivo de centeno
(Cuadro 3). La bra cruda disminuye
cuando aumenta el nivel de nitrógeno.
El ensilaje conservado mediante la
adición de melaza permaneció más
elevado en el análisis de la bra cruda
durante los dos años y en ambas fases
de la cosecha. Los resultados de estos
hallazgos coincidieron con Li et al.
(2016) y Surber et al. (2011) quienes
conrmaron que con el aumento de la
tasa de aplicación de N el contenido
de FC del ensilaje del cultivo de trigo
entero disminuyó. Además, de acuerdo
a Morais et al. (2017) el uso de aditivos
químicos se justica para mejorar la
estabilidad aeróbica de los ensilados
de cereales de alta humedad. El gráco
muestra un aumento lineal del número
de plantas con el rendimiento de forraje
verde, mostrando una correlación
positiva, lo que indica que las plantas
más altas tienen el potencial de
producir una mayor biomasa.
Además, la asociación entre la
altura de la planta y el número de
tallos con el rendimiento del forraje
verde presentado en la gura 1
también evidenció una correlación
lineal positiva entre sí con el
rendimiento de forraje fresco, lo que
indica la necesidad de mejorar las
variedades de forraje, que tengan
un mayor potencial para altura
de planta y macollas.planta-
1
. La
relación individual mostró ser
fuertemente positiva mientras que
la relación acumulativa con las dosis
de nitrógeno mostró una asociación
moderada entre las variables.
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End of English Version
864
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Los valores de nuestro gráco de
correlación estuvo en conformidad
con Aby et al. (2019) quienes
plantearon que una correlación
positiva se estableció entre las etapas
de crecimiento a nivel de cosecha con
la materia seca de todo el cultivo
de trigo, aunque esta correlación
puede diferir según los años, sitios
y cultivares. Así mismo, Kren et al.
(2015) reportaron que el número
de tallos exhibió un coeciente de
correlación positivo con el peso seco
por planta y la biomasa sobre el
suelo durante la etapa vegetativa,
pero puede diferir signicativamente
durante los años debido a las
diferentes condiciones climáticas.
Igualmente, Gagnon et al. (2019)
describieron que las gramíneas de
estación fría han mostrado una
respuesta cuadrática y lineal positiva
de la fertilización nitrogenada para
el rendimiento de materia seca.
Conclusión
Los cereales forrajeros de invierno
evaluados, cebada, avena, centeno
y triticale, mostraron el mejor
rendimiento con la dosis máxima de
aplicación de nitrógeno. Entre todos
los cereales forrajeros, el centeno
dio un mayor rendimiento forrajero
con la dosis máxima de aplicación de
nitrógeno. Además, para la temporada
de invierno, el centeno y el triticale
son las mejores opciones para cubrir el
período de escasez de disponibilidad de
forraje verde. Los forrajes conservados
en la fase de arranque con el uso de
melaza son los mejores para obtener
una buena calidad de ensilado.
Agradecimiento
A part of this manuscript has been
extracted from PhD Agronomy thesis
of the principal author submitted to
the same university.
Una parte de este manuscrito
se ha extraído de la tesis doctoral
en Agronomía del autor principal,
presentada en la misma universidad.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.07 ISSN 2477-9407
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Recibido: 07-12-2020 . Aceptado: 22-02-2021
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: wceiroc@gmail.com
Antagonismo de Trichoderma harzianum y
Trichoderma viride sobre aislados de Fusarium
spp. procedentes de Nicotiana tabacum
Antagonism of Trichoderma harzianum and Trichoderma
viride on isolates of Fusarium spp. from Nicotiana
tabacum
Antagonismo de Trichoderma harzianum e Trichoderma
viride em isolados de Fusarium spp. de Nicotiana tabacum
Wilson Geobel Ceiro-Catasú
1*
, Yusel Vega-González
1
, María
Eulalia Taco-Sánchez
2
, Ramiro Remigio Gaibor-Fernández
3
,
Oandis Sosa-Sánchez
1
1
Departamento Agronomía, Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad de Granma,
Cuba. Carretera a Manzanillo Km 17
1/2
Peralejo - Apartado 21 - Bayamo M. N. CP 85100.
Correo electrónico: (WC) wceiroc@gmail.com, (OS) oandis.sosa@gmail.com, .
2
Empresa
JATUNCUY, Ecuador. Provincia Cotopaxi. Correo electrónico: eulaliataco@gmail.com, .
3
Docente de la Carrera de Agronomía, Universidad Técnica Estatal de Quevedo, Ecuador.
Ave. Carlos J. Arosemena 38, Quevedo, Ecuador. Correo electrónico: rgaibor@uteq.edu.ec,
.
Resumen
La producción tabacalera es un renglón fundamental en la economía cubana
y genera el mayor ingreso en el sector agrícola. Dentro de los topatógenos que
afectan a esta planta, Fusarium spp., constituye una plaga de interés, debido
a las afectaciones vasculares que provocan deterioro del valor comercial de
la hoja. Por tanto, la investigación se realizó con el objetivo de determinar la
actividad antagónica in vitro de cepas autóctonas de Trichoderma harzianum y
T. viride sobre aislados de Fusarium oxysporum y F. phyllophylum, procedentes
de Nicotiana tabacum L. en la provincia Granma, Cuba. El trabajo se realizó en
el Laboratorio de Microbiología Agrícola, Universidad de Granma. Se preparó
medio agar papa dextrosa para establecer los cultivos duales de Trichoderma
spp. vs. Fusarium spp. Una vez establecidos los tratamientos y transcurrido el
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tiempo de incubación se procedió a determinar el porcentaje de inhibición del
crecimiento micelial, la capacidad antagónica y la actividad micoparasítica. Se
utilizó un diseño completamente aleatorizado con cuatro réplicas por tratamiento
y para el procesamiento estadístico se usó un ANOVA bifactorial y la prueba
de Tukey (p≤0,05). Se evidenció que las cepas de Trichoderma spp., registraron
valores intermedios de inhibición del hongo, la competitividad del antagonista
se ubicó mayoritariamente en la clase dos de la escala de Bell y se constató que,
penetración, enrollamiento, vacuolización, deformación y granulación constituyen
las principales formas de micoparasitismo. Lo cual señala a este método de
biocontrol como una alternativa a tener en cuenta para el manejo de Fusarium
spp., en agroecosistemas tabacaleros.
Palabras clave: Trichoderma spp., antagonismo, antibiosis, micoparasitismo,
tabaco, fusariosis.
Abstract
Tobacco production is a key line in the Cuban economy and generates the
largest income in the agricultural sector. Within phytopathogens affecting this
plant, Fusarium spp., constitutes a pest of interest, due to vascular involvements
that cause deterioration of the commercial value of the leaf. Therefore, the research
was carried out with the aim of determining the antagonistic activity in vitro of
native strains of Trichoderma harzianum and T. viride on isolates of Fusarium
oxysporum and F. phyllophylum, from Nicotiana tabacum L. in Granma province,
Cuba. The work was carried out at the Laboratory of Agricultural Microbiology,
University of Granma. Half dextrose potato agar was prepared to establish the
dual crops of Trichoderma spp. vs. Fusarium spp. Once the treatments were
established and the incubation time had elapsed, the percentage inhibition of
mycelial growth, antagonistic capacity and mycoparasitic activity was determined.
A fully randomized design with four replicas per treatment was used and a two
factorial ANOVA and Tukey test (p≤0.05) were used for statistical processing.
It was shown that the strains of Trichoderma spp., recorded intermediate
values of phytopathogenic inhibition, the competitiveness of the antagonist was
mostly located in class two of the Bell scale and it was found that penetration,
winding, vacuolization, deformation and granulation constitute the main forms
of mycoparasitism. Which points to this biocontrol method as an alternative to
consider for the management of Fusarium spp., in tobacco agroecosystems.
Key words: Trichoderma spp., antagonism, antibiosis, mycoparasitism, tabacco,
fusariosis.
Resumo
A produção de tabaco é uma linha-chave na economia cubana e gera o maior
rendimento do sector agrícola. Dentro dos topógenos que afetam esta planta,
a Fusarium spp., constitui uma praga de interesse, devido a envolvimentos
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vasculares que causam a deterioração do valor comercial da folha. Por conseguinte,
a investigação foi realizada com o objetivo de determinar a atividade antagónica
in vitro de estirpes nativas de Trichoderma harzianum e T. viride em isolados de
Fusarium oxysporum e F. phyllophylum, de Nicotiana tabacum L. na província de
Granma, Cuba. O trabalho foi realizado no Laboratório de Microbiologia Agrícola
da Universidade de Granma. Metade dextrose batata agar estava preparado para
estabelecer as duplas culturas de Trichoderma spp. vs. Fusarium spp. Uma vez
estabelecidos os tratamentos e decorrido o tempo de incubação, foi determinada
a percentagem de inibição do crescimento micémico, da capacidade antagónica
e da atividade micoparasiótica. Foi utilizado um desenho totalmente aleatório
com quatro réplicas por tratamento e um teste de ANOVA e Tukey (p≤0.05) para
processamento estatístico. Foi demonstrado que as estirpes de Trichoderma spp.,
registaram valores intermédios de inibição topopogénica, a competitividade do
antagonista situava-se principalmente na classe dois da escala de Sino e vericou-
se que a penetração, o enrolamento, a vacuolização, a deformação e a granulação
constituem as principais formas de micoparaquisite. O que aponta este método de
biocontrolo como uma alternativa a considerar para a gestão da Fusarium spp.,
nos agroecossistemas de tabaco.
Palavras-chave: Trichoderma spp., antagonismo, antibiose, micoparasitismo,
tabaco, fusariose.
Introducción
La provincia Granma es un
territorio eminentemente agropecuario
ubicado al este de Cuba, donde se
establecen diferentes cultivos de interés
económico como caña azúcar, arroz,
cafeto, pastos, tabaco, entre otros. En
el caso especíco del tabaco (Nicotiana
tabacum L.), una parte considerable
de sus producciones se destinan a la
fabricación y la exportación del puro
cubano,
reconocido internacionalmente
por su excelente calidad. No obstante,
esta planta puede ser afectada por
diferentes organismos plagas, entre
ellos destacan los hongos topatógenos
Fusarium oxysporum Schltdl. y F.
phyllophylum Nirenberg & O’Donnell,
causante de infecciones vasculares
que afectan el valor comercial del
tabaco, el cual radica en la calidad de
Introduction
The province of Granma is an
eminently agricultural territory
located in the east of Cuba, where
different crops of economic interest are
established such as, sugar cane, rice,
coffee, pastures, and tobacco, among
others. In the specic case of tobacco
(Nicotiana tabacum L.), a considerable
part of its productions are destined to
the manufacture and the exportation
of Cuban cigars, internationally
recognized for their excellent
quality. However, this plant can be
affected by different pest organisms,
among them the phytopathogenic
Fusarium oxysporum Schltdl. and F.
phyllophylum Nirenberg & O’Donnell,
which cause vascular infections that
affect the commercial value of tobacco,
which depends on the quality of its
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sus hojas y por tanto, todo aquello que
las afecte es importante investigarlo
y ofrecerle una solución localmente
viable (Berruezo et al., 2018).
Fusarium spp., posee una
am
plia distribución, su presencia es
cosmopolita y sobrevive saprótamente
en el suelo, aire, agua y diversos
sustratos. Muchas especies tienen
una gran capacidad para infectar a las
plantas de interés económico y ciertos
biotipos pueden causar infecciones
oportunistas a los animales y al
hombre, atribuidas fundamentalmente
por la producción de micotoxinas
(Chiotta et al., 2015). Debido a
las estructuras de resistencia que
posee, denominadas clamidosporas,
persisten largos periodos de tiempo
en el suelo, lo cual hace inefectiva la
alternativa de manejo basada en la
rotación de cultivos (Delgado-Ortiz
et al., 2016). F. oxysporum es un
organismo muy polífago a nivel de
especie, se cuanticaron más de 120
formas especiales, las cuales se basan
en la infección que produce sobre la
planta hospedera. Dichas formas a
su vez se subdividen en razas, las que
se describen según la habilidad para
infectar diferentes variedades de una
misma especie (Retana et al., 2018).
Para el manejo del marchitamiento
vascular del tabaco se recomienda el
biocontrol como una medida que no
afecta el ambiente. En este sentido,
las especies del género Trichoderma
destacan como las más utilizadas.
Las mismas presentan diferentes
mecanismos de acción, entre ellos,
la competencia, la antibiosis, el
micoparasitismo y la activación de
mecanismos de defensa en las plantas.
leaves and therefore, everything
that affects them is important to
investigate and offer a locally viable
solution (Berruezo et al., 2018).
Fusarium spp., possess a
wide distribution, its presence
is cosmopolitan and survives
saprophytically in soil, air, water and
various substrates. Several species
have a big capacity to infect the plants of
economic interest and certain biotypes
can cause opportunistic infections
to the animals and human being,
mainly attributed by the production of
mycotoxins (Chiotta et al., 2015). Due
to the structures of the resistance that
it has, denominated chlamydospores,
they persist for long periods of time
in the soil, which makes ineffective
the management alternative based
on the crops rotations (Delgado-Ortiz
et al., 2016). F. oxysporum is a very
polyphagous organism at specie level;
120 special forms were quantied,
which are based on the infection that
it produces on the host plant. These
forms are subdivided into races, which
are described according to the ability
to infect different varieties of the same
specie (Retana et al., 2018).
For the management of tobacco
vascular wilt, the biocontrol is
recommended as a measurement
that does not affect the environment.
In this sense, the species of the
genus Trichoderma highlight as the
most used. They present different
mechanisms of action, among them,
the competition, the antibiosis, the
mycoparasitism, and the activation
of defense mechanisms in the
plants. It is known that the higher
is the probability of Trichoderma
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Se conoce que mientras mayor sea la
probabilidad de que Trichoderma spp.,
manieste varios modos de acción;
más eciente y duradero será el efecto
de biocontrol sobre el topatógeno
(Infante et al., 2009; Cruz-Triana et al.,
2017). Las especies de Trichoderma
actúan por medio de una combinación
de competencia por nutrientes, la
producción de metabolitos antifúngicos,
la síntesis de enzimas hidrolíticas y
el micoparasitismo, así como, pueden
inducir la estimulación del crecimiento
vegetal (Carvajal et al., 2015). Como
hongo sapróto del suelo tiene la
característica de fácil multiplicación
y rápido crecimiento en condiciones
controladas, lo cual favorece su
utilización como biofungicida (Rivera
et al., 2016). Los productos basados
en este hongo comprenden más de 50
formulaciones, algunas disponibles
como productos comerciales en el
mercado (Gato, 2010). Sin embargo, no
se constataron estudios sobre el manejo
de Fusarium spp., con cepas nativas de
T. harzianum y T. viride en tabaco, lo
cual sería novedoso investigar para el
biocontrol local de este hongo.
Teniendo en cuenta lo expuesto,
se propuso como objetivo de esta
investigación determinar la actividad
antagónica in vitro de cepas autóctonas
de Trichoderma harzianum y T. viride
sobre aislados de Fusarium spp.,
procedentes de N. tabacum en la
provincia Granma.
Materiales y métodos
La investigación se realizó en
el Laboratorio de Microbiología
Agrícola de la Facultad de Ciencias
spp., manifests various modes of
action; the effect of biocontrol on the
phytopathogen is more efcient and
durable (Infante et al., 2009; Cruz-
Triana et al., 2017). The species of
Trichoderma act through a combination
of competence for nutrients, the
production of antifungals metabolites,
the synthesis of hydrolytic enzymes
and mycoparasitism, as well as, they
can induce plant growth stimulation
(Carvajal et al., 2015). As saprophytic
soil fungus, it has the characteristic of
easy multiplication and rapid growth
under controlled conditions, which
favors its use as a biofungicide (Rivera
et al., 2016). The products based on
this fungus include more than 50
formulations, some of them available
as commercial products in the market
(Gato, 2010). However, there were
not studies on the management of
Fusarium spp. with native strains of
T. harzianum and T. viride in tobacco
were found, which would be novel to
investigate for the local biocontrol of
this fungus.
Considering the above, it was
proposed as the objective of this
research to determine the in vitro
antagonistic activity of autochthonous
strains of Trichoderma harzianum
and T. viride on Fusarium spp. isolates
from N. tabacum in Granma province.
Materials and methods
The research was carried out at the
Agricultural Microbiology Laboratory
of the Faculty of Agricultural Sciences,
University of Granma, Cuba. Potato
dextrose agar medium was prepared
with antibiotic (PDA BioCen: 39 g.L
-1
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Agropecuarias, Universidad de
Granma, Cuba. Se preparó medio agar
papa dextrosa con antibiótico [PDA
BioCen: 39 g.L
-1
de H
2
O destilada,
más cloranfenicol, tetraciclina y
estreptomicina (50 mg.L
-1
) en matraces
Erlenmeyer y pH ajustado a 6]. El
medio se esterilizó y se dejó enfriar
hasta alcanzar una temperatura
de 36 °C y se vertió en placas Petri
de 80 mm de diámetro. Una vez
solidicado, se procedió a establecer
el enfrentamiento en cultivo dual (CD)
según la metodología descrita por Bell
et al. (1982).
Las cepas autóctonas A-53, A-34
de Trichoderma harzianum y TS-3 de
T. viride fueron proporcionadas por
el Laboratorio Provincial de Sanidad
Vegetal (LAPROSAV-Granma), las
mismas fueron aisladas de cultivos
hortícolas agroecológicos en la región
este de Cuba y los aislamientos
nativos de Fusarium spp. (cuadro 1)
se obtuvieron del cultivo de tabaco
(secciones de tallos) en áreas de
producción comercial de esta planta,
estos permanecían conservados en
la colección de topatógenos del
Laboratorio de Microbiología Agrícola,
Universidad de Granma.
En las placas Petri con PDA se
depositó en un extremo de la misma
un disco de cinco mm de diámetro con
micelio activo de colonias de Fusarium
spp. (cuadro 1) y en el otro extremo
se colocó un disco con las cepas de
Trichoderma harzianum y T. viride,
ambas tenían 72 h de crecidas. Luego
las placas fueron selladas con paralm
y se incubaron a 28±2 °C, con intervalos
de 12 h de luz y 12 h de oscuridad
(Fernández y Suárez, 2009).
of distilled H
2
O, plus chloramphenicol,
tetracycline and streptomycin (50
mg.L
-1
) in Erlenmeyer asks and
pH adjusted to 6]. The medium
was sterilized and left to cool to a
temperature of 36 °C and poured into
80 mm diameter Petri dishes. Once
solidied, the cooling dual culture
(DC) was established according to the
methodology described by Bell et al.
(1982).
The A-53, A-34 autochthonous
strains of Trichoderma harzianum
and the TS-3 of T. viride were
provided by the Provincial Laboratory
of Plant Health (LAPROSAV-
Granma), these were isolated from
agroecological horticultural crops
in the eastern region of Cuba and
the native isolates of Fusarium spp.
(Table 1) were obtained from tobacco
cultivation (stem sections) in areas
of commercial production of this
plant, these remained preserved
in the collection of phytopathogens
of the Laboratory of Agricultural
Microbiology, University of Granma.
In the Petri dishes with PDA,
a disc of ve mm of diameter with
active mycelium of Fusarium spp.
colonies was deposited at one end
(Table 1) and at the other end a dish
with Trichoderma harzianum and T.
viride strains was placed; both had
72 h of growth. Then the dishes were
sealed with paralm and incubated
at 28±2 °C, with intervals of 12 h of
light and 12 h of darkness (Fernandez
and Suarez, 2009).
The inhibition percentage of
radial growth (PICR) was evaluated
at 24, 72 and 168 h, using the
formula PICR= [(R1-R2)/R1] x100,
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Cuadro 1. Procedencia de los aislados de Fusarium oxysporum y
Fusarium phyllophillum obtenidos de tallos en cultivo de
tabaco (Nicotiana tabacum) en la provincia Granma, Cuba.
Table 1. Origin of the isolates of Fusarium oxysporum and Fusarium
phyllophillum obtained from stems in tobacco cultivation
(Nicotiana tabacum) in Granma province, Cuba.
Cepa Localidad/Municipio Cultivar Coordenadas Especies
A Bueycito/Buey Arriba SS-96
20°14’20.5”N
76°46’28.8”W
F. oxysporum
B Bueycito/Buey Arriba SS-96
20°14’11.4”N
76°46’27.4”W
F. oxysporum
C Monjará/Guisa Habana-92
20°17’51.9”N
76°36’08.7”W
F. oxysporum
D Monjará/Guisa Corojo-2006
20°18’07.3”N
76°36’42.6”W
F. oxysporum
E El Dorado/Bayamo SS-96
20°15’52.3”N
76°44’43.8”W
F. phyllophillum
F El Dorado/Bayamo Habana-92
20°15’55.7”N
76°44’35.8”W
F. phyllophillum
G Corojito/Buey Arriba Habana-92
20°11’05.2”N
76°43’21.7”W
F. phyllophillum
H Santa Rita/Jiguaní Habana-92
20°20’11.9”N
76°29’24.1”W
F. oxysporum
I Los Cayos/Yara Habana-2000
20°18’20.2”N
76°50’00.6”W
F. phyllophillum
Se evaluó el porcentaje de
inhibición del crecimiento radial
(PICR) a las 24, 72 y 168 h,
empleándose para ello la fórmula
PICR= [(R1-R2)/R1] x100, donde
R1 es el crecimiento radial
del patógeno (testigo) y R2 el
crecimiento radial del patógeno
en CD (Esquivel et al., 2019). Se
consideró como el efecto antibiosis
el PICR a las 24 h, momento en el
cual los hongos no interactuaban
físicamente. Al séptimo día se
registró el antagonismo sobre el
topatógeno, según la escala de
capacidad antagónica de Bell et al.
(1982), donde Clase 1: Trichoderma
crece completamente sobre el medio
where R1 is the radial growth of
the pathogen (control) and R2 the
radial growth of the pathogen in CD
(Esquivel et al., 2019). The antibiosis
effect was considered as the PICR
at 24 h, at which time the fungi
were not physically interacting. On
the seventh day, antagonism on
the phytopathogen was recorded,
according to the antagonistic
capacity scale of Bell et al. (1982),
where Class 1: Trichoderma
grows completely on the culture
medium and the pathogen. Class
2: Trichoderma reaches 2/3 of the
surface of the culture medium. Class
3: Trichoderma and the pathogen
colonize half of the surface of the
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de cultivo y el patógeno. Clase
2: Trichoderma alcanza 2/3 de la
supercie del medio de cultivo.
Clase 3: Trichoderma y el patógeno
colonizan la mitad de la supercie
del medio y ninguno de ellos domina
sobre el otro. Clase 4: El organismo
patógeno coloniza al menos 2/3 de
la supercie del medio. Clase 5:
El patógeno crece por encima del
aislado de Trichoderma y ocupa
casi toda la supercie del medio.
La actividad micoparasítica se
determinó a partir del momento
de la interacción física entre los
hongos (antagonista vs. patógeno)
en CD, entre las 72-96 h. para ello,
se tomaron tres muestras por cada
tratamiento del sitio de contacto y
se observaron al microscopio óptico
marca Novel, modelo N 200 M con
cámara digital acoplada HDCE-X3,
de este modo se evidenció el tipo
de interacción hifal (penetración,
enrollamiento, vacuolización,
deformación y granulación).
Se utilizó un diseño
completamente al azar con 27
tratamientos conformados a partir
de la combinación de las tres cepas
de Trichoderma, A-53 y A-34 (T.
harzianum) y TS-3 (T. viridae) y
nueve aislados de Fusarium (A,
B, C, D, E, F, G, H, I), con cuatro
réplicas por cada tratamiento,
así como, los correspondientes
controles del antagonista y
topatógeno sin interactuar entre
sí. Para el procesamiento estadístico
se utilizó un análisis de varianza
(ANOVA) bifactorial y la prueba
de comparación múltiple de medias
de Tukey (p≤0,05), procesado con
medium and none of them dominates
over the other. Class 4: The pathogen
colonizes at least 2/3 of the surface of
the medium. Class 5: The pathogen
grows above the Trichoderma isolate
and occupies almost all the surface of
the medium.
The mycoparasitic activity was
determined from the moment of
physic interaction between fungi
(antagonist vs pathogen) in CD,
between 72-96 h. for that, three
samples were taken for each
treatment from the contact site and
were observed under a Novel optical
microscope, model N 200 M with
HDCE-X3 coupled digital camera,
in this sense the type of hyphal
interaction (penetration, winding,
vacuolization, deformation and
granulation) was evidenced.
A completely randomized design
was used with 27 treatments
conformed from the combination of
three strains of Trichoderma, A-53
and A-34 (T. harzianum) and TS-3
(T. viridae) and nine isolates of
Fusarium (A, B, C, D, E, F, G, H, I),
with four replicas by each treatment,
as well as, the corresponding controls
of the antagonist and phytopathogen
without interacting with each
other. For the statistical processing
a bifactorial analysis of variance
(ANOVA) and the Tukey’s multiple
comparison means test (p≤0.05) were
used, processed with the STATISTIC
2008 (StatSoft, 2007) statistical
package. Prior to ANOVA the
data expressed in percentage were
transformed by 2*[RAÍZ(X/100)], due
to the same did not complied with the
normality test.
875
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el paquete estadístico STATISTIC
2008 (StatSoft, 2007). Previo al
ANOVA los datos expresados en
porcentaje fueron transformados
por 2*[RAÍZ(X/100)], debido a que
los mismos no cumplieron con la
prueba de normalidad.
Resultados y discusión
Al analizar la interacción
entre las cepas se evidenciaron
diferencias signicativas entre
tratamientos (p≤ 0,05) para la
variable PICR a las 24, 72 y 168
h de confrontación. A las 24 h, el
rango de inhibición osciló entre
0,00 y 65,08 %, luego a las 72 h se
registraron valores entre 1,25 y
136,79 % y nalmente a las 168 h se
observó una inhibición intermedia
de 40,96 a 57,22 %; donde el 59,25 %
de las interacciones antagonista vs.
topatógeno registraron un PICR
superior a 50 %. Momento en el
cual, las cepas de Trichoderma spp.,
estabilizaron su efecto de biocontrol
sobre el hongo (cuadro 2). Lo
expuesto, se atribuye a una menor
variabilidad del efecto de biocontrol
del antagonista, así como, a una
cantidad mayor de interacciones
con valores intermedios de PICR,
posibilitando de este modo, un
mayor crecimiento sobre las placas
Petri de T. harzianum y T. viride
en comparación con el topatógeno.
Lo cual se relaciona con lo
observado por Hoyos et al. (2019),
donde Trichoderma spp. logró el
mayor crecimiento in vitro sobre
F. oxysporum aislado de Capsicum
annuum L.
Results and discussion
When analyzing the interaction
between the strains, signicant
differences between treatments
(p≤ 0.05) were observed for the
variable PICR at 24, 72 and 168 h
of confrontation. At 24 h, the range
of inhibition oscillated between 0.00
and 65.08 %, then at 72 h values
between 1.25 and 136.79 % were
recorded and nally at 168 h an
intermediate inhibition of 40.96 to
57.22 % was observed; where 59.25 %
of the antagonist vs. phytopathogen
interactions registered a PICR higher
than 50 %. Moment in which, the
strains of Trichoderma spp. stabilized
their effect of biocontrol on the fungus
(table 2). The above is attributed to
a lower variability of the biocontrol
effect of the antagonist, as well as, to
a greater quantity of interactions with
intermediate values of PICR, making
possible in this way, a greater growth
on the Petri dishes of T. harzianum
and T. viride in comparison with
the phytopathogen. Which is related
to what was observed by Hoyos et
al. (2019), where Trichoderma spp.
achieved the greatest in vitro growth
on F. oxysporum isolated from
Capsicum annuum L.
Suárez et al. (2008) demonstrated
that the antagonism of T. harzianum
against F. solani, associated with
the wilt of Passiora edulis Sims,
at 240 h of confrontation in CD
presented inhibition greater than
50 %. This result surpassed some
of the treatments evaluated in the
present investigation, which could be
due to differences in the origin of the
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Cuadro 2. Porcentaje de inhibición del crecimiento radial (PICR) de los
aislados de Fusarium oxysporum y Fusarium phyllophillum
evaluados en cultivos duales con las cepas A-34, A-53 y TS-3 de
Trichoderma spp.
Table 2. Percentage of radial growth inhibition (PICR) of Fusarium
oxysporum and Fusarium phyllophillum isolates evaluated in
dual cultures with Trichoderma spp strains A-34, A-53 and TS-3.
Trichoderma spp. Fusarium spp. PICR 24h (%) PICR 72h (%) PICR 168h (%)
A-53
A
40,00 bcde 42,63 defgh 53,89 abc
A-34 40,00 bcde 15,03 abcde 52,50 abc
TS-3 44,44 bcde 15,05 abcdef 50,00 abc
A-53
B
14,58 abcde 34,04 bcdefg 49,44 abc
A-34 18,75 abcde 29,42 cdefgh 57,22 c
TS-3 12,50 abcde 10,84 abcde 49,72 abc
A-53
C
57,14 de 55,62 fghi 53,89 abc
A-34 65,08 e 70,77 ghij 54,44 abc
TS-3 57,14 de 44,56 fghi 56,39 c
A-53
D
0,00 a 18,52 abcdef 46,94 abc
A-34 9,09 abcd 15,56 abcdef 52,50 abc
TS-3 3,03 ab 18,52 abcdef 49,17 abc
A-53
H
35,90 bcde 22,77 abcdefg 40,96 a
A-34 35,90 bcde 2,74 ab 52,71 abc
TS-3 35,90 bcde 2,82 abc 40,96 a
A-53
E
41,18 cde 57,12 fghi 45,56 abc
A-34 37,25 bdce 85,88 ij 55,28 bc
TS-3 31,37 bcde 105,77 j 56,39 c
A-53
F
0,00 a 16,50 abcdef 43,89 abc
A-34 60,00 de 30,04 defgh 54,17 abc
TS-3 0,00 a 18,18 abcdef 50,56 abc
A-53
G
0,00 a 1,25 a 43,06 abc
A-34 5,56 abc 15,24 abcde 55,00 abc
TS-3 8,33 abc 6,42 abcde 48,89 abc
A-53
I
35,90 bcde 10,52 efgh 43,89 abc
A-34 25,54 abcde 38,13 defgh 55,28 bc
TS-3 61,54 de 136,79 j 54,44 abc
EE
y
- 0,12 0,22 0,17
Trichoderma spp.: T. harzianum (A-53 y A-34) y T. viride (TS 3). Fusarium spp.: F. oxysporum (A, B, C, D,
H) y F. phyllophillum (E, F, G, I).
y
: error estándar. Letras diferentes en las columnas señalan diferencias
signicativas (Tukey, p≤0,05).
Trichoderma spp.: T. harzianum (A-53 and A-34) and T. viride (TS 3). Fusarium spp.: F. oxysporum (A, B, C,
D, H) and F. phyllophillum (E, F, G, I).
y
: standard error. Different letters in the columns indicate signicant
differences (Tukey, p≤0.05).
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Suárez et al. (2008) demostraron
que el antagonismo de T. harzianum
frente F. solani, asociado a la
marchitez de Passiora edulis Sims,
a las 240 h de enfrentados en CD
presentó inhibición mayor al 50 %.
Dicho resultado superó algunos de
los tratamientos evaluados en la
presente investigación, lo que pudo
estar dado por diferencias en cuanto
a la procedencia de las cepas del
antagonista, a la virulencia de estas,
así como, por la poca cantidad de cepas
evaluadas y el tiempo de duración del
ensayo, entre otras.
Por otra parte, García (2016)
al realizar una evaluación del
antagonismo de cepas de T.
harzianum y T. viride, frente a
F. oxysporum y Colletotrichum
coccodes (Wallr.) S. Hughes,
aislados de Aloe vera (L.) Burm y
Vaccinium corymbosum L., observó
un porcentaje de inhibición del
crecimiento de Fusarium spp., de 72
% y 59 % en C. coccodes, superando lo
alcanzado en este estudio. Mientras
que, Vargas et al. (2012) evidenciaron
que especies de Trichoderma pueden
alcanzar PICR superior al 80%
frente a aislados de Rhizoctonia sp.
y Colletotrichum sp., evidenciándose
un alto nivel de topatogenicidad del
antagonista sobre las dos especies
fúngicas analizadas. Recientemente
Pérez et al. (2017) informaron que, T.
harzianum cepa A-34 evaluada en este
ensayo, alcanzó a las 120 h un 100 %
de inhibición del crecimiento micelial
del tizón del arroz (Pyricularia grisea
Sacc), lo cual se consideró como una
acción hiperparásita de esta cepa
sobre el topatógeno.
antagonist strains, their virulence, as
well as the small number of strains
evaluated and the duration of the
trial, among others.
On the other hand, García (2016)
when carrying out an evaluation of the
antagonism of T. harzianum strains
and T. viride, against F. oxysporum
and Colletotrichum coccodes (Wallr.)
S. Hughes, isolates of Aloe vera (L.)
Burm and Vaccinium corymbosum
L., a growth inhibition percentage of
Fusarium spp., of 72 % and 59 % was
observed in C. coccodes, exceeding
what was achieved in this study. While,
Vargas et al. (2012) evidenced that
the species of Trichoderma can reach
a PICR higher than 80% compared
to the isolates of Rhizoctonia sp. and
Colletotrichum sp., evidencing a high
level of phytopathogenicity of the
antagonist on the two fungal species
tested.
Recently Pérez et al. (2017)
reported that the strain A-34 of T.
harzianum evaluated in this assay,
reached at 120 h 100% mycelial growth
inhibition of rice blight (Pyricularia
grisea Sacc), which was considered as
a hyperparasitic action of this strain
on the phytopathogen.
This variability of results, in relation
to the antibiosis effect of different
evaluated strains of Trichoderma in
previous researches such as those
carried out by Mendoza et al. (2015),
Hernández et al. (2016) and Ronnie-
Gakegne et al. (2018), highlights that
the PICR is a variable indicator and
it can depend on different factors,
such as, the phytopathogenic specie
and the crop where it was isolated,
the antagonist and its virulence, the
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Esta variabilidad de resultados,
con relación al efecto de antibiosis
de diferentes cepas de Trichoderma
evaluadas en investigaciones
anteriores como las realizadas por
Mendoza et al. (2015), Hernández
et al. (2016) y Ronnie-Gakegne et al.
(2018), pone de maniesto que el PICR
es un indicador variable y el mismo
puede depender de diferentes factores,
entre los que destacan, la especie
topatógena y el cultivo donde fue
aislada, el antagonista y su virulencia,
el proceso de incubación y la duración
del ensayo. Así mismo, es importante
destacar que no se encontraron
trabajos publicados que abordaran
el antagonismo de Trichoderma spp.,
sobre Fusarium spp., procedente de N.
tabacum, lo que sustenta la novedad
de estos resultados.
Al analizar el efecto de antibiosis
(PICR 24 h) se observó variabilidad
en las interacciones antagonista vs.
topatógeno. Los valores de este
indicador oscilaron en un rango de 0-65
%. Un 70,37 % de las interacciones
registraron valores de antibiosis por
encima del 10 %, a excepción de A-53 x
G, D y F, A-34 x G y D y TS-3 x F, G y
D (gura 1).
El resultado expuesto posee
similitud con lo informado por Cruz-
Triana et al. (2017), dichos autores
registraron variabilidad entre 5-80 % de
la antibiosis por efecto del antagonista
T. asperellum Samuels sobre patógenos
fúngicos que afectan a Glycine max (L.).
Por su parte Sánchez et al. (2017) dieron
a conocer que el efecto antibiosis es la
síntesis de sustancias con actividad
antifúngica, previo al contacto físico
entre los hongos.
incubation process and the duration of
the trial. Likewise, it is important to
emphasize that there were not found
published works that approached the
antagonism of Trichoderma spp. on
Fusarium spp. from N. tabacum, which
sustains the novelty of these results.
When analyzing the antibiosis effect
(PICR 24 h) variability in this antagonist
interaction vs phytopathogen was
observed. The values of this indicator
oscillated in a range of 0-65 %. A 70.37
% of the interactions registered values
of antibiosis above 10 %, with the
exception of A-53 x G, D and F, A-34 x
G and D and TS-3 x F, G and D (gure
1).
The exposed result is similar to that
reported by Cruz-Triana et al. (2017),
these authors recorded variability
between 5-80 % of antibiosis due to the
effect of the antagonist T. asperellum
Samuels on the fungal pathogens that
affect to Glycine max (L.). For their
part Sánchez et al. (2017) reported that
the antibiosis effect is the synthesis of
substances with antifungal activity,
prior to the physical contact between
the fungi.
Under the experimental conditions
evaluated, in the rst 24 h the isolates
of F, G and D of the phytopathogen
were the least inhibited by A-53 (T.
harzianum) and TS-3 (T. viride),
which noted that the said strains did
not achieve an effective antibiosis at
this moment. Showing that, in the
rst hours of interaction, the fungus
can defend itself from the effect of
antifungal substances synthetized by
the antagonist, or these substances
are produced in insufcient quantities
for the inhibition (León et al. 2017).
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Bajo las condiciones experimentales
evaluadas, en las primeras 24 h los aislados
F, G y D del topatógeno fueron los menos
inhibidos por A-53 (T. harzianum) y TS-3
(T. viride), lo cual señaló que dichas cepas
no lograron una antibiosis efectiva en este
momento. Poniéndose de maniesto que,
en las primeras horas de interacción el
hongo puede defenderse del efecto de las
sustancias antifúngicas sintetizadas por
el antagonista, o que dichas sustancias
son producidas en cantidades insucientes
para la inhibición (León et al., 2017).
Al analizar la interacción entre
cepas de Trichoderma spp., y aislados de
Fusarium spp., se registraron diferencias
signicativas entre tratamientos según
la prueba de comparación múltiple de
medias de Tukey (p≤ 0,05) para la variable
antagonismo. A las 168 h un 77,77 % de las
Figura 1. Antibiosis (PIRC 24h) ejercida por las cepas A-34, A-53 y TS-3
de Trichoderma spp., sobre aislados de Fusarium oxysporum y
Fusarium phyllophillum en cultivos duales. Las barras sobre
la línea muestran el error estándar.
Figure 1. Antibiosis (PIRC 24h) exerted by the strains A-34, A-53 and
TS-3 of Trichoderma spp., on isolates of Fusarium oxysporum
and Fusarium phyllophillum in dual crops. The bars above the
line show the standard error.
When analyzing the interaction
between the strains of Trichoderma
spp., and the isolates of Fusarium spp.,
signicant differences were recorded
between the treatments according
to the Tukey’s multiple comparison
means test (p≤ 0.05) for the variable
antagonism. At 168 h 77.77% of
the interactions corresponded to
the class 2 of the scale and none
isolate was placed in the class 4 or
5, considered of low antagonistic
capacity, according to the described
by Bell et al. (1982). This evidenced an
intermediate antagonistic effect of the
autochthonous strains of Trichoderma
spp., on the Fusarium spp isolates
evaluated (Table 3). The result
suggests that the three strains of the
antagonist can be evaluated in eld to
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interacciones correspondieron a la clase
2 de la escala y ningún aislado se ubicó
en la clase 4 o 5, consideradas de baja
capacidad antagónica, según lo descrito
por Bell et al. (1982). Lo cual evidenció un
efecto antagonista intermedio de las cepas
autóctonas de Trichoderma spp., sobre
los aislados de Fusarium spp. evaluados
(cuadro 3). El resultado sugiere que las tres
cepas del antagonista pueden ser evaluadas
en campo para determinar su potencial de
biocontrol sobre especies F. oxysporum y F.
phyllophillum. Además, como tendencia
se observaron los valores menos deseados
de antagonismo en A-53 (T. harzianum) x
D (F. oxysporum), TS-3 (T. viride) x H (F.
oxysporum), A-53 (T. harzianum) x G (F.
phyllophillum), TS-3 (T. viride) x G (F.
phyllophillum) y A-53 (T. harzianum) x I
(F. phyllophillum), representando un 18,51
% del total de las interacciones.
Pérez et al. (2017), al evaluar el efecto
de T. harzianum (cepa A-34) sobre P.
grisea en CD logró una ubicación de clase
1 en la escala de capacidad antagónica,
dicha cepa logró expresar su máximo
potencial competitivo sobre el hongo. En
un estudio anterior Reyes (2012) demostró
que a las 48 h un 86,44 % de los aislados
de T. harsianum y T. asperellum frente a
Rhizoctonia solani, se ubicaron en la clase
2 de la escala y posteriormente a las 96 h
se registró un incremento de un 93,22 %.
Los resultados de esta investigación son
ligeramente inferiores a los expuestos
anteriormente, debido a que los mismos
se realizaron bajo diferentes condiciones
experimentales y de duración del ensayo, así
como, se utilizaron especies antagonistas
y topatógenas distintas. No obstante,
se demostró el potencial competitivo y
antagónico que caracteriza a Trichoderma
spp., como agente de biocontrol.
determine their potential of biocontrol
on the species of F. oxysporum and F.
phyllophillum. Also, as a tendency the
least desired values of the antagonism
were observed in A-53 (T. harzianum)
x D (F. oxysporum), TS-3 (T. viride) x
H (F. oxysporum), A-53 (T. harzianum)
x G (F. phyllophillum), TS-3 (T. viride)
x G (F. phyllophillum) and A-53 (T.
harzianum) x I (F. phyllophillum),
representing 18.51% of the total
interactions.
Pérez et al. (2017), when evaluating
the effect of T. harzianum
(Strain A-34)
on P. grisea in CD achieved a location
of class 1 on the scale of antagonistic
capacity, the said strain achieved to
express its maximum competitive
potential on the fungus. In a previous
study Reyes (2012) showed that at 48 h
86.44% of the isolates of T. harsianum
and T. asperellum against Rhizoctonia
solani, were located in the class 2 of
the scale and later at 96 h an increase
of 93.22% was recorded. The results of
this research are slightly inferior to
those previously presented, due to the
same were carried out under different
experimental conditions and duration
of the assay, as well as, different
antagonist and phytopathogen species
were used. However, the competitive
and antagonistic potential that
characterizes Trichoderma spp. as a
biocontrol agent was demonstrated.
From the scientic point of view,
it was possible to demonstrate
the mycoparasitic activity of T.
harzianum (strains A-34 and A-53)
and T. viride (strain TS-3) on all the
isolates of Fusarium spp., between 72
and 96 h of confrontation in CD. Five
main forms of mycoparasitism were
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Cuadro 3. Capacidad antagónica según la escala de Bell (1-5) ejercida
por las cepas A-34, A-53 y TS-3 de Trichoderma spp., sobre los
aislados de F. oxysporum y F. phyllophillum en cultivos duales.
Table 3. Antagonistic capacity according to the Bell scale (1-5) exercised
by Trichoderma A-34, A-53 and TS-3 strains on F. oxysporum
and F. phyllophillum isolations in dual crops.
Trichoderma spp. Fusarium spp. Clase
A-53
A
2,00 a
A-34 2,00 a
TS-3 2,00 a
A-53
B
2,25 ab
A-34 2,00 a
TS-3 2,25 ab
A-53
C
2,00 a
A-34 2,00 a
TS-3 2,00 a
A-53
D
4,00 c
A-34 2,00 a
TS-3 2,00 a
A-53
H
2,25 ab
A-34 2,00 a
TS-3 3,25 bc
A-53
E
2,50 ab
A-34 2,00 a
TS-3 2,00 a
A-53
F
2,50 ab
A-34 2,00 a
TS-3 2,00 a
A-53
G
3,75 c
A-34 2,00 a
TS-3 3,00 abc
A-53
I
3,00 abc
A-34 2,00 a
TS-3 2,00 a
EE
y
- 0,10
Trichoderma spp.: T. harzianum (A-53 y A-34) y T. viride (TS 3). Fusarium spp.: F. oxysporum (A, B, C, D, H) y F.
phyllophillum (E, F, G, I).
y
: error estándar. Letras diferentes en las columnas señalan diferencias signicativas (Tukey,
p≤0,05).
Trichoderma spp.: T. harzianum (A-53 and A-34) and T. viride (TS 3). Fusarium spp.: F. oxysporum (A, B, C, D, H) and F.
phyllophillum (E, F, G, I).
y
: standard error. Different letters in the columns indicate signicant differences (Tukey, p≤0.05).
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Desde el punto de vista cientíco
se logró evidenciar la actividad
micoparasítica de T. harzianum (cepas
A-34 y A-53) y T. viride (cepa TS-3) sobre la
totalidad de los aislados de Fusarium spp.
entre las 72 y 96 h de confrontación en CD.
Se constataron cinco formas principales de
micoparasitismo, entre ellas, penetración
(T. harzianum), enrollamiento (T.
harzianum), vacuolización, deformación y
granulación del contenido citoplasmático
(T. viride) (gura 2).
Figura 2. Actividad micoparasítica ejercida por las cepas A-34, A-53 y TS-3 de
Trichoderma spp., sobre aislados de F. oxysporum y F. phyllophillum
en cultivos duales. Vacuolización citoplasmática de macroconidios y
deformación (A) y granulación citoplasmática de hifas (B) cepa TS-3
(T. viride). Hifas del antagonista en el interior de hifas del fitopatógeno
(C) cepa A-34 (T. harzianum). Hifa del antagonista enrollando a una
hifa del fitopatógeno (D) cepa A-53 (T. harzianum). 40X.
Figure 2. Mycoparasitic activity exercised by the A-34, A-53 and TS-3 strains of
Trichoderma spp., on isolates of F. oxysporum and F. phyllophillum
in dual crops. Cytoplasmic vacuolization of macroconidia and
deformation (A) and cytoplasmic granulation of hypfas (B) strain
TS-3 (T. viride). Antagonist hypfas inside phytopathogenic hypfas
(C) strain A-34 (T. harzianum). Antagonist hypfa by winding a
phytopathogenic hypfa (D) strain A-53 (T. harzianum). 40X.
observed, including penetration (T.
harzianum), winding (T. harzianum),
vacuolization, deformation and
granulation of cytoplasmic contents
(T. viride) (Figure 2).
According to Retana et al. (2018),
when the direct interaction between
the hyphas of the fungi (>24 h) is
established, other mechanisms
of action such as competition,
mycoparasitism and hyperparasitism
are manifested, which interrelated
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De acuerdo a Retana et al. (2018),
cuando se establece la interacción
directa entre las hifas de los hongos (>24
h), se maniestan otros mecanismos
de acción como competencia,
micoparasitismo e hiperparasitismo,
que interrelacionados con la síntesis
de enzimas líticas proteinasas y
quitinasas, así como, la secreción
de metabolitos secundarios como
trichodermina, gliovirina y gliotoxina,
posibilitan de forma efectiva el proceso
de biocontrol.
La vacuolización citoplasmática
de los macroconidios de Fusarium
spp., observada en esta investigación
es raramente documentada en la
literatura cientíca especializada
que aborda esta temática y se
relaciona con una afectación
directa sobre la viabilidad de estas
esporas. Probablemente, la acción
enzimática del antagonista posibilitó
la penetración, deformación,
desintegración y muerte de las
estructuras fúngicas del topatógeno.
Al respecto, se estableció que estas
formas de micoparasitismo coinciden
con las señaladas por García (2016)
para el género Fusarium spp. aislado
de sábila y arándano. Según Rivera
et al. (2016) en su estudio sobre el
antagonismo de Trichoderma spp.,
frente al topatógeno Stromatinia
cepivora (Berk.) Whetzel en el cultivo
de cebolla, la actividad micoparasítica
estuvo caracterizada por la
vacuolización y la penetración.
Los resultados expuestos en esta
investigación poseen relación con lo
evidenciado por Hoyos et al. (2019),
los cuales informaron alteraciones
citoplasmáticas con presencia de
with the synthesis of lytic proteinase
and chitinase enzymes, as well as the
secretion of secondary metabolites
such as trichodermin, gliovirin and
gliotoxin, effectively enable the
biocontrol process.
The cytoplasmic vacuolization
of the macroconidia of Fusarium
spp. observed in this research is
rarely documented in the specialized
scientic literature that addresses this
issue and is related to a direct effect on
the viability of these spores. Probably,
the enzymatic action of the antagonist
made possible the penetration,
deformation, disintegration and
death of the fungal structures of
the phytopathogen. In this regard,
it was established that these forms
of mycoparasitism coincide with
those reported by Garcia (2016) for
the genus Fusarium spp. isolated
from aloe and blueberry. According
to Rivera et al. (2016) in their study
on the antagonism of Trichoderma
spp. against the phytopathogen
Stromatinia cepivora (Berk.) Whetzel
in onion crops, mycoparasitic activity
was characterized by vacuolization
and penetration.
The results presented in this
research have relation with that
evidenced by Hoyos et al. (2019),
which informed about cytoplasmatic
alterations with presence of vacuoles
and granulations, as well as winding
of hyphas of Trichoderma spp. on
Fusarium species that cause chili
wilt in Mexico. Therefore, it was
demonstrated in the study the effect
of growth inhibition, antibiosis,
antagonism and mycoparasitism of the
autochthonous strains of Trichoderma
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vacuolas y granulaciones, así como
enrollamiento de hifas de Trichoderma
spp., sobre especies de Fusarium
causantes de la marchites del chile en
México. Por tanto, quedó demostrado
en el estudio el efecto de inhibición del
crecimiento, antibiosis, antagonismo
y micoparasitismo de las cepas
autóctonas de Trichoderma spp., A-34,
A-53 y TS-3 sobre aislados nativos de
Fusarium spp., procedentes de N.
tabacum en la provincia Granma,
Cuba.
A partir de un análisis integral
de los resultados, se consideró que
las cepas A-34 y TS-3 lograron las
mejores tendencias de biocontrol;
basado en los indicadores PICR,
antibiosis y capacidad antagónica. Por
tanto, se recomienda probar su uso en
campo para el manejo de F. oxysporum
y F. phyllophillum en N. tabacum,
mientras que, la cepa A-53 puede
aplicarse de forma combinada con
A-34 y TS-3 para potenciar su efecto.
Lo anterior, señala la importancia
práctica de estos resultados en la
selección de cepas autóctonas de
Trichoderma spp., para el desarrollo
de un biofungicida de interés agrícola
local.
Conclusiones
Se determina la actividad
antagónica in vitro de cepas
autóctonas de T. harzianum y T.
viride sobre aislados de Fusarium
spp., procedentes de N. tabacum. A
los siete días de establecido el CD las
cepas de Trichoderma spp., registran
valores intermedios de inhibición del
topatógeno, la competitividad del
spp., A-34, A-53 and TS-3 on native
isolates of Fusarium spp. from N.
tabacum in Granma province, Cuba.
From an integral analysis of the
results, it was considered that the
strains A-34 and TS-3 achieved the
best biocontrol tendencies; based on
the PICR indicators, antibiosis and
antagonistic capacity. Therefore, it
is recommended to test their use in
the eld for the management of F.
oxysporum and F. phyllophillum in
N. tabacum, while strain A-53 can
be applied in combination with A-34
and TS-3 to enhance their effect.
The above, points out the practical
importance of these results in the
selection of autochthonous strains of
Trichoderma spp. for the development
of a biofungicide of local agricultural
interest.
Conclusions
The in vitro antagonistic activity of
autochthonous strains of T. harzianum
and T. viride on isolates of Fusarium
spp. from N. tabacum was determined.
Seven days after the establishment of
the CD, the strains of Trichoderma
spp. register intermediate values of
inhibition of the phytopathogen, the
competitiveness of the antagonist is
located mainly in class two of Bell’s
scale and it is found that penetration,
winding, vacuolization, deformation
and granulation constitute the main
forms of mycoparasitism. Which
points to this biocontrol method
as an alternative to be considered
for the management of Fusarium
spp. in tobacco agroecosystems
and the possibility of obtaining
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antagonista se ubica mayoritariamente
en la clase dos de la escala de Bell y se
constata que, penetración, enrollamiento,
vacuolización, deformación y granulación
constituyen las principales formas
de micoparasitismo. Lo cual señala
a este método de biocontrol como
una alternativa a tener en cuenta
para el manejo de Fusarium spp., en
agroecosistemas tabacaleros y no se
descarta la posibilidad de obtener nuevos
aislamientos autóctonos de Trichoderma
spp., con vistas a evaluar su efecto sobre
especies de Fusarium spp., que afectan a
N. tabacum.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.08 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido el 15-12-2020 . Aceptado el 25-02-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: fosorioa@colpos.mx
Susceptibilidad de Diaphorina citri a dimetoato
y clorpirifos en huertas citrícolas comerciales de
Veracruz, México
Susceptibility of Diaphorina citri to dimethoate and
chlorpyrifos in commercial citrus orchards of Veracruz,
Mexico
Suscetibilidade de Diaphorina citri a dimetoato e
clorpirifós em pomares comerciais de citros de Veracruz,
México
Sherell Zamora Juárez
1
, Daniel Arturo Rodríguez- Lagunes
1
,
Francisco Osorio-Acosta
2*
, Odón Castañeda-Castro
1
, Rosalía
Núñez-Pastrana
1
y Juan Carlos Noa-Carrazana
3
1
Universidad Veracruzana, Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias, carretera
Peñuela Amatlán, km 177, Córdoba, Veracruz, México CP. 94500. Correos electrónicos:
(SZ) shezamoraj@gmail.com, (DR) darodriguez@uv.mx, (OC) odcastaneda@uv.mx,
; (RÑ) ronunez@uv.mx, .
2
Colegio de Postgraduados, Campus Veracruz, carretera
Xalapa-Veracruz, km 88.5, Tepetates municipio de Manlio Fabio Altamirano, Veracruz,
México C.P. 91690. Correo electrónico: (FO) fosorioa@colpos.mx; .
3
Instituto de
Biotecnología y Ecología Aplicada, av. de las culturas Veracruzanas 101, colonia Emiliano
Zapata, Xalapa, Veracruz, México, CP 91090. Correo electrónico: (JN) jnoa@uv.mx, .
Resumen
En el estado de Veracruz se tienen reportes de resistencia a clorpirifos y dimetoato
en poblaciones de Diaphorina citri por el uso excesivo de estos productos para el
control de plagas, entre ellas D. citri. En este estudio se realizó un diagnóstico de la
susceptibilidad de adultos de D. citri a clorpirifos y dimetoato, en huertas de cítricos
comerciales del municipio de Martínez de la Torre, Veracruz. Para ello, en 30 huertas
se colectaron 200 adultos de D. citri por huerta y se realizaron bioensayos de aplicación
tópica con dimetoato a una concentración de 0,0090% y clorpirifos a una concentración
de 0,0085%. Como testigo se utilizaron adultos de D. citri que no han sido expuestos a
control químico durante 10 años. Los resultados de dimetoato y clorpirifos indicaron un
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promedio de mortalidad de D. citri del 85%, en comparación con el testigo susceptible
que presentó 99,3% y 98,8% de mortalidad con dimetoato y clorpirifos, respectivamente.
Con base en esto se inere que, en huertas de Martínez de la Torre, Veracruz existe
cierto nivel de resistencia de D. citri a insecticidas organofosforados. Esta información
permite denir el tipo de productos químicos a usar en la zona de estudio.
Palabras clave: organofosforados, susceptibilidad, presión de selección.
Abstract
There are reports of Diaphorina citri resistance in the state of Veracruz to
chlorpyrifos and dimethoate due to the excessive use of these products for the control of
pests, among them D. citri. The purpose of this work was to diagnose the susceptibility
of D. citri adults to chlorpyrifos and dimethoate in commercial citrus orchards of the
municipality of Martinez de la Torre, Veracruz. For this, 200 adults of D. citri were
collected in each of 30 orchards, and topical application bioassays were performed
with dimethoate at 0.0090% concentration and chlorpyrifos at 0.0085% concentration.
Diaphorina citri adults without chemical control during 10 years were used as a control.
Mortality of D. citri with dimethoate and chlorpyrifos averaged 85%, in contrast the
control mortality was 99% and 98.8% with dimethoate and chlorpyrifos, respectively.
According to these results, it can be inferred that D. citri has some resistance to
organophosphate insecticides in the orchards of Martinez de la Torre, Veracruz. This
information can be used to decide the type of insecticides to apply in the study area.
Key words: organophosphates, susceptibility, selection pressure.
Resumo
No estado de Veracruz há relatos de resistência ao clorpirifos e dimetoato em
populações de Diaphorina citri devido ao uso excessivo desses produtos para o
controle de pragas, entre elas D. citri. Neste estudo, foi realizado um diagnóstico
da susceptibilidade de adultos de D. citri ao clorpirifós e ao dimetoato em pomares
comerciais de citros do município de Martínez de la Torre, Veracruz. Para isso, em 30
pomares foram coletados 200 adultos de D. citri por horta e bioensaios de aplicação
tópica com dimetoato na concentração de 0,0090% e clorpirifós na concentração de
0,0085%. Como controle, foram utilizados adultos de D. citri que não foram expostos
ao controle químico por 10 anos. Os resultados de dimetoato e clorpirifós indicaram
mortalidade média de D. citri de 85%, em comparação com o controle suscetível que
apresentou mortalidade de 99% e 98,8% com dimetoato e clorpirifós, respectivamente.
Com base nisso, infere-se que nos pomares de Martínez de la Torre, Veracruz, existe
um certo nível de resistência de D. citri aos inseticidas organofosforados. Essas
informações permitem denir os tipos de produtos químicos a serem utilizados na área
de estudo.
Palavras-chave: organofosforados, suscetibilidade, pressão de seleção.
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Introducción
El psilido asiático de los cítricos
(Diaphorina citri Kuwayama) está
presente en los 24 estados citrícolas
de México y se encuentra en monitoreo
constante (SENASICA, 2019),
principalmente por ser vector de la
bacteria Candidatus Liberibacter
asiáticus (CLas) que causa el
Huanglongbing (HLB), enfermedad
crítica para la citricultura (Halbert
y Manjunath, 2004). En México se
estimaron pérdidas de 41,1% de la
producción (IICA, 2010) por causa
de esta enfermedad; por lo que,
en cada uno de los estados se ha
establecido una estrategia de manejo
integrado denominada Áreas de
Manejo Epidemiológico Fitosanitario
(AMEFIs). Esta estrategia establece
lineamientos para el manejo de D.
citri, entre los que incluye el uso
racional de insecticidas sintéticos
en una supercie amplia en épocas
biológicamente justicadas, con lo que
se busca disminuir la dispersión del
HLB y retrasar la resistencia de D.
citri por el uso intensivo y mal manejo
de químicos sintéticos (SENASICA,
2019).
A pesar de lo anterior, se reporta
resistencia de D. citri a insecticidas
en las entidades más representativas
en la producción de cítricos en México;
por ejemplo, en Michoacán en el año
2013 se reportó resistencia a los
neonicotinoides (Vázquez-García et
al., 2013), y perdida de susceptibilidad
a organofosforados (Villanueva-
Jiménez et al., 2019); en Veracruz
a organofosforados (García-Méndez
et al., 2016; 2019) y en Colima a
Introduction
The Asian citrus psyllid
(Diaphorina citri Kuwayama) is
present in the 24 citrus growing
states of Mexico and is under constant
monitoring (SENASICA, 2019), mainly
because it is a vector of the bacterium
Candidatus Liberibacter asiaticus
(CLas) that causes Huanglongbing
(HLB), a critical disease for
citriculture (Halbert and Manjunath,
2004). In Mexico, losses of 41.1%
of the production were estimated
(IICA, 2010) due to this disease;
therefore, an integrated management
strategy denominated Phytosanitary
Epidemiological Management Areas
(AMEFIs) has been established in each
of the states. This strategy establishes
guidelines for the management of D.
citri, including the rational use of
synthetic insecticides over a wide area
in biologically justied seasons, which
seeks to reduce the spread of HLB and
delay the resistance of D. citri due to
the intensive use and mismanagement
of synthetic chemicals (SENASICA,
2019).
Despite the above, the resistance of
D. citri to insecticides has been reported
in the most representative entities
in the production of citrus fruits in
Mexico; for example, in Michoacán in
2013, the resistance to neonicotinoids
was reported (Vázquez-García et al.,
2013), and the loss of susceptibility
to organophosphates (Villanueva-
Jiménez et al., 2019); in Veracruz to
organophosphates (García-Méndez
et al., 2016; 2019) and in Colima to
pyrethroids (Pardo et al., 2018). In
the central zone of Veracruz state,
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piretroides (Pardo et al., 2018). En la
zona centro del estado de Veracruz,
los principales grupos toxicológicos
que se utilizan en las huertas
citrícolas para el control de D. citri
son organofosforados, carbamatos,
neonicotinoides y piretroides (Córtez-
Mondaca et al., 2010; Díaz-Zorrilla et
al., 2011). En el municipio de Martínez
de la Torre se reportó perdida de
susceptibilidad en ninfas de D. citri
a clorpirifos combinado con aceite
parafínico (Pérez-Zarate et al., 2016)
y en poblaciones de adultos se reporta
resistencia a clorpirifos y dimetoato
del grupo de organofosforados (García-
Méndez et al., 2016). Durante el 2018 en
los municipios de Martínez de la Torre
y Álamo, se registró baja mortalidad
de D. citri a los mismos insecticidas
(Osorio et al., 2018, García-Méndez
et al., 2019) a pesar de que clorpirifos
y dimetoato están prohibidos en la
agricultura mexicana (Bejarano,
2017). Por lo anterior, el objetivo del
presente estudio fue diagnosticar la
susceptibilidad de adultos de D. citri
a clorpirifos y dimetoato en huertas de
cítricos comerciales del municipio de
Martínez de la Torre, Veracruz.
Materiales y Métodos
Poblaciones de D. citri de
invernadero
La colonia susceptible de D. citri
fue proporcionada por el Dr. Juan A.
Villanueva Jiménez del Colegio de
Postgraduados, Campus Veracruz,
y establecida en la Facultad de
Ciencias Biológicas y Agropecuarias
de la Universidad Veracruzana.
La colonia no se encuentra sujeta
the main toxicological groups used
in the citrus orchards to the control
of D. citri were organophosphates,
carbamates, neonicotinoids and
pyrethroids (Córtez-Mondaca et al.,
2010; Díaz-Zorrilla et al., 2011).
In the municipality of Martinez de
la Torre, a loss of susceptibility in
nymphs of D. citri to chlorpyrifos
combined with parafnic oil was
reported (Pérez-Zarate et al., 2016)
and in adult populations a resistance
to chlorpyrifos and dimethoate of the
organophosphate group was reported
(García-Méndez et al., 2016). During
2018 in the municipalities of Martínez
de la Torre and Álamo, a low mortality
of D. citri to the same insecticides was
recorded (Osorio et al., 2018, García-
Méndez et al., 2019) despite the fact
that chlorpyrifos and dimethoate are
prohibited in Mexican agriculture
(Bejarano, 2017). Therefore, the
objective of the present study was to
diagnose the susceptibility of D. citri
adults to chlorpyrifos and dimethoate
in commercial citrus orchards in the
municipality of Martínez de la Torre,
Veracruz.
Materials and methods
Greenhouse populations of D.
citri
The susceptible colony of D. citri
was provided by Dr. Juan A. Villanueva
Jiménez of the Postgraduate
College, Veracruz Campus, and it
was established in the Faculty of
Biological and Agricultural Sciences
of the Veracruzana University. The
colony has not been subjected to
selection pressure with any insecticide
891
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a presión de selección con ninguna
aplicación de insecticidas desde hace
10 años. La colonia se reproduce
sobre plantas de lima Persa (C.
latifolia Tanaka ex Jiménez), en
un ambiente de invernadero (25 ±
5ºC, 60 ± 5% de humedad relativa y
fotoperiodo natural).
Poblaciones de D. citri de
campo
Los insectos de campo de D.
citri se colectaron en 30 huertas
comerciales de lima Persa y naranja
valencia [Citrus sinensis (L.)
Osbeck], ubicadas en la AMEFI del
municipio de Martínez de la Torre,
Veracruz, en el mes de octubre del
año 2019 (Cuadro 1); la colecta
de los adultos se llevó a cabo sin
separación de sexos, colectando 240
adultos de D. citri por huerta, con
aspiradores manuales elaborados
con micropipetas de 1 mL
(ThermoScientic®), con la punta
cortada y la base sellada con tela de
organza, en la cual se adaptó una
manguera (García-Méndez et al.,
2016). Para mantener los insectos en
cada aspirador se selló la punta de
las micropipetas con Paralm y se
transportaron al laboratorio en una
hielera a temperatura ambiente.
Insecticidas
Los insecticidas evaluados fueron
clorpirifos y dimetoato grado técnico,
a una dosis letal 95 (DL
95
) para
poblaciones de D. citri; la dosis para
dimetoato fue de 7,50 ng.insecto
-1
(ng:
nanogramos de ingrediente activo)
a una concentración de 0,0090% y
clorpirifos 5,68 ng.insecto
-1
a una
concentración de 0,0085% (García-
Méndez et al., 2016).
application for 10 years. The colony
reproduces on Persian lime plants
(C. latifolia Tanaka ex Jiménez), in
a greenhouse environment (25 ± 5ºC,
60 ± 5% relative humidity and natural
photoperiod).
Field populations of D. citri
The eld insects of D. citri were
collected in 30 commercial orchards
of Persian lime and orange Valencia
[Citrus sinensis (L.) Osbeck], located
in AMEFI of Martinez de la Torre
municipality, Veracruz, in October
2019 (Table 1); the collection of adults
was carried out without separation of
sexes, collecting 240 adults of D. citri
per orchard, with manual aspirators
made with 1 mL micropipettes
(ThermoScientic®), with the cut off
tip and the base sealed with organza
fabric, to which a hose was adapted
(García-Méndez et al., 2016). To
keep the insects in each aspirator,
the tips of the micropipettes were
sealed with Paralm and transported
to the laboratory in a cooler at room
temperature.
Insecticides
Chlorpyrifos and dimethoate
technical grade insecticides were
evaluated at a lethal dose 95 (LD
95
)
for D. citri populations; the dose
for dimethoate was 7.50 ng.insect
-1
(ng: nanograms of active ingredient)
at a concentration of 0.0090% and
chlorpyrifos 5.68 ng.insect
-1
at a
concentration of 0.0085% (Garcia-
Mendez et al., 2016).
Bioassay
The bioassays made for the
greenhouse insects (susceptible
control) and those collected from the
eld were applied topically using the
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Cuadro 1. Georreferenciación de huertas donde se realizaron las colectas
de Diaphorina citri en el municipio de Martínez de la Torre,
Veracruz.
Table 1. Georeferencing of orchards where Diaphorina citri collections
were made in the municipality of Martínez de la Torre,
Veracruz.
Localidad AMEFIs Coordenadas Especie cultivada
Colonia Agrícola Suriana 02(Ruta 03) N20.23103° W-97.08966° Citrus sinensis
Balsas de Agua 02(Ruta 03) N20.22425° W-97.10181° Citrus sinensis
Colonia Agrícola Suriana 02(Ruta 04) N20.23031° W-97.07307° Citrus latifolia-Citrus sinensis
Arroyo Blanco 02(Ruta 04) N20.22640° W-97.06635° Citrus latifolia
Arroyo Blanco 02(Ruta 04) N20.22101° W-97.06224° Citrus latifolia
Arroyo Blanco 02(Ruta 04) N20.20812° W-97.06419° Citrus latifolia
Arroyo Blanco 02(Ruta 04) N20.19469° W-97.06955° Citrus latifolia
La Palma 02(Ruta 05) N20.18268° W-97.06653° Citrus latifolia
La Palma 02(Ruta 05) N20.17573° W-97.06535° Citrus latifolia-Citrus sinensis
Finca Flor de María 02(Ruta 05) N20.11109° W-97.12620° Citrus latifolia
Finca Flor de María 02(Ruta 05) N20.09076° W-97.08648° Citrus latifolia
Finca Flor de María 02(Ruta 05) N20.02929° W-97.12811° Citrus latifolia
Colonia Agrícola Suriana 02(Ruta 01) N20.25300° W-97.05620° Citrus sinensis
Colonia Agrícola Suriana 02(Ruta 01) N20.25702° W-97.02319° Citrus sinensis
Colonia Agrícola Suriana 02(Ruta 01) N20.26144° W-97.06895° Citrus latifolia-Citrus sinensis
Colonia Agrícola Suriana 02(Ruta 02) N20.25337° W-97.06944° Citrus latifolia
Colonia Agrícola Suriana 02(Ruta 02) N20.24586° W-97.07159° Citrus latifolia-Citrus sinensis
Colonia Agrícola Suriana 02(Ruta 02) N20.24045° W-97.07713° Citrus latifolia
Arroyo Blanco 02(Ruta 05) N20.19460° W-97.06951° Citrus latifolia
Arroyo Blanco 02(Ruta 05) N20.18830° W-97.06863° Citrus sinensis
La Palma 02(Ruta 02) N20.18255° W-97.06546° Citrus latifolia
Arroyo Blanco 02(Ruta 05) N20.20203° W-97.06850° Citrus latifolia
Loma de las Flores 02(Ruta 03) N20.02637° W-97.04576° Citrus latifolia-Citrus sinensis
Loma de las Flores 02(Ruta 03) N20.02890° W-97.04537° Citrus latifolia
Loma de las Flores 02(Ruta 03) N20.02927° W-97.04425° Citrus latifolia
Loma de las Flores 02(Ruta 03) N20. 03127° W-97.04528° Citrus latifolia
Arroyo Fierro 02(Ruta 05) N19. 99213° W-97.00603° Citrus latifolia
El Refugio 02(Ruta 04) N19.99037° W-96.96737° Citrus latifolia-Citrus sinensis
Rancho Cano 02(Ruta 04) N19.98729° W-96.96334° Citrus latifolia
Rancho Cano 02(Ruta 04) N19.99503° W-96.95990° Citrus latifolia-Citrus sinensis
AMEFIs: Áreas de Manejo Epidemiológico Fitosanitario.
AMEFIs: Phytosanitary Epidemiological Management Areas.
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Bioensayo
Los bioensayos realizados para
los insectos de invernadero (testigo
susceptible) y los colectados de campo
fueron de aplicación tópica utilizando
el método descrito por Tiwari et al.
(2011) y García-Méndez et al. (2019).
Los insectos se mantuvieron en ayuno
durante aproximadamente dos horas
y se colocaron en una bolsa Ziploc®,
para anestesiarlos con dióxido de
carbono (CO
2
) durante 35 segundos
(Mann et al., 2012), para facilitar la
aplicación del insecticida. Los adultos
anestesiados se colocaron en cajas
Petri de 4 cm de diámetro, previamente
preparadas con una base de agar-agar
(Merck®) de 3 mm al 1,5 %, sobre la
base de agar-agar se añadió un pedazo
de hoja de cítrico en forma de disco con
el envés expuesto del mismo diámetro
que las cajas Petri. Inmediatamente
con una jeringa para cromatografía
Hamilton® de 10 µL, acoplada a un
microaplicador (Hamilton®) modelo
PB-600 para bioensayos tópicos, se
aplicó 0,2 µL de insecticida en el
pronoto de cada insecto. Después se
colocó la tapa de la caja Petri, a la
que se le hizo una abertura circular
cubierta con tela de organza, para
controlar la aireación. De los insectos
colectados en campo se colocaron en
grupos de 20 por caja con un total
de cinco cajas por huerta para cada
insecticida, esto resulta en un total de
100 insectos por insecticida por huerta.
Los 40 insectos colectados por huerta
para utilizarlos en el tratamiento
sin insecticida fueron tratados con
0,2 µL de acetona (Robertson et al.,
2017). Para la prueba en la colonia de
invernadero, considerada susceptible,
method described by Tiwari et al.
(2011) and García-Méndez et al. (2019).
Insects were fasted for approximately
two hours and placed in a Ziploc®
bag and anesthetized with carbon
dioxide (CO
2
) for 35 seconds (Mann et
al., 2012) to facilitate the insecticide
application. The anesthetized adults
were placed in Petri dishes of 4 cm of
diameter, previously prepared with a 3
mm agar-agar base (Merck®) at 1.5 %,
on the agar-agar base, a piece of citrus
leaf in the form of a disk with exposed
underside of the same diameter
as the Petri dishes was added.
Immediately with a 10 µL Hamilton®
chromatography syringe, coupled
to a microapplicator (Hamilton®)
model PB-600 for topical bioassays,
0.2 µL of insecticide was applied to
the pronotum of each insect. After,
the lid of the Petri dish was placed,
with a circular opening covered with
organza fabric to control the aeration.
The insects collected in the eld were
placed in groups of 20 per box with a
total of ve boxes per orchard for each
insecticide, resulting in a total of 100
insects per insecticide per orchard.
The 40 insects collected per orchard
for use them in the non-insecticide
treatment were treated with 0.2 µL
of acetone (Robertson et al., 2017).
For the test in the greenhouse colony,
considered susceptible, 20 insects per
box were placed, for a total of 30 dishes
per insecticide at the same doses;
for the test without insecticide (with
technical grade acetone), ve boxes
with 20 insects each were used. For
all the tests, mortality readings were
taken 24 hours after the treatments
were applied; insects that did not
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se colocaron 20 insectos por caja, en
un total de 30 cajas por insecticida
a las mismas dosis; para la prueba
sin insecticida (con acetona grado
técnico) se utilizaron cinco cajas con
20 insectos cada una. Para todas
las pruebas se realizó la lectura de
mortalidad 24 horas después de
aplicados los tratamientos, los insectos
que no mostraron movimiento al ser
estimulados con un pincel de punta
na, se consideraron muertos.
Análisis estadístico
El diseño experimental fue
completamente al azar, los datos se
analizaron con el software Statistica
versión 8,0 (2007); se realizó una
ANOVA y una prueba de Tukey con un
intervalo de conanza de α=0,05. La
mortalidad de los insectos de campo
(9,5%) y cría susceptible (3,1%) con la
aplicación de acetona, se utilizó para
obtener la mortalidad corregida de
cada uno de los insecticidas aplicando
la fórmula de Abbott (1925). El nivel
máximo de mortalidad aceptable en el
testigo sin insecticida es 12% (Finney,
1971).
Resultados y discusión
El análisis de varianza mostró
diferencia estadística (p<0,0001)
entre tratamientos, la prueba de
medias de Tukey (α=0,05) indicó que
existe diferencia en la mortalidad
entre los insectos de invernadero
(testigo susceptible) y los de campo
con el dimetoato y el clorpirifos, pero
no entre los dos insecticidas con los
insectos de campo (p≤0,99) (Cuadro
show movement when stimulated with
a ne-tipped brush were considered
dead.
Statistical Analysis
The experimental design was
completely randomized, the data were
analyzed with the Statistica software
version 8.0 (2007); an ANOVA and a
Tukey test with a condence interval
of α=0.05 was performed. The
mortality of the eld insects (9.5%)
and susceptible brood (3.1%) with the
application of acetone was used to
obtain the corrected mortality of each
of the insecticides by applying
the
Abbott formula (1925). The maximum
level of acceptable mortality in the
control without insecticide is 12%
(Finney, 1971).
Results and discussion
The analysis of variance showed
statistical difference (p<0.0001)
between treatments, Tukey’s mean
test (α=0.05) indicated that there is
a difference in the mortality among
the greenhouse insects (susceptible
control) and those from the eld
with dimethoate and chlorpyrifos,
but not between the two insecticides
with eld insects (p≤0.99) (Table
2). The adults of D. citri showed
susceptibility very similar in the
orchards with both insecticides, the
mode of action of organophosphates
in the insect has repercussions on the
nervous and muscular system, with a
tendency for rapid action, which is the
reason why it generates an alarming
percentage of loss of susceptibility
and generation of resistance (IRAC,
2020).
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2). Los adultos de D. citri mostraron
una susceptibilidad muy similar en
las huertas con ambos insecticidas, el
modo de acción de los organofosforados
en el insecto repercute en el sistema
nervioso y muscular, con tendencia a
una acción rápida, es la razón por la
que genera un alarmante porcentaje
de perdida de susceptibilidad y
generación de resistencia (IRAC,
2020).
Cuadro 2. Prueba de medias de Tukey para la mortalidad de D. citri de
poblaciones de campo y el testigo susceptible con dimetoato y
clorpirifos.
Table 2. Tukey’s mean test for D. citri mortality of field populations and
the control susceptible to dimethoate and chlorpyrifos.
Colonia/Insecticida Media Colonia/Insecticida Probabilidad
Susceptible/dimetoato 99,2 Susceptible/clorpirifos 0,99
Susceptible/dimetoato 99,2 Campo/dimetoato 0,000008
Susceptible/clorpirifos 98,8 Campo/dimetoato 0,000008
Susceptible/clorpirifos 98,8 Campo/clorpirifos 0,000008
Campo/dimetoato 85,2 Campo/clorpirifos 0,99
Campo/clorpirifos 85 Susceptible/dimetoato 0,000008
Mortalidad con dimetoato
El promedio de la mortalidad del
dimetoato fue de 85%, en contraste
la cría susceptible presentó un 99,2%
de mortalidad, esto muestra una
diferencia de un 14% (p≤0,000008).
El mayor porcentaje de mortalidad
de D. citri fue de 92% en la huerta
número 2 y las huertas con menor
porcentaje de mortalidad fueron la
20 y 23, con una mortalidad de 73 y
78%, respectivamente (Figura 1).
Estos datos corroboran la prevalencia
de la resistencia en generaciones
actuales de D. citri por el manejo de
insecticidas organofosforados de años
Mortality with dimethoate
The mortality average of
dimethoate was 85%, in contrast the
susceptible brood presented 99.2% of
mortality, and this shows a difference
of 14% (p≤0.000008). The highest
percentage of D. citri mortality was
92% in the orchard number 2, and the
orchards with the lowest percentage
of mortality were 20 and 23, with a
mortality of 73 and 78%, respectively
(Figure 1). These data corroborate
the prevalence of the resistance in
current generations of D. citri due to
the management of organophosphate
insecticides from previous years. The
dimethoate was used in Mexico for
the control of sucking insects several
decades ago (Hernández-Fuentes et al.,
2012), because it was recommended
in technical brochures by the Federal
Government. There it was emphasized
that dimethoate only had to be applied
once a year and not overuse the doses,
in order to prevent the generation of
resistant insects (Córtez-Mondaca et
al., 2010; Díaz-Zorrilla et al., 2011).
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anteriores. El dimetoato fue utilizado
en México para el control de insectos
chupadores ya hace varias décadas
(Hernández-Fuentes et al., 2012),
porque fue recomendado en folletos
técnicos por el Gobierno Federal.
Allí se destacaba que el dimetoato
solo se tenía que aplicar una vez por
año y no abusar de las dosis, para
prevenir la generación de insectos
resistentes (Córtez-Mondaca et al.,
2010; Díaz-Zorrilla et al., 2011).
El dimetoato degrada una enzima
importante del sistema nervioso del
insecto (acetilcolinesterasa) de modo
que puede crear resistencia cruzada
con insecticidas que comparten el
mecanismo de acción, esto es común
entre compuestos organofosforados
y carbamatos resultando en una
resistencia cruzada (Tiwari et al.,
2012).
García-Méndez et al. (2019)
reportaron un promedio del 79,72%
de mortalidad en adultos de D. citri
en zonas de Martínez de la Torre,
Veracruz para dimetoato, este dato
es cercano al obtenido en este estudio
(85%), por lo que podemos deducir que
generaciones de D. citri de la zona aún
mantienen niveles de tolerancia a éstos
insecticidas.
Mortalidad con clorpirifos
El promedio de mortalidad de
D. citri para clorpirifos fue igual al
dimetoato con un 85%, la mortalidad
varió de 77% al 95%. La cría susceptible
presentó un 98,8% de mortalidad, la
diferencia con los insectos de campo
fue de 13,8% (p≤0,000008) (Figura 2).
Aunque en una huerta se observó la
mortalidad mínima esperada del 95%,
el promedio general fue bajo, esto indica
Dimethoate degrades an important
enzyme of the insect nervous system
(acetylcholinesterase) so that it
can create cross-resistance with
insecticides that share the mechanism
of action; this is common between
organophosphorus compounds and
carbamates resulting in cross-
resistance (Tiwari et al., 2012).
García-Méndez et al. (2019)
reported a mortality average of 79.72%
in adults of D. citri in zones of Martinez
de la Torre, Veracruz for dimethoate,
this data is close to that obtained in
this study (85%), and therefore we can
deduce that the generations of D. citri
of the area still maintain the tolerance
levels to these insecticides.
Chlorpyrifos mortality
The mortality average of D. citri for
chlorpyrifos was equal to dimethoate
at 85%, mortality ranged from 77% to
95%. The susceptible brood presented
98.8% of mortality, the difference
with the eld insects that was 13.8%
(p≤0.000008) (Figure 2). Although
the minimum expected mortality of
95% was observed in one orchard, the
overall average was low; this indicates
a natural variability in the insect. The
resistance of D. citri to chlorpyrifos
and dimethoate has been reported
since 2013 in orchards in Florida,
United States and Pakistan (Tiwari
et al., 2013; Naeem et al., 2016), due
to it was a widely used product for
the control of D. citri. In Mexico the
constant use of this toxicological group
is totally linked to the development
of resistant populations as has been
demonstrated in the central zone of
Veracruz and the state of Michoacán
(Vázquez-García et al., 2013; García-
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una variabilidad natural en el insecto.
La resistencia de D. citri a clorpirifos y
dimetoato se ha reportado desde el año
2013 en huertas de Florida, Estados
Unidos y Pakistán (Tiwari et al., 2013;
Naeem et al., 2016), ya que fue un
producto muy utilizado para el control
de D. citri. En México el uso constante de
este grupo toxicológico está totalmente
ligado al desarrollo de poblaciones
resistentes como se ha demostrado en
la zona centro de Veracruz y del estado
de Michoacán (Vázquez-García et al.,
2013; García-Méndez et al., 2016). Los
insecticidas del grupo toxicológico de
organofosforados son los más utilizados
en la citricultura por ser fáciles de
conseguir, baratos y recomendados por
las casas productoras por su ecacia
(Means, 2013).
Figura 1. Porcentaje de mortalidad de dimetoato en poblaciones de D.
citri en 30 huertas ubicadas en la zona centro del estado de
Veracruz. CS=Cría susceptible.
Figure 1. Percentage of dimethoate mortality in populations of D. citri in
30 orchards located in the central zone of the state of Veracruz.
CS=Susceptible brood.
Méndez et al., 2016). Insecticides of
the organophosphate toxicological
group are the most widely used in
citriculture because they are easy to
obtain, cheap and recommended by
company for their efcacy (Means,
2013).
In Martinez de la Torre, the
mortality in nymphs of D. citri
was monitored in different years,
resulting in resistance to two types
of synthetic insecticides of the
organophosphate group: chlorpyrifos
and dimethoate (García-Méndez et
al., 2016; 2019). In a similar study
in Martinez de la Torre and Álamo,
loss of susceptibility in adults of D.
citri to chlorpyrifos and dimethoate
was reported (Osorio-Acosta et al.,
2018), subsequently the resistance
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En Martínez de la Torre se
monitoreó la mortalidad en ninfas
de D. citri en diferentes años dando
como resultado la resistencia a dos
tipos de insecticidas sintéticos del
grupo de organofosforados: clorpirifos
y dimetoato (García-Méndez et al.,
2016; 2019). En un estudio similar
en Martínez de la Torre y Álamo se
reportó perdida de susceptibilidad
en adultos de D. citri a clorpirifos
y dimetoato (Osorio-Acosta et al.,
2018), posteriormente se conrmó la
resistencia a clorpirifos en el estado
de Veracruz (Villanueva-Jiménez
et al., 2019); por lo cual se puede
inferir que las poblaciones D. citri
de campo siguen mostrando poca
susceptibilidad al grupo toxicológico
de organofosforados después de cuatro
años.
Figura 2. Porcentaje de mortalidad de clorpirifos en poblaciones de D.
citri en 30 huertas ubicadas en la zona centro del estado de
Veracruz. CS=Cría susceptible.
Figure 2. Mortality percentage of chlorpyrifos in populations of D.
citri in 30 orchards located in the central zone of the state of
Veracruz. CS=Susceptible brood.
to chlorpyrifos was conrmed in
the state of Veracruz (Villanueva-
Jiménez et al., 2019); therefore, it
can be inferred that the eld D. citri
populations continue to show the
low susceptibility to the toxicological
group of organophosphates after four
years.
I
t is well established that the
resistance does not evolve at the same
rate in all the species or populations.
The resistance can develop rapidly
in some populations and slowly in
others (Georghiou, 1994). The constant
application of synthetic insecticides
in the citrus-growing area of the state
of Veracruz, has led to decrease the
effectiveness of different toxicological
groups, such as with organophosphates
which share the resistance mechanism
P450 cytohrome of cytohrome and
899
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Está bien establecido que la
resistencia no evoluciona al mismo ritmo
en todas las especies o poblaciones.
La resistencia puede desarrollarse
rápidamente en algunas poblaciones y
lentamente en otras (Georghiou, 1994).
La aplicación constante de insecticidas
sintéticos en la zona citrícola del
estado de Veracruz, ha llevado a
disminuir la efectividad de distintos
grupos toxicológicos, como con los
organofosforados los cuales comparten
con los carbamatos el mecanismo de
resistencia del citocromo P450 del
citocromo y glutatión-S-transferasas
(GTS) (Ortega et al., 1998; Tiwari et al.,
2011).
Conocer la susceptibilidad que
tiene el insecto vector a diferentes
insecticidas, sirve como base en la toma
de decisiones para buen manejo de
insecticidas sintéticos, el control de la
plaga y así evitar la resistencia cruzada,
garantizando la efectividad del producto
que se aplique, ya sea de base sintética
o natural.
Conclusiones
La mortalidad promedio de D. citri
obtenida con el dimetoato y clorpirifos
fue baja considerando que fue una
aplicación tópica a una DL
95
, por lo que
se puede considerar que la población de
campo estudiada presenta cierto nivel de
resistencia; comparado con la colonia de
invernadero (susceptible) que presentó
una mortalidad cercana al 100% para
las mismas dosis de insecticidas. Existen
diferentes niveles de susceptibilidad
de D. citri en el área de estudio, esto
queda evidenciado por las diferencias
en mortalidad en las diferentes huertas.
glutathione-S-transferases (GTS) with
carbamates (Ortega et al., 1998; Tiwari
et al., 2011).
Knowing the susceptibility of the
vector insect to different insecticides
serves as a basis for decision making
for good management of synthetic
insecticides, pest control and thus
avoiding cross-resistance, ensuring the
effectiveness of the product applied,
either synthetic or natural based.
Conclusions
The average mortality obtained
of D. citri with the dimethoate and
chlorpyrifos was low, considering that
it was a topical application at a DL
95
,
therefore, it can be considered that
the eld population studied presents
a certain resistance level; compared to
the greenhouse colony (susceptible) that
presented a mortality close to 100% for
the same doses of insecticides. There
are different levels of susceptibility
of D. citri in the area under study;
this is evidenced by the differences
in mortality of the different orchards.
The level of susceptibility of D. citri
to organophosphates can affect the
new products with the same mode of
action, so these values can be used
as
reference for future studies about loss
of susceptibility.
El nivel de susceptibilidad de D. citri
a los organofosforados puede afectar a
nuevos productos con el mismo modo
de acción, así que estos valores pueden
ser utilizados como referencia para
estudios posteriores de perdida de
susceptibilidad.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.09 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido:18-12-2020 . Aceptado: 24-03-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: ing.fercarballo@gmail.com
Nota técnica / Technical note
Crecimiento de cuatro tipos de Capsicum spp. en
sustratos bajo ambiente protegido
Growth of four types of Capsicum spp. in substrates
under a protected environment
Crescimento de quatro tipos de Capsicum spp. em
substratos sob ambiente protegido
Francisco Higinio Ruiz-Espinoza
1
, Juan Carlos Rodríguez-
Ortiz
2
, Félix Alfredo Beltrán-Morales
1
y Fernando de Jesús
Carballo-Méndez
1
*
1
Universidad Autónoma de Baja California Sur, Departamento Académico de Agronomía.
La Paz, Baja California Sur. México. Correos electrónicos: (FHR) fruiz@uabcs.mx ; (FAB)
abeltran@uabcs.mx ; (FJC) ing.fercarballo@gmail.com .
2
Universidad Autónoma de
San Luis Potosí, Facultad de Agronomía y Veterinaria. Soledad de Graciano Sánchez,
San Luis Potosí. México. Correo electrónico: juancarlos.rodriguez@uaslp.mx .
Resumen
El crecimiento de las plantas depende de las condiciones ambientales,
condiciones de manejo y de suelo, es por ello que en esta investigación se planteó
evaluar el crecimiento de chiles en sustrato a base de arena, bajo ambiente
protegido. Los tratamientos evaluados fueron: 1) suelo (testigo), 2) arena, 3)
arena-perlita (4:1) y 4) arena-perlita (1,5:1), los cuales se establecieron bajo
un diseño completamente al azar con seis repeticiones. Las especies utilizadas
fueron Capsicum annuum L. tipos húngaro, serrano y jalapeño, y Capsicum
pubescens Ruiz & Pav. tipo manzano. Las mezclas de arena-perlita beneciaron el
crecimiento de los chiles, respecto al suelo y arena. Por lo anterior, las mezclas de
arena-perlita deben ser consideradas como una alternativa para producir chiles
en contenedor.
Palabras clave: arena, Capsicum annuum L., Capsicum pubescens Ruiz & Pav.,
perlita.
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Ruiz-Espinoza et al. ISSN 2477-9407
Abstract
Plant growth depends on environmental conditions, management conditions
and soil conditions, which is why in this research we evaluated the growth of chili
peppers in a sand-based substrate, under a protected environment. The treatments
evaluated were: 1) soil (control), 2) sand, 3) sand-perlite (4:1) and 4) sand-perlite
(1.5:1), which were established under a completely randomized design with six
replications. The species used were Capsicum annuum L. Hungarian, serrano
and jalapeño types, and Capsicum pubescens Ruiz & Pav. apple type. The sand-
perlite mixtures beneted the growth of the chili peppers, with respect to soil and
sand. Therefore, sand-perlite mixtures should be considered as an alternative to
produce chili peppers in containers.
Keywords: Capsicum annuum L., Capsicum pubescens Ruiz & Pav., perlite, sand.
Resumo
O crescimento das plantas depende das condições ambientais, de gestão e
das condições do solo, razão pela qual nesta investigação foi proposto avaliar o
crescimento da pimenta em substrato à base de areia, sob ambiente protegido.
Os tratamentos avaliados foram: 1) solo (controle), 2) areia, 3) areia-perlita (4:
1) e 4) areia-perlita (1,5: 1), os quais foram estabelecidos sob um delineamento
inteiramente casualizado com seis repetições. As espécies utilizadas foram
Capsicum annuum L. Hungarian, tipos serrano e jalapeño, e Capsicum pubescens
Ruiz & Pav. tipo de macieira. As misturas de areia-perlite beneciaram o
crescimento da malagueta, no que diz respeito ao solo e à areia. Portanto, as
misturas de areia-perlite devem ser consideradas como uma alternativa para
produzir pimentas em recipientes
Palavras-chave: areia, Capsicum annuum L., Capsicum pubescens Ruiz & Pav.,
perlite.
Introducción
El chile es uno de los cultivos de
mayor importancia a nivel mundial.
México es considerado como el centro
de domesticación debido a la evidencia
que data de miles de años y a que existe
gran diversidad de chiles; dentro del
género Capsicum existen diversas
especies de interés económico, como
lo son C. annuum donde sobresalen
los tipos jalapeño y serrano, y C.
Introduction
Chili is one of the most important
crops worldwide. Mexico is considered
the center of domestication due to the
evidence dating back thousands of
years and the great diversity of chili
peppers; Within the genus Capsicum
there are various species of economic
interest, such as C. annuum where
the jalapeño and serrano types stand
out, and C. pubescens where the apple
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pubescens donde sobresale el tipo
manzano (García-Gaytán et al., 2017).
Actualmente existe una transición
de sistemas de producción de campo
abierto a sistemas protegidos como
lo son invernadero, malla sombra
o túnel, los cuales se asocian a la
utilización de sustratos debido a
diversos problemas que enfrenta el
suelo, como la salinidad, desbalances
iónicos, dispersión de suelo por exceso
de sodio, problemas de compactación,
además de que en el suelo se pueden
encontrar agentes patógenos y
sustancias químicas contaminantes
(Kopittke et al., 2019). En los sistemas
de producción en ambiente protegido
comúnmente se utilizan sustratos
homogéneos, sin embargo, en
pequeños sistemas puede ser factible
la mezcla de materiales para obtener
sustratos ecientes y económicos para
la producción de diferentes especies
(Hasan et al., 2014). La creciente
necesidad de encontrar técnicas que
contribuyan al uso eciente del agua
y nutrimentos ha llevado al estudio
de nuevos materiales, de manera
individual y en mezclas, para su uso
como sustratos hortícolas (Othman et
al., 2019). Los materiales utilizados
en la producción de cultivos deben de
cumplir con al menos tres funciones:
proveer agua y aireación a la raíz,
permitir el máximo crecimiento
de las raíces y dar soporte a las
plantas (Olle et al., 2012). Algunos
materiales usados como sustratos son
arena, grava, perlita, piedra pómez,
piedra volcánica, lana de roca, por
mencionar algunos; cada material
tiene características especícas que
afectarán directa o indirectamente el
tree type stands out (García-Gaytán
et al., 2017). Currently there is a
transition from open eld production
systems to protected systems such as
greenhouse, shade mesh or tunnel,
which are associated with the use of
substrates due to various problems
faced by the soil, such as salinity, ionic
imbalances, dispersion of soil due to
excess sodium, compaction problems,
in addition to the fact that pathogens
and polluting chemicals can be found
in the soil (Kopittke et al., 2019). In
protected environment production
systems, homogeneous substrates
are commonly used, however, in
small systems it may be feasible
to mix materials to obtain efcient
and economical substrates for the
production of different species (Hasan
et al., 2014). The growing need to
nd techniques that contribute to the
efcient use of water and nutrients
has led to the study of new materials,
individually and in mixtures, for use
as horticultural substrates (Othman
et al., 2019). The materials used in
the production of crops must fulll
at least three functions: provide
water and aeration to the root, allow
maximum root growth and support
the plants (Olle et al., 2012). Some
materials used as substrates are sand,
gravel, perlite, pumice stone, volcanic
stone, rock wool, to name a few. Each
material has specic characteristics
that will directly or indirectly affect
the growth and development of the
plant (Ghehsareh and Kalbasi, 2012).
The various geographic regions have
endless materials that can be used
as substrates, which leads to cost
reduction and avoids contamination
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crecimiento y desarrollo de la planta
(Ghehsareh y Kalbasi, 2012). Las
diversas regiones geográcas cuentan
con un sinfín de materiales que se
pueden usar como sustratos, lo que
propicia una reducción de costos y
evita la contaminación posterior a su
uso, reduciendo el impacto ambiental
(Cruz-Crespo et al., 2014). La arena
como sustrato para la producción
hortícola ha mostrado benecios en el
manejo de los cultivos, básicamente
por la baja capacidad de intercambio
catiónico que posee y por la buena
capacidad de aireación, además,
desde el punto de vista económico la
arena es un sustrato barato, ya que se
encuentra en prácticamente todas las
regiones del planeta y, además, puede
ser reutilizado (Wang et al., 2016). La
perlita es otro sustrato utilizado ya que
favorece el crecimiento de las raíces
proporcionando un equilibrio óptimo
de humedad, con lo cual incrementa
la producción y la calidad de los frutos
(Jerca et al., 2015). Además del tipo de
sustrato, el resultado de la producción
y calidad de los productos dependerá
en gran medida del manejo que se dé
al sustrato (Olaria et al., 2016). Dado
que las características morfológicas de
las plantas de chile varían respecto al
tipo de chile, al ambiente y el manejo
agronómico de la planta, se estableció
como objetivo el evaluar el crecimiento
de cuatro tipos de chiles cultivados
en sustratos a base de arena, en
condiciones de ambiente protegido.
Materiales y métodos
El experimento se desarrolló
dentro de una estructura de madera
after use, reducing environmental
impact (Cruz-Crespo et al., 2014).
Sand as a substrate for horticultural
production has shown benets in
crop management, basically due
to its low cation exchange capacity
and its good aeration capacity, in
addition, from an economic point of
view sand is a cheap substrate, since
it is found in practically all regions
of the planet and, in addition, it can
be reused (Wang et al., 2016). Perlite
is another substrate used since it
favors root growth by providing an
optimal moisture balance, thereby
increasing the production and quality
of the fruits (Jerca et al., 2015). In
addition to the type of substrate, the
result of the production and quality
of the products will largely depend on
the management given to substrate
(Olaria et al., 2016). Given that the
morphological characteristics of chili
plants vary with respect to the type
of chili, the environment and the
agronomic management of the plant,
the objective was to evaluate the
growth of four types of chili peppers
grown in sand-based substrates, under
protected environment conditions.
Materials and methods
The experiment was developed
within a wooden structure and a
concrete oor with an area of 105 m
2
(7
m wide by 15 m long) and a height of 4
m, covered with a black mesh of 50 %
shading, located in the San Fernando
ranch, Municipality of La Paz, Baja
California Sur, Mexico, located at
coordinates 24º03’48” north latitude
and 110º24’37” west longitude, at an
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Ruiz-Espinoza et al. ISSN 2477-9407
y piso de concreto con un área de 105
m
2
(7 m de ancho por 15 m de largo) y
una altura de 4 m, cubierta con malla
negra de 50 % de sombreo, localizada
en el rancho San Fernando, Municipio
de La Paz, Baja California Sur,
México, ubicado en las coordenadas
24º03’48’’ latitud norte y 110º24’37’
longitud oeste, a una altitud de 36
msnm. La temperatura promedio
durante el experimento fue de 24±5
°C. Cuatro sustratos fueron evaluados
(Cuadro 1) en cuatro tipos de chiles:
tres tipos de Capsicum annuum L.:
húngaro, serrano y jalapeño, y un tipo
de Capsicum pubescens Ruiz & Pav.:
manzano.
Cuadro 1. Descripción de los sustratos evaluados en el experimento.
Table 1. Description of the substrate evaluated in the experiment.
Sustratos Descripción
1
Suelo (Franco-arenoso, pH 8,24, conductividad eléctrica
(CE) 1,32 dS.m
-1
; materia orgánica 0,17 %).
2 Arena (Tamaño de partículas de arena entre 0,063-2,00 mm).
3
Arena-Perlita (Relación 4:1)
(Tamaño de partículas de perlita entre 1,5-2,3 mm).
4 Arena-Perlita (Relación 1,5:1)
Los tratamientos se establecieron
bajo un diseño completamente al azar
con seis repeticiones, de las cuales se
consideraron cuatro para medición
de variables. La unidad experimental
consistió en una maceta de polietileno
de color negro con volumen de ocho
litros rellena con siete litros de sustrato,
en la cual se trasplantó una plántula de
cuatro semanas de edad. La nutrición
de las plantas se llevó a cabo mediante
la aplicación de 0,9 L.dia
-1
de la solución
nutritiva: N: 68, P: 60, K: 67, Ca: 55 y Mg:
35 mg.L
-1
, pH 5,8 y CE 2,5 dS.m
-1
. Las
altitude of 36 meters above sea level.
The average temperature during
the experiment was 24 ± 5 °C. Four
substrates were evaluated (Table 1) in
four types of chili peppers: three types
of Capsicum annuum L.: Hungarian,
Serrano and jalapeño, and one type
of Capsicum pubescens Ruiz & Pav .:
Manzano.
The treatments were established
under a completely randomized
design with six repetitions, of which
four were considered for measurement
of variables. The experimental unit
consisted of a black polyethylene pot
with a volume of eight liters lled
with seven liters of substrate, into
which a four-week-old seedling was
transplanted. The nutrition of the
plants was carried out by applying 0.9
L.day
-1
of the nutrient solution: N: 68,
P: 60, K: 67, Ca: 55 and Mg: 35 mg.L
-1
,
pH 5.8 and EC 2.5 dS.m
-1
. The variables
evaluated were stem diameter, plant
height, root dry weight and aerial part
dry weight, which were measured at
the beginning of owering, being 50
days after transplantation (ddt) for C.
annuum types and the 100 ddt for C.
pubescens. For the variables of height
and stem diameter, a exometer and
907
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variables evaluadas fueron diámetro del
tallo, altura de planta, peso seco de raíz
y peso seco de parte aérea, las cuales se
midieron al inicio de oración, siendo
a los 50 días después del trasplante
(ddt) para los tipos C. annuum y a los
100 ddt para C. pubescens. Para las
variables de altura y diámetro de tallo
se utilizó exómetro y vernier digital,
respectivamente; para determinar la
biomasa seca las muestras se secaron
en estufa de aire forzado a 60 ºC por
48 horas y se pesaron en una balanza
analítica con precisión de 0,001 g. Los
datos obtenidos fueron sometidos a
un análisis de varianza mediante el
paquete estadístico Statistical Package
for the Social Sciences (SPSS) versión
22,0 (IBM Corp, 2013). Un análisis de
contrastes ortogonales se utilizó para
evaluar tres hipótesis respecto a los
sustratos: 1) Ho: suelo = sustratos, 2) Ho:
arena = arena-perlita, y 3) Ho: arena-
perlita (4:1) = arena-perlita (1,5:1).
Resultados y discusión
El análisis de contrastes
ortogonales mostró que los materiales
evaluados provocaron diferencias
estadísticas en el crecimiento (Cuadro
2).
Las plantas de chile húngaro
cultivadas en medios diferentes al
suelo mostraron un incrementó de 17
% en el diámetro de tallo. A pesar de
que los sustratos con arena no fueron
estadísticamente diferentes, en la
mezcla 4:1 los tallos presentaron 10
% mayor diámetro que en la mezcla
1,5:1. La altura de plantas cultivadas
en sustrato con arena mostraron un
incremento de 17 % comparado con el
digital vernier were used, respectively;
To determine the dry biomass, the
samples were dried in a forced air
oven at 60 ºC for 48 hours and weighed
on an analytical balance with a
precision of 0.001 g. The data obtained
were subjected to an analysis of
variance using the statistical package
Statistical Package for the Social
Sciences (SPSS) version 22.0 (IBM
Corp, 2013). An orthogonal contrast
analysis was used to evaluate three
hypotheses regarding substrates: 1)
Ho: soil = substrates, 2) Ho: sand =
sand-perlite, and 3) Ho: sand-perlite
(4:1) = sand- pearlite (1.5:1).
Results and discussion
The orthogonal contrast analysis
showed that the evaluated materials
caused statistical differences in
growth (Table 2).
Hungarian chili plants grown in
media other than soil showed a 17 %
increase in stem diameter. Although
the substrates with sand were not
statistically different, in the 4:1
mixture the stems had 10 % greater
diameter than in the 1.5:1 mixture.
The height of plants grown in sand
substrate showed an increase of 17
% compared to the soil. The root dry
weight of plants grown in substrate
showed values higher than the soil
in 148 %; while the sand-perlite
substrates were superior to sand
by 49 %, and particularly the sand-
perlite mixture 4:1 was superior to
the 1.5:1 mixture by 78 %. In the dry
weight of the aerial part, the sand-
based materials were 58 % higher
than the soil. Although there were no
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suelo. El peso seco de raíz de plantas
cultivadas en sustrato mostró valores
superiores al suelo en 148 %; mientras
que los sustratos arena-perlita fueron
superiores a la arena en 49 %, y
particularmente la mezcla arena-
perlita 4:1 fue superior a la mezcla
1,5:1 en 78 %. En el peso seco de la
parte aérea los materiales a base de
arena fueron superiores al suelo en 58
%. A pesar de que no hubo diferencias
entre la arena y el promedio de las
mezclas arena-perlita, la mezcla 4:1
fue superior a la mezcla 1,5:1 en 37 %
(Cuadro 3).
Cuadro 2. Resultados de los contrastes ortogonales en el efecto de los
sustratos sobre el crecimiento de chiles húngaro, serrano
y jalapeño (Capsicum annuum L.), y manzano (Capsicum
pubescens Ruiz & Pav.).
Table 2. Results of orthogonal contrasts in the effect of substrates on the
growth of chili peppers: húngaro, serrano y jalapeño (Capsicum
annuum L.), y manzano (Capsicum pubescens Ruiz & Pav.).
Chile Contraste
Sustratos Variables
1 2 3 4
Diámetro
de tallo
Altura de
planta
Peso
seco
raíz
Peso seco
parte aérea
Húngaro
C1 3 -1 -1 -1 ** * ** **
C2 0 2 -1 -1 ns ns ** ns
C3 0 0 1 -1 * ns ** **
Serrano
C1 3 -1 -1 -1 * ns * ns
C2 0 2 -1 -1 ** * ns ns
C3 0 0 1 -1 * ns ns ns
Jalapeño
C1 3 -1 -1 -1 * ns ** **
C2 0 2 -1 -1 ns * * ns
C3 0 0 1 -1 ns ns * ns
Manzano
C1 3 -1 -1 -1 * ns ** **
C2 0 2 -1 -1 ns * ** ns
C3 0 0 1 -1 ns ns * ns
**= altamente signicativo p<0,01, * = signicativo p<0,05, ns= no signicativo.
**= highly signicant p<0.01, * = signicant p<0.05, ns= not signicant.
differences between the sand and the
average of the sand-perlite mixtures,
the 4:1 mixture was superior to the
1.5:1 mixture in 37 % (Table 3).
The stem diameter of serrano
plants grown in sand and sand-perlite
showed an increase of 6 % compared
to those grown in soil. Between sand
and sand-perlite mixtures, sand
outperformed mixtures by 14 %, while,
in the comparison between mixtures,
sand-perlite 4:1 was 10 % superior
to the 1.5:1 mixture. The height of
the plants grown in the sand-perlite
mixtures were higher than the sand
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El diámetro de tallo de plantas de
serrano cultivadas en arena y arena-
perlita mostraron un incremento de 6
% comparadas con las cultivadas en
suelo. Entre la arena y las mezclas
arena-perlita, la arena superó a las
mezclas en 14 %, mientras que, en
la comparación entre las mezclas, la
arena-perlita 4:1 fue superior en 10
% a la mezcla 1,5:1. La altura de las
plantas cultivadas en las mezclas
arena-perlita fueron superiores a la
arena en 16 %. El peso seco de la raíz
fue beneciado por los materiales
con arena, incrementándose en 35 %
(Cuadro 3).
Las plantas de chile jalapeño y
manzano cultivadas en materiales
con arena mostraron un incremento
del diámetro de tallo de 19 y 13 %,
respectivamente. A pesar de que
la altura de las plantas cultivadas
fue similar en todos los materiales,
las mezclas arena-perlita, en
comparación con la arena, mostraron
un incremento de 20 y 10 % en chiles
jalapeño y manzano, respectivamente.
Los materiales a base de arena
incrementaron el peso seco de raíz de
jalapeño en 153 % y manzano en 86
%; las mezclas arena-perlita fueron
superiores a la arena en 28 y 48 %,
mientras que la mezcla arena-perlita
1,5:1 fue superior a la mezcla 4:1 en
29 y 17 %, para jalapeño y manzano,
respectivamente. El peso seco de
la parte aérea de las plantas de
jalapeño mostró un incremento de 66
%, mientras que las plantas de chile
manzano mostraron un incremento
de 20 % cuando las plantas fueron
cultivadas en los tratamientos con
arena (Cuadro 3).
by 16 %. The dry weight of the root
was beneted by the materials with
sand, increasing by 35 % (Table 3).
The jalapeño pepper and apple
tree plants grown in sand materials
showed an increase in stem diameter
of 19 and 13 %, respectively. Despite
the fact that the height of the
cultivated plants was similar in all
materials, the sand-perlite mixtures,
in comparison with the sand, showed
an increase of 20 and 10 % in jalapeño
and manzano peppers, respectively.
Sand-based materials increased
jalapeño root dry weight by 153 % and
apple tree by 86 %; the sand-perlite
mixtures were superior to the sand in
28 and 48 %, while the sand-perlite
mixture 1.5:1 was superior to the 4:1
mixture in 29 and 17 %, for jalapeño
and apple tree, respectively. The
dry weight of the aerial part of the
jalapeño plants showed an increase of
66 %, while the manzano chili plants
showed an increase of 20 % when the
plants were cultivated in the sand
treatments (Table 3).
Sand-based substrates have
proven to be a viable option for
agricultural production, as shown by
sand-vermicompost mixtures (1:1, v/v)
which provided better conditions for
the growth of Hungarian chili (Moreno
-Reséndez et al., 2014), as well as the
sand-vermicompost mixture (4:1, v/v)
which beneted the growth of six
varieties of jalapeño pepper (Beltrán-
Morales et al., 2016). The greater
growth of cultivated plants in sand-
based substrates is attributed to
the fact that sand allows the growth
of roots through large pores (> 5
mm), mainly (Othman et al., 2019).
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Cuadro 3. Efecto de los sustratos en el crecimiento de chiles húngaro,
serrano y jalapeño (Capsicum annuum L.), y manzano
(Capsicum pubescens Ruiz & Pav.).
Table 3. Effect of substrates on the growth of chili peppers húngaro,
serrano y jalapeño (Capsicum annuum L.), y manzano
(Capsicum pubescens Ruiz & Pav.).
Chile Sustratos
Diámetro de
tallo (mm)
Altura de
planta (cm)
Peso seco
raíz (g)
Peso seco parte
aérea (g)
Húngaro
1) Suelo 9,000 66,167 2,110 12,143
2) Arena 10,667 75,167 3,930 17,807
3) Arena-Perlita (4:1) 11,000 76,333 7,477 23,617
4) Arena-Perlita (1,5:1) 10,000 80,167 4,197 17,247
±EE 0,279 3,681 0,431 1,297
Serrano
1) Suelo 10,333 110,667 3,610 17,903
2) Arena 12,000 89,667 4,900 12,590
3) Arena-Perlita (4:1) 11,000 107,000 5,107 19,190
4) Arena-Perlita (1,5:1) 10,000 101,333 5,147 15,343
±EE 0,211 5,660 0,527 2,007
Jalapeño
1) Suelo 10,000 94,000 3,240 14,360
2) Arena 12,000 85,000 6,917 21,450
3) Arena-Perlita (4:1) 12,333 110,000 7,760 24,380
4) Arena-Perlita (1,5:1) 11,333 94,667 9,987 25,830
±EE 0,506 5,420 0,696 1,839
Manzano
1) Suelo 9,667 76,000 8,243 22,563
2) Arena 10,500 70,333 11,653 25,690
3) Arena-Perlita (4:1) 11,333 75,667 15,870 26,723
4) Arena-Perlita (1,5:1) 10,833 78,333 18,537 28,607
±EE 0,428 2,483 0,878 1,340
Los valores representan la media de cuatro repeticiones. EE: error estándar de la media.
Values represent the mean of four replicates. EE: standard error mean.
Los sustratos a base de arena han
mostrado ser una opción viable para
la producción agrícola, tal y como lo
demuestran las mezclas de arena-
vermicomposta (1:1, v/v) la cual
brindó mejores condiciones para el
crecimiento de chile húngaro (Moreno-
Reséndez et al., 2014), así como la
Substrates with very small particles
(<1 mm), have low oxygenation which
affects a decrease in the absorption of
water and nutrients, decreasing the
growth and yield of the plants (Pire
and Pereira, 2018). In particular, the
mixture of perlite with sand allows
a balance between pore size to be
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mezcla arena-vermicomposta (4:1, v/v)
la cual beneció el crecimiento de seis
variedades de chile jalapeño (Beltrán-
Morales et al., 2016). El mayor
crecimiento de plantas cultivas en
sustratos a base de arena se atribuye a
que la arena permite el crecimiento de
las raíces a través de los poros grandes
(>5 mm), principalmente (Othman et
al., 2019). Sustratos con partículas
muy pequeñas (<1 mm), tienen baja
oxigenación lo que repercute en
una disminución en la absorción de
agua y nutrimentos, disminuyendo
el crecimiento y rendimiento de
las plantas (Pire y Pereira, 2018).
Particularmente la mezcla de perlita
con arena permite mantener un
equilibrio entre el tamaño de poros lo
que permite la retención de humedad
y la aeración, beneciando el
crecimiento de las plantas (Markoska
et al., 2018). Los resultados de esta
investigación rearman lo reportado
por los autores antes mencionados,
quienes concluyen que las mezclas
de arena con otros sustratos resultan
en mejores condiciones para el
crecimiento de las plantas.
Conclusiones
Las mezclas de arena-perlita
benecian el crecimiento de los
chiles. Particularmente para chiles
tipo húngaro y serrano la mezcla
de arena-perlita 4:1 incrementa su
crecimiento, mientras que para los
chiles tipos jalapeño y manzano la
mezcla arena-perlita 1,5:1 brinda
mejores condiciones de crecimiento.
Las mezclas arena-perlita deben ser
consideradas como una alternativa de
sustrato para la producción de chiles
en contenedor.
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nutrimental foliar y crecimiento de
maintained, which allows moisture
retention and aeration, beneting
plant growth (Markoska et al.,
2018). The results of this research
reafrm what was reported by the
aforementioned authors, who conclude
that mixtures of sand with other
substrates result in better conditions
for plant growth.
Conclusions
Sand-perlite mixtures benet the
growth of chili peppers. Particularly for
Hungarian and Serrano chili peppers,
the 4:1 sand-perlite mix increases
their growth, while for jalapeño and
apple chili peppers the 1.5:1 sand-
perlite mix provides better growing
conditions. Sand-perlite mixtures
should be considered as a substrate
alternative for the production of chili
peppers in containers.
End of English Version
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.10 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido: 04-04-2021 . Aceptado: 08-06-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico:
mrojas@uabcs.mx
Bacterias con actividad antifúngica asociadas a
Ocimum basilicum L.
Ocimum basilicum L. associated bacteria with
antifungal activity
Ocimum basilicum L. bactérias associadas com atividade
antifúngica
Pablo Misael Arce-Amezquita
1
, Mirella Romero-Bastidas
2
y
Maurilia
Rojas-Contreras
3
*
Departamento Académico de Agronomía, Universidad Autónoma de Baja California Sur.
Carretera al sur km 5.5, Col. El Mezquitito. 23080, La Paz, Baja California Sur. México.
Correo electrónico: (PA) parce@uabcs.mx, , (MR) miromero@uabcs.mx, , (MRC)
mrojas@uabcs.mx, .
Resumen
La presencia de patógenos, como hongos, es una de las causas más importantes
de pérdida de cultivos de albahaca en todo el mundo; sin embargo, muchos
microorganismos tienen un papel crucial en el desarrollo de las plantas, incluida la
protección contra los patógenos. En el presente estudio, se aislaron, cuanticaron y
preservaron las bacterias predominantes asociadas a albahaca. La caracterización
de las bacterias aisladas mostró 165 cepas Gram positivas, 152 con morfología bacilar
y 13 con cocoide. Posteriormente, se realizaron ensayos de antagonismo in vitro,
primero en contra Aspergillus spp. y posteriormente en contra de Neoscytalidium
dimidiatum, Alternaria, spp. y Aspergillus spp. Finalmente, ensayos para evaluar
el efecto de las bacterias aisladas sobre la germinación de semillas y las primeras
etapas de desarrollo de albahaca fueron llevados cabo. Las plantas de albahaca
muestreadas, producidas alrededor de La Paz, Baja California Sur, México, fueron
colonizadas por bacterias antagonistas conocidas del género Bacillus. Las cepas
de Bacillus amyloliquefaciens fueron las que presentaron de forma predominante
la actividad antifúngica. Además, las cepas ALMH42, ALMR73 y ALAH91 no
mostraron ningún efecto deletéreo sobre el desarrollo de las plántulas de albahaca.
La exploración del potencial biotecnológico de estas cepas aisladas de plantas sanas
de albahaca es de gran interés para futuras aplicaciones en este y otros cultivos.
914
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Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2021, 38(4): 913-933. Octubre-Diciembre.
Arce-Amezquita et al. ISSN 2477-9407
Palabras clave: Bacillus spp., albahaca, Aspergillus spp., Neoscytalidium
dimidiatum, Alternaria spp., bacteria antifúngica.
Abstract
The presence of pathogens, like fungi, is one of the most important causes of basil
crop loss around the world; however, many microorganisms have a crucial role on
plant development including protection against pathogenic ones. In the present study,
basil associated bacteria were isolated, quantied and preserved. Characterization of
isolated bacteria showed 165 Gram positive strains, 152 with bacillary and 13 with
coccoid morphology. Later, in vitro antagonism assays were performed, rst against
Aspergillus spp. and then against Neoscytalidium dimidiatum, Alternaria spp. and
Aspergillus spp. Finally, the effect of the isolated bacteria on basil seed germination
and rst stages of development were carried out. Sampled basil plants, produced
around La Paz, Baja California Sur, Mexico, were colonized by known antagonistic
bacteria of the Bacillus genus. Bacillus amyloliquefaciens strains were the prevailing
species with antifungal activity. Moreover, strains ALMH42, ALMR73 and ALAH91
did not show any deleterious effect on basil seedling development. Biotechnological
potential exploration of these isolated strains from healthy basil plants is of great
interest for future applications on this and other crops.
Keywords: Bacillus spp., basil, Aspergillus spp., Neoscytalidium dimidiatum,
Alternaria spp., antifungal bacteria.
Resumo
A presença de patógenos, como fungos, é uma das causas mais importantes de
perda de lavouras de manjericão em todo o mundo; entretanto, muitos microrganismos
desempenham um papel crucial no desenvolvimento das plantas, incluindo proteção
contra patógenos. No presente estudo, as bactérias associadas ao manjericão
predominantes foram isoladas, quanticadas e preservadas. A caracterização das
bactérias isoladas mostrou 165 cepas Gram positivas, 152 com morfologia bacilar
e 13 com cocóide. Posteriormente, foram realizados testes de antagonismo in vitro,
primeiro contra Aspergillus spp. e mais tarde contra Neoscytalidium dimidiatum,
Alternaria, spp. e Aspergillus spp. Por m, foram realizados ensaios para avaliar o
efeito das bactérias isoladas na germinação das sementes e nos estágios iniciais do
desenvolvimento do manjericão. As plantas de manjericão amostradas, produzidas
em torno de La Paz, Baja California Sur, México, foram colonizadas por bactérias
antagonistas conhecidas do gênero Bacillus. As cepas de Bacillus amyloliquefaciens
foram aquelas que exibiram predominantemente atividade antifúngica. Além
disso, as cepas ALMH42, ALMR73 e ALAH91 não apresentaram efeito deletério no
desenvolvimento de mudas de manjericão. A exploração do potencial biotecnológico
dessas cepas isoladas de plantas saudáveis de manjericão é de grande interesse para
futuras aplicações nesta e em outras culturas.
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Palavras-chave: Bacillus spp., Manjericão, Aspergillus spp., Neoscytalidium
dimidiatum, Alternaria spp., Bactéria antifúngica.
Introducción
La sanidad y productividad de las
plantas están relacionadas con su
microbiota, dominada principalmente
por bacterias y hongos (Purahong et
al., 2018). Las interacciones entre
plantas y microorganismos han estado
presentes durante mucho tiempo en la
evolución, ya que los microorganismos
han ayudado a las plantas a lidiar
con la falta de nutrientes, condiciones
estresantes y patógenos (Smith et
al., 2015). El estudio de las bacterias
asociadas a las plantas, su potencial
antagonista en el control de patógenos
y su efecto como promotores del
crecimiento comprende la acción de
varios géneros y especies de bacterias
que pueden aislarse de la supercie de
los tejidos vegetales u obtenerse del
interior de la planta (Daungfu et al.,
2019). En México y en muchas otras
partes del mundo, la albahaca (Ocimum
basilicum L., Fam. Lamiaceae) es
una hierba aromática de importancia
económica. En Baja California Sur,
México, la producción de albahaca
dulce fue de aproximadamente 1.685
toneladas al nal del ciclo 2019 (SIAP
2019). La variedad Nuffar fue la
principal albahaca dulce cultivada en
el estado. Esta planta se utiliza en la
industria alimentaria y en la medicina
tradicional (Gilardi et al., 2013). Las
plantas de albahaca albergan una
microbiota distintiva responsable del
crecimiento, la calidad y la salud a
través del metabolismo microbiano y
las interacciones con el hospedador
Introduction
Plant’s health and productivity
have been linked to their microbiota
dominated mainly by bacteria
and fungi (Purahong et al., 2018).
Interactions between plants and
microorganism have been present
for a long time in evolution, since
microorganisms have helped plants to
deal with lack of nutrients, stressful
conditions, and pathogens (Smith et al.,
2015). The study of plant-associated
bacteria, their antagonistic potential
in control of pathogens and their effect
as growth promoters comprise the
action of several genera and species of
bacteria that can be isolated from the
surface of plant tissues or obtained
from within the plant (Daungfu et
al., 2019). In Mexico, and many other
parts of the world, basil (Ocimum
basilicum L., Fam. Lamiaceae) is
an economically important aromatic
herb. In Baja California Sur, Mexico,
production of sweet basil was
approximately 1,685 tons at the end
of 2019 cycle (SIAP 2019). Nuffar
variety was the main sweet basil
grown in the state. This plant is used
in the food industry and in traditional
medicine (Gilardi et al., 2013). Basil
plants shelter a distinctive microbiota
responsible for growth, quality and
health via microbial metabolism
and host interactions (Adamović
et al., 2015). However, successive
cultivation in the same soil for a
long time is known to be associated
with changes in physicochemical
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(Adamović et al., 2015). Sin embargo,
se sabe que el cultivo sucesivo en
el mismo suelo durante mucho
tiempo está asociado con cambios en
las propiedades sicoquímicas del
suelo, lo que a su vez, proporciona
condiciones que causan enfermedades
por patógenos, lo que lleva a pérdidas
devastadoras de rendimiento. En
este estudio, el objetivo fue aislar
e identicar bacterias asociadas a
plantas sanas de albahaca de cultivos
alrededor de La Paz, Baja California
Sur, México, con la capacidad de
inhibir el desarrollo de hongos
patógenos sin afectar el desarrollo de
las plántulas.
Materiales y métodos
Material vegetal y sitio
experimental
Se tomaron muestras de plantas de
albahaca de cultivos con condiciones
agroecológicas similares dentro
del área de La Paz, B.C.S. México.
Se seleccionaron aleatoriamente
por cultivo tres plantas adultas de
albahaca, listas para la cosecha,
aparentemente sanas, con partes
aéreas intactas (hojas normales sin
manchas ni alteraciones de color),
tallos sin deformaciones, separadas
al menos 50 metros entre sí. Las
ubicaciones de los cultivos fueron:
Pescadero (Pradera Escolar 23°
21´56”N, 110°10´27”O y Las Maravillas
23°21´43”N, 110°11´18”O), Todos
Santos (Sueño Tropical 23°31´29”N,
110°17´15”O) y Los Planes (Cesar
Cárdenas, 23°57´11”N, 109°55´50”O).
La raíz, el tallo y las hojas de cada
planta se separaron y se colocaron
properties of the ground, which in
turn, provides conditions that cause
diseases by pathogens, leading to
devastating yield losses. In this
study, the objective was to isolate and
identify bacteria associated to healthy
basil plants from crops around La
Paz, Baja California Sur, Mexico,
with the ability to inhibit pathogenic
fungi development without affecting
seedling development.
Material and methods
Plant material and
experimental site
Samples of basil plants were
taken from crops with similar
agroecological conditions within the
area of La Paz, B.C.S. México. Three
adult basil plants, ready for harvest,
apparently healthy, with intact aerial
parts (normal leaves without spots
or color alterations), stems without
deformations, separated at least 50
meters one from each other, were
randomly selected per crop. The crop
locations were: Pescadero (Pradera
Escolar 23°21´56”N, 110°10´27”W
and Las Maravillas 23°21´43”N,
110°11´18”W), Todos Santos (Sueño
Tropical 23°31´29”N, 110°17´15”W)
and Los Planes (Cesar Cárdenas,
23°57´11”N, 109°55´50”W). Root,
stem and leaves of each plant were
separated and placed in sterile
plastic bags. Later, the samples were
transported to the Laboratory where
the microbiological analysis was
carried out.
Isolation of bacteria
To isolate predominant bacteria,
two culture media were used. Standard
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en bolsas de plástico estériles.
Posteriormente, las muestras fueron
transportadas al Laboratorio donde se
realizó el análisis microbiológico.
Aislamiento de bacterias
Para aislar las bacterias
predominantes, se utilizaron dos
medios de cultivo. Se utilizó agar para
métodos estándar o agar de recuento
en placa (SMA, DIFCO) para aislar
las bacterias y se utilizó agar de Man
Rogosa y Sharp (MRS, DIFCO) para
aislar las bacterias del ácido láctico.
Brevemente, se colocaron 10 g de
raíz, tallo u hojas en 90 ml de solución
salina tampón fosfato (PBS) (NaCl
145 mM, KH
2
PO
4
2,87 mM y K
2
HPO
4
6,95 mM, pH 7,2) y se trituraron
con un homogeneizador de tejidos
(Ultra-Turrax T25, Janke & Kunkel)
hasta obtener una suspensión. Se
prepararon diluciones en serie y luego
se extendieron 100 µl de cada dilución
en placas de Petri duplicadas que
contenían: SMA y MRS, las placas se
incubaron a 35 °C durante 24 h. Las
bacterias de colonias predominantes
y morfológicamente diferentes se
cruzaron y puricaron en placas que
contenían el mismo medio que la
placa en la que crecieron primero. Las
bacterias se caracterizaron mediante
tinción de Gram y morfología celular
bajo un microscopio de contraste de
fase (Nikon Eclipse E-600), luego se
inocularon en caldo de soya tríptico
(TSB, DIFCO), se incubaron durante
la noche a la temperatura anterior y
se conservaron con glicerol al 50 % a
-80 ºC. (Goldman y Green 2009). Las
bacterias aisladas se etiquetaron de
la siguiente manera: las dos primeras
letras corresponden a la planta
methods agar or plate count agar
(SMA, DIFCO) was used to isolate
bacteria and de Man Rogosa and
Sharp agar (MRS, DIFCO) was used
to isolate lactic acid bacteria. Briey,
10 g of root, stem or leaves were
placed into 90 mL of phosphate buffer
saline (PBS) (145 mM NaCl, 2.87
mM KH
2
PO
4
and 6.95 mM K
2
HPO
4
,
pH 7.2) and triturated with a tissue
homogenizer (Ultra-Turrax T25,
Janke & Kunkel) until a suspension
was obtained. Serial dilutions were
prepared and then 100 µL of each
dilution was spread on duplicated
Petri dishes containing: SMA and
MRS, the plates were incubated at 35
°C for 24 h. Bacteria from predominant
and morphologically different colonies
were cross streaked and puried onto
plates containing the same media
as the plate they grew rst. Bacteria
were characterized by Gram staining
and cell morphology under a phase
contrast microscope (Nikon Eclipse
E-600), then inoculated in Tryptic Soy
Broth (TSB, DIFCO) and incubated
overnight at the above temperature
and preserved with 50 % glycerol at
-80 ºC (Goldman and Green 2009).
The isolated bacteria were labeled as
follows: rst two letters correspond
to the investigated plant, in this case
AL for basil; third letter corresponds
to culture media they were isolated
from, A for standard methods agar
and M for de Man Rogosa and Sharpe
medium. Fourth letter corresponds to
the part of the plant sampled: R for
root, T for stem and H for leaves. First
number corresponds to the sampling
area: 1-3 corresponds to Pescadero,
4-6 corresponds to Los Planes and 7-9
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investigada, en este caso AL para
albahaca; La tercera letra corresponde
al medio de cultivo del que se aislaron,
A para los métodos estándar de agar
y M para el medio de Man Rogosa y
Sharpe. La cuarta letra corresponde
a la parte de la planta muestreada:
R para raíz, T para tallo y H para
hojas. El primer número corresponde
al área de muestreo: 1-3 corresponde
a Pescadero, 4-6 corresponde a Los
Planes y 7-9 corresponde a Todos
Santos. Finalmente, el último número
corresponde a la colonia aislada.
Hongos modelo utilizados en
ensayo antagonista
Los hongos utilizados en este estudio
fueron Aspergillus spp., Alternaria
spp. y Hendersonula spp. actualmente
identicado como Neoscytalidium
dimidiatum. Aspergillus spp.
proviene de un cultivo monospórico
aislado de suelo y caracterizado por
su morfología colonial (macroscópica)
y celular (microscópica) según
claves taxonómicas generales en el
Laboratorio de Ciencia y Tecnología de
Alimentos de esta Universidad. Este
hongo se utilizó en esta investigación
como modelo para realizar el primer
cribado de bacterias con capacidad
antagonista. Alternaria spp. y N.
dimidiatum también provienen de
un cultivo monospórico y fueron
previamente aislados de Ocimum
basilicum L. y Ficus benjamina
respectivamente (Hernández-Montiel
et al., 2018). Estos hongos se utilizaron
como modelo para importantes
patógenos vegetales en esta región.
Ensayo antifúngico cualitativo
La actividad antifúngica se
detectó mediante una metodología
corresponds to Todos Santos. Finally,
the last number corresponds to the
isolated colony.
Model Fungi used in
antagonistic assay
The fungi used in this study were
Aspergillus spp., Alternaria spp.
and Hendersonula spp. currently
identied as Neoscytalidium
dimidiatum. Aspergillus spp. comes
from a monosporic culture isolated
from soil and characterized by its
colonial (macroscopic) and cellular
(microscopic) morphology according
to general taxonomic keys in the
Laboratorio de Ciencia y Tecnología
de Alimentos at this University. This
fungus was used in this research as a
model to carry out the rst screening
of bacteria with antagonistic capacity.
Alternaria spp. and N. dimidiatum
also come from a monosporic culture
and were previously isolated from
Ocimum basilicum L. and Ficus
benjamina respectively (Hernández-
Montiel et al., 2018). These fungi were
used as a model for important plant
pathogens in this region.
Qualitative antifungal assay
The antifungal activity was
detected using a methodology
developed by our research group.
The confrontation assays against
Aspergillus spp. were carried out in
a method previously described (Joo et
al., 2015), modied with dual culture
plates containing a mixture of TSA
and PDA at 1:1 ratio. The isolated and
puried bacteria were inoculated at
1 % in TSB and incubated overnight
at 30 ºC, then 10 µL drop of the
suspension was placed on each Petri
dish at 15 mm away from the edge.
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desarrollada por nuestro grupo
de investigación. Los ensayos de
confrontación contra Aspergillus spp.
se llevaron a cabo mediante un método
previamente descrito (Joo et al., 2015),
modicado con placas de cultivo dual
conteniendo una mezcla de TSA y
PDA en proporción 1: 1. Las bacterias
aisladas y puricadas se inocularon al
1 % en TSB y se incubaron durante la
noche a 30 ºC, luego se colocaron gotas
de 10 µL de la suspensión en cada
placa de Petri a 15 mm del borde. Las
placas se incubaron durante 24 ha 30
ºC. Posteriormente, se impregnó un
disco de papel de ltro de 4 mm de
diámetro, humedecido con PBS, con
esporas de Aspergillus spp. colonia
cultivada durante 72 h a 30 ºC en
medio PDA, y luego colocada a 15 mm
de la colonia de bacterias. Los cultivos
duales, realizados por duplicado, se
incubaron durante 72 h a 30 ºC y luego
se observaron las zonas de inhibición.
Se utilizó como control positivo una
placa de Petri inoculada únicamente
con el disco que contenía el hongo.
Ensayo antimicótico confirma-
torio
El crecimiento de las bacterias
que mostraron claramente una zona
de inhibición de Aspergillus spp.
se probó contra Aspergillus spp.,
N. dimidiatum y Alternaria spp.
utilizando la metodología desarrollada
por nuestro grupo de investigación.
Las cepas bacterianas reactivadas en
TSB se inocularon al 1 % en tubos con
el mismo medio y se incubaron durante
24 ha 30 ºC. Posteriormente, se
centrifugaron a 3.500 rpm, se decantó
el sobrenadante y se resuspendieron
los sedimentos en el mismo volumen
The dishes were incubated for 24 h at
30 ºC. Subsequently, a 4 mm diameter
lter paper disk, moistened with PBS
was impregnated with spores of an
Aspergillus spp. colony grown for 72
h at 30 ºC in PDA medium, and then
placed 15 mm away from the bacteria
colony. The dual cultures, performed
in duplicate, were incubated for 72
h at 30 ºC and then inhibition zones
were observed. A Petri dish inoculated
only with the disc containing the
fungus was used as positive control.
Confirmatory antifungal assay
The growth of bacteria that
clearly showed an inhibition zone of
Aspergillus spp. were tested against
Aspergillus spp., N. dimidiatum and
Alternaria spp. using methodology
developed by our research group.
Bacterial strains reactivated in TSB
were inoculated at 1 % in tubes with
the same medium and incubated for
24 h at 30 ºC. Subsequently, they
were centrifuged at 3,500 rpm, the
supernatant was decanted, and the
pellets were resuspended in the
same volume of PBS. Parallelly, the
fungi were cultivated in PDA for 72
h, its spores were collected, and its
concentration was adjusted to 10
6
spores mL
-1
by direct count, under
the microscope using a Neubauer
plate. Then, 0.1 mL of the suspensions
were spread onto TSA-PDA 1:1 Petri
dishes. Later three 10 μL drops of
each bacterial suspension were evenly
distributed on the plate previously
spread with a fungus. The plates
were then incubated at 30 ºC for 72
h. After the incubation time, the
zone of inhibition was measured in
millimeters. Two replicates were made
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de PBS. Paralelamente, los hongos
se cultivaron en PDA durante 72
h, se recolectaron sus esporas y
se ajustó su concentración a 106
esporas mL
-1
por conteo directo, bajo
el microscopio utilizando una placa
Neubauer. Luego, se esparcieron 0,1
ml de las suspensiones sobre placas
Petri TSA-PDA 1:1. Posteriormente
se distribuyeron uniformemente
tres gotas de 10 μL de cada
suspensión bacteriana sobre la
placa previamente esparcida con un
hongo. A continuación, las placas
se incubaron a 30 ºC durante 72 h.
Después del tiempo de incubación,
se midió la zona de inhibición en
milímetros. Se realizaron dos réplicas
por tratamiento y el experimento
se repitió dos veces. Se midieron las
zonas de inhibición y se seleccionaron
bacterias con grandes zonas de
inhibición (más de 10 mm) para la
identicación molecular.
Identificación molecular
Las bacterias se identicaron
mediante secuenciación del gen 16S
rDNA. El ADN total se extrajo siguiendo
las recomendaciones de los fabricantes
(Wizard® Genomic DNA Purication
Kit, Promega Corporation). La
PCR se llevó a cabo utilizando
cebadores universales pA (directo):
5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’
y pH (inverso):
5’-AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3’
siguiendo el método de Broda et al.
(1999). Los amplicones se puricaron
y luego se secuenciaron. Los datos
obtenidos se procesaron mediante
búsquedas BLAST en el NCBI y
se cargaron en la base de datos de
GenBank.
per treatment and the experiment
was repeated twice. Inhibition zones
were measured and bacteria with
large inhibition zones (more than
10 mm) were selected for molecular
identication.
Molecular identification
Bacteria were identied by 16S
rDNA gene sequencing. Total DNA was
extracted following manufacturers
recommendation (Wizard® Genomic
DNA Purication Kit, Promega
Corporation). PCR was carried out
using universal primers pA (forward):
5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’
and pH (reverse):
5’-AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3’
following Broda et al. (1999) method.
The amplicons were puried and then
sequenced. The obtained data was
processed using BLAST searches in
the NCBI and uploaded to GenBank
database.
Germination test
Microtubes were lled with one
hundred twenty basil seeds. The
seeds were disinfected with a 4.25 %
aqueous sodium hypochlorite solution
for 2 minutes, rinsed with sterile
distilled water three times. Then seeds
were inoculated with the suspension
of bacteria that presented antifungal
activity against Aspergillus spp.
containing 10
6
CFU.mL
-1
and let stand
for two minutes. The supernatant was
decanted, and the seeds were set in
a completely random design which
consisted of four replicates of 30 seeds
per treatment and controls. The seeds
were placed in Petri dishes with a
lter paper covering the bottom of the
plate. Water was added to moisten the
seeds and then let stand for 5 days in
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Prueba de germinación
Los microtubos se llenaron con ciento
veinte semillas de albahaca. Las semillas
se desinfectaron con una solución acuosa
de hipoclorito de sodio al 4,25 % durante 2
minutos, se enjuagaron con agua destilada
estéril tres veces. Luego se inocularon
semillas con la suspensión de bacterias
que presentaban actividad antifúngica
contra Aspergillus spp. que contiene 106
CFU.mL
-1
y se dejó reposar durante dos
minutos. Se decantó el sobrenadante
y las semillas se distribuyeron en un
diseño completamente aleatorio que
consistió en cuatro repeticiones de 30
semillas por tratamiento y controles.
Las semillas se colocaron en placas de
Petri con un papel de ltro que cubría el
fondo de la placa. Se añadió agua para
humedecer las semillas y luego se dejó
reposar durante 5 días en la oscuridad
en una cámara de germinación a 25 °C.
La rotura de la testa se consideró como
indicación de germinación. Las plántulas
de cinco días se separaron mediante
hipocótilo y radícula, la longitud de todas
las plántulas se midió con el software
RootNav (Pound et al., 2013), luego se
secaron y pesaron para obtener biomasa
seca. La signicancia de los resultados
obtenidos se analizó mediante análisis
de varianza univariante (ANOVA), se
utilizó como factor jo la inoculación
de semillas con diferentes bacterias.
La diferencia entre las medias se
determinó mediante la prueba de Tukey
de rango múltiple HSD en p = 0,05.
Los valores medios se consideraron
signicativamente diferentes cuando
p≤ 0,05. El análisis estadístico se llevó
a cabo utilizando el software SAS
(Statistical Analysis System (SAS), SAS
University Edition).
the dark in a germination chamber at
25 °C. Testa rupture was considered
as indication of germination. Five
days old seedlings were separated
out by hypocotyl and radicle, length
of all seedlings was measured by
the software RootNav (Pound et al.,
2013), then dried and weighted to
obtain dry biomass. The signicance
of the obtained results was analyzed
by one-way univariate analysis of
variance (ANOVA), seed inoculation
with different bacteria was used as a
xed factor. The difference between
the means was determined by Tukey´s
test HSD multiple range test at p=
0.05. Mean values were considered
signicantly different when p≤ 0.05.
Statistical analysis was carried
out using SAS software (Statistical
Analysis System (SAS) software, SAS
University Edition).
Results and discussion
The microbiological status
of healthy basil plants should
be determined by the growing
conditions, the environment of the
region, the method of cultivation and
the associated benecial microbiota
at any stage of their production
process. In this study a total of 165
isolates were obtained from the
predominant microbiota of different
parts of the sampled apparently
healthy basil plants from different
sites. Ninety-four isolates were from
SMA and 71 from MRS media used
in the microbiological analysis, all
of them were Gram positive, 152
with bacillary and 13 with coccoid
morphology.
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Resultados y discusión
El estado microbiológico de las
plantas de albahaca sanas debe estar
determinado por las condiciones de
crecimiento, el medio ambiente de
la región, el método de cultivo y la
microbiota beneciosa asociada en
cualquier etapa de su proceso de
producción. En este estudio se obtuvo un
total de 165 aislamientos de la microbiota
predominante de diferentes partes de
las plantas de albahaca aparentemente
sanas muestreadas en diferentes sitios.
Noventa y cuatro aislamientos fueron
de SMA y 71 de medios MRS utilizados
en el análisis microbiológico, todos
fueron grampositivos, 152 con morfología
bacilar y 13 con morfología cocoide.
Entre las bacterias colonizadoras de
plantas más comunes se encuentran
las del género Bacillus (Moffat, 2001).
Se sabe que la resistencia sistémica
inducida es desencadenada por
miembros beneciosos del microbioma de
la raíz en una amplia gama de plantas
hospedantes, lo que las hace resistentes
contra diversas amenazas patógenas.
Esta mejora sistémica también se
ha descrito para muchas bacterias
promotoras del crecimiento de plantas del
género Bacillus (Pieterse et al., 2014). Es
bien sabido que las bacterias del género
Bacillus tienen la capacidad de producir
una serie de compuestos bioactivos con
actividad antimicrobiana (Raaijmakers,
2010).
El ensayo de confrontación
cualitativa de 165 aislamientos contra
Aspergillus spp. resultó en 15 cepas de
bacilos que inhibieron el crecimiento
del hongo en diferentes grados (gura
1). Se aislaron cepas antagonistas de la
Among the most common plant
colonizing bacteria, we can nd those
of the Bacillus genus (Moffat, 2001).
It is known that induced systemic
resistance is triggered by benecial
members of the root microbiome in a
wide range of plant hosts making them
resistant against various pathogenic
threats. This systemic enhancement
has also been described for many
plant growth-promoting bacteria of
the Bacillus genus (Pieterse et al.,
2014). It is well known that bacteria of
the Bacillus genus have the capability
of producing a series of bioactive
compounds with antimicrobial activity
(Raaijmakers, 2010).
The qualitative confrontation
ass
ay of the 165 isolates against
Aspergillus spp. resulted in 15 bacilli
strains that inhibited the growth of
the fungus at different degrees (gure
1). Antagonistic strains were isolated
from aerial part of plants collected
in the towns of Los Planes and Todos
Santos. It is known that conditions on
the plant leaves and stem (aerial part)
are harsh for bacteria resulting in local
microsites at which conditions are
favorable for growth and/or survival
(Jacobs et al., 2005).
The conrmative confrontation
assay against Aspergillus spp., N.
dimidiatum and Alternaria spp.,
performed with the fteen bacterial
strains that showed antagonistic
activity, conrmed the grow
inhibition of fungi by some of them.
Bacterial strains presented non
regular inhibition zones on fungi
growth; therefore, length and width
measurements of the inhibition area
were documented (table 1). This
923
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parte aérea de plantas recolectadas en
las localidades de Los Planes y Todos
Santos. Se sabe que las condiciones en
las hojas y el tallo de la planta (parte
aérea) son adversas para las bacterias,
lo que da como resultado micrositios
locales en los que las condiciones son
favorables para el crecimiento y/o la
supervivencia (Jacobs et al., 2005).
Figura 1. Ensayo cualitativo de bacterias aisladas con actividad
antagonista frente a Aspergillus spp. en placas de Petri TSA-
PDA 50/50 después de una incubación de 72 h a 30 ºC.
Figure 1. Qualitative test of isolated bacteria with antagonistic activity
against Aspergillus spp. on TSA-PDA 50/50 Petri dishes after
incubation for 72 h at 30 ºC.
El ensayo de confrontación
conrmativa contra Aspergillus
spp., N. dimidiatum y Alternaria
spp., realizado con las quince
cepas bacterianas que mostraron
actividad antagonista, conrmó
la inhibición del crecimiento de
hongos por algunas de ellas. Las
cepas bacterianas presentaron
zonas de inhibición no regulares
sobre el crecimiento de hongos;
por lo tanto, se documentaron
las medidas de largo y ancho del
área de inhibición (cuadro 1).
Este comportamiento se observó
porque algunas bacterias son muy
móviles.
behavior was observed because some
bacteria are highly mobile.
Results of the molecular
identication of bacteria with
conrmed antifungal activity, showed
that all of them belong to the Bacillus
genus according to BLAST similarity
analysis (table 2). Bacillus isolates
like B. subtilis, B. methylotrophicus
and B. amyloliquefaciens have been
shown to have antagonistic activity
against common plant pathogenic
fungi. These bacteria species have
been considered efcient colonizers
that are widely spread due to their
capacity to form spores, to grow in
a wide range of temperatures and
to produce antibiotic compounds
that inhibit phytopathogens growth,
besides being plant growth promoters
(Rios-Velasco et al., 2016).
In this investigation eight strains
with antifungal activity against
Aspergillus spp., N. dimidiatum
and/or Alternaria spp., found in the
samples obtained from basil plants,
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Los resultados de la identicación
molecular de bacterias con actividad
antifúngica conrmada, mostraron
que todas ellas pertenecen al
género Bacillus según el análisis de
similitud BLAST (cuadro 2). Se ha
demostrado que aislados de Bacillus
como B. subtilis, B. methylotrophicus
y B. amyloliquefaciens tienen
actividad antagonista contra hongos
patógenos de plantas comunes.
Estas especies de bacterias han sido
consideradas colonizadoras ecientes
y ampliamente diseminadas debido
a su capacidad para formar esporas,
crecer en un amplio rango de
temperaturas y producir compuestos
antibióticos que inhiben el crecimiento
de topatógenos, además de ser
promotores del crecimiento vegetal
(Rios-Velasco et al., 2016).
Cuadro 1. Aspergillus spp., N. dimidiatum y Alternaria spp. zonas de
inhibición del crecimiento generadas por cepas bacterianas
con actividad antifúngica confirmada.
Table 1. Aspergillus spp., N. dimidiatum and Alternaria spp. growth
inhibition zones generated by bacterial strains with confirmed
antifungal activity.
Aspergillus spp.
N. dimidiatum
Alternaria spp.
Strain ID
Length
inhibition
zone (mm)
Width inhi-
bition zone
(mm)
Length
inhibition
zone (mm)
Width
inhibition
zone (mm)
Length
inhibition
zone (mm)
Width
inhibition
zone (mm)
ALMH42 < 10 < 10 28 28 < 10 < 10
ALMR73 < 10 < 10 < 10 < 10 31 25
ALMT73 23 18 30 31 28 26
ALAH71 < 10 < 10 < 10 < 10 30 31
ALAT82 < 10 < 10 < 10 < 10 30 26
ALAT81 < 10 < 10 30 26 28 24
ALAH91 < 10 < 10 30 30 < 10 < 10
ALAT75 < 10 < 10 23 27 < 10 < 10
were identied and six of them belong
to B. amyloliquefaciens. This is a
microorganism that grows mainly in
the rhizosphere, it begins to grow
close to the formation point of lateral
roots and it spreads on the root surface
(Lugtenberg and Kamilova, 2005).
Nowadays, it has been demonstrated
that inoculation of crops with B.
amyloliquefaciens strains could
increase production under stressful
conditions like nutrient limitations
or high salinity levels (Kim et al.,
2017). It also has been observed
that it could help to control other
pathogens either by competing for
nutrients or by producing antibiotics
and lytic enzymes; particularly, the
molecular basis of its plant growth-
promoting activity is mainly based
on the production of secondary
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En esta investigación se
id
enticaron ocho cepas con actividad
antifúngica contra Aspergillus spp.,
N. dimidiatum y/o Alternaria spp.,
encontradas en las muestras obtenidas
de plantas de albahaca, y seis de ellas
pertenecen a B. amyloliquefaciens.
Este es un microorganismo que
crece principalmente en la rizosfera,
comienza a crecer cerca del punto de
formación de las raíces laterales y se
disemina sobre la supercie de la raíz
(Lugtenberg y Kamilova, 2005). En la
actualidad, se ha demostrado que la
Cuadro 2. Identificación molecular de bacterias aisladas de plantas de
albahaca aparentemente sanas que presentaron actividad
antifúngica.
Table 2. Molecular identification of isolated bacteria from apparently
healthy plants of basil which present antifungal activity.
Isolated
strain
Molecular identication Place of origin
Part of the
plant
Access #
GenBank
ALMH42 Bacillus amyloliquefaciens
Cesar Cárdenas,
Los Planes
Leaves MT940837
ALMR73 Bacillus amyloliquefaciens
Sueño Tropical,
Todos Santos
Root MT940838
ALMT73 Bacillus amyloliquefaciens
Sueño Tropical,
Todos Santos
Stem MT940839
ALAH71 Bacillus amyloliquefaciens
Sueño Tropical,
Todos Santos
Leaves MT940840
ALAT82 Bacillus velezensis
Sueño Tropical,
Todos Santos
Stem MT940841
ALAT81 Bacillus amyloliquefaciens
Sueño Tropical,
Todos Santos
Stem MT940848
ALAH91 Bacillus amyloliquefaciens
Sueño Tropical,
Todos Santos
Leaves MT940842
ALAT75 Bacillus subtilis
Sueño Tropical,
Todos Santos
Stem MT940843
metabolites suppressing competitive
microbial pathogens occurring in the
plant rhizosphere, secretion of the
plant growth hormone auxin and the
synthesis of volatiles stimulating
plant growth and induced systemic
resistance (Chen et al., 2009). In
addition, some B. amyloliquefaciens
strains could decrease the incidence
of nematodes in some cultivars (Liu
et al., 2013). Other species found with
antagonistic activity against fungi were
B. velezensis and B. subtilis, members
of the Bacillus genus as well and
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inoculación de cultivos con cepas de B.
amyloliquefaciens podría aumentar la
producción en condiciones estresantes
como limitaciones de nutrientes o
altos niveles de salinidad (Kim et
al., 2017). También se ha observado
que podría ayudar a controlar otros
patógenos, ya sea compitiendo por los
nutrientes o produciendo antibióticos
y enzimas líticas; particularmente,
la base molecular de su actividad
promotora del crecimiento vegetal se
basa principalmente en la producción
de metabolitos secundarios que
suprimen los patógenos microbianos
competitivos que se encuentran en la
rizosfera de las plantas, la secreción
de la hormona del crecimiento vegetal
auxina y la síntesis de volátiles
que estimulan el crecimiento
de las plantas y la resistencia
sistémica inducida (Chen et al.,
2009). Además, algunas cepas de B.
amyloliquefaciens podrían disminuir
la incidencia de nematodos en algunos
cultivares (Liu et al., 2013). Otras
especies encontradas con actividad
antagonista contra los hongos fueron
B. velezensis y B. subtilis, miembros
del género Bacillus también y
estrechamente relacionados con B.
amyloliquefaciens (Rabbee et al.,
2019). Además, se ha demostrado
que la colonización microbiana tiene
un impacto importante en la calidad
de la albahaca dulce, especialmente
en la acumulación de importantes
metabolitos secundarios como el
aceite esencial (Banchio et al., 2009).
Esta capacidad excepcional es de
gran importancia cuando interesa
la producción de productos de alta
calidad.
closely related to B. amyloliquefaciens
(Rabbee et al., 2019). Also, it has been
shown that microbial colonization has
an important impact on sweet basil
quality, especially on accumulation
of important secondary metabolites
like essential oil (Banchio et al., 2009).
This outstanding ability is of great
importance when production of high-
quality products is of interest.
Strains with observed antagonistic
effect against Aspergillus spp. were
used in a germination experiment to
determine the effect of the bacteria on
total germination, length, and biomass
production of basil seedlings. The total
seed germination reached between 80
and 90 %. Figure 2 shows that all tested
bacteria had no signicant difference
on total germination of basil seeds as
compared to the control. Other reports
regarding Capsicum annuum seed
treatment with B. amyloliquefaciens
resulted in maximum enhancement of
seed germination (84.75 %), seedling
vigor (1,423.8) along with an increase
in vegetative growth parameters
(Gowtham et al., 2018). Recently, a
culture-independent next-generation
sequencing-based approach was
applied to investigate the benecial
impact of B. amyloliquefaciens L-S60
on the composition and dynamics of
rhizosphere microbiota, and growth
conditions of cucumbers during
plug seedling. Application of L-S60
signicantly altered the structure of
the bacterial community associated
with the cucumber seedling. Presence
of benecial rhizosphere species
such as Bacillus, Rhodanobacter,
Paenibacillus, Pseudomonas,
Nonomuraea, and Agrobacterium was
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Cepas con efecto antagonista
observado contra Aspergillus spp.
se utilizaron en un experimento de
germinación para determinar el efecto
de las bacterias sobre la germinación
total, la longitud y la producción
de biomasa de las plántulas de
albahaca. La germinación total
de la semilla alcanzó entre el 80 y
el 90 %. La Figura 2 muestra que
todas las bacterias probadas no
presentaron diferencias signicativas
en la germinación total de semillas
de albahaca en comparación con
el control. Otros informes sobre el
tratamiento de semillas de Capsicum
annuum con B. amyloliquefaciens
dieron como resultado un aumento
máximo de la germinación de las
semillas (84,75 %), el vigor de las
plántulas (1.423,8) junto con un
aumento de los parámetros de
crecimiento vegetativo (Gowtham et
al., 2018). Recientemente, se aplicó
un enfoque basado en secuenciación
de próxima generación independiente
del cultivo para investigar el impacto
benecioso de B. amyloliquefaciens
L-S60 en la composición y dinámica
de la microbiota de la rizosfera y
las condiciones de crecimiento de
los pepinos durante la plántula en
cepellón. La aplicación de L-S60 alteró
signicativamente la estructura de la
comunidad bacteriana asociada con
la plántula de pepino. La presencia de
especies beneciosas de la rizosfera
como Bacillus, Rhodanobacter,
Paenibacillus, Pseudomonas,
Nonomuraea y Agrobacterium fue
mayor con el tratamiento con L-S60
que en el grupo control (Qin et al.,
2017).
higher upon L-S60 treatment than in
the control group (Qin et al., 2017).
Likewise, hypocotyl (gure 3A)
and radicle (gure 3B), dry biomass
accumulation did not show any
statistically signicant difference
among groups upon inoculation with
isolated antagonistic strains. It is
important to highlight that seedlings
were analyzed at early stages of
growth; in future experiments,
the impact of these strains on
morphometric characteristic of
later stages of development will be
carried out. Although, there were no
statistically signicant differences
between treatments, a tendency
to increase the dry weight can be
observed in the hypocotyl with
ALAT81 an ALMT74 and in radicle
with ALMH71 and ALMT74.
In terms of radicle length, ALAH51,
ALMR73, ALMT52, ALAT64, ALMH71,
ALMH42, ALAH91 and ALMH92 were
statistically equivalent as compared to
the control. These observations indicate
that the interaction of the mentioned
bacteria strains above did not affect
radicle growth during early seedling
development. However, the rest of the
isolated strains tested had negative
effects, some of them at higher extend
like ALMT73 and ALAT81. On the
other hand, hypocotyl length did not
show statistically signicant difference
of any of the treatments as compared to
the control (table 4).
Further experimentations will be
carried out to nd out if these Bacillus
species strains show antagonistic
activities against other important
phytopathogens if they have an impact
on basil growth and quality in terms
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Asimismo, la acumulación de
biomasa seca en hipocótilo (gura 3A) y
radícula (gura 3B), no mostró ninguna
diferencia estadísticamente signicativa
entre los grupos tras la inoculación
con cepas antagonistas aisladas. Es
importante resaltar que las plántulas
se analizaron en etapas tempranas de
crecimiento; en experimentos futuros, se
llevará a cabo el impacto de estas cepas
en las características morfométricas de
Figura 2. Porcentaje de germinación total de plántulas de albahaca
tratadas con la bacteria aislada de albahaca que presentó
actividad antagonista contra Aspergillus spp. después de
la incubación durante 5 días a 25 ± 1 °C, 80 % de humedad y
en la oscuridad. Los valores presentados son media ± desviación
estándar. No se observó diferencia estadísticamente signicativa entre
tratamientos p > 0,05.
Figure 2. Total germination percentage of basil seedlings treated with
the isolated bacteria from basil that presented antagonistic
activity against Aspergillus spp. after incubation for 5 days at
25
±
1 °C, 80 % humidity and in the dark. Values presented are mean
± standard deviation. No statistically signicant difference among
treatments was observed p > 0.05.
of essential oil and other desirable
traits. Moreover, these strains could
be used for inoculation of other plants
to investigate their biotechnological
potential.
Conclusion
To our knowledge this is the
rst time that B. amyloliquefaciens
strains have been isolated from basil
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etapas posteriores de desarrollo. Si bien
no hubo diferencias estadísticamente
signicativas entre tratamientos,
se puede observar una tendencia a
aumentar el peso seco en el hipocótilo
con ALAT81 y ALMT74 y en la radícula
con ALMH71 y ALMT74.
Figura 3. Acumulación promedio de biomasa seca de hipocótilo (A)
y radícula (B) por plántula de albahaca cultivada después
de la inoculación de las semillas con las bacterias aisladas
e incubadas durante 5 días a 25 ± 1 ° C, 80 % de humedad y
en la oscuridad. Los valores presentados son media ± desviación
estándar. No se observó diferencia estadísticamente signicativa entre
tratamientos p > 0,05.
Figure 3. Average hypocotyl (A) and radicle (B) dry biomass accumulation
per basil seedling grown after seeds inoculation with the
isolated bacteria and incubated for 5 days at 25 ± 1 °C, 80 %
humidity and in the dark. Values presented are mean ± standard
deviation. No statistically signicant difference among treatments was
observed p > 0.05.
En términos de longitud de
radícula, ALAH51, ALMR73, ALMT52,
ALAT64, ALMH71, ALMH42, ALAH91
y ALMH92 fueron estadísticamente
equivalentes en comparación con el
control. Estas observaciones indican que
la interacción de las cepas de bacterias
cultivars. The biotechnological use of
these bacteria to protect basil plants
against fungi is a sustainable and
reliable option to reduce crop loss due
to fungi incidence. Furthermore, these
bacteria are remarkable allies for basil
plant development due to their ability
to colonize them without damage. The
investigation carried out and presented
here in establishes the basis for further
studies on agronomic useful these
Bacillus strains that are naturally
occurring in basil plants around La Paz,
Baja California Sur, Mexico, where we
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mencionadas anteriormente no afectó
el crecimiento de la radícula durante el
desarrollo temprano de las plántulas. Sin
embargo, el resto de las cepas aisladas
ensayadas tuvieron efectos negativos,
algunos de ellos en mayor extensión
como ALMT73 y ALAT81. Por otro lado,
la longitud del hipocótilo no mostró una
diferencia estadísticamente signicativa
de ninguno de los tratamientos en
comparación con el control (tabla 4).
Cuadro 3. Longitudes de radícula e hipocótilo de plántulas de albahaca
de 5 días tratadas con la bacteria aislada que presentó actividad
antagonista contra Aspergillus spp. incubados a 25 ± 1 °C, 80 %
de humedad y en la oscuridad.
Table 3. Radicle and hypocotyl lengths of 5-day old basil seedlings treated
with the isolated bacteria that presented antagonistic activity
against Aspergillus spp. incubated at 25 ± 1 °C, 80 % humidity
and in the dark.
Treatment
Average length (mm)
Radicle Hypocotyl
Control 19.43
a
± 8.68 13.25
abcde
± 4.26
ALAR53 15.10
cde
± 7.71 12.08
cde
± 5.14
ALAH51 19.17
ab
± 8.48 11.61
de
± 4.01
ALMH42 16.50
abcde
± 8.08 10.92
e
± 4.45
ALMR73 18.56
abc
± 8.88 13.65
abcd
± 5.32
ALMT73 10.99
f
± 5.49 12.38
cde
± 4.49
ALAH71 13.92
def
± 6.31 14.66
ab
± 5.09
ALMH71 16.85
abcde
± 7.34 14.98
a
± 4.44
ALAT82 15.27
cde
± 7.22 13.80
abcd
± 4.55
ALAT81 10.19
f
± 4.48 12.31
cde
± 4.28
ALAH91 16.42
abcde
± 8.83 13.79
abcd
± 5.17
ALMH92 15.58
abcde
± 7.22 14.19
abc
± 3.94
ALAT64 16.97
abcde
± 9.14 12.62
abcde
± 3.85
ALAT75 15.35
bcde
± 9.29 12.58
bcde
± 4.88
ALMT74 13.07
ef
± 7.33 12.98
abcde
± 6.06
ALMT52 17.10
abcd
± 7.59 14.77
ab
± 4.90
a, b, c, d, e
Valores presentados son la media ± desviación estándar. Una letra diferente en la misma
columna representa una diferencia estadísticamente signicativa p ≤ 0,05
a, b, c, d, e
Values presented are mean ± standard deviation. Different letter at the same column
represents statistically signicant difference p ≤ 0.05.
can nd very distinctive environmental
conditions like extreme temperatures,
high soil salinity and drought.
Acknowledgments
This work was supported by
the Department of Agronomy at
the Universidad Autónoma de Baja
California Sur. Authors are thankful
to Yozitlali Villavicencio-Velázquez
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En futuros experimentos se
ensayará si estas cepas de especies
de Bacillus muestran actividades
antagónicas contra otros topatógenos
importantes si tienen un impacto en el
crecimiento y la calidad de la albahaca
en términos de aceite esencial y otros
rasgos deseables. Además, estas cepas
podrían usarse para la inoculación
de otras plantas para investigar su
potencial biotecnológico.
Conclusión
Hasta donde sabemos, esta es la
primera vez que se han aislado cepas de
B. amyloliquefaciens de cultivares de
albahaca. El uso biotecnológico de estas
bacterias para proteger las plantas
de albahaca contra los hongos es una
opción sostenible y conable para
reducir la pérdida de cultivos debido a
la incidencia de hongos. Además, estas
bacterias son aliadas notables para el
desarrollo de las plantas de albahaca
debido a su capacidad para colonizarlas
sin dañarlas. La investigación realizada
y presentada aquí sienta las bases
para futuros estudios sobre la utilidad
agronómica de estas cepas de Bacillus
que se encuentran naturalmente en
plantas de albahaca alrededor de La
Paz, Baja California Sur, México,
donde se pueden encontrar condiciones
ambientales muy distintivas como
temperaturas extremas, altas
temperaturas. salinidad del suelo y
sequía.
Agradecimientos
Este trabajo fue apoyado por el
Departamento de Agronomía de
la Universidad Autónoma de Baja
California Sur. Los autores agradecen
a Yozitlali Villavicencio-Velázquez y
José Enrique Amador-Sánchez por el
apoyo técnico.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.11 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido: 02-02-2021 . Aceptado: 02-06-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: eli.morales@untrm.edu.pe
Macrofauna edáfica y propiedades físico-químicas
del suelo, en fincas cafetaleras de pequeños
agricultores
Edaphic macrofauna and soil physicochemical properties,
in smallholder coffee farms
Macrofauna edáca e propriedades físico-químicas do
solo, em fazendas de café de pequenos produtores
Eli Morales Rojas
1
*, Segundo Chavez Quintana
1
,
Elder Chichipe Vela
1
, Manuel Oliva
1
y Lenin Quiñones
Huatangari
2
1
Investigador del instituto de investigación para el Desarrollo Sustentable de Ceja de
Selva (INDES-CES), Universidad Nacional Toribio Rodríguez de Mendoza de Amazonas,
calle Higos Urco N° 342-350-356 – Calle Universitaria N° 304. Correo electrónico:
(EM): eli.morales@untrm.edu.pe, ; (SCh): segundo.quintana@untrm.edu.pe, (ECh)
elder3191@gmail.com, ; (MO): manuel.oliva@untrm.edu.pe, .
2
Investigador del
instituto de Ciencia de Datos, Universidad Nacional de Jaén, Jaén 06801, Perú. Correo
electrónico: lenin.quinones@unj.edu.pe, .
Resumen
La macrofauna edáca es un indicador biológico de suelos poco aplicado en la
identicación de su calidad en ncas de café. El objetivo fue evaluar la macrofauna
edáca y las propiedades físico-químicas del suelo en cuatro ncas cafetaleras en
diferentes altitudes. Las ncas se seleccionaron en cuatro caseríos de cacultores
a pequeña escala. En plantaciones de una hectárea, se muestrearon tres monolitos
de 25 × 25 cm de ancho por 30 cm de profundidad. Se tomaron muestras de suelo en
cada parcela, luego se determinó el contenido de materia orgánica (MO), potencial
de hidrógeno (pH), conductividad eléctrica (CE) y contenido de nitrógeno (N). No
hubo diferencias en la diversidad de macrofauna para las altitudes estudiadas,
pero sí según época del año (lluvia y estiaje). El índice de Shannon máximo fue
de 2,2 (época de lluvia) y de 1,1 (época de estiaje). Los parámetros sicoquímicos
como el pH del suelo osciló entre 7,8 a 8,15 en las ncas de menor altitud y para
las ncas de mayor altitud estuvo entre 6,38 y 6,65. El pH estuvo altamente
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correlacionado de manera negativa con la altitud. Mientras que el nitrógeno
estuvo correlacionado de manera positiva con la materia orgánica. La diversidad
faunística está correlacionada de manera negativa con las épocas y la presencia
de microorganismos está inuenciada por las características sicoquímicas del
suelo.
Palabras clave: Coffea arabica, materia orgánica, hormigas, Lumbricus spp.,
diversidad
Abstract
Edaphic macrofauna is a biological soil indicator that is rarely applied in the
identication of soil quality in coffee farms. The objective was to evaluate edaphic
macrofauna and soil physico-chemical properties in four coffee farms at different
altitudes. The farms were selected in four hamlets of small-scale coffee farmers.
In one-hectare plantations, three monoliths of 25 × 25 cm wide by 30 cm depth
were sampled. Soil samples were taken from each plot, then the organic matter
(OM) content, hydrogen potential (pH), electrical conductivity (EC) and nitrogen
(N) content were determined. There were no differences in macrofaunal diversity
for the altitudes studied, but there were differences according to the time of year
(rainfall and low water). The maximum Shannon index was 2.2 (rainy season)
and 1.1 (dry season). Physico-chemical parameters such as soil pH ranged from
7.8 - 8.15 in the lower altitude farms and for the higher altitude farms it was
6.38 - 6.65. Soil pH was highly negatively correlated with altitude. Nitrogen
was positively correlated with organic matter. Faunal diversity is negatively
correlated with season and the presence of microorganisms is inuenced by the
physico-chemical characteristics of the soil.
Keywords: Coffea arabica, organic matter, ants, Lumbricus spp., diversity
Resumo
A macrofauna edáca é um indicador biológico da qualidade do solo nas
fazendas de café que tem sido pouco aplicado. O objectivo era avaliar a macrofauna
edáca e as propriedades físico-químicas do solo em quatro explorações de café
em diferentes altitudes. As fazendas foran selecionadas em quatro aldeias de
pequenos cafeicultores. Em plantações de um hectare, três monólitos de 25 ×
25 cm de largura por 30 cm de profundidade foram amostrados. Amostras de
solo foram retiradas de cada parcela, depois foi determinados o teor de matéria
orgânica (OM), potencial de hidrogénio (pH), condutividade eléctrica (CE) e teor de
azoto (N). Não houve diferenças na diversidade macrofaunística para as altitudes
estudadas, mas houve diferenças de acordo com a época do ano (estação chuvosa
e seca). O índice máximo de Shannon era 2,2 (estação chuvosa) e 1,1 (estação
seca). Os parâmetros físico-químicos como o pH do solo variavam entre 7,8 - 8,15
nas explorações de menor altitude e para as explorações de maior altitude era
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de 6,38 - 6,65. O pH do solo estava altamente correlacionado negativamente
com a altitude. Enquanto que o azoto estava positivamente correlacionado com
a matéria orgânica. A diversidade faunística está negativamente correlacionada
com as estações do ano e a presença de microorganismos é inuenciada pelas
características físico-químicas do solo.
Palavras-chave: Coffea arabica, matéria orgânica, formigas, Lumbricus spp.,
diversidade
Introducción
La macrofauna del suelo representa
la biodiversidad de los ecosistemas
inuyendo en la naturaleza y el
funcionamiento de los suelos (Ferreras
et al., 2009). Diversos organismos
son responsables de la creación de
macroporos y la redistribución de la
materia orgánica en el suelo (Li et al.,
2019). Así como las interacciones de los
grupos funcionales están determinadas
de acuerdo con el uso de tierra y las
propiedades físicas y químicas del suelo
en diferentes ecosistemas (Calderón-
Medina et al., 2018).
Los grupos de macrofauna edáca
son sensibles a las perturbaciones
naturales y antrópicas, las cuales puede
generar disminución de la estabilidad y
la fertilidad del suelo (Pinzón-Triana et
al., 2015).
La macrofauna del suelo puede
servir como indicador de fertilidad,
por existir una fuerte relación entre
los indicadores de macrofauna y las
características físicas y químicas del
suelo (Siregar et al., 2019; Velasquez
y Lavelle, 2019) Los componentes de
la macrofauna también son conocidos
como indicadores biogeográcos, por su
gran aptitud en sus ciclos de vida cortos,
baja dispersión, al ser indicadores de
contaminantes y en que pueden ser
afectados por el uso de agroquímicos
Introduction
The macrofauna of the soil represents
the biodiversity of the ecosystems
inuencing the nature and functioning
of the soils (Ferreras et al., 2009).
Various organisms are responsible
for the creation of macropores and the
redistribution of organic matter in
the soil (Li et al., 2019). As well as the
interactions of the functional groups are
determined according to the land use
and the physical and chemical properties
of the soil in different ecosystems
(Calderón-Medina et al., 2018).
Edaphic macrofauna groups are
sensitive to natural and anthropic
disturbances, which can cause a
decrease in soil stability and fertility
(Pinzón-Triana et al., 2015).
The macrofauna of the soil can
serve as a fertility indicator, since
there is a strong relationship between
the macrofauna indicators and the
physical and chemical characteristics of
the soil (Siregar et al., 2019; Velasquez
and Lavelle, 2019). The components
of the macrofauna are also known as
biogeographic indicators, due to their
great aptitude in their short life cycles,
low dispersion, as they are indicators
of pollutants and in that they can be
affected by the use of agrochemicals on
farms (Noguera-Talavera, 2011; Sofo et
al., 2020).
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en las ncas (Noguera-Talavera, 2011;
Sofo et al., 2020).
La hojarasca es la principal entrada
de nutrientes y energía para los
organismos del suelo, y la sombra y la
aplicación de abonos orgánicos en el
café protegen a los microorganismos de
altas temperaturas (Velmourougane,
2016). En el verano, suele evidenciarse
la presencia de termitas, las cuales se
alimentan de estructuras maderables,
su alimentación se basa en lignina
y celulosa, por lo tanto, cumplen el
rol de organismos descomponedores,
generalmente en suelos secos (Calderon
y Constantino, 2007; De Souza et
al., 2016). Los organismos del suelo
expresan en su población y biomasa
respuestas ambientales asociadas más
con la estructura del agroecosistema
que con la variación química (Jiang et
al., 2015)
El uso de monolitos en estudios
sobre cafetos, en los que se utilice
la macrofauna como indicador de la
calidad del suelo puede ser la mejor
opción para identicar el estado de
salud de los distintos tipos de suelo
(Baretta et al., 2007; Bignell, 2009).
El tipo de asociación en el sistema
de cultivo, así como el gradiente
altitudinal inuye en la composición
de las comunidades edácas (Rojas-
Múnera et al., 2021) Poco se conoce de
la variación de la macrofauna edáca
a diferentes altitudes, que sirva como
indicador bilógico.
Con base en lo mencionado, el
objetivo de esta investigación fue
evaluar la macrofauna edáca y
las propiedades físico-químicas del
suelo en ncas de café, cultivado por
pequeños agricultores a diferentes
Leaf litter is the main
nutrient and energy input for soil
organisms, while shade and organic
application of fertilizers in coffee
protect microorganisms from high
temperatures (Velmourougane,
2016). In the summer, the presence
of termites is usually evident, which
feed on timber structures, their diet is
based on lignin and cellulose, therefore,
they play the role of decomposing
organisms, generally in dry soils
(Calderon and Constantino, 2007; De
Souza et al., 2016). Soil organisms
express environmental responses
in their population and biomass
associated more with the structure of
the agroecosystem than with chemical
variation (Jiang et al., 2015).
The use of monoliths in studies on
coffee trees, in which the macrofauna
is used as an indicator of soil quality
may be the best option to identify the
health status of the different types
of soil (Baretta et al., 2007; Bignell,
2009).
The type of association in the
cropping system, as well as the
altitudinal gradient inuences
the composition of the edaphic
communities (Rojas-Múnera et al.,
2021). Little is known about the
variation of the edaphic macrofauna at
different altitudes, which serves as a
biological indicator.
Based on the aforementioned,
the objective of this research was to
evaluate the edaphic macrofauna and
the physical-chemical properties of
the soil in coffee farms, cultivated by
small farmers at different altitudes
of the Cajaruro district, Amazonas,
Peru.
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altitudes del distrito de Cajaruro,
Amazonas, Perú.
Materiales y métodos
Ubicación. La investigación se
realizó en el distrito de Cajaruro,
ubicado en la margen derecha del río
Utcubamba, región Amazonas-Perú.
Cuenta con un territorio de 1.763.230
km
2
entre 400 a 2.600 msnm. Los suelos
que predominan son los vertisoles
(FAO, 2016). El tipo de clima es cálido,
varía según los pisos altitudinales de la
zona de 10 a 40 ºC, la precipitación es
de 200 a 7.000 m
3
anuales, los meses de
enero a marzo suele llover con mayor
intensidad y de junio a septiembre es
la época de estiaje (Ancca et al., 2008;
Rodríguez et al., 2010).
Selección de localidades. Se
seleccionaron cuatro ncas cafetaleras
de los caseríos de Nuevo Belén (NB) a
985 msnm, San Isidro (SI) a 990 msnm,
San Isidro Alto (SIA) a 1186 msnm y
Santa Rosa (SR) a 1720 msnm (gura
1). Las coordenadas se tomaron con
GPS modelo GPSMAP 66i-GARMIN
(cuadro 1).
Materials and methods
Location. The research was
carried out in the Cajaruro district,
located on the right bank of the
Utcubamba River, Amazonas-Peru
region. It has a territory of 1,763,230
km
2
between 400 to 2,600 meters above
sea level. The soils that predominate
are vertisols (FAO, 2016). The type of
climate is warm, it varies according
to the altitude levels of the area from
10 to 40 ºC, the precipitation is from
200 to 7,000 m
3
per year, the months
of January to March it usually rains
with greater intensity and dry season
from June to September (Ancca et al.,
2008; Rodríguez et al., 2010).
Selection of locations. Four
coffee farms were selected from the
hamlets of Nuevo Belén (NB) at 985
meters above sea level, San Isidro
(SI) at 990 meters above sea level,
San Isidro Alto (SIA) at 1186 meters
above sea level and Santa Rosa (SR)
at 1720 meters above sea level (Figure
1). The coordinates were taken with
GPS model GPSMAP 66i-GARMIN
(Table 1).
Cuadro 1. Coordenadas de las fincas de café a diferentes altitudes.
Distrito de Cajaruro, margen derecha del Río Utcubamba,
región Amazonas-Perú.
Cuadro 1. Coordenadas de las fincas de café a diferentes altitudes.
Distrito de Cajaruro, margen derecha del Río Utcubamba,
región Amazonas-Perú.
Este Oeste Altitud (msnm) Punto de muestreo
149210 9350278 985 Nuevo Belén (NB)
149950 9350074 990 San Isidro (SI)
150289 9350771 1186 San Isidro Alto (SIA)
151078 9350179 1720 Santa Rosa (SR)
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Muestreo. El muestreo se realizó
durante el mes de febrero (época
lluviosa) y octubre (época de estiaje)
de 2020. Las ncas de café en los
caseríos de Nuevo Belén y San Isidro
estuvieron asociadas a sombra de
Inga edulis y Musa AAB. Mientras
que la nca de San Isidro Alto estuvo
asociada a sombra de árboles forestales
maderables (Cedrela odorata) y la
Finca de Santa Rosa estuvo asociada a
sombra de I. edulis. En cada localidad
se seleccionó una nca representativa
para muestrear tres monolitos de
25 cm x 25 cm de ancho por 30 cm
de profundidad, los monolitos se
muestrearon de manera completa,
Figura 1. Mapa de ubicación de las cuatro fincas de café muestreadas
en el distrito de Cajaruro, margen derecha del río Utcubamba,
región Amazonas-Perú.
Figure 1. Location map of the four coffee farms sampled in the Cajaruro
district, right bank of the Utcubamba River, Amazon-Peru
region.
Sampling. The sampling was
carried out during the months of
February (rainy season) and October
(dry season) of 2020. The coffee farms
in the hamlets of Nuevo Belén and
San Isidro were associated in the
shade of Inga edulis and Musa AAB.
While the San Isidro Alto farm was
associated with the shade of timber
forest trees (Cedrela odorata) and the
Santa Rosa farm was associated with
the shade of I. edulis. In each locality,
a representative farm was selected to
sample three monoliths of 25 cm x 25
cm wide by 30 cm deep, the monoliths
were sampled completely, and the
methodology described by Ingram
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y se aplicó la metodología descrita
por Ingram (2018). La limpieza y
separación de la macrofauna edáca se
realizó in situ, de forma manual con la
ayuda de una manta blanca. Consistió
en eliminar cuerpos extraños, tales
como piedras y residuos vegetales. Los
organismos extraídos se almacenaron
en frascos con alcohol al 70 % para
su posterior traslado, identicación
y conteo de manera visual, basado
en el manual práctico de macrofauna
edáca de Grisel y Cabrera-
Dávila (2014). La identicación y
almacenamiento de los individuos se
realizó en el Laboratorio de Ingeniería
Agroindustrial, Universidad Nacional
Toribio Rodríguez de Mendoza
(UNTRM) de Perú. También se calculó
la diversidad con el índice de Shannon
(H’) (Martínez-aguilar et al., 2020). En
cada nca de estudio se recolectaron
muestras de suelo, para analizar los
parámetros de pH, conductividad
eléctrica (CE), con el método EPA
9045/Relación Suelo – Agua 1:1
(Estrada-Herrera et al., 2017). El
contenido de carbono orgánico (C) del
suelo se estimó a partir de la materia
orgánica del suelo (MO), a través del
método propuesto por Walkley y Black
(1934). Los análisis se realizaron en el
Laboratorio de Investigación de Suelos
y Aguas, Instituto de Investigación
para el Desarrollo Sustentable de
Ceja de Selva (INDES-CES). La toma
de temperatura atmosférica se realizó
con un Termohigrómetro Modelo: VA-
EDT-1-55 y la temperatura del suelo
se tomó con un termómetro digital de
aguja de 13 cm, con código 111TMP14.
Para el análisis estadístico se
correlacionaron las variables físico-
(2018) was applied. The cleaning and
separation of the edaphic macrofauna
was carried out in situ, manually
with the help of a white blanket. It
consisted of removing foreign bodies,
such as stones and plant residues.
The extracted organisms were stored
in bottles with 70 % alcohol for their
subsequent transfer, identication
and counting visually, based on
the practical manual of edaphic
macrofauna by Grisel and Cabrera-
Dávila (2014). The identication and
storage of the individuals was carried
out in the Laboratorio de Ingeniería
Agroindustrial, Universidad Nacional
Toribio Rodríguez de Mendoza
(UNTRM) of Peru. Diversity was also
calculated with the Shannon index
(H’) (Martínez-aguilar et al., 2020).
In each study farm, soil samples were
collected to analyze the parameters
of pH, electrical conductivity (EC),
with the EPA 9045/Soil-Water Ratio
1:1 method (Estrada-Herrera et al.,
2017). The organic carbon (C) content
of the soil was estimated from the
soil organic matter (OM), through
the method proposed by Walkley
and Black (1934). The analyzes were
carried out in the Laboratorio de
Investigación de Suelos y Aguas,
Instituto de Investigación para el
Desarrollo Sustentable de Ceja de
Selva (INDES-CES). The atmospheric
temperature was taken with a
Thermohygrometer Model: VA-
EDT-1-55 and the soil temperature
was taken with a 13 cm digital needle
thermometer, code 111TMP14.
For the statistical analysis, the
physical-chemical variables, diversity
and altitude were correlated, through
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químicas, diversidad y altitud, a
través de una prueba de Pearson, a
una signicancia de p ≤ 0,05 y para
la tendencia de la temperatura en
ambas épocas se realizó con base en
sus promedios. Se utilizó el software
Minitab 17 (Reyes y Maturel, 2015).
Se empleó la prueba t-student para
muestras pareadas con la nalidad de
comparar la diversidad de macrofauna
en las dos épocas de muestreo.
Resultados y discusión
Macrofauna edáfica. Para la
época de lluvia en la nca San Isidro
Alto se identicó mayor cantidad de
familias, con diversidad total de 159
individuos, entre ellos, las lombrices de
tierra con 36 individuos y 36 individuos
de hormigas. Estos valores pudieron
estar relacionados con la humedad
del suelo, producto de las constantes
lluvias (Welemariam et al., 2018;
Santorufo et al., 2012). Asimismo,
en la nca Nuevo Belén, situada a
menor altitud, se identicaron 137
individuos, con 42 lombrices de tierra,
seguido de la nca de Santa Rosa. La
nca San Isidro, fue la que mostró
menor cantidad de familias, con 23
individuos de hormigas (cuadro 2). La
lombriz de tierra es uno de los grupos
más importantes de macrofauna del
suelo (Oligochaeta), ya que aceleran el
crecimiento de las plantas (dos Santos
et al., 2018)
La biodiversidad máxima fue de
2,18 en la nca de San Isidro Alto, lo
cual pudo deberse al tipo de asociación
de sombra y a la altitud media a
comparación con las demás ncas.
Estos resultados tienen relación con
a Pearson test, at a signicance of p ≤
0.05 and for the temperature trend in
both seasons it was performed based
on their averages. Minitab 17 software
was used (Reyes and Maturel, 2015).
The t-student test was used for paired
samples in order to compare the
diversity of macrofauna in the two
sampling times.
Results and discussion
Edaphic macrofauna. For
the rainy season in the San Isidro
Alto farm, a greater number of
families were identied, with a total
diversity of 159 individuals, including
earthworms with 36 individuals
and 36 individuals of ants. These
values could be related to soil
moisture, product of constant rains
(Welemariam et al., 2018; Santorufo
et al., 2012). Likewise, in the Nuevo
Belén farm, located at a lower altitude,
137 individuals were identied, with
42 earthworms, followed by the Santa
Rosa farm. The San Isidro farm was
the one that showed the least number
of families, with 23 individuals of
ants (table 2). The earthworm is one
of the most important groups of soil
macrofauna (Oligochaeta), since they
accelerate plant growth (dos Santos et
al., 2018).
The maximum biodiversity was
2.18 in the San Isidro Alto farm,
which could be due to the type of
shade association and the average
altitude compared to the other farms.
These results are related to biological
sustainability in soils (Lammel et
al., 2015). Similarly, Vera-Aviles et
al. (2020), state that the diversity
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Cuadro 2. Individuos de macrofauna edáfica en un área de 0.625 m
2
, en
las cuatro fincas de café, distrito de Cajaruro, margen derecha
del Río Utcubamba, región Amazonas-Perú.
Table 2. Individuals of edaphic macrofauna in an area of 0.625 m
2
, in
the four coffee farms, Cajaruro district, right bank of the
Utcubamba River, Amazon-Peru region.
Grupo Funcional Orden/Familia/Nombre común
FINCAS MUESTREADAS (0,625 m
2
)
Nuevo Belen San Isidro San Isidro Alto Santa Rosa
E.
Lluvia
E.
Lluvia
E.
Lluvia
E.
Lluvia
Detritívoros de la
hojarasca
Coleópteros/Scarabaeidae/Shansos
5 1 3 0 9 2 1 1
Coleópteros/Elateridae/Gusano Blanco
0 0 0 1 0 0 0 0
Blattodea/Termitidae/Cochesitos
18 4 0 13 17 0 0 1
Isopoda/Armadillidae/huevito
1 0 1 0 3 0 3 0
Polydesmida/Paradoxosomatidae/Mil pies
2 0 6 0 5 4 0 3
Ingenieros del
suelo
Haplotaxida/Lumbricidae/Lombriz de tierra
42 16 5 1 32 12 44 5
Lepidoptera/Noctuidae/Oruga
0 0 0 1 0 0 0 1
Isoptera/Termitidae/Comejen
0 0 0 16 0 0 0 0
Hymenoptera/Formicidae/Hormiga
19 178 23 191 36 0 17 33
Depredadores
Coleópteros/ Tenebrionidae/Escarbajo Negro
0 0 0 0 4 0 0 0
Araneae/Lycosidae/Araña
0 0 0 11 0 0 0 3
Coleópteros/Tenebrionidae/Mosco
0 0 0 4 0 0 0 4
Scorpiones/Typhlochactidae/Alacran
0 0 0 1 0 0 0 0
Hymenoptera/Vespidae/Avispa negra
2 0 0 0 4 0 4 1
Escolopendromorfos/Scolopocryptopidae/
Ciempie
3 0 2 10 3 0 1 6
Detrítivoros Pulmonata/Helicidae/Caracol blanco
0 0 0 1 1 0 0 1
Herbívoros
Ortópteros/Grylloidea/Grillo
3 0 1 0 8 0 0 1
Hemipteros/Pseudococcidae/Ácaro
0 0 0 6 0 0 0 0
Siphonaptera/Pulicidae/Pulgon
13 0 0 0 4 0 11 0
Hemiptera/Cydnidae/Chinche
25 2 0 10 30 2 5 1
Hemiptera/Pseudococcidae/Chinche blanco
4 0 0 0 1 0 0 0
Hemiptera/Chicharra blanca
0 0 0 0 2 0 2 1
Omnívoros Blattodea/Blattidide/Cucaracha
0 0 0 6 0 0 0 1
diversidad
l (H’)
137
(1,68)
201
(0,5)
41 (1)
272
(0,7)
159
(2,2)
20
(1,1)
88
(1,5)
63
(0,6)
Máximos
42 178 23 191 36 12 44 33
Diferencia estadística
0.702 0.179 0.009** 0.633
No hay diferencias estadísticas signicativas entre épocas (p>0,05); Índice de Shannon (H’).
** Diferencia estadística altamente signicativa.
There are no statistically signicant differences between seasons (p> 0.05); Shannon index (H’).
**Highly signicant statistical difference.
E.
Estiaje
E.
Estiaje
E.
Estiaje
E.
Estiaje
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la sostenibilidad biológica en los suelos
(Lammel et al., 2015). Del mismo modo
Vera-Aviles et al. (2020) arman que
la diversidad de individuos es mayor
en agroecositemas mixtos y está
asociada con la calidad de los suelos.
El menor índice de biodiversidad se
dio en la nca de San Isidro (1,01), además
de una menor cantidad de lombrices de
tierra. La diferencia de la diversidad se
atribuye a que, en la época de lluvias se
evidencia menor temperatura del suelo,
la altitud en la que se ubica la nca
y el tipo de sombra empleado en las
plantaciones de café (Kamau et al., 2017;
Karungi et al., 2018).
Durante la época de estiaje, la nca
San Isidro Alto se caracterizó por tener
menor cantidad de individuos (20), en
su mayoría lombrices de tierra y mil
pies. Esto pudo suceder por la asociación
de árboles forestales de C. odorata y al
registro de menor temperatura del suelo
y de la atmósfera. En ese sentido, la
sombra y la hojarasca pudieron ayudar
a hospedar individuos de lombrices, lo
que podría beneciar la descomposición
de la materia orgánica (Karungi et al.,
2018). Algunos autores mencionan que
la disminución de la macrofauna puede
darse por las condiciones del suelo y
al incremento de las temperaturas
(Teixeira, 2014). La variación de la
diversidad de individuos está en función
a las especies arbóreas (Mueller et al.,
2016) Nematoda, Oribatida, Gamasida,
Opilionida, Araneida, Collembola,
Formicidae, Carabidae, La abundancia
de hormigas se dio en las ncas de
menor altitud, lo cual coincide con
el estudio realizado por Silva et al.
(2015)V Congreso Latinoamericano de
Agroecología - (Silva et al., 2015).
of individuals is greater in mixed
agroecositems and is associated with
soil quality.
The lowest biodiversity index
occurred in the San Isidro farm
(1.01), in addition to a lower amount
of earthworms. The difference in
diversity is attributed to the fact
that, in the rainy season, lower
soil temperature is evidenced, the
altitude at which the farm is located
and the type of shade used in coffee
plantations (Kamau et al., 2017;
Karungi et al., 2018).
During the dry season, the San
Isidro Alto farm was characterized
by having fewer individuals (20),
mostly earthworms and a thousand
feet. This could happen due to the
association of C. odorata forest trees
and the lower temperature of the soil
and the atmosphere. In this sense, the
shade and the litter could help to host
individuals of worms, which could
benet the decomposition of organic
matter (Karungi et al., 2018). Some
authors mention that the decrease in
the macrofauna can occur due to soil
conditions and increased temperatures
(Teixeira, 2014). The variation in the
diversity of individuals is a function of
the tree species (Mueller et al., 2016).
The abundance of ants occurred in
the farms of lower altitude, which
coincides with the study carried out
by Silva et al. (2015).
There were no statistical
differences (p>0.05) between the
farms studied in terms of the
diversity of individuals of the edaphic
macrofauna. On the other hand, for
the San Isidro Alto farm, a highly
signicant difference (p<0.01) was
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No se registraron diferencias
estadísticas (p > 0,05) entre las ncas
estudiadas en cuanto a la diversidad
de individuos de la macrofauna edáca.
Por otro lado, para la nca San Isidro
Alto, se encontró diferencia altamente
signicativa (p < 0,01) en la diversidad
de macrofauna para las dos épocas del
año, tal como se observa en el cuadro 2.
Temperaturas para las dos
épocas de muestreo. En la gura
2, se aprecia la variación de la
temperatura promedio del suelo y la
temperatura atmosférica para la época
de lluvia, la temperatura mínima fue
23 °C y la máxima fue de 28,8 °C; para
la época de estiaje la mínima fue de
20,5 °C en la nca de San Isidro Alto,
y la temperatura máxima fue de 33°C
en la nca de Nuevo Belén. También se
puede notar que la temperatura está en
función a la altitud.
Figura 2. Temperatura promedio del suelo y de la atmosfera.
Figure 2. Average temperature of the soil and the atmosphere.
NB = Finca de Nuevo Belén; SI = Finca de San Isidro; SIA = Finca de San Isidro Alto; SR=Finca de Santa Rosa; T.S
=Temperatura del suelo; T.A =Temperatura atmosférica. Distrito de Cajaruro, margen derecha del Río Utcubamba,
región Amazonas-Perú.
NB = Farm of Nuevo Belén; SI = Finca de San Isidro; SIA = Farm of San Isidro Alto; SR = Finca de Santa Rosa; T.S
= Soil temperature; T.A = Atmospheric temperature. Cajaruro district, right bank of the Utcubamba River, Amazon-
Peru region.
found in the diversity of macrofauna
for the two seasons of the year, as
shown in Table 2.
Temperatures for the two sampling
times. Figure 2 shows the variation
of the average soil temperature and
atmospheric temperature for the rainy
season, the minimum temperature
was 23 °C and the maximum was 28.8
°C; for the dry season, the minimum
was 20.5 °C at the San Isidro Alto
farm, and the maximum temperature
was 33 °C at the Nuevo Belén farm. It
can also be noted that the temperature
is a function of the altitude.
Soil fertility parameters.
Table 3 shows the results of the soil
properties in the coffee farms, and
in which it is evidenced that for the
farms of lower altitude (Nuevo Belén,
San Isidro, San Isidro Alto) the pH
ranges between 7.80 to 8.15, while
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Parámetros de fertilidad de
suelo. En el cuadro 3, se muestran
los resultados de las propiedades del
suelo en las ncas de café, y en el
cual se evidencia que para las ncas
de menor altitud (Nuevo Belén, San
Isidro, San Isidro Alto) el pH, oscila
entre 7,80 a 8,15, mientras que para
las ncas de mayor altitud (Santa
Rosa) el pH se encuentra en el rango
de 6,38 a 6,65. Resultados similares se
han reportado en suelos de los Estados
Unidos en los que se ha observado
una disminución del pH con la altitud
(Smith et al., 2002). Así mismo se
evidenció que en los suelos de mayor
pH, se encontró mayor presencia de
hormigas y termitas. Mueller et al.
(2016) encontró mayor presencia de
hormigas en suelos de pH acido. El
nitrógeno más alto fue de 0,28 % y se
pudo observar en el suelo de las ncas
de San Isidro y San Isidro Alto.
Correlación de variables.
En el cuadro 4, se observa que la
conductividad eléctrica y el nitrógeno
están correlacionados de manera
positiva con la altitud y el pH está
correlacionado de manera negativa.
En tal sentido, se arma que la
diversidad está correlacionada de
manera negativa con las épocas.
La altitud está fuertemente
correlacionada de manera negativa con
el pH. Sin embargo, el nitrógeno está
correlacionado de manera positiva con
el contenido de MO. La macrofauna
del suelo fue variada en ambas
épocas de acuerdo con las altitudes,
esto concuerda con lo reportado por
Cabrera e Iborra (2018), quienes
demostraron que existe correlación
entre las propiedades físicas del suelo y
for the higher altitude farms (Santa
Rosa) the pH is in the range of 6.38
to 6.65. Similar results have been
reported in soils in the United States
in which a decrease in pH has been
observed with altitude (Smith et al.,
2002). Likewise, it was evidenced that
in the soils with higher pH, a greater
presence of ants and termites was
found. Mueller et al. (2016), found
a higher presence of ants in soils
with acidic pH. The highest nitrogen
was 0.28 % and could be observed
in the soil of the San Isidro and
San Isidro Alto farms.Correlation
of variables. Table 4 shows that
electrical conductivity and nitrogen
are positively correlated with altitude
and pH is negatively correlated. In
this sense, it is afrmed that diversity
is negatively correlated with season.
Altitude is strongly negatively
correlated with pH. However,
nitrogen is positively correlated with
OM content. The soil macrofauna
was varied in both seasons according
to the altitudes, this agrees with
that reported by Cabrera and Iborra
(2018), who demonstrated that there
is a correlation between the physical
properties of the soil and the edaphic
macrofauna. In this study it was
shown that the highest amount of OM
corresponds to the rainy season and
at lower altitudes. Organic matter
and microbiological activity can be
inuenced by altitude, temperature,
humidity, precipitation and soil
characteristics (Sánchez, 2005). When
the percentage of nitrogen varies
between 0.14 - 0.43 %, coinciding with
pH values close to 7, the number of
individuals may decrease; however,
this may be conditioned by the type of
land use (Lwanga et al., 2008).
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la macrofauna edáca. En este estudio
se demostró que la mayor cantidad de
MO corresponde a la época de lluvias
y a altitudes más bajas. La materia
orgánica y la actividad microbiológica
pueden estar inuenciados por la
altitud, temperatura, humedad,
precipitación y características de
los suelos (Sánchez, 2005). Cuando
el porcentaje de nitrógeno varía
entre 0,14 - 0,43 %, coincidiendo con
valores de pH cercanos a 7, el número
de individuos puede disminuir;
sin embargo, esto puede estar
condicionado por el tipo uso del suelo
(Lwanga et al., 2008).
Cuadro 3. Parámetros físicos y químicos de las cuatro fincas de café
pertenecientes a los caseríos de Nuevo Belén, San Isidro Alto
y Santa Rosa. Distrito de Cajaruro, margen derecha del Río
Utcubamba, región Amazonas-Perú.
Table 3. Physical and chemical parameters of the four coffee farms
belonging to the hamlets of Nuevo Belén, San Isidro Alto and
Santa Rosa. Cajaruro district, right bank of the Utcubamba
River, Amazon-Peru region.
Fincas pH CE (dS.m
-1
) C % MO % N %
NB
7,80
ll
± 0,14 0,65
ll
± 0,07 2,40
ll
± 0,71 4,15
ll
± 1,34 0,25
ll
± 0,07
8,00
e
± 0,28 0,60
e
± 0,14 2,45
e
± 0,49 4,05
e
± 0,64 0,25
e
± 0,07
SI
8,00
ll
± 0,57 0,20
ll
± 0,00 3,30
ll
± 0,28 5,70
ll
± 0,42 0,28
ll
± 0,04
8,30
e
± 0,14 0,29
e
± 0,01 3,10
e
± 0,57 4,10
e
± 0,85 0,22
e
± 0,02
SIA
7,80
ll
± 0,57 0,40
ll
± 0,14 3,20
ll
± 0,57 5,50
ll
± 0,85 0,28
ll
± 0,04
8,15
e
± 0,07 0,40
e
± 0,14 2,20
e
± 0,42 3,85
e
± 0,21 0,25
e
± 0,07
SR
6,38
ll
± 1,10 0,21
ll
± 0,01 1,97
ll
± 0,23 3,38
ll
± 0,45 0,18
ll
± 0,04
6,65
e
± 0,21 0,14
e
± 0,06 2,73
e
± 0,75 5,80
e
± 0,28 0,24
e
± 0,06
ll
Epoca de lluvias;
e
época de estiaje; NB = Finca Nuevo Belén; SI = Finca San Isidro; SIA = Finca
San Isidro Alto; SR = Santa Rosa.
ll
Rainy season;
e
dry season; NB = Finca Nuevo Belén; SI = Finca San Isidro; SIA = Finca San
Isidro Alto; SR = Santa Rosa.
Conclusions
The seasons of the year (rain or dry
season) inuence the diversity and
abundance of the edaphic macrofauna,
with organisms of the Lumbricidae
family standing out in very humid
soils and Formicidae in drier and
lower altitude soils.
Soil pH is related to altitude
and the content of organic matter is
directly related to the nitrogen content
in the soil.
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Cuadro 4. Correlaciones de las variables fisicoquímicas evaluadas según
la época del año, el índice de diversidad y la altitud. Distrito
de Cajaruro, margen derecha del Río Utcubamba, región
Amazonas-Perú.
Table 4. Correlations of the physicochemical variables evaluated
according to season of the year, diversity index and altitude.
Cajaruro district, right bank of the Utcubamba River, Amazon-
Peru region.
Época (H’) No. Indi Ph CE C MO N Altitud
Época 1 -0,800
*
0,203 0,209 0,098 -0,106 -0,549 -0,123 0,000
(H’) -0,800
*
1 -0,117 -0,098 0,030 -0,009 0,444 0,149 0,033
No. Ind 0,203 -0,117 1 0,362 0,347 0,269 0,060 -0,144 -0,426
pH 0,209 -0,098 0,362 1 0,506 0,429 0,576 0,576 -0,939
**
CE 0,098 0,030 0,347 0,506 1 -,326 0,067 0,197 -0,624
C -0,106 -0,009 0,269 0,429 -0,326 1 0,655 0,627 -0,408
MO -0,549 0,444 0,060 0,576 0,067 0,655 1 0,708
*
-0,641
N -0,123 0,149 -0,144 0,576 0,197 0,627 0,708
*
1 -0,563
Altitud 0,000 -0,033 -0,426 -,939
**
-0,624 -0,408 -0,641 -0,563 1
*La correlación es estadísticamente signicativa en el nivel 0,05 (bilateral); ** La correlación es
estadísticamente signicativa en el nivel 0,01 (bilateral); No. Indi = Número de individuos; (H’)
= Índice de Shannon.
*The correlation is statistically signicant at the 0.05 level (bilateral); **The correlation is
statistically signicant at the 0.01 level (bilateral); No. Indi = Number of individuals; (H’) =
Shannon index.
Conclusiones
Las épocas del año (lluvia o
estiaje) inuyen en la diversidad y
abundancia de la macrofauna edáca,
sobresaliendo organismos de la familia
Lumbricidae en suelos muy húmedos
y Formicidae en suelos más secos y de
menor altitud.
El pH del suelo está relacionado
a la altitud y el contenido de materia
orgánica tiene relación directa con el
contenido de nitrógeno en el suelo.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.12 ISSN 2477-9407
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Received el 14-02-2021 . Accepted el 28-05-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico:
hgill@ipn.mx; jggarcia@ipn.mx
Characterization of rhizospheric bacteria isolated
from soil cultivated with sugarcane in Tamaulipas
state, Mexico
Caracterización de bacterias rizosféricas aisladas de suelo
cultivado con caña de azúcar en el estado de Tamaulipas,
México
Caracterização de bactérias rizosféricas isoladas de solo
cultivado com cana-de-açúcar no estado de Tamaulipas,
México
Jesús Gerardo García Olivares
1
, Martín Abraham Reyes
Lara
2
, Juan ores Gracía
2
, Jesús Di Carlo Quiroz Velásquez
1
,
Israel García León
1
, José Reyes Hernández
3
y Homar Rene
Gill Langarica
1*
1
Centro de Biotecnología Genómica-Instituto Politécnico Nacional,
Reynosa, Tamaulipas,
México C.P. 88710. Correo electrónico: (JG) jggarcia@ipn.mx, ; (JQ) jquiroz@ipn.
mx, ; (IG)
1e
igleon00@gmail.com, ; (HG) hgill@ipn.mx, .
2
Instituto Tecnológico
de Cd. VictoriaCd. Victoria, Tamaulipas, México C.P. 87010. Correo electrónico: (MR)
tinorey_90@hotmail.com, ; (JG) joresgracia@yahoo.com.mx, .
3
Universidad
Autónoma de Tamaulipas Unidad Académica Multidisciplinaria Mante, Col. Jardín C.P.
89840, México. Correo electrónico: biologo.reyes@hotmail.com, .
Abstract
The state of Tamaulipas, Mexico, has two important sugar mills, with
plantations of sugarcane (Saccharum ofcinarum L.) of more than 50 years, the
objective of the study was the identication and bacterial characterization in
the production of indole-3-acetic acid (IAA), the solubilization of phosphorus and
plant growth of bacterial isolates from the rhizosphere of sugarcane. The isolation
and morphological characterization were in 30 rhizosphere soil samples of the
sugarcane variety CP 72-2086 using the Luria-Bertani media, Congo Red Agar and
Potato Dextrose Agar. The molecular characterization was with the 16S rRNA gene
952
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and the bacterial inoculation consisted of seedlings of the variety CP 72-2086. 121
strains (38 species) were isolated, being Bacillus sp. most frequently, 14 species
were positive for phosphorus solubilization: Bacillus sp. (6), Pseudomonas spp. (5),
Paenibacillus (2) Streptomyces venezuelae (1) stand out. The greater phosphorus
solubilization was Pseudomonas mediterranea (21.6 mm). Nine bacteria showed
production close to 5 ppm IAA: Bacillus aryabhattai (6 ppm), Bacillus pumilus
(5.8 ppm) and Ensifer adhaerens (5.6 ppm). Bacillus megaterium showed a higher
percentage of chlorophyll and foliar nitrogen. In the present analysis, 38 bacterial
species associated with the rhizosphere of the sugarcane variety CP 72-2086 were
identied, so these results showed the potential to select native bacteria that have
the ability to stimulate plant growth of the variety CP 72-2086.
Key words: Saccharum ofcinarum L., Bacillus spp., indole-3-acetic acid (IAA),
phosphorus.
Resumen
El estado de Tamaulipas, México, cuenta con dos ingenios azucareros
importantes, con plantaciones de caña de azúcar (Saccharum ofcinarum L.) de
más de 50 años, el objetivo del estudio fue la identicación y la caracterización
bacteriana en la producción de ácido indol-3-acético (IAA), la solubilización de
fósforo y crecimiento vegetal de aislados bacterianos de la rizosfera de caña de
azúcar. El aislamiento y la caracterización morfológica fue en 30 muestras de suelo
de la rizosfera de la variedad de caña de azúcar CP 72-2086 usando los medios
Luria-Bertani, agar rojo congo y agar papa dextrosa. La caracterización molecular
fue con el gen 16S rRNA y la inoculación bacteriana consistió en plántulas de
la variedad CP 72-2086. Se aislaron 121 cepas, Bacillus sp. fue la bacteria más
frecuente, 14 especies fueron positivos a fósforo, Bacillus sp. (6), Pseudomonas spp.
(5), Paenibacillus (2) Streptomyces venezuelae (1). La mayor solubilización de fósforo
fue para Pseudomonas mediterranea (21,6 mm). Nueve bacterias presentaron una
producción cercana a 5 ppm de IAA, sobresalen Bacillus aryabhattai (6 ppm),
Bacillus pumilus (5,8 ppm) y Ensifer adhaerens (5,6 ppm). Bacillus megaterium
mostró mayor porcentaje de clorola y nitrógeno foliar. En el presente análisis se
lograron identicar 38 especies bacterianas asociadas a la rizosfera de la variedad de
caña de azúcar CP 72-2086, por lo que estos resultados mostraron el potencial para
seleccionar bacterias nativas que tienen la capacidad de estimular el crecimiento
vegetal de la variedad CP 72-2086.
Palabras clave: Saccharum ofcinarum L., Bacillus spp., ácido indol-3-acético
(IAA), fósforo.
Resumo
O estado de Tamaulipas, no México, possui duas importantes usinas açucareiras,
com plantações de cana-de-açúcar (Saccharum ofcinarum L.) de mais de 50 anos,
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Introducción
El cultivo de la caña de azúcar
(Saccharum ofcinarum L.) en México
es una actividad de gran importancia
en la economía nacional, es un cultivo
que permite una amplia diversidad
productiva, ejemplo en Tamaulipas
los ingenios azucareros “Aarón Sáenz
Garza” y “El Mante” generan un gran
derrame económico (Castro-Nava
et al., 2010). La actividad derivada
del cultivo de la caña de azúcar en
las zonas productoras de México
no solo se ve afectada productiva y
económicamente por factores bióticos
y abióticos también se cultiva bajo el
sistema de monocultivo, práctica que
ha empobrecido y degradado los suelos
(Solanki et al., 2017). Estas condiciones
se han visto agravadas por prácticas
que aplican altas cantidades de
o objetivo do estudo foi a identicação e caracterização bacteriana na produção
de ácido indol- 3- ácido acético (IAA), solubilização de fósforo e crescimento de
plantas de isolados bacterianos da rizosfera da cana-de-açúcar. O isolamento e a
caracterização morfológica foram realizados em 30 amostras de solo da rizosfera da
variedade de cana-de-açúcar CP 72-2086 utilizando os meios Luria-Bertani, ágar
vermelho do Congo e ágar batata dextrose. A caracterização molecular foi com o
gene 16S rRNA e a inoculação bacteriana consistiu em mudas da variedade CP
72-2086. 121 cepas, Bacillus sp. foi a bactéria mais frequente, 14 espécies foram
positivas para fósforo, Bacillus sp. (6), Pseudomonas spp. (5), Paenibacillus (2)
Streptomyces venezuelae (1). A maior solubilização de fósforo foi para Pseudomonas
mediterranea (21,6 mm). Nove bactérias apresentaram produção próxima a 5 ppm
de IAA, destacando-se Bacillus aryabhattai (6 ppm), Bacillus pumilus (5,8 ppm) e
Ensifer adhaerens (5,6 ppm). Bacillus megaterium apresentou maior porcentagem
de clorola e nitrogênio foliar. Na presente análise, foram identicadas 38 espécies
bacterianas associadas à rizosfera da variedade de cana-de-açúcar CP 72-2086,
portanto esses resultados mostraram o potencial para selecionar bactérias nativas
que têm a capacidade de estimular o crescimento de plantas da variedade CP 72-
2086.
Palabras-chave: Saccharum ofcinarum L., Bacillus spp., ácido indol-3-acético
(IAA), fósforo.
Introduction
The sugarcane (Saccharum
ofcinarum L.) cultivation in Mexico
is one activity of major importance in
the national economy, it is a crop that
allows a wide production diversity,
an example in Tamaulipas sugar
mills “Aarón Sáenz Garza” and “El
Mante” generate a great economic
spill (Castro-Nava et al., 2010). The
activity derived from sugarcane
cultivation in Mexico producing areas
is not only affected productively and
economically by biotic and abiotic
factors also is cultivated under the
monoculture system, a practice that
has impoverished and degraded soil
(Solanki et al., 2017). Conditions that
have been aggravated by practices
applying high agrochemicals amounts
and chemical fertilizers (Torriente,
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2010). Therefore, it is necessary to
investigate cultivation technologies
are protable and do not affect
environment with more sustainable
cultivation practices.
One way to temper bad practices is
through soil microora study, coupled
with implementation agricultural
practices that stimulate native
populations of microorganisms in
sugarcane rhizosphere cultivation,
growth and health of plants (Momose
et al., 2009; Ashraf et al., 2011;
Saharan and Nehra, 2011), since
we must take advantage of fact
soil microorganisms are associated
with crops, based on those interact
positively with plants (Morgan et al.,
2005; Bhattacharyya and Jha, 2012;
Quecine et al., 2012), and also from
adaptive point view, plants select
microorganisms that contribute
most its development, for example,
bacteria
of genus Pseudomonas,
Azospirillum, Azotobacter, Klebsiella,
Enterobacter, Alcaligens, Arthrobacter,
Burkholderia, Bacillus and Serratia,
among others can colonize plant
tissue (Saharan and Nehra, 2011;
Criollo et al., 2012), as well as fungi
that have been proven to promote
plant growth such as those of genus
Trichoderma, which has been reported
that stimulate growth grasses such
as sorghum and maize among others
plants (Hernández-Mendoza et al.,
2018).
Investigations show potential to
select in situ microorganisms with
potential to optimize assimilate
nutrients and possess substances
stimulate plant growth or act as
bioinsecticides or biofungicides,
agroquímicos y fertilizantes químicos
(Torriente, 2010). Por lo tanto, es
necesario investigar las tecnologías de
cultivo que sean rentables y no afecten
el medio ambiente con prácticas de
cultivo más sostenibles.
Una forma de moderar las malas
prácticas es mediante el estudio de
la microora del suelo, junto con la
implementación de prácticas agrícolas
que estimulen las poblaciones nativas
de microorganismos en el cultivo, el
crecimiento y la salud de las plantas
en la rizosfera de la caña de azúcar
(Momose et al., 2009; Ashraf et al.,
2011; Saharan y Nehra, 2011), ya que
debemos aprovechar el hecho de que
los microorganismos del suelo están
asociados con los cultivos, en base a
que estos interactúan positivamente
con las plantas (Morgan et al., 2005;
Bhattacharyya y Jha, 2012; Quecine
et al., 2012), y también desde el
punto de vista adaptativo, las plantas
seleccionan los microorganismos que
más contribuyen a su desarrollo,
por
ejemplo, bacterias de los
géneros Pseudomonas, Azospirillum,
Azotobacter, Klebsiella, Enterobacter,
Alcaligens, Arthrobacter, Burkholderia,
Bacillus y Serratia, entre otros pueden
colonizar tejido vegetal (Saharan y
Nehra, 2011; Criollo et al
., 2012), así
como hongos que han demostrado
promover el crecimiento de las plantas
como los del género Trichoderma,
que se ha reportado que estimulan el
crecimiento de gramíneas como sorgo y
maíz entre otras plantas (Hernández-
Mendoza et al., 2018).
Las investigaciones muestran
potencial para seleccionar
microorganismos in situ con potencial
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because they are native microbiota
and have a high degree adaptation.
Therefore, to know the bacterial
diversity associated with the
cultivation of sugarcane and its
potential as biofertilizers, is a rst
step to take advantage of the benets
that lead to the association of the
sugarcane plant and rhizobacteria
in the productive system of sugar
mills “Aarón Sáenz Garza” and “El
Mante” in Tamaulipas Mexico, for
these reasons, the main objective
of the study was to evaluate the
production of indole-3-acetic acid, the
solubilization of mineral phosphorus
and the production of shoots in the
greenhouse from bacteria isolated
from the rhizosphere of sugarcane
cultivated in calcareous soils from the
state of Tamaulipas, Mexico.
Materials and methods
Location. For this study, soils of
sugarcane mills in the municipalities
El Mante (latitude N 22º74’78.30” and
length E 98º98’27.99”), Gómez Farías
(latitude N 22º42’32” and length E
0º30’43”) and Xicoténcatl (latitude
N 22º59’00” and length E 98º57’00”)
from Tamaulipas state, Mexico, were
selected. The microbiology study was
carried out in soil grow with sugarcane
variety CP 72-2086.
Soil samples collection and
samples preparation. In 30 randomly
chosen plots, ve soil samples were
collected from the rhizosphere of
the sugarcane plant. Samples were
collected at a depth 30 cm composed
of ve points in each lot and
subsequently homogenized and dried
para optimizar la asimilación de
nutrientes y poseer sustancias que
estimulen el crecimiento de las
plantas o actúen como bioinsecticidas
o biofungicidas, debido a que son
microbiota nativa y tienen un alto
grado de adaptación. Por tanto,
conocer la diversidad bacteriana
asociada al cultivo de la caña de azúcar
y su potencial como biofertilizantes,
es el primer paso para aprovechar
los benecios que conllevan la
asociación de la planta de caña de
azúcar y rizobacterias en el sistema
productivo de los ingenios azucareros
“Aarón Sáenz Garza “y” El Mante “en
Tamaulipas México, por estas razones,
el objetivo principal del estudio fue
evaluar la producción de ácido indol-
3-acético, la solubilización de fósforo
mineral y la producción de brotes
en invernadero a partir de bacterias
aisladas de la rizosfera de caña de
azúcar cultivada en suelos calcáreos
del estado de Tamaulipas, México.
Materiales y métodos
Localización. Para este estudio,
fueron seleccionados suelos de ingenios
de caña de azúcar en los municipios
El Mante (latitud N 22º74’78.30”
y longitud E 98º98’27.99”), Gómez
Farías (latitud N 22º42’32” y longitud
E 0º30’43”) y Xicoténcatl (latitud N
22º59’00” y longitud E 98º57’00”) del
estado de Tamaulipas, México. El
estudio de microbiología se realizó en
suelo de cultivo con caña de azúcar
variedad CP 72-2086.
Toma de muestras de suelo
y preparación de muestras. En
30 parcelas elegidas al azar, se
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in shade. Bacterial isolation consisted
of using 1 g of soil diluted in sterile
isotonic saline, 100 µL of the dilution
in triplicate was placed in sterile
Petri dishes with growth medium and
incubated at 30 °C for 48 hours. The
selection of the colonies was carried
out by morphology and the counting of
the colonies was done by the method
of Swanson et al. (2001), three culture
media, Luria-Bertani (LB), congo red
agar and potato dextrose agar (PDA)
were used for bacterial isolation
(Berkhoff and Vinal, 1986).
Molecular identication. The
protocol PrepMan® Ultra Sample
Preparation Reagent of Applied
Biosystems for DNA was used
(Mullis and Faloona, 1987), the
protocol allowed to perform a PCR
directly. The 16S rRNA gene was
amplied using universal primer Sx-
(AGAGTTTGATCMTGGCTCAG) and
Ay-(ACCTTGTTACGACTT) (Naveed
et al., 2014). Amplication cycle was
included an initial denaturation (94
ºC, 5 min), 30 cycles consisted of 1 min
at 94 °C for denaturation, 40 s at 58
°C for annealing and 150 s at 72 °C for
elongation, followed 10 min at 72 °C
nal extension. Target amplication
was conrmed by electrophoresis in
1 % agarose. The PCR products were
sequenced and compared with 16S
rRNA gene sequences present in the
NCBI GenBank.
Based on a literature review, a
percentage of the bacterial isolates
were selected to produce IAA,
mineral phosphorus solubilization,
and greenhouse plant inoculation
tests. For phosphorus solubilization,
Pikovskaya agar medium (PVK) with
recolectaron cinco muestras de
suelo de la rizósfera de la planta
de caña de azúcar. Las muestras se
recolectaron a una profundidad de
30 cm, estuvo compuesta por cinco
puntos en cada lote, posteriormente se
homogeneizaron y secaron a la sombra.
El aislamiento bacteriano consistió en
utilizar 1 g de suelo diluido en solución
salina isotónica estéril, se colocaron
100 µL de la dilución por triplicado en
placas de Petri estériles con medio de
cultivo y se incubaron a 30 °C durante
48 horas. La selección de las colonias
se realizó por morfología y el recuento
de las colonias se realizó por el método
de Swanson et al. (2001), se utilizaron
tres medios de cultivo, Luria-Bertani
(LB), agar rojo congo y agar papa
dextrosa (PDA) para el aislamiento
bacteriano (Berkhoff y Vinal, 1986).
Identicación molecular. Se utilizó
el protocolo PrepMan® Ultra Sample
Preparation Reagent de Applied
Biosystems para ADN (Mullis y
Faloona, 1987), el protocolo permitió
realizar una PCR directamente.
El gen de ARNr 16S se amplicó
utilizando el cebador universal Sx-
(AGAGTTTGATCMTGGCTCAG) y
Ay- (ACCTTGTTACGACTT) (Naveed
et al., 2014). El ciclo de amplicación
incluyó una desnaturalización
inicial (94 ºC, 5 min), 30 ciclos
consistieron en 1 min a 94 °C para
la desnaturalización, 40 s a 58
°C para el recocido y 150 s a 72 °C
para el alargamiento, seguidos de
10 min a Extensión nal 72 °C. La
amplicación diana se conrmó
mediante electroforesis en agarosa
al 1 %. Los productos de la PCR se
secuenciaron y compararon con las
957
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purple bromocresol solution was used
as culture pH indicator (changes from
violet to yellow), which indicates the
medium acidication. 10 µL of each
strain were cultured in PVK medium
plates and incubated for 7 days at 30
°C. The appearance of a clear zone
around the colony was considered as
its phosphate solubility capacity. The
phosphorus solubility index (SI) was
calculated from relationship between
the diameter of colony and halo zone
(Nopparat et al., 2009).
Biochemical characterization.
In IAA analysis, the strains were
grown in LB liquid medium for 24 and
48 h and ltered with 0.45 μm nylon
membranes (Millipore), each sample
was composed of 3 mL deionized
water and 3 mL of a suspension
1.10
6
cells.mL
-1
. HPLC analysis was
performed by injecting 20 μL of each
ltered sample and as a standard
IAA solution. All sample analysis was
transformed in mobile phase 70/30
(700 mL of phosphate solution and
300 mL of acetonitrile) with pH 3.2,
a ow rate 1 mL
.
min
-1
for 25 min at
30 °C, UV light detector at 220 nm
and column ultra-pore of 150*4.6mm
(Arora and Bae, 2014).
Greenhouse test. The effect as
bio stimulators of plant growth of
nine isolated bacteria selected for
their production of IAA a phosphorus
solubilization was evaluated in a
greenhouse in 20 seedlings sugarcane
variety CP 72-2086 (Bacillus
aryabhattai, B. licheniformis, B.
megaterium, B. pumilus, B. simplex, B
subtilis, Brevundimonas aurantiaca,
Ensifer adhaerens, Pseudomonas
sp. and control). The analysis was
secuencias del gen del ARNr 16S
presentes en el NCBI GenBank.
En base a una revisión de la
literatura, se seleccionó un porcentaje
de los aislados bacterianos para producir
IAA, solubilización de fósforo mineral e
inoculación de plantas de invernadero.
Para la solubilización del fósforo se utilizó
medio de agar Pikovskaya (PVK) con
solución de bromocresol púrpura como
indicador del pH del cultivo (cambios
de violeta a amarillo), lo que indica la
acidicación del medio. Se cultivaron 10
µl de cada cepa en placas de medio PVK
y se incubaron durante 7 días a 30 ºC. La
aparición de una zona clara alrededor de
la colonia se consideró como su capacidad
de solubilidad de fosfato. El índice de
solubilidad del fósforo (SI) se calculó a
partir de la relación entre el diámetro de
la colonia y la zona del halo (Nopparat et
al., 2009).
Caracterización bioquímica.
En el análisis IAA, las cepas se
cultivaron en medio líquido LB durante
24 y 48 h y se ltraron con membranas
de nylon de 0,45 μm (Millipore),
cada muestra estuvo compuesta
por 3 mL de agua desionizada y
3 mL de
una suspensión de 1.10
6
células.mL
-1
.
El análisis por HPLC
se realizó inyectando 20 μL de cada
muestra ltrada y como una solución
estándar de IAA. Todo el análisis de la
muestra se transformó en fase móvil
70/30 (700 mL de solución de fosfato y
300 mL de acetonitrilo) con pH 3,2, un
caudal de
1 mL
.
min
-1
durante 25 min
a 30 °C, detector de luz UV a 220 nm
y columna ultra-pore de 150*4,6 mm
(Arora y Bae, 2014).
Prueba de invernadero. Se
evaluó el efecto como bioestimuladores
958
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carried in El Mante municipality in
Tamaulipas state, Mexico (latitude
N 22º74’78.30” and length E 98º98’
27.99”). Each sugarcane seedling of
cultivar CP 72-2086 was transplanted
in bags with substrate composted
cachaça (six kilograms) 10 cm to
depth. One milliliter each strain
bacterial was applied to root. The
Chlorophyll and nitrogen content and
shoots number were evaluated.
Statistical analysis and
experimental design. For the
bacterial evaluation in production
phosphorus solubilization and
greenhouse test, a completely
randomized block experimental
design was used with three repetitions
for phosphorus solubilization and 20
repetitions (plants) for the greenhouse
test. For the two evaluations an
ANOVA and Tukey’s means test were
applicate (P = 0.05) in the software
InfoStat v2019 (Di Rienzo et al.,
2019). For the phylogenetic tree
was constructed with the Kimura
2-parameters method (Kimura, 1980)
and the maximum probability with
a resampling of 10,000 repetitions
(Felsenstein, 1985) and the MEGA
V6.0 software was used.
Results and discussion
Bacterial diversity. Morphology
isolation allowed identication of
121 pure isolates from sugarcane
rhizosphere, identication based on
16S rRNA gene allowed identication
of 38 species grouped in nine genera
and three phyla, Actinobacteria,
Proteobacteria and Firmicutes.
Of total species identied, the
del crecimiento vegetal de nueve
bacterias aisladas seleccionadas para
su producción de IAA a solubilización
de fósforo en invernadero en 20
plántulas de caña de azúcar variedad
CP 72-2086 (Bacillus aryabhattai,
B. licheniformis, B. megaterium,
B. pumilus, B. simplex, B subtilis,
Brevundimonas aurantiaca, Ensifer
adhaerens, Pseudomonas sp. y
control). El análisis se realizó en
el municipio El Mante en el estado
de Tamaulipas, México (latitud
N 22º74’78,30” y longitud E 98º98
‘27,99”)
. Cada plántula de caña de
azúcar del cultivar CP 72-2086 se
transplantó en bolsas con sustrato
compostado de cachaza (seis
kilogramos) a 10 cm de profundidad.
Se aplicó a
la raíz un mililitro de
cada cepa bacteriana. Se evaluó el
contenido de clorola y nitrógeno y el
número de brotes.
Análisis estadístico y diseño
experimental. Para la evaluación
bacteriana en producción de
solubilización de fósforo y prueba
de invernadero, se utilizó un
diseño experimental de bloques
completamente al azar con tres
repeticiones para la solubilización de
fósforo y 20 repeticiones (plantas) para
la prueba de invernadero. Para las dos
evaluaciones se aplicaron ANAVAR
y prueba de medias de Tukey (P =
0,05) en el software InfoStat v2019
(Di Rienzo et al., 2019). Para el árbol
logenético se construyó con el método
de 2 parámetros de Kimura (Kimura,
1980) y máxima probabilidad con un
remuestreo de 10.000 repeticiones
(Felsenstein, 1985) y el software
MEGA V6.0.
959
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genera Bacillus, Pseudomonas and
Arthrobacter grouped largest number
of species. At phylum level, the phylum
Firmicutes grouped largest number of
species (26), Proteobacteria eight and
Actinobacteria four species (gure 1).
Figure 1. Phylogenetic relationship of 16S rRNA gene in bacteria isolated
from sugarcane rhizosphere grown in southern Tamaulipas
state, Mexico.
Figura 1. Relación filogenética del gen 16S rRNA en bacterias aisladas de
la rizosfera de caña de azúcar cultivada en el sur del estado de
Tamaulipas, México.
The results in bacterial diversity
found in this work coincide with that
reported by Dhanraj (2013), who
found a similar number of phyla and
bacterial genera in the rhizosphere
of sugarcane and that reported by
Cordero et al. (2020) in the rhizosphere
of the other crops as canola, wheat, eld
pea and lentil. In this work, 38 species
located in three phyla were identied,
Actinobacteria, Proteobacteria and
Firmicutes, 50 % of the bacteria
belonged to the genus Bacillus within
the phylum Firmicutes. Pisa et al.
(2011), found in their investigation
Resultados y discusión
Diversidad bacteriana. El
aislamiento morfológico permitió
identicar 121 aislados puros de la
rizósfera de la caña de azúcar, la
identicación basada en el gen 16S
rRNA permitió identicar 38 especies
agrupadas en nueve géneros y tres
los, Actinobacteria, Proteobacteria
y Firmicutes. Del total de especies
identicadas, los géneros Bacillus,
Pseudomonas y Arthrobacter agruparon
el mayor número de especies. A nivel de
lo, el lo Firmicutes agrupó el mayor
número de especies (26), Proteobacteria
ocho y Actinobacteria cuatro especies
(gura 1).
Los resultados en diversidad
bacteriana encontrados en este trabajo
coinciden con lo reportado por Dhanraj
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of sugarcane rhizosphere that genus
Bacillus is present in 19.7 % more
than other genera found and as well as
Männistö et al. (2013), who reported
that Bacillus genus had a greater
presence in soils cultivated with crops
of commercial interest (Cordero et al.,
2020).
The wide presence of genus
Bacillus in soils cultivated with
sugarcane, may be related to fact that
genus Bacillus species could produce
spores, which allows each species to
tolerate unfavorable environmental
conditions compared to other genera
(Galperin, 2013). Furthermore, it
is known that Bacillus strains are
producers lipopeptide biosurfactants
of surfactin, iturin and fengycin
families that demonstrate biological
activity with a synergistic mode of
action (Heryania and Dharma Putrab,
2017).
In addition, surfactin shows
antibacterial, antiviral, antiparasitic
properties and triggers formation of
biolms, which are essential for root
colonization, Iturin and fengycin
exhibit antifungal activity against a
wide range of yeast and lamentous
fungi, together stimulate an induced
systemic response (ISR) in host
plants, for what are considered
microorganisms with industrial and
agricultural potential (Lim et al.,
2017).
Phosphorus solubilization. Of
38 species of detected bacteria, only
one isolate per species was analyzed
for phosphorus solubilization, the
result showed that less than 50 % of
the strains can solubilize insoluble
phosphorus, the same result was
(2013), quien encontró un número
similar de phyla y géneros bacterianos
en la rizosfera de la caña de azúcar y
al reportado por Cordero et al. (2020)
en la rizósfera de los otros cultivos
como canola, trigo, guisante y lentejas.
En este trabajo se identicaron 38
especies ubicadas en tres phyla,
Actinobacteria, Proteobacteria y
Firmicutes, el 50 % de las bacterias
pertenecían al género Bacillus dentro
del Phylum Firmicutes. Pisa et al.
(2011), encontraron en su investigación
de la rizósfera de la caña de azúcar
que el género Bacillus está presente
en un 19,7 % más que otros géneros
encontrados y al igual que Männistö
et al. (2013), quienes reportaron que
el género Bacillus tuvo una mayor
presencia en suelos cultivados con
cultivos de interés comercial (Cordero
et al., 2020).
La amplia presencia del género
Bacillus en suelos cultivados con caña
de azúcar, puede estar relacionada con
el hecho de que las especies del género
Bacillus podrían producir esporas, lo
que permite que cada especie tolere
condiciones ambientales desfavorables
en comparación con otros géneros
(Galperin, 2013). Además, se sabe que
las cepas de Bacillus son productoras
de biosurfactantes lipopéptidos de
las familias de surfactina, iturina y
fengycina que demuestran actividad
biológica con un modo de acción
sinérgico (Heryania y Dharma Putrab,
2017).
Además, la surfactina muestra
propiedades antibacterianas,
antivirales, antiparasitarias y
desencadena la formación de
biopelículas, que son esenciales para
961
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reported by Mohammadi (2012),
who observed a lower efcacy than
50 % in solubilization insoluble
phosphorus. The variance analysis
was highly signicant for phosphorus
solubilization time (24, 48 and 72 h)
and treatments (bacterial) (table 1).
Tukey’s test (P = 0.05) showed that
Pseudomonas mediterranea (21.6 mm)
had highest phosphorus solubilization,
followed by Bacillus aryabhattai (14.4
mm) (table 2).
Table 1. Analysis of variance of phosphorus solubilization test in
bacteria isolated from sugarcane rhizosphere in Tamaulipas
state, Mexico.
Cuadro 1. Análisis de varianza de la prueba de solubilización de fósforo
en bacterias aisladas de la rizósfera de la caña de azúcar en el
estado de Tamaulipas, México.
Variationsource Freedom degrees Squares sum Middle squares f calc. prob.
Treatments 125 134.75 8.93 5.84 0.0001**
Repetitions 3 2.71 0.90 0.59 0.624 ns
Time 1 1915.15 1915.15 1244.6 0.001**
Treat*Rep 45 668.38 14.85 9.65 0.001**
Time*Rep 15 1235.84 82.38 53.55 0.001**
Error 112 172.33 1.53
CV 12 %
CV= Coefcient of variation, ns= no signicance (P = 0.01).
CV = Coeciente de variación, ns = sin signicancia (P = 0,01).
This is important since phosphorus
is one of the essential macroelements
necessary for plant growth and
development, however, there is only
a small fraction of phosphorus in the
soil solution (1 ppm or 0.1 %) (Awais et
al., 2017). The phosphate-solubilizing
bacteria (PSB) have ability to
solubilize insoluble phosphorus and
make it available to plant roots for
la colonización de raíces, Iturin y
fengycin exhiben actividad antifúngica
contra una amplia gama de levaduras y
hongos lamentosos, juntos estimulan
una respuesta sistémica inducida
(ISR) en plantas hospedantes, por lo
que se consideran microorganismos
con potencial industrial y agrícola
(Lim et al., 2017).
Solubilización de fósforo. De
38 especies de bacterias detectadas,
solo se analizó un aislado por
especie para la solubilización de
fósforo, el resultado mostró que
menos del 50 % de las cepas pueden
solubilizar fósforo insoluble, el
mismo resultado fue reportado
por Mohammadi (2012), quien
observó una ecacia menor al 50
% en la solubilización del fósforo
insoluble. El análisis de varianza
fue altamente signicativo para el
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absorption (Awais et al., 2017), they
are predominately concentrated in
rhizosphere (Chen et al., 2006).
Table 2. Tukey’s means comparison (P = 0.05) of phosphorus solubilization
bacterial isolated from sugarcane rhizosphere.
Cuadro 2. Comparación de medias de Tukey (P = 0,05) de bacterias
solubilizadoras de fósforo aisladas de la rizosfera de la caña
de azúcar.
Number Treatments Average
T12 Pseudomonas mediterranea 21.6
a
± 1.38
T1 Bacillus aryabhattai 14.4
b
± 1.38
T2 Bacillus megaterium 14.1
b
± 1.38
T11 Pseudomonas koreensis 13.7
b
± 1.38
T14 Pseudomonas sp. 11.5
c
± 1.38
T13 Pseudomonas putida 11.1
c
± 1.38
T3 Bacillus mycoides 09.6
d
± 1.38
T7 Ensifer adhaerens 09.5
d
± 1.38
T4 Bacillus pumilus 09.0
e
± 1.38
T10 Paenibacillus illinoisensis 08.8
e
± 1.38
T6 Bacillus thuringensis 08.3
f
± 1.38
T5 Bacillus safensis 07.3
f
± 1.38
T9 Paenibacillus illinoisensis 07.3
f
± 1.38
T8 Paenibacillus barcinonensis 05.0
f
± 1.38
T15 Streptomyces venezuelae 03.8
h
± 1.38
T16 Terribacillus saccharophilus 03.3
h
± 1.38
a, b, c, d, e, f, g, h
Means with different letters are signicantly different (P = 0.05).
a, b, c, d, e, f, g, h
Medias con letras diferentes son signicativamente diferentes (P = 0,05).
In these analyses, 42% of
bacteria in sugarcane rhizosphere
have ability to solubilize insoluble
phosphorus, mainly Bacillus and
Pseudomonas genera, like that
observed by Mohammadi (2012), PSB
bacteria belong to genera Bacillus,
Pseudomonas, Rhizobium and
tiempo de solubilización del fósforo
(24, 48 y 72 h) y los tratamientos
(bacterianos) (cuadro 1).
La prueba de Tukey (P =
0,05) mostró que Pseudomonas
mediterranea (21,6 mm) tuvo la mayor
solubilización de fósforo, seguida
por Bacillus aryabhattai (14,4 mm)
(cuadro 2).
Esto es importante ya que el
fósforo es uno de los macroelementos
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Enterobacter, these bacteria can be
used as biofertilizers (de Santi Ferrara
et al., 2012). Biofertilizers represent
a sustainable solution to improve
plant growth, nutrition, root growth,
productivity, and response to stress
factors (Sharma et al., 2013; Anand et
al., 2016).
HPLC analysis. HPLC analysis
results showed that Bacillus
aryabhattai (6.0 ppm), Bacillus
safensis (50.9 ppm), Bacillus pumilus
(5.8 ppm) and Ensifer adhaerens
(5.6 ppm) had highest production
of 3-indoleacetic acid (IAA). These
results agree with those reported
by Lee et al. (2012), who reported
that Bacillus aryabhattai strain
LS15 generated highest production
IAA and Souza (2016) reported that
Ensifer adhaerens have ability to
x atmospheric nitrogen and IAA
production.
Different Rhizobacteria genera
have ability to produce and secrete
chemical compounds regulate and
promote plant growth (Ashraf et al.,
2011). IAA-producing bacteria have
longer survival and colonize plant
roots better than other bacteria
(Etesami et al., 2015), weakening the
plant defense mechanisms. In these
results, Bacillus genus had a great
capacity to produce IAA which may
be due to ability to release growth-
promoting substances and have a
better capacity for adaptation and
colonization of sugarcane rhizosphere
in soils of Tamaulipas state, such as
was observed by de Santi Ferrara et al.
(2012). Production of phytohormones,
such as auxins or gibberellins, is a
direct mechanism that is used by
esenciales necesarios para el
crecimiento y desarrollo de las plantas,
sin embargo, solo hay una pequeña
fracción de fósforo en la solución del
suelo (1 ppm o 0,1 %) (Awais et al.,
2017). Las bacterias solubilizadoras
de fosfato (PSB) tienen la capacidad
de solubilizar el fósforo insoluble y
ponerlo a disposición de las raíces
de las plantas para su absorción
(Awais et al., 2017), se concentran
predominantemente en la rizósfera
(Chen et al., 2006).
En estos análisis, el 42 % de
las bacterias en la rizósfera de la
caña de azúcar tienen capacidad
para solubilizar fósforo insoluble,
principalmente los géneros Bacillus
y Pseudomonas, como el observado
por Mohammadi (2012), las bacterias
PSB pertenecen a los géneros
Bacillus, Pseudomonas, Rhizobium y
Enterobacter, estas bacterias pueden
ser utilizados como biofertilizantes
(de Santi Ferrara et al., 2012). Los
biofertilizantes representan una
solución sostenible para mejorar
el crecimiento de las plantas, la
nutrición, el crecimiento de las raíces,
la productividad y la respuesta a los
factores de estrés (Sharma et al., 2013;
Anand et al., 2016).
Análisis por HPLC. Los
resultados del análisis de HPLC
mostraron que Bacillus aryabhattai
(6,0 ppm),
Bacillus safensis (50,9
ppm), Bacillus pumilus (5,8 ppm)
y Ensifer adhaerens (5,6 ppm)
tuvieron la mayor producción de ácido
3-indolacético (IAA). Estos resultados
concuerdan con los reportados por Lee
et al. (2012), quienes informaron que
la cepa LS15 de Bacillus aryabhattai
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PGR microorganisms. IAA is one of
the most physiologically active auxins
which controls many physiological
processes including stimulation of
cell division, cell elongation, cell
differentiation, light and gravitational
responses, and regulation of leaf fall
and fruit ripening (Massena and dos
Santos, 2015).
The bacterial evaluation under
greenhouse conditions, the chlorophyll
nitrogen amount in leaves and shoots
number per plant showed highly
signicant differences in ANOVA
analysis (table 3).
Tukey’s test (P = 0.05) showed
that Ensifer adhaerens and Bacillus
megaterium species presented
highest chlorophyll and nitrogen
averages in cultivar sugarcane CP
72-2086. Bacillus megaterium species
Table 3. Analysis of variance for amount of nitrogen, chlorophyll
and number of shoots traits in sugarcane cultivar CP 72-
2086 inoculated with bacteria isolated from rhizosphere of
sugarcane in Tamaulipas state, Mexico.
Cuadro 3. Análisis de varianza para las características cantidad de
nitrógeno, clorofila y número de brotes en el cultivar de caña
de azúcar CP 72-2086 inoculado con bacterias aisladas de la
rizósfera de la caña de azúcar en el estado de Tamaulipas,
México.
Variation
source
Chlorophyll
content
Nitrogen
content
Shoot
number
Treatments 2975.64
**
4045.72
**
0.0022
**
Repetitions 67.70
ns
0.588
ns
0.9052
ns
Error 35.00 15.46 0.0194
CV (%) 11.00 10.00 10.00
CV = Coefcient of variation; ns= no signicance (P = 0.01).
CV = coeciente de variación; ns = sin importancia (P = 0,01).
generó la mayor producción de IAA y
Souza (2016) informaron que Ensifer
adhaerens tiene la capacidad de jar
nitrógeno atmosférico y la producción
de IAA.
Los diferentes géneros de
Rhizobacteria tienen la capacidad
de producir y secretar compuestos
químicos que regulan y promueven el
crecimiento de las plantas (Ashraf et
al., 2011). Las bacterias productoras
de IAA tienen una supervivencia más
prolongada y colonizan las raíces de
las plantas mejor que otras bacterias
(Etesami et al., 2015), lo que debilita
los mecanismos de defensa de las
plantas. En estos resultados, el género
Bacillus tuvo una gran capacidad de
producir IAA lo cual puede deberse
a la capacidad de liberar sustancias
promotoras del crecimiento y tener
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presented two shoots per plant that
represented highest value, showing
signicant biostimulant behavior
(table 4). Situation that is presented
in the work of Cook et al. (2011), in pot
growth of sugarcane plants inoculated
with the species Pseudomonas luteola,
P. uorescens N50, Ochrobactrum
anthropi N208 and Stenotrophomonas
maltophilia 79 had the highest leaf
area indices and growth rates.
Table 4. Tukey’s means comparison (P = 0.05) of amount of nitrogen,
chlorophyll and number of shoots traits in sugarcane cultivar
CP 72-2086 inoculated with bacteria isolated from rhizosphere
of sugarcane in Tamaulipas state, Mexico.
Cuadro 4. Comparación de medias de Tukey (P = 0,05) para las
características de cantidad de nitrógeno, clorofila y número
de brotes en el cultivar de caña de azúcar CP 72-2086 inoculado
con bacterias aisladas de la rizosfera de la caña de azúcar en el
estado de Tamaulipas, México.
Number Treatments Chlorophyll content Nitrogen content Shoot number
T1 Bacillus aryabhattai 37.8
c
± 1.03 1.18
b
± 0.08 2
a
± 0.18
T2 Bacillus licheniformis 45.8
a
± 1.03 2.38
a
± 0.08 1
b
± 0.18
T3 Bacillus megaterium 48.0
a
± 1.03 2.53
a
± 0.08 2
a
± 0.18
T4 Bacillus pumilus 35.2
d
± 1.03 1.78
c
± 0.08 2
a
± 0.18
T5 Bacillus simplex 38.6
c
± 1.03 1.80
c
± 0.08 2
a
± 0.18
T6 Bacillus subtilis 43.6
b
± 1.03 2.30
a
± 0.08 1
b
± 0.18
T7 Bacillus safensis 44.9
b
± 1.03 2.37
a
± 0.08 1
b
± 0.18
T8 Ensifer adhaerens 48.1
a
± 1.03 2.50
a
± 0.08 1
b
± 0.18
T9 Pseudomonas 30.0
b
± 1.03 2.49
a
± 0.08 1
b
± 0.18
T10 Control 48.0
a
± 1.03 1.05
b
± 0.08 4
a
± 0.18
a, b, c, d
Means with different letters are signicantly different (P = 0.05).
a, b, c, d
Medias con letras diferentes son signicativamente diferentes (P = 0,05).
una mejor capacidad de adaptación
y colonización de la rizósfera de la
caña de azúcar en suelos del estado de
Tamaulipas, como lo observó de Santi
Ferrara et al. (2012). La producción
de tohormonas, como auxinas o
giberelinas, es un mecanismo directo
que utilizan los microorganismos
PGR. IAA es una de las auxinas más
siológicamente activas que controla
muchos procesos siológicos, incluida
Biological evaluations by
Castellanos-González
et al. (2016),
showed responses to biofertilization
with the combination of cachaça and
la estimulación de la división celular, el
alargamiento celular, la diferenciación
celular, las respuestas lumínicas y
gravitacionales y la regulación de la
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García et al. ISSN 2477-9407
End of English Version
phosphate rock with commercial
biofertilizers EcoMic® and Azotofos®,
achieving increases in the number of
shoots in sugarcane seedlings. Gómez
et al. (2019), also with inoculation of
the biofertilizer NITROFIX® provoked
a stimulating response on the radical
growth of the evaluated varieties of
sugarcane.
Conclusions
The isolation and bacterial
identication by the 16S rRNA gene
of the rhizosphere of the sugarcane
variety CP 72-2086 cultivated in the
state of Tamaulipas, Mexico, identied
in greater proportion species of the
genus Bacillus.
The analysis of in vitro parameters
of dissolution of phosphorus and
IAA and the measured parameters
of the amount of chlorophyll,
nitrogen and shoots detected in the
greenhouse bacterial inoculation in
the sugarcane variety CP 72-2086,
indicated that Bacillus megaterium
and Ensifer adhaerens had the
highest performance, postulating
these isolates to future evaluations
in sugarcane cultivated in the state of
Tamaulipas, Mexico to evaluate their
effect as possible biofertilizers in the
production of sugarcane.
Acknowledgment
Conacyt-FOMIX-Tamaulipas:
Tamaulipas Key: 00000000019961,
and Instituto Politécnico Nacional.
caída de las hojas y la maduración del
fruto (Massena y dos Santos, 2015)
La evaluación bacteriana en
condiciones de invernadero, la
cantidad de nitrógeno clorofílico
en hojas y el número de brotes
por planta mostró diferencias
altamente signicativas en el
análisis ANAVAR (cuadro 3).
La prueba de Tukey (P = 0,05)
mostró que las especies de Ensifer
adhaerens y Bacillus megaterium
presentaron los promedios más
altos de clorola y nitrógeno en
el cultivar de caña de azúcar CP
72-2086. Las especies de Bacillus
megaterium presentaron dos brotes
por planta que representaron
el mayor valor, mostrando un
comportamiento bioestimulante
signicativo (cuadro 4). Situación
que se presenta en el trabajo de Cook
et al. (2011), en macetas de plantas
de caña de azúcar inoculadas con
las especies Pseudomonas luteola,
P. uorescens N50, Ochrobactrum
anthropi N208 y Stenotrophomonas
maltophilia 79 tuvieron los índices
de área foliar y tasas de crecimiento
más altos.
Evaluaciones biológicas de
Castellanos-González et al.
(2016), mostraron respuestas a la
biofertilización con la combinación
de cachaça y roca fosfórica con
biofertilizantes comerciales
EcoMic® y Azotofos®, logrando
incrementos en el número de brotes
en plántulas de caña de azúcar.
Gómez et al. (2019), también con
la inoculación del biofertilizante
NITROFIX® provocó una respuesta
estimulante sobre el crecimiento
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García et al. ISSN 2477-9407
radical de las variedades evaluadas
de caña de azúcar.
Conclusiones
El aislamiento e identicación
bacteriana por el gen 16S rRNA de
la rizósfera de la variedad de caña
de azúcar CP 72-2086 cultivada en
el estado de Tamaulipas, México,
identicó en mayor proporción especies
del género Bacillus.
El análisis de los parámetros in
vitro de disolución de fósforo e IAA y los
parámetros medidos de la cantidad de
clorola, nitrógeno y brotes detectados
en la inoculación bacteriana en
invernadero en la variedad de caña de
azúcar CP 72-2086, indicó que Bacillus
megaterium y Ensifer adhaerens
presentaron los mayores niveles de
desempeño, postulando estos aislados
para futuras evaluaciones en caña
de azúcar cultivada en el estado de
Tamaulipas, México para evaluar su
efecto como posibles biofertilizantes en
la producción de caña de azúcar.
Agradecimiento
Conacyt-FOMIX-Tamaulipas:
Código Tamaulipas: 00000000019961,
e Instituto Politécnico Nacional.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.13 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido: 14-03-2021 . Aceptado: 28-06-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: lgonzalezpaz@gmail.com
Caracterización del complejo genético
tracrARN-
DR
ARN asociado al sistema CRISPR-Cas9
del fitosimbionte Acholeplasma palmae descriptor:
interés biotecnológico
Characterization of the tracrARN-
DR
ARN genetic
complex associated with the CRISPR-Cas9 system of the
phytosymbiont Acholeplasma palmae: biotechnological
interest
Caracterização do complexo genético tracrARN-
DR
ARN
associado ao sistema CRISPR-Cas9 do descritor
de Acholeplasma palmae tossimbionte: interesse
biotecnológico
Luis Moncayo
1
, Alex Castro
2
, Diego Arcos
2
, Paulo
Centanaro
2
, Diego Vaca
3
, Cristina Maldonado
4
, Aleivi Perez
6
,
Carla Lossada
7
, Lenin González-Paz
5,8
*
1
Universidad Católica de Cuenca, Ecuador. Correo electrónico: luismoncayo834@hotmail.
com, .
2
Universidad Agraria de Ecuador, Facultad de Ciencias Agrarias, Ecuador.
Correo electrónico: (AC): alcastro2010@hotmail.es, ; (DA): arcosda@hotmail.com,
(PC): pcentanaro@uagraria.edu.ec, .
3
Universidad Laica Eloy Alfaro de Manabí,
Ecuador. Correo electrónico: diegoalf13@gmail.com; .
4
Laboratorio de Biotecnología,
Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Técnica de Babahoyo, Ecuador.
Correo electrónico: cmaldonadoc@yahoo.com .
5
Laboratorio de Genética y Biología
Molecular, FEC-LUZ. Zulia, Maracaibo, Venezuela. Correo electrónico: lgonzalezpaz@
lgonzalezpaz@gmail.com, .
6
Laboratorio de Microbiología General, FEC-LUZ. Zulia,
Maracaibo, Venezuela. Correo electrónico: aleiviciencias@gmail.com, .
7
Laboratorio
de Caracterización Molecular y Biomolecular, Centro de Investigación y Tecnología de
Materiales, Instituto Venezolano de Investigaciones Cientícas (IVIC), Zulia, Venezuela.
526. Correo electrónico: lossadacarla@gmail.com, .
8
Doctorado en Ciencias Agrarias,
Facultad de Agronomía, Universidad del Zulia, Zulia, Venezuela.
971
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Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2021, 38(4): 970-992. Octubre-Diciembre.
Moncayo et al. ISSN 2477-9407
Resumen
La tecnología CRISPR-Cas9 usada en biotecnología vegetal se fundamenta
en el empleo de nucleasas Cas9 para generar cortes precisos en el genoma y un
dúplex conformado por un trans-activador CRISPR ARN (tracrARN) y un CRISPR
ARN (
DR
ARN) los cuales son precursores del ARN guía (sgARN) rediseñado
comercialmente (sgARN-Cas9) para guiar la escisión de genes. La mayoría
de estas herramientas provienen de bacterias clínicas. Sin embargo, existen
diversos sistemas CRISPR-Cas9 en microorganismos ambientales como los
toendosimbiontes del género Acholeplasma. Pero la explotación de estos sistemas
más compatibles con plantas requiere usar herramientas bioinformáticas para su
predicción y estudio. Fueron identicados y caracterizados los elementos asociados
al dúplex tracrARN-
DR
ARN en A. palmae. Para ello la información proteica se
obtuvo del Protein Data Bank y la genómica del GenBank/NCBI. El sistema
CRISPR fue estudiado con el software CRISPRnder. Se utilizaron algoritmos
de alineamiento y el software NUPACK para identicar los módulos tracrARN
y
DR
ARN, y también diversos softwares computacionales para la caracterización
genética, estructural y biofísica. Se encontró un sistema CRISPR-Cas en A.
palmae con características de tipo II-C, así como un dúplex con regiones exibles,
termodinámicamente muy estable, presentando una energía de acoplamiento
con Cas9 termodinámicamente favorecida. Estos resultados son deseables en
sistemas de edición programable de genes y evidencian la posibilidad de explorar
herramientas moleculares nativas en microorganismos ambientales aplicables a
la manipulación genética de plantas, conforme se realicen más investigaciones.
Este estudio representa el primer reporte sobre la estabilidad termodinámica y el
acopamiento molecular de elementos asociados al dúplex tracrARN-
DR
ARN en el
tosimbionte A. palmae.
Palabras clave: acoplamiento molecular, bioinformática, mycoplasma,
transactivador.
Abstract
The CRISPR-Cas9 technology used in plant biotechnology is based on the
use of Cas9 endonucleases to generate precise cuts in the genome, and a duplex
consisting of a trans-activating CRISPR RNA (tracrRNA) and a CRISPR RNA
(
DR
RNA) which are precursors of guide RNA (sgRNA) commercially redesigned
(sgRNA-Cas9) to guide gene cleavage. Most of these tools come from clinical
bacteria. However, there are several CRISPR-Cas9 systems in environmental
microorganisms such as phytoendosymbionts of plants of the genus Acholeplasma.
But the exploitation of these systems more compatible with plants requires using
bioinformatics tools for prediction and study. We identied and characterized the
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elements associated with the duplex in the genome of A. palmae. For this, the
protein information was obtained from the Protein Data Bank and the genomics
from GenBank/NCBI. The CRISPR system was studied with the CRISPRnder
software. Alignment algorithms and NUPACK software were used to identify the
tracrRNA and
DR
RNA modules, together with various computational software for
genetic, structural and biophysical characterization. A CRISPR-Cas system was
found in A. palmae with type II-C characteristics, as well as a thermodynamically
very stable duplex, with exible regions, exhibiting a docking power with Cas9
thermodynamically favored. These results are desirable in programmable gene
editing systems and show the possibility of exploring native molecular tools in
environmental microorganisms applicable to the genetic manipulation of plants,
as more research is carried out. This study represents the rst report on the
thermodynamic stability and molecular docking of elements associated with the
tracrRNA-
DR
RNA duplex in the phytosymbiont A. palmae.
Keywords: molecular docking, bioinformatics, mycoplasma, transactivator.
Resumo
A tecnologia CRISPR-Cas9 usada em biotecnologia vegetal é baseada no uso
de nucleases Cas9 para gerar cortes precisos no genoma e um duplex composto de
um RNA CRISPR transativador (tracrRNA) e um RNA CRISPR (
DR
ARN) que são
precursores de o RNA guia comercialmente reprojetado (sgRNA) (sgRNA-Cas9) para
guiar a clivagem do gene. A maioria dessas ferramentas vem de bactérias clínicas. No
entanto, existem vários sistemas CRISPR-Cas9 em microrganismos ambientais, como
toendossimbiontes do gênero Acholeplasma. Mas a exploração desses sistemas mais
compatíveis com as plantas requer o uso de ferramentas de bioinformática para sua
previsão e estudo. Os elementos associados ao duplex tracrARN-
DR
ARN em A. palmae
foram identicados e caracterizados. Para isso, as informações sobre proteínas foram
obtidas no Protein Data Bank e a genômica no GenBank / NCBI. O sistema CRISPR
foi estudado com o software CRISPRnder. Algoritmos de alinhamento e o software
NUPACK foram utilizados para identicar os módulos tracrRNA e
DR
ARN, além de
diversos softwares computacionais para caracterização genética, estrutural e biofísica.
Um sistema CRISPR-Cas foi encontrado em A. palmae com características do tipo II-
C, bem como um duplex com regiões exíveis, termodinamicamente muito estável,
apresentando uma energia de acoplamento termodinamicamente favorecida com
Cas9. Esses resultados são desejáveis em sistemas de edição de genes programáveis
e mostram a possibilidade de explorar ferramentas moleculares nativas em
microrganismos ambientais aplicáveis à manipulação genética de plantas, à medida
que mais pesquisas são realizadas. Este estudo representa o primeiro relatório sobre
a estabilidade termodinâmica e acoplamento molecular de elementos associados ao
duplex tracrRNA-
DR
ARN no tossimbionte A. palmae.
Palavras chave: acoplamento molecular, bioinformática, micoplasma, transativador
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Introducción
Acholeplasma es un género de
bacterias tosimbiontes sin pared
celular, clasicadas en la división
Firmicutes, clase Mollicutes,
orden Acholeplasmatales y familia
Acholeplasmataceae. Hay 15 especies
reconocidas en este género. Los
genomas de las especies varían de 0,5
a 2,2 Mbp con un contenido de G+C es
bajo, oscilando entre 20% y 40%. La
temperatura óptima de crecimiento
de estos organismos es de 30º a 37º C,
son saprótas y se encuentran en el
suelo, el compost, las aguas residuales
o como comensales de vertebrados,
insectos o plantas, siendo consideras
como endosimbiontes de plantas
(Ipoutcha et al., 2019).
Hasta ahora no hay información
sobre si alguna de las especies de
Acholeplasma sea patógeno primario
de plantas, pero se sabe que pueden
causar efectos citopáticos en cultivos
de tejidos (Windsor et al., 2010; Kube
et al., 2014). Estas bacterias pueden
aislarse de la supercie de plantas
como el brócoli (Brassica oleracea
var. italica descriptor) o de tejidos de
la corona de la palma de coco (Cocos
nucifera descriptor) (Tully et al.,
1994).
A. aidlawii ha sido la especie
más estudiada y la única del
género aprovechada en estudios
biotecnológicos (Windsor et al., 2010;
Wu et al., 2018; Mirabelli et al., 2019).
Sin embargo, existen otras especies del
género Acholeplasma cuyos genomas
han sido completamente secuenciados
como A. palmae J233 (cuyo genoma es
de 1.554.229 bp), y esto ha permitido el
Introduction
Plant’s health and productivity
have been linked to their microbiota
dominated mainly by bacteria
and fungi (Purahong et al., 2018).
Interactions between plants and
microorganism have been present
for a long time in evolution, since
microorganisms have helped plants to
deal with lack of nutrients, stressful
conditions, and pathogens (Smith et al.,
2015). The study of plant-associated
bacteria, their antagonistic potential
in control of pathogens and their effect
as growth promoters comprise the
action of several genera and species of
bacteria that can be isolated from the
surface of plant tissues or obtained
from within the plant (Daungfu et
al., 2019). In Mexico, and many other
parts of the world, basil (Ocimum
basilicum L., Fam. Lamiaceae) is
an economically important aromatic
herb. In Baja California Sur, Mexico,
production of sweet basil was
approximately 1,685 tons at the end
of 2019 cycle (SIAP 2019). Nuffar
variety was the main sweet basil
grown in the state. This plant is used
in the food industry and in traditional
medicine (Gilardi et al., 2013). Basil
plants shelter a distinctive microbiota
responsible for growth, quality and
health via microbial metabolism
and host interactions (Adamović
et al., 2015). However, successive
cultivation in the same soil for a
long time is known to be associated
with changes in physicochemical
properties of the ground, which in
turn, provides conditions that cause
diseases by pathogens, leading to
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estudio comparativo entre las especies
del género y las especies relacionadas
(Tully et al., 1994; Kube et al., 2014).
Es importante destacar que los
análisis comparativos han revelado
que A. palmae J233 es la única especie
descrita de estos toendosimbiontes
con un sistema genético tipo CRISPR-
Cas (Clustered Regularly Interspaced
Short Palindromic Repeats and
CRISPR-associated systems or cas
genes) conrmado, pero aun no
caracterizado (Bumgardner et al.,
2015). Estos sistemas genéticos son
importantes porque pueden estar
asociados a factores de patogenicidad y
virulencia en microrganismos (Westra
et al., 2014). También son precursores
de herramientas de manipulación
genética usadas en biotecnología
vegetal como estrategia hacía una
agricultura sostenible (Belhaj et al.,
2015).
Especícamente, los sistemas
CRISPR son un nuevo grupo
de herramientas empleadas en
biotecnología vegetal basada en el uso
de endonucleasas de restricción de la
familia caspasas, como la Cas9, que
provienen del sistema de inmunidad
natural procariota CRISPR tipo II, y
que incluye la nucleasa, la secuencia
trans-activadora CRISPR RNA
(trans-activating CRISPR RNA o
tracrRNA), la secuencia CRISPR
ARN (CRISPR RNA o crRNA) y el
motivo adyacente al protoespaciador
(protospacer adjacent motifs o
PAM). El crARN, tracrARN y PAM
conforman los elementos genéticos
del complejo tracrARN-crARN, el
cual es precursor del ARN de guía
única (sgARN) (simple guide RNAs
devastating yield losses. In this
study, the objective was to isolate and
identify bacteria associated to healthy
basil plants from crops around La
Paz, Baja California Sur, Mexico,
with the ability to inhibit pathogenic
fungi development without affecting
seedling development.
Material and methods
Plant material and
experimental site
Samples of basil plants were
taken from crops with similar
agroecological conditions within the
area of La Paz, B.C.S. México. Three
adult basil plants, ready for harvest,
apparently healthy, with intact aerial
parts (normal leaves without spots
or color alterations), stems without
deformations, separated at least 50
meters one from each other, were
randomly selected per crop. The crop
locations were: Pescadero (Pradera
Escolar 23°21´56”N, 110°10´27”W
and Las Maravillas 23°21´43”N,
110°11´18”W), Todos Santos (Sueño
Tropical 23°31´29”N, 110°17´15”W)
and Los Planes (Cesar Cárdenas,
23°57´11”N, 109°55´50”W). Root,
stem and leaves of each plant were
separated and placed in sterile
plastic bags. Later, the samples were
transported to the Laboratory where
the microbiological analysis was
carried out.
Isolation of bacteria
To isolate predominant bacteria,
two culture media were used.
Standard methods agar or plate
count agar (SMA, DIFCO) was used
to isolate bacteria and de Man Rogosa
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o sgRNA), una molécula rediseñada
comercialmente para establecer un
complejo ribonucleoproteico (RNP)
con el sgARN y la nucleasa (formado
en complejo sgARN-Cas9) y dirigir de
forma especíca la escisión (o corte)
programable de genes y genomas
(Chyou y Brown, 2019). Por lo tanto,
caracterizar los elementos tracrARN
y crARN tienen un alto interés
biotecnológico (Kaushik et al., 2019).
En este sentido esta investigación
se centró en dicha caracterización.
Especialmente porque se sabe que
el uso de sistemas compatibles
con el objeto de estudio como las
“agrobacterias” para plantas, puede
otorgar mejoras en los procesos de
edición genética y tomejoramiento
de las células vegetales receptoras
(Demirer et al., 2019; Danilo et al.,
2019; Zhang et al., 2020; Rodríguez et
al., 2021). El interés también radica
en que existe una gran diversidad de
herramientas para la manipulación
genética de plantas, pero todas
provienen de sistemas CRISPR tipo-
II de bacterias de interés clínico como
Staphylococcus aureus (SaCas9),
Streptococcus thermophilus (StCas9),
Neisseria meningitides (NmCas9)
y Streptococcus pyogenes (SpCas9)
(Zhang et al., 2019).
Sin embargo, en la naturaleza
existe una gran diversidad de sistemas
CRISPR-Cas tipo II y de elementos
claves para la edición genética como
los complejos tracrARN-crARN en
microorganismos ambientales menos
estudiados como A. palmae, la única
especie del género Acholeplasma
con un sistema CRISPR conocido
(Bumgardner et al., 2015). Pero la
and Sharp agar (MRS, DIFCO) was
used to isolate lactic acid bacteria.
Briey, 10 g of root, stem or leaves
were placed into 90 mL of phosphate
buffer saline (PBS)
(145 mM NaCl,
2.87 mM KH
2
PO
4
and 6.95 mM
K
2
HPO
4
, pH 7.2) and triturated with a
tissue homogenizer (Ultra-Turrax T25,
Janke & Kunkel) until a suspension
was obtained. Serial dilutions were
prepared and then 100 µL of each
dilution was spread on duplicated
Petri dishes containing: SMA and
MRS, the plates were incubated at 35
°C for 24 h. Bacteria from predominant
and morphologically different colonies
were cross streaked and puried onto
plates containing the same media as
the plate they grew rst. Bacteria
were characterized by Gram staining
and cell morphology under a phase
contrast microscope (Nikon Eclipse
E-600), then inoculated in Tryptic Soy
Broth (TSB, DIFCO) and incubated
overnight at the above temperature
and preserved with 50 % glycerol at
-80 ºC (Goldman and Green 2009).
The isolated bacteria were labeled as
follows: rst two letters correspond
to the investigated plant, in this case
AL for basil; third letter corresponds
to culture media they were isolated
from, A for standard methods agar
and M for de Man Rogosa and Sharpe
medium. Fourth letter corresponds to
the part of the plant sampled: R for
root, T for stem and H for leaves. First
number corresponds to the sampling
area: 1-3 corresponds to Pescadero,
4-6 corresponds to Los Planes and 7-9
corresponds to Todos Santos. Finally,
the last number corresponds to the
isolated colony.
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explotación de estos sistemas capaces
de establecer interacciones con
plantas requiere usar herramientas
bioinformáticas para su predicción y
estudio.
Para evitar confusiones el término
tracrARN-crARN el cual se usa para
referirse típicamente al complejo
entre las secuencias llamadas
repeticiones directas (Direct Repeat o
DR) tracrARN y crARN, fue sustituido
en este trabajo por tracrARN-
DR
ARN,
debido a que en un sentido estricto el
crARN maduro se compone de la DR y
de un elemento de ARN denominado
“espaciador”, el cual no fue considerado
en los análisis realizados, por ser el
elemento genético altamente variable
del dúplex tracrARN-crARN (Chyou
y Brown, 2019). Por lo que se realizó
la caracterización de los elementos
genéticos que conforman el dúplex
designado como tracrARN-
DR
ARN
asociados al sistema CRISPR-Cas
tipo II en el genoma de A. palmae con
el interés de ofrecer bases teóricas
alternativas que contribuyan con los
procesos de manipulación genética
aplicables a la biotecnología vegetal.
Materiales y métodos
Secuencia genómica,
identificación y caracterización
del sistema CRISPR-Cas
La información genómica de la
especie A. palmae J233 (GenBank
accession GCA_000968055.1; RefSeq
accession GCF_000968055.1; RefSeq
sequence NC_022538.1) fue obtenida
del NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.
gov/). El CRISPR loci así como los
genes Cas asociados se identicaron
Model Fungi used in
antagonistic assay
The fungi used in this study were
Aspergillus spp., Alternaria spp.
and Hendersonula spp. currently
identied as Neoscytalidium
dimidiatum. Aspergillus spp. comes
from a monosporic culture isolated
from soil and characterized by its
colonial (macroscopic) and cellular
(microscopic) morphology according
to general taxonomic keys in the
Laboratorio de Ciencia y Tecnología
de Alimentos at this University. This
fungus was used in this research as a
model to carry out the rst screening
of bacteria with antagonistic capacity.
Alternaria spp. and N. dimidiatum
also come from a monosporic culture
and were previously isolated from
Ocimum basilicum L. and Ficus
benjamina respectively (Hernández-
Montiel et al., 2018). These fungi were
used as a model for important plant
pathogens in this region.
Qualitative antifungal assay
The antifungal activity was
detected using a methodology
developed by our research group.
The confrontation assays against
Aspergillus spp. were carried out in
a method previously described (Joo et
al., 2015), modied with dual culture
plates containing a mixture of TSA
and PDA at 1:1 ratio. The isolated and
puried bacteria were inoculated at
1 % in TSB and incubated overnight
at 30 ºC, then 10 µL drop of the
suspension was placed on each Petri
dish at 15 mm away from the edge.
The dishes were incubated for 24 h at
30 ºC. Subsequently, a 4 mm diameter
lter paper disk, moistened with PBS
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y caracterizaron con el servidor
web CRISPRCasFinder (Couvin et
al., 2018) (https://crisprcas.i2bc.
paris-saclay.fr/CrisprCasFinder/
Index). Todos los espaciadores fueron
comparados con la base de datos
GenBank/NCBI (Benson et al., 2018)
para la búsqueda de secuencias
homólogas con emparejamiento ≥ 95%
usando BLAST (Shen et al., 2017).
Adicionalmente se predijo el número
de posibles estructuras secundarias a
partir de las secuencias de repeticiones
directas (DR) y del tracrARN previas a
la energía libre mínima de Gibbs para
la formación (∆G) usando barriers web
server (http://rna.tbi.univie.ac.at//cgi-
bin/RNAWebSuite/barriers.cgi).
Predicción del tracrARN y
crARN
Para buscar la porción anti-
re
petición del tracrARN, se realizó
una alineación local de nucleótidos
usando BLAST entre la secuencia
DR consenso y las secuencias de
ADN dentro de una de las siguientes
cuatro regiones no codicantes:
dentro de 500 nt aguas arriba de
cas9 y entre cas9 y cas1, y en la
matriz de espaciadores más DR, o
dentro de 500 nt aguas abajo de la
matriz espaciadores más DR. Se
utilizaron los siguientes parámetros
para el BLAST: algoritmo, secuencias
algo similares (blastn); tamaño de
palabra, 7; puntajes de coincidencia/
desajuste, 1, –2; costos de brecha,
existencia 1 y extensión 2. A partir
de los resultados de la alineación,
se identicaron las secuencias del
“potencial de tracrARN”. Una vez
localizada la región anti-repetición
correspondiente al tracrARN, se
was impregnated with spores of an
Aspergillus spp. colony grown for 72
h at 30 ºC in PDA medium, and then
placed 15 mm away from the bacteria
colony. The dual cultures, performed
in duplicate, were incubated for 72
h at 30 ºC and then inhibition zones
were observed. A Petri dish inoculated
only with the disc containing the
fungus was used as positive control.
Confirmatory antifungal assay
The growth of bacteria that
clearly showed an inhibition zone of
Aspergillus spp. were tested against
Aspergillus spp., N. dimidiatum and
Alternaria spp. using methodology
developed by our research group.
Bacterial strains reactivated in TSB
were inoculated at 1 % in tubes with
the same medium and incubated for
24 h at 30 ºC. Subsequently, they
were centrifuged at 3,500 rpm, the
supernatant was decanted, and the
pellets were resuspended in the
same volume of PBS. Parallelly, the
fungi were cultivated in PDA for 72
h, its spores were collected, and its
concentration was adjusted to 10
6
spores mL
-1
by direct count, under
the microscope using a Neubauer
plate. Then, 0.1 mL of the suspensions
were spread onto TSA-PDA 1:1 Petri
dishes. Later three 10 μL drops of
each bacterial suspension were evenly
distributed on the plate previously
spread with a fungus. The plates
were then incubated at 30 ºC for 72
h. After the incubation time, the
zone of inhibition was measured in
millimeters. Two replicates were made
per treatment and the experiment
was repeated twice. Inhibition zones
were measured and bacteria with
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extendió la búsqueda en la dirección 3’
hasta que se encontró una secuencia
con semejanza a un terminador
de transcripción independiente de
Rho. Si no hubiese un terminador
transcripcional claro, se extendería la
búsqueda de tracrARN en la dirección
5’, buscando una estructura similar
anqueada por una cadena rica en
A. Los promotores transcripcionales
y los terminadores independientes
de Rho también se predijo utilizando
el programa BDGP Neural Network
Promoter Prediction (www.fruity.
org/seq_tools/promoter.html) y el
software TransTermHP (http://
transterm.ccb.jhu.edu/query.
php), respectivamente (Chylinski
et al., 2013). Si el tracrARN está
codicado en la dirección de 3’ a
5’, el complemento inverso de la
secuencia se usó durante los análisis.
Empleando el software de predicción
de plegamiento de RNA NUPACK
(http://www.nupack.org/) se predijo
las estructuras secundarias del
dúplex tracrARN y
DR
ARN, así como la
∆G. Se utilizó un algoritmo de plegado
que permite oscilaciones de base G-U.
Para NUPACK, las secuencias de
tracrARN y
DR
ARN se introdujeron
en la dirección 5’ a 3’. Usando las
siguientes opciones: tipo de ácido
nucleico, ARN; número de especies de
hebras, 2; tamaño complejo máximo,
2; concentración de cadena1, 1 μM y
concentración de cadena2, 1 μM. Se
identicaron los elementos asociados
a las estructuras secundarias (tallo
superior, bulto, tallo inferior, nexo
y horquillas) (Chylinski et al., 2013;
Briner et al., 2016; Chyou y Brown,
2019).
large inhibition zones (more than
10 mm) were selected for molecular
identication.
Molecular identification
Bacteria were identied by 16S
rDNA gene sequencing. Total DNA was
extracted following manufacturers
recommendation (Wizard® Genomic
DNA Purication Kit, Promega
Corporation). PCR was carried out
using universal primers pA (forward):
5’-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3’
and pH (reverse):
5’-AAGGAGGTGATCCAGCCGCA-3’
following Broda et al. (1999) method.
The amplicons were puried and then
sequenced. The obtained data was
processed using BLAST searches in
the NCBI and uploaded to GenBank
database.
Germination test
Microtubes were lled with one
hundred twenty basil seeds. The
seeds were disinfected with a 4.25 %
aqueous sodium hypochlorite solution
for 2 minutes, rinsed with sterile
distilled water three times. Then seeds
were inoculated with the suspension
of bacteria that presented antifungal
activity against Aspergillus spp.
containing 10
6
CFU.mL
-1
and let stand
for two minutes. The supernatant was
decanted, and the seeds were set in
a completely random design which
consisted of four replicates of 30 seeds
per treatment and controls. The seeds
were placed in Petri dishes with a
lter paper covering the bottom of the
plate. Water was added to moisten the
seeds and then let stand for 5 days in
the dark in a germination chamber at
25 °C. Testa rupture was considered
as indication of germination. Five
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Análisis complementarios
Se determinó la longitud de las
regiones del dúplex, así como el
porcentaje GC, la temperatura de
fusión (Tm), masa molecular y regiones
de máxima exibilidad usando el
software Unipro UGENE-v.1.32.0. Se
calculó el tamaño (en términos del
radio) del dúplex tracrARN-
DR
ARN
con el método del cálculo del área de
supercie accesible al solvente (SASA)
usando el algoritmo Shrake-Rupley
(Dupuis et al., 2014). Se predijo la
estabilidad termodinámica del dúplex
en términos de ∆G usando NUPACK,
así como las estructuras secundarias
a diversos intervalos de temperatura
(12º, 15º, 23º, 30º, 37º, 40º y 42º C)
(Høyland-Kroghsbo et al., 2018).
En todos los casos fue estimado el
tamaño de las estructuras generadas.
Adicionalmente, se calculó la energía
de interacción entre las regiones del
dúplex y la nucleasa asociada mediante
acoplamiento molecular. Para ello la
información proteica se obtuvo del
Protein Data Bank (https://www.rcsb.
org/). La estructura tridimensional de
la nucleasa fue modelada con SWISS-
MODEL (https://swissmodel.expasy.
org/). El complejo tracrARN-
DR
ARN-
Cas9 se preparó con el software
HDOCK (http://hdock.phys.hust.edu.
cn/) y fue posteriormente analizado
usando Molegro Molecular Virtual
(MMV)-v.7.0.0. Se calcularon las
funciones de puntuación HDOCK
(Yan et al., 2017) y MolDock Score
(Thomsen y Christensen, 2006). Los
acoplamientos moleculares se llevaron
a cabo entre la Cas9 y cada una de
las regiones que componen al dúplex
tracrARN-
DR
ARN porque se sabe que
days old seedlings were separated
out by hypocotyl and radicle, length
of all seedlings was measured by
the software RootNav (Pound et al.,
2013), then dried and weighted to
obtain dry biomass. The signicance
of the obtained results was analyzed
by one-way univariate analysis of
variance (ANOVA), seed inoculation
with different bacteria was used as a
xed factor. The difference between
the means was determined by Tukey´s
test HSD multiple range test at p=
0.05. Mean values were considered
signicantly different when p≤ 0.05.
Statistical analysis was carried
out using SAS software (Statistical
Analysis System (SAS) software, SAS
University Edition).
Results and discussion
The microbiological status
of healthy basil plants should
be determined by the growing
conditions, the environment of the
region, the method of cultivation and
the associated benecial microbiota
at any stage of their production
process. In this study a total of 165
isolates were obtained from the
predominant microbiota of different
parts of the sampled apparently
healthy basil plants from different
sites. Ninety-four isolates were from
SMA and 71 from MRS media used
in the microbiological analysis, all
of them were Gram positive, 152
with bacillary and 13 with coccoid
morphology. Among the most
common plant colonizing bacteria,
we can nd those of the Bacillus
genus (Moffat, 2001). It is known
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en la naturaleza la Cas9 interacciona
tanto con el complejo (tracrARN-
DR
ARN) como con cada uno de sus
elementos de manera independiente
(Jinek et al., 2012).
Resultados y discusión
Organización del sistema
CRISPR-Cas en A. palmae
El genoma de A. palmae J233 es
de 1 554 229 bp. En él se encontró
un sistema CRISPR completo
compuesto por una matriz de DR
más espaciadores entre la región
311 136 y 314 270 (Figura 1), con
48 DR de una longitud de 36 pb y
una secuencia consenso de las DR
conservada dentro de la matriz en un
CGTAATTTTTGCTATCTAACAAC-3’
El sistema CRISPR encontrado es del
tipo II-C al estar conformado por los
genes cas9, cas1 y cas2 ubicados entre
la región de 305 599 y 310 195 pb, y
orientados en dirección aguas arribas.
Es este sentido, la matriz CRISPR
exhibe las características típicas de
los arreglos tipo II descritos para estos
sistemas de inmunidad procariotas.
Especícamente presenta la
arquitectura que agrupa organismos
de importancia clínico-ambiental
como Neisseria meningitidis y
Campylobacter jejuni (Chylinski et
al., 2013; Chyou y Brown, 2019).
Estos presentan sistemas CRISPR
que se han asociado con funciones
no convencionales como factores de
virulencia, regulación genética, ente
otras, incluyendo la patogenicidad
hacia plantas (Westra et al., 2014).
La matriz presentó 47 secuencias
espaciadoras muy diversas, que fueron
that induced systemic resistance is
triggered by benecial members of
the root microbiome in a wide range
of plant hosts making them resistant
against various pathogenic threats.
This systemic enhancement has
also been described for many plant
growth-promoting bacteria of the
Bacillus genus (Pieterse et al., 2014).
It is well known that bacteria of the
Bacillus genus have the capability
of producing a series of bioactive
compounds with antimicrobial
activity (Raaijmakers, 2010).
The qualitative confrontation
assay of the 165 isolates against
Aspergillus spp. resulted in 15 bacilli
strains that inhibited the growth
of the fungus at different degrees
(gure 1). Antagonistic strains were
isolated from aerial part of plants
collected in the towns of Los Planes
and Todos Santos. It is known that
conditions on the plant leaves and
stem (aerial part) are harsh for
bacteria resulting in local microsites
at which conditions are favorable for
growth and/or survival (Jacobs et al.,
2005).
The conrmative confrontation
assay against Aspergillus spp., N.
dimidiatum and Alternaria spp.,
performed with the fteen bacterial
strains that showed antagonistic
activity, conrmed the grow
inhibition of fungi by some of them.
Bacterial strains presented non
regular inhibition zones on fungi
growth; therefore, length and width
measurements of the inhibition area
were documented (table 1). This
behavior was observed because some
bacteria are highly mobile.
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comparadas frente a una base de datos
de 4200 secuencias plasmídicas y 2718
genomas completos de bacteriófagos
según la información contenida en el
GenBank/NCBI database. Se encontró
que el 91,5% (43/47) de los espaciadores
presentaron homología con secuencias
asociadas a bacteriófagos, mientras
que el 8,5% (4/47) presentó homología
con plásmidos. El elevado número de
espaciadores dirigidos a bacteriófagos,
encontrados dentro de la matriz
CRISPR, en más del 90% en A. palmae,
imposibilita recomendar estrategias
de control biológico para evitar los
efectos citopáticos en cultivos de
tejidos basadas en el uso de virus
líticos infectivos (Fagoterapia) (São,
2018).
La predicción de la estructura
secundaria de la DR consenso mostró
una estructura termodinámicamente
estable con un ∆G de -2,90 kcal.
mol
-1
. Además se predijo un total de
otras 6439 posibles estructuras en
un rango de energía de 40 kcal.mol
-
1
por encima de la ∆G. Curiosamente,
el ∆G calculado a partir de las DR
de la matriz CRISPR de A. palmae
es termodinámicamente menos
favorable que la gran mayoría
de las DR consenso descritas al
presentar un ∆G con signo negativo
de menor magnitud (Negahdaripour
et al., 2017; Shen, 2017; Zhao et al.,
2018; Baliga, 2018), pero sin dejar
de ser una secuencia que media
la trascripción de una estructura
de ARN secundaria estable y de
formación espontánea. Sin embargo,
si bien los sistemas CRISPR tipo
II han sido los más estudiados y
aprovechados a nivel biotecnológico
Results of the molecular
identication of bacteria with
conrmed antifungal activity, showed
that all of them belong to the Bacillus
genus according to BLAST similarity
analysis (table 2). Bacillus isolates
like B. subtilis, B. methylotrophicus
and B. amyloliquefaciens have been
shown to have antagonistic activity
against common plant pathogenic
fungi. These bacteria species have
been considered efcient colonizers
that are widely spread due to their
capacity to form spores, to grow in
a wide range of temperatures and
to produce antibiotic compounds
that inhibit phytopathogens growth,
besides being plant growth promoters
(Rios-Velasco et al., 2016).
In this investigation eight strains
with antifungal activity against
Aspergillus spp., N. dimidiatum
and/or Alternaria spp., found in the
samples obtained from basil plants,
were identied and six of them belong
to B. amyloliquefaciens. This is a
microorganism that grows mainly in
the rhizosphere, it begins to grow
close to the formation point of lateral
roots and it spreads on the root surface
(Lugtenberg and Kamilova, 2005).
Nowadays, it has been demonstrated
that inoculation of crops with B.
amyloliquefaciens strains could
increase production under stressful
conditions like nutrient limitations
or high salinity levels (Kim et al.,
2017). It also has been observed
that it could help to control other
pathogens either by competing for
nutrients or by producing antibiotics
and lytic enzymes; particularly, the
molecular basis of its plant growth-
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Figura 1. Descripción de los elementos del sistema CRISPR-Cas9 Tipo II-C y del
tracrARN-
DR
ARN asociado en Acholeplasma palmae. (A) Representación
esquemática de los genes cas adyacentes a la matriz CRISPR. (B)
Identificación de la porción anti-repetición del tracrARN que forma el tallo
superior. La secuencia “query” (consulta, en español) es la región genómica
aguas arriba entre el gen cas9 y cas1. La secuencia “sbjct” (Sujeto) es la
secuencia de repetición CRISPR consenso. La anti-repetición detectada por
BLAST tenía una identidad del 82%. Se muestra además la región de máxima
flexibilidad de la secuencia entre el nt 50 y 60 que coincide con el segmento
“Conexión”. (C) Secuencia de bases nitrogenadas del tracrARN en el locus
CRISPR. Anti-repetición (rojo) del dúplex tracrARN-
DR
ARN, nucleótidos no
apareados que forman la protuberancia (negrita), módulo del tallo inferior
(azul). Adyacente al tallo inferior se encuentra el módulo nexo que forma
una horquilla en estructura secundaria de ARN. La secuencia “aC” previa
al segmento anti-repetición corresponde con el promotor para la secuencia
del dúplex. (D) La búsqueda prevista de tracrARN se extiende a través de
un terminador transcripcional independiente de Rho, identificado en la
figura como los nucleótidos en negrita subrayados, localizados al final de
la secuencia de tracrARN. Se muestra también la ∆G a 37ºC.
Figure 1. Description of the elements of the CRISPR-Cas9 Type II-C system and the
associated tracrRNA-
DR
RNA in Acholeplasma palmae. (A) Schematic
representation of the cas genes adjacent to the CRISPR matrix. (B)
Identification of the anti-repeat portion of the tracrRNA that forms the
upper stem. The “query” sequence is the upstream genomic region between
the cas9 and cas1 gene. The sequence “sbjct” (Subject) is the consensus
CRISPR repeat sequence. The anti-repeat detected by BLAST had 82%
identity. The region of maximum flexibility of the sequence between nt
50 and 60 that coincides with the “Connection” segment is also shown. (C)
Sequence of nitrogenous bases of tracrRNA at the CRISPR locus. Anti-
repeat (red) of the tracrRNA-
DR
RNA duplex, unpaired nucleotides forming
the bulge (bold), lower stem module (blue). Adjacent to the lower stem
is the nexus module that forms a hairpin in RNA secondary structure.
The “aC” sequence prior to the anti-repeat segment corresponds to the
promoter for the duplex sequence. (D) The predicted search for tracrRNA
extends through a Rho-independent transcriptional terminator, identified
in the figure as the underlined bold nucleotides, located at the end of the
tracrRNA sequence. ∆G at 37ºC is also shown.
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gracias a sus enzimas asociadas
de tipo nucleasas (Campenhout
et al., 2019; Kaushik et al., 2019),
no hay reportes sobre análisis
comparativos in silico de la ∆G de
las DR en sus matrices CRISPR. Los
análisis termodinámicos existentes
se han centrado en sistemas tipo
I-B (Negahdaripour et al., 2017),
I-C (Zhao et al., 2018), I-E (Shen,
2017), I-F (Baliga, 2018) y III-B
(Negahdaripour et al., 2017), y aunque
en la mayoría se predicen valores de
∆G ≥ -3,60 kcal.mol
-1
hay reportes
de ∆G entre -0,1 y -2,9 kcal.mol
-1
en
estos sistemas (Negahdaripour et
al., 2017; Zhao et al., 2018;), al igual
que lo predicho en este estudio. Se
encontró que pueden existir cerca
del doble de estructuras de mínima
energía a partir de la secuencia
tracrARN que las calculadas a partir
de las DR, esto posiblemente se deba
a la mayor complejidad estructural
y mayor número de interacciones
nucleotídicas de los tracrARN. Es
importante señalar que el número
de posibles estructuras, así como
su rol no ha sido aún estudiado a
profundidad en los sistemas CRISPR.
Predicción y caracterización
de las secuencias tracrARN y
DR
ARN
La porción de la región denominada
anti-repetidos del tracrARN, fue
localizada dentro de 500 nt aguas
arriba de Cas9, entre cas9 y cas1
(Figura 1). Se pudo identicar
una región de terminación Rho-
independiente en sentido 3’ a 5’ rica
en GC seguida de una región rica en
T. En relación con la ubicación del
tracrARN en A. palmae a partir de la
promoting activity is mainly based
on the production of secondary
metabolites suppressing competitive
microbial pathogens occurring in the
plant rhizosphere, secretion of the
plant growth hormone auxin and the
synthesis of volatiles stimulating
plant growth and induced systemic
resistance (Chen et al., 2009). In
addition, some B. amyloliquefaciens
strains could decrease the incidence
of nematodes in some cultivars (Liu
et al., 2013). Other species found with
antagonistic activity against fungi were
B. velezensis and B. subtilis, members
of the Bacillus genus as well and
closely related to B. amyloliquefaciens
(Rabbee et al., 2019). Also, it has been
shown that microbial colonization has
an important impact on sweet basil
quality, especially on accumulation
of important secondary metabolites
like essential oil (Banchio et al., 2009).
This outstanding ability is of great
importance when production of high-
quality products is of interest.
Strains with observed antagonistic
effect against Aspergillus spp. were
used in a germination experiment to
determine the effect of the bacteria on
total germination, length, and biomass
production of basil seedlings. The total
seed germination reached between 80
and 90 %. Figure 2 shows that all tested
bacteria had no signicant difference
on total germination of basil seeds as
compared to the control. Other reports
regarding Capsicum annuum seed
treatment with B. amyloliquefaciens
resulted in maximum enhancement of
seed germination (84.75 %), seedling
vigor (1,423.8) along with an increase
in vegetative growth parameters
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DR consenso para localizar la región
anti-repeticiones y usarla como guía
según lo recomendado (Briner et
al., 2016) se encontró que la región
anti-repeticiones presenta una alta
complementariedad con la repetición
pre-
DR
ARN y que está ubicada entre
el gen cas9 (módulo efector) y lo
genes cas1-2 (módulo de adaptación)
un arreglo de genes que solo se ha
descrito en aproximadamente el 1%
de los sistemas CRISPR tipo II-C
examinados (Chylinski et al., 2013;
Chyou y Brown, 2019), entre los que se
encuentra la bacteria Gram negativa
degradadora de la mucina intestinal
humana Akkermansia muciniphila
ATCC BAA-835 (De Vos, 2017).
Sin embargo, se observó discrepancia
en esta clasicación debido a que la
ubicación del tracrARN observada en A.
palmae ha sido denida también en los
sistemas tipo II-A (Faure et al., 2019;
Ipoutcha et al., 2019). Resultados que
corresponden con otros autores donde
se señala que la familia de tracrARN
es una familia de ARN atípica sin una
conservación obvia de la estructura,
secuencia o localización dentro de los
loci CRISPR-Cas tipo II (Chylinski et
al., 2013; Chyou y Brown, 2019; Faure
et al., 2019). Mostrando incluso genes
Cas9 alterados (Ipoutcha et al., 2019).
Esta divergencia en la clasicación del
subtipo de CRISPR en el genoma de A.
palmae considerado quizás se deba a
la propia diversidad de estos sistemas
biológicos aún en estudio, debido a que
la subcategorización de los CRISPR
está dada por los arreglos de genes, y
no por otros elementos asociados como
los transactivadores (Makarova et al.,
2011; Van der Oost, 2014). De hecho,
(Gowtham et al., 2018). Recently, a
culture-independent next-generation
sequencing-based approach was
applied to investigate the benecial
impact of B. amyloliquefaciens L-S60
on the composition and dynamics of
rhizosphere microbiota, and growth
conditions of cucumbers during
plug seedling. Application of L-S60
signicantly altered the structure of
the bacterial community associated
with the cucumber seedling. Presence
of benecial rhizosphere species
such as Bacillus, Rhodanobacter,
Paenibacillus, Pseudomonas,
Nonomuraea, and Agrobacterium was
higher upon L-S60 treatment than in
the control group (Qin et al., 2017).
Likewise, hypocotyl (gure 3A)
and radicle (gure 3B), dry biomass
accumulation did not show any
statistically signicant difference
among groups upon inoculation with
isolated antagonistic strains. It is
important to highlight that seedlings
were analyzed at early stages of
growth; in future experiments,
the impact of these strains on
morphometric characteristic of
later stages of development will be
carried out. Although, there were no
statistically signicant differences
between treatments, a tendency
to increase the dry weight can be
observed in the hypocotyl with
ALAT81 an ALMT74 and in radicle
with ALMH71 and ALMT74.
In terms of radicle length, ALAH51,
ALMR73, ALMT52, ALAT64,
ALMH71, ALMH42, ALAH91
and ALMH92 were statistically
equivalent as compared to the control.
These observations indicate that
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en el primer sistema CRISPR/Cas
reportado en A. palmae como de tipo II-
A, se identicó un gen csn2 (Ipoutcha
et al., 2019), un gen que, aunque se
considera una rma especíca de
subtipo (Ka et al., 2018), curiosamente
no fue identicado en este estudio
bajo las condiciones planteadas y con
las herramientas computacionales
propuestas.
Además, se ha reportado una mayor
relación logenética entre el sistema
II-A descrito en A. palmae con los II-C,
que con los II-B (Ipoutcha et al., 2019).
Por lo tanto, es probable que el sistema
predicho en A. palmae represente una
posible variante del sistema CRISPR
subtipo II-C con la misma ubicación del
tracrARN mostrada por los subtipos
II-A. Al mismo tiempo que se pudo
identicar la secuencia terminadora
Rho-independiente rica en Ts como se
ha reportado en estudios anteriores
(Briner et al., 2014).
Debido a las limitaciones de los
algoritmos de predicción in silico de
los promotores y los terminadores
transcripcionales, se sugiere considerar
las predicciones del promotor y del
terminador transcripcional solo como
un paso de apoyo y como parte de la
caracterización de dúplex, pero no
esencial, para la identicación de los
tracrARN, como se ha recomendado
(Chylinski et al., 2013).
Luego del análisis de las regiones
tracrARN y
DR
ARN usando BLAST,
se encontró que no existe homología
con ninguna región genómica de las
especies presentes en el GenBank/
NCBI database. La longitud de
la región tracrARN es de 107 nt,
su contenido de GC es de 39,25%.
the interaction of the mentioned
bacteria strains above did not affect
radicle growth during early seedling
development. However, the rest of the
isolated strains tested had negative
effects, some of them at higher
extend like ALMT73 and ALAT81.
On the other hand, hypocotyl length
did not show statistically signicant
difference of any of the treatments as
compared to the control (table 4).
Further experimentations will be
carried out to nd out if these Bacillus
species strains show antagonistic
activities against other important
phytopathogens if they have an impact
on basil growth and quality in terms
of essential oil and other desirable
traits. Moreover, these strains could
be used for inoculation of other plants
to investigate their biotechnological
potential.
Conclusion
To our knowledge this is the
rst time that B. amyloliquefaciens
strains have been isolated from basil
cultivars. The biotechnological use of
these bacteria to protect basil plants
against fungi is a sustainable and
reliable option to reduce crop loss
due to fungi incidence. Furthermore,
these bacteria are remarkable allies
for basil plant development due to
their ability to colonize them without
damage. The investigation carried out
and presented here in establishes the
basis for further studies on agronomic
useful these Bacillus strains that are
naturally occurring in basil plants
around La Paz, Baja California
Sur, Mexico, where we can nd very
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Presenta una masa molar de 33
250,59 Da y un Tm de 74,71 ºC, con
una región de máxima exibilidad
entre los nucleótidos 50 y 60.
La región
DR
ARN presenta una
longitud de 34 nt con un contenido de
GC de 44,12%. Su masa molecular
es de 10 530,77 Da y su Tm es de
63,21 ºC, sin regiones exibles
predecibles. El alto contenido de
pirimidinas en la región crARN y de
purinas en la tracrARN calculado
en A. palmae, y que impacta
claramente en sus temperaturas
de fusión, corresponden con lo
reportado en la literatura (Briner
et al., 2016; Chyou y Brown, 2019).
El
DR
ARN estudiado cuenta con
una estabilidad medianamente
conservada entre la región anti-
repeticiones con la repetición pre-
DR
ARN como se ha descrito (Briner
et al., 2016; Chyou y Brown, 2019).
Observaciones que muestran que
la versatilidad y ventaja del uso de
estas moléculas está estrechamente
relacionada con la exibilidad y
estabilidad termodinámica de los
complejos RNP establecidos, lo cual
puede ser clave en la especicidad
de corte como se ha señalado en
la edición programable de genes
(Kaushik et al., 2019).
Los análisis de la secuencia
genética mostraron que la región
comprendida entre el segmento
denominado nexus y la secuencia de
terminación es la región con máxima
exibilidad estructural, lo que
coincide con la secuencia localizada
entre las conformaciones tallo-bucle
típicas del módulo de terminación
del dúplex (Briner et al., 2014; Briner
distinctive environmental conditions
like extreme temperatures, high soil
salinity and drought.
Acknowledgments
This work was supported by the
Department of Agronomy at the
Universidad Autónoma de Baja
California Sur. Authors are thankful
to Yozitlali Villavicencio-Velázquez
and José Enrique Amador-Sánchez for
technical support.
et al., 2016). La elasticidad en dicha
región del tracrARN hace que el
dúplex sea susceptible a cambios
conformacionales, sin embargo,
gracias a la carencia de regiones de
menos rígidas detectables en el módulo
DR
ARN la estructura nal resultante
es termodinámicamente estable, sin
cambios importantes en términos
del tamaño expresado en radio de
los dúplex. Aspecto importante
para el aprovechamiento de este
tipo de moléculas como precursores
de sgARNs, gracias a que dicha
plasticidad y estabilidad ha permitido,
alternativamente al uso de los
sistemas naturales Cas9-tracrARN-
DR
ARN, generar un ARN quimérico
que imita el dúplex tracrARN-
DR
ARN
para un sistema de dos componentes
que combina la exibilidad del ARN de
interferencia (iARN) con la eciencia
de las enzimas de restricción (Briner
et al., 2014).
La predicción de la estructura
secundaria del dúplex tracrARN-
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DR
ARN mostró una estructura
termodinámicamente muy estable
en términos de ∆G de -79.78 kcal.
mol
-1
a 37º C (Figura 2), con un
radio ≈ 0,334 nm. Adicionalmente,
al examinar teóricamente tanto la
∆G como el tamaño del dúplex a
distintos intervalos de temperatura se
encontró que el dúplex presenta una
conformación termodinámicamente
estable en todas las temperaturas
probadas, sin cambios importantes
en un rango aproximado de 29 ºC,
especícamente entre 13 ºC y 41 ºC. Solo
se predijo cambios conformacionales
en relación a su radio a temperaturas
≤ 12º C y a ≥ 42 ºC , con radios de 0,380
nm y 0,323 nm, respectivamente.
Aunque se observó un aumento en
el tamaño teórico del dúplex a bajas
temperaturas, y una disminución a
altas temperaturas, la diferencia del
tamaño en el valor absoluto entre
las conformaciones sometidas a los
valores extremos de temperatura
probadas fue de apenas ≈ 0,057 nm,
este aspecto promueve la estabilidad
conformacional. Curiosamente,
aunque se ha descrito que otros
sistemas CRISPR se ven afectados
y modulados de manera importante
por variaciones en la temperatura
(Høyland-Kroghsbo et al., 2018), en
esta investigación el complejo genético
estudiado muestra una estabilidad,
conformación y termodinámica poco
variable en función de la temperatura.
Posiblemente esto se deba a que
estos sistemas son dependientes del
correcto funcionamiento de ambos
módulos tracrARN-
DR
ARN (Makarova
et al., 2011), lo que justicaría que el
dúplex forme parte de un mecanismo
medianamente conservado, como se
ha descrito para otras estructuras
CRISPR (Kunin et al., 2007).
En la Figura 2 se muestra la
estabilidad conformacional en relación
al ∆G del dúplex, el cual se muestra
con un tamaño aproximado en términos
de radio de 0,334 nm. Adicionalmente,
se evidencia una conformación
termodinámicamente estable en la
mayoría de las temperaturas probadas,
sin cambios importantes en un rango
entre 13 ºC y 41 ºC. Solo se predijo
cambios conformacionales en relación a
su volumen a temperaturas ≤ 12º C y a ≥
42 ºC, con tamaños calculados de 0,380
nm y 0,323 nm, respectivamente. Todas
las estructuras predichas resultaron
conformaciones termodinámicamente
favorables.
En relación con la ∆G, la media
termodinámica entre 37 º y 23 ºC
fue de ≈ 9 kcal.mol
-1
. Mientras que
a las temperaturas extremas de
este estudio fue ≤ 4 kcal.mol
-1
. Es
importante destacar que la diferencia
termodinámica en términos de valor
absoluto entre los valores extremos de
temperatura probados fue de ≈ 38 kcal.
mol
-1
. Se predijo además un total de
otras 10.193.838 posibles estructuras de
mínima energía y por lo tanto factibles
en su formación a partir de la secuencia
tracrARN en un rango de energía de 15,3
kcal.mol
-1
por encima de la ∆G. Por otro
lado, las energías de acoplamiento entre
la Cas9 y las regiones del dúplex fueron
muy cercanas y termodinámicamente
favorecidas según la función de
puntuación HDOCK, siendo estas de
-217,14 kcal.mol
-1
para la región
DR
ARN,
y -200,66 kcal.mol
-1
para la región
tracrARN.
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Curiosamente, la función de
puntuación MolDock Score solo predijo
un acoplamiento termodinámicamente
favorecido entre la nucleasa y la región
DR
ARN (-409,367 kcal.mol
-1
) contrario
a lo calculado entre la región tracrARN
y Cas9 (25 449,706 kcal.mol
-1
) con una
interacción no favorable (Figura 3). La
función de puntuación MolDock Score
mostró discrepancias y solo predijo
un acoplamiento favorecido entre la
nucleasa y la región
DR
ARN, calculando
una interacción no favorable con la
región tracrARN. Esto puede deberse
quizás a limitaciones en el algoritmo
MolDock como el requerimiento de
la preparación de los complejos en
el software Molegro Virtual Docker
(MVD-v.7.0.0) antes del análisis con
el MMV (Thomsen y Christensen,
2006; Azeez et al., 2012) y en este
Figura 2. Cambios conformacionales y termodinámicos del dúplex
tracrARN-
DR
ARN en A. palmae a los intervalos extremos de
temperatura probados.
Figure 2. Conformational and thermodynamic changes of the tracrRNA-
DR
RNA duplex in A. palmae at the extreme temperature ranges
tested.
estudio el complejo fue preparado y
ensamblado en el software HDOCK
por la naturaleza del ligando (Yan et
al., 2017), o posiblemente por el gran
tamaño de la secuencia tracrARN
utilizada. Sin embargo, en todos los
casos las interacciones observadas
están representadas por múltiples
puentes de hidrogeno, interacciones
electrostáticas y estéricas, las
cuales facilitan un acoplamiento
termodinámicamente favorecido entre
los módulos del trans-activador y la
nucleasa, especialmente con la región
DR
ARN, y que en conjunto conforman
una estructura que permite un
estable ensamblaje del complejo
RNP, promoviendo un eciente
reconocimiento de las secuencias
dianas y el consecuente clivaje (Lau y
Davie, 2017).
989
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En la Figura 3 se muestran las
energías de acoplamiento entre
la Cas9 y las regiones del dúplex
las cuales fueron muy cercanas y
termodinámicamente favorecidas
según la función de puntuación
HDOCK. Las energías fueron -217,14
kcal.mol
-1
para la región
DR
ARN, y
-200,66 kcal.mol
-1
para la región
tracrARN. La función de puntuación
MolDock Score solo predijo un
acoplamiento termodinámicamente
favorecido entre la nucleasa y la región
DR
ARN (-409,367 kcal.mol
-1
) contrario
a lo calculado entre la región tracrARN
y Cas9 (25449,706 kcal.mol
-1
) con una
interacción no favorable, sin embargo,
en todos los casos el software MMV
predijo
interacciones representadas
por puentes de hidrógeno,
interacciones electrostáticas y
estéricas. Es importante señalar
que si bien, este trabajo se centró
en la caracterización del dúplex
tracrARN-
DR
ARN, incluyendo
su energía de interacción con la
nucleasa Cas9. Esto fue predicho a
partir de la secuencia reportada en el
GenBank/NCBI y según los modelos
tridimensionales presentes en el
Protein Data Bank. Estos modelos
fueron utilizados como plantilla por
SWISS-MODEL y luego renados
con HDOCK, al no existir para el
momento de realizado este estudio
una cristalografía de la endonucleasa
Cas9 asociada a CRISPR en A.
palmae. El modelo utilizado estuvo
representado por una estructura con
una cobertura del 90 %, pero con
una identidad de solo el 40 % con la
estructura cristalina de la Cas9 de
Staphylococcus aureus. Un resultado
que muestra una gran diversidad
proteica y la poca similitud a nivel
de esta nucleasa entre A. palmae y
el resto de los grupos microbianos
relacionados en términos de sistemas
CRISPR. Lo cual puede contribuir
con la predicción de anidades
diferentes y, por ende, con resultados
contradictorios. Por lo tanto, se
recomienda realizar un número
mayor de predicciones de energía
relativa de unión considerando otros
tipos de Cas9, especialmente porque
existe una gran diversidad de estas
moléculas (Bae et al., 2014), así
como reportes de variantes alteradas
estrechamente relacionadas
(Ipoutcha et al., 2019), con la nalidad
de validar la metodología empleada.
A
dicionalmente, se sugiere
modelar diversas conformaciones
de la secuencia tracrARN-
DR
ARN,
así como realizar acoplamientos
macromoleculares del dúplex
completo con las nucleasas
consideradas porque nuestro enfoque
se centró en estudiar la anidad
de la nucleasa sobre los elementos
individuales del dúplex porque
se sabe que la Cas9 interacciona
fuertemente con la región tracrARN
al mismo tiempo que participa en
la maduración de la región
DR
ARN
(Jinek et al., 2012).
Conclusión
El uso de herramientas
bioinformáticas permiten la
predicción y estudio de sistemas
CRISPR-Cas tipo II y de sus
elementos claves para la edición
genética en el toendosimbionte A.
990
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Figura 3. Acoplamiento macromolecular de las regiones del dúplex
tracrARN-
DR
ARN con la Cas9 en A. palmae.
Figure 3. Macromolecular docking of the regions of the tracrRNA-
DR
RNA
duplex with Cas9 in A. palmae.
palmae. Estas estrategias ofrecen
alternativas teóricas diversas para
los sistemas CRISPR comerciales
aplicables a la biotecnología vegetal.
Se requieren más estudios, así como
demostraciones experimentales
en modelos celulares. Este estudio
representa el primer reporte sobre
la estabilidad termodinámica y el
acopamiento molecular de elementos
asociados al dúplex tracrARN-
DR
ARN
en la especie tosimbionte A. palmae.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.14 ISSN 2477-9407
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Recibido: 26-09-2020 . Aceptado: 23-03-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: jorgeluis.rubio@gmail.com
Efecto del estrés anisosmótico sobre la integridad
estructural y funcional de la membrana plasmática
y acrosomal de espermatozoides ovinos
Effect of anisosmotic stress on the structural and
functional integrity of the plasma and acrosomal
membrane of ram sperm
Efeito da tensão anisosmótica na integridade estrutural
e funcional do plasma e da membrana acrossómica dos
espermatozóides de ovinos
Jorge Rubio-Guillén
1
*, Carla Osorio-Meléndez
1
, Decio
González-Villalobos
1
, Héctor Nava-Trujillo
2
y Armando
Quintero-Moreno
1
1
Laboratorio de Andrología, Facultad de Ciencias Veterinarias, Universidad del Zulia
(LUZ). Apdo. 15252. 4005-A. Maracaibo, Venezuela. Correo electrónico: (JR) jorgeluis.
rubio@gmail.com, ; (CO) carlaosorio85@gmail.com, ; (DG) decio.gonzalez@gmail.com,
; (AQ) armando.quintero@fcv.luz.edu.ve, .
2
Instituto de Investigaciones Agropecuarias,
Universidad de los Andes. Mérida-Venezuela. hectornava00@gmail.com, .
Resumen
La integridad de la membrana plasmática (MP) y del acrosoma (MA) han
sido dos de los parámetros de valoración seminal más estudiados por su rol
preponderante como límite celular y por ser responsable de hacer efectivas las
interacciones entre células. Con miras a valorar más objetivamente los efectos del
estrés osmótico sobre la integridad de la MP y MA, así como la relación de cambio
ocurrido durante la criopreservación seminal, se evaluaron cinco eyaculados
recién colectados, refrigerados a 5 ºC y descongeladas por morueco/sesión durante
5 semanas consecutivas. Mediante la tinción eosina-nigrosina (EN) se evaluó
la vitalidad (VIT), las morfo anomalías y la respuesta celular luego de realizar
las pruebas de resistencia osmótica (ORT), y de endósmosis (HOST). El efecto
directo de la anisosmosis y la criopreservación sobre las variables dependientes
fueron analizados mediante el procedimiento GLM (SAS
®
) y cuando se observaron
994
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diferencias, se cuanticaron los efectos mediante el LSMEANS. Todos los valores
de calidad espermática estudiados fueron afectados signicativamente (P<0,001)
por la criopreservación (VIT, ORT, HOST). El ORT demostró como el acrosoma
fue una de las estructuras más afectadas por la criopreservación (P<0,001). En
conclusión, el presente estudio conrma que el estrés anisosmótico afecta la célula
espermática de manera importante, comprometiendo los valores referenciales que
cuantican la calidad seminal, sobretodo la MA y MP.
Palabras clave: estrés osmótico, semen, calidad espermática, ovinos.
Abstract
The integrity of the plasma membrane (MP) and the acrosome (MA) have
been two of the most studied seminal evaluation parameters due to their role
as a cell boundary and because they are responsible for interactions between
cells effective. To assessing more objectively the effects of osmotic stress on the
integrity of the PM and MA, as well as the rate of change that occurred during
seminal cryopreservation, ve freshly collected ejaculates were evaluated,
refrigerated at 5 ºC and thawed per ram/session during 5 consecutive weeks.
Using eosin-nigrosin (EN) staining, vitality (VIT), morpho abnormalities and
cellular response were evaluated after performing osmotic resistance (ORT) and
endosmosis (HOST) tests. The direct effect of anysosmosis and cryopreservation
on the dependent variables were analyzed using the GLM procedure (SAS
®
) and
when differences were observed, the effects were quantied using the LSMEANS.
All the sperm quality values studied were signicantly affected (P <0.001) by
cryopreservation (VIT, ORT, HOST). The ORT demonstrated how the acrosome
was one of the structures most affected by cryopreservation (P <0.001). In
conclusion, the present study conrms that anysosmotic stress affects the sperm
cell in an important way, compromising the reference values that quantify semen
quality, especially MA and MP.
Key words: osmotic stress, semen, sperm quality, ram.
Resumo
A integridade da membrana plasmática (PM) e do acrossoma (AM) foram
dois dos parâmetros mais estudados de avaliação seminal devido ao seu
papel predominante como limites celulares e porque são responsáveis por
interacções celulares ecazes. A m de avaliar mais objectivamente os efeitos
do stress osmótico na integridade PM e AM, bem como a taxa de mudança que
ocorre durante a criopreservação seminal, foram avaliados cinco ejaculados
recentemente recolhidos, refrigerados a 5 °C e descongelados por morueco/sessão
durante 5 semanas consecutivas. A coloração Eosin-nigrosina (EN) foi utilizada
para avaliar a vitalidade (VIT), morfo-normalidades e resposta celular após
teste de resistência osmótica (ORT) e teste de endosmose osmótica (HOST). O
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efeito directo da anisosmose e criopreservação sobre as variáveis dependentes
foi analisado utilizando o procedimento GLM (SAS
®
) e quando foram observadas
diferenças, os efeitos foram quanticados utilizando LSMEANS. Todos os valores
de qualidade de esperma estudados foram signicativamente (P<0,001) afectados
pela criopreservação (VIT, ORT, HOST). O ORT mostrou como o acrossoma era
uma das estruturas mais afectadas pela criopreservação (P<0,001). Em conclusão,
o presente estudo conrma que o stress anisosmótico afecta signicativamente a
célula espermática, comprometendo os valores de referência que quanticam a
qualidade do esperma, especialmente a MA e a MP.
Palavras-chave: stress osmótico, sémen, qualidade do esperma, ovelhas.
Introducción
Los ovinos en Venezuela tienen un
gran potencial socioeconómico, ya que
se podrían establecer exitosamente en
ecosistemas poco útiles para la crianza
de bovinos, obteniendo buenos índices
en producción de carne (Villasmil
et al., 2011). Sin embargo, a pesar
de las ventajas comparativas y la
diversidad de ambientes a los cuales
ellos se adaptan, la disponibilidad
de información de programas de
mejoramiento reproductivo en estas
especies es escasa (Yániz et al., 2015). En
zonas tropicales su cría se ha destinado
a pequeños productores, en condiciones
extensivas, en donde el uso de la
tecnología actual es casi inexistente,
reportándose solamente en el ámbito
cientíco nacional algunos hallazgos
sobre calidad seminal de reproductores
utilizados para inseminación articial
(IA) (Rubio-Guillén et al., 2012 y 2014a).
En la industria ovina y en especial
en Latinoamérica el uso de la IA con
semen criopreservado es prácticamente
inexistente, motivado al hecho de que
la IA con semen descongelado reporta
resultados desfavorables debido a la
imposibilidad del operador de depositar
el semen al nal del cervix o de manera
Introduction
Sheep in Venezuela have great
socioeconomic potential, since they
could be successfully established in
ecosystems that are not very useful for
raising cattle, obtaining good rates of
meat production (Villasmil et al., 2011).
However, despite the comparative
advantages and the diversity of
environments to which they adapt,
the availability of information on
reproductive improvement programs
in these species is scarce (Yániz et al.,
2015). In tropical areas, their breeding
has been destined to small producers,
in extensive conditions, where the
use of current technology is almost
non-existent, with only some ndings
on the semen quality of rams used
for articial insemination (AI) being
reported in the national scientic eld
(Rubio-Guillén et al., 2012 and 2014a).
In the sheep industry and especially
in Latin America, the use of AI with
cryopreserved semen is practically non-
existent, due to the fact that AI with
thawed semen reports unfavorable
results due to the inability of the
operator to deposit the semen at the
end of the cervix or intrauterine way,
a fact that favors suboptimal results.
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intrauterina, hecho que propicia
resultados sub-óptimo. Otra variante
importante corresponde a la viabilidad
espermática post descongelado que, en
ovinos es inferior a la obtenida en toros
(Rubio-Guillén, 2017), probablemente
debido a que no se ha establecido una
presión de selección genética en base
a ejemplares buenos congeladores,
no obstante, esta situación conduce
a buscar nuevas alternativas que
evalúen la calidad seminal de muestras
destinadas a IA. Las pruebas que
miden el estrés osmótico son una
alternativa viable, ya que, podrían ser
usadas para predecir la congelabilidad
(Quintero-Moreno et al., 2005 y 2011;
Rubio-Guillén et al., 2014a; Peris-Frau
et al., 2020) debido a que el proceso de
congelación altera de manera sustancial
la osmolaridad del semen.
Basado en la tolerancia osmótica,
actualmente existen un gran
número de pruebas que someten las
muestras seminales a condiciones
de baja osmolaridad (Nava-Trujillo
et al., 2012; Rubio-Guillén et al.,
2014a; Peris-Frau et al., 2020)
o alta osmolaridad (Quintero-
Moreno et al., 2005) para evaluar
la integridad funcional de la MP y/o
MA durante todo el proceso y así
establecer si hay un alto porcentaje
de espermatozoides viables pos
descongelación (González-Villalobos,
2017; Peris-Frau et al., 2020). En
base a los hechos explicados se
pretende analizar si existe una
relación estrecha entre la osmo-
adaptación de espermatozoides
recién colectados, refrigerados,
descongelados y la calidad seminal
de reproductores ovinos tropicales.
Another important variant corresponds
to post-thaw sperm viability, which in
sheep is lower than that obtained in
bulls (Rubio-Guillén, 2017), probably
due to the fact that a genetic selection
pressure has not been established based
on good freezer specimens, no However,
this situation leads to the search for new
alternatives that evaluate the seminal
quality of samples destined for AI. Tests
that measure osmotic stress are a viable
alternative, since they could be used to
predict freezability (Quintero-Moreno et
al., 2005 and 2011; Rubio-Guillén et al.,
2014a; Peris-Frau et al., 2020) because
the freezing process substantially alters
the osmolarity of the semen.
Based on osmotic tolerance, there
are currently a large number of
tests that subject seminal samples
to low osmolarity conditions (Nava-
Trujillo et al., 2012; Rubio-Guillén et
al., 2014a; Peris-Frau et al., 2020) or
high osmolarity (Quintero-Moreno et
al., 2005) to evaluate the functional
integrity of PM and/or MA throughout
the process and thus establish if there is
a high percentage of viable sperm after
thawing (González-Villalobos, 2017;
Peris-Frau et al., 2020). Based on the
facts explained, it is intended to analyze
whether there is a close relationship
between the osmo-adaptation of recently
collected, refrigerated, thawed sperm
and the seminal quality of tropical sheep
breeders.
Materials and methods
Location and characterization
of the experimental area
The study was carried out at the
Centro Experimental de Producción
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Materiales y métodos
Ubicación y caracterización
del área experimental
El estudio fue realizado en el
Centro Experimental de Producción
Animal (CEPA-LUZ), ubicado en el km
25 a la vía a Perijá, municipio Cañada
de Urdaneta, estado Zulia. Zona
agroecológicamente caracterizada
como bosque seco tropical, a 80 msnm
con temperatura anual entre 29,5 y 34
ºC (Ewel et al., 1968).
Unidades experimentales y
recolección/procesamiento del
semen
Se utilizaron muestras seminales
recién colectadas y criopreservadas de
cinco ovinos mestizos genéticamente
probados y de razas adaptadas a
condiciones tropicales (ovejos de pelo
con predominio West African, Dorper
y Santa Inés). Los eyaculados fueron
colectados los días martes y viernes entre
las 7:00 y 10:00 de la mañana, mediante
vagina articial temperada a 39 ºC,
durante cinco semanas consecutivas. Se
obtuvieron un total de 25 repeticiones de
los cinco ovejos reproductores adultos (5
x 5). Después de la evaluación seminal
de rutina (motilidad, masal e individual
y concentración espermática), las
muestras clasicadas como idóneas
para congelar fueron diluidas con
una metodología de un solo paso de
criopreservación, mezclando el semen
con una solución madre con 20 % de
yema de huevo, 60 % de agua estéril
bidestilada y 20 % del diluente comercial
Triladyl®.
El primer diluyente crioprotector
utilizado contenía yema de huevos
frescos de gallinas criollas. El 60 % de
Animal (CEPA-LUZ), located at
km 25 road to Perijá, Cañada de
Urdaneta municipality, state of Zulia.
Agroecologically characterized as a
tropical dry forest, at 80 meters above
sea level with an annual temperature
between 29.5 and 34 ºC (Ewel et al.,
1968).
Experimental units and semen
collection/processing
Freshly collected and cryopreserved
seminal samples from ve genetically
tested crossbred sheep and breeds
adapted to tropical conditions
(predominantly West African, Dorper
and Santa Inés hair sheep) were
used. The ejaculates were collected on
Tuesdays and Fridays between 7:00
and 10:00 in the morning, using an
articial vagina tempered at 39 ºC,
for ve consecutive weeks. A total of
25 repetitions were obtained from the
ve adult breeding sheep (5 x 5). After
routine seminal evaluation (motility,
mass and individual, and sperm
concentration), the samples classied
as suitable for freezing were diluted
with a one-step cryopreservation
methodology, mixing the semen with
a stock solution containing 20 % yolk.
egg, 60 % sterile double distilled
water and 20 % commercial diluent
Triladyl®.
The rst cryoprotective diluent used
contained fresh egg yolk from Creole
hens. Sixty percent sterile water was
taken from double-distilled diluents.
The second cryoprotectant used was
based on glycerol recommended for
freezing semen of smaller ruminants,
20 % Triladyl®. It was homogenized
slowly in a thermoset water bath at
38 ºC. After mixing the semen with
998
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agua estéril fue tomada de diluentes
bidestílados. El segundo crioprotector
utilizado fue con base de glicerol
recomendado para la congelación de
semen de rumiantes menores, Triladyl®
al 20 %. Se homogenizó lentamente
en baño maría termoestable a 38 ºC.
Luego de mezclado el semen con esta
solución madre se efectuó el llenado de
las minipajuelas de 0,25 mL. Posterior
a este tiempo, se procedió a estabilizar
las muestras seminales envasadas a
5 ºC durante un mínimo de dos horas
y un máximo de tres, donde se obtuvo
una marcada reducción de movimiento
y minimización del gasto de energía,
tal como lo recomiendan Rodríguez-
Martínez (2000) y Vera-Muñoz (2008).
Al culminar esta estabilización
seminal, las minipajuelas fueron
congeladas por lotes, en cavas de anime
que contenían nitrógeno líquido (NL) en
un proceso que constaba de dos pasos.
Primeramente, se estabilizaron por 10
minutos en vapores de NL a 5 cm por
encima de la supercie, posteriormente
se sumergieron en el mismo a -196 ºC
y se almacenaron en un termo-tanque
(MVE®, Millenium).
Análisis del semen fresco,
refrigerado y congelado
Vitalidad espermática
Esta prueba se realizó colocando
una gota de 10 µL de semen fresco
diluido (1:400) en un portaobjeto a 38
ºC sobre una platina termorregulable,
incluyendo sobre esta gota de semen, 10
µL del colorante supravital EN; al cabo
de 30 seg se homogenizó suavemente y
se realizó un extendido no. Los frotis
se observaron en un microscopio óptico
a 1000X, cuanticando un total de 200
espermatozoides.
this stock solution, the 0.25 mL mini-
straws were lled. After this time,
the seminal samples packaged at 5 ºC
were stabilized for a minimum of two
hours and a maximum of three, where
a marked reduction in movement and
minimization of energy expenditure
was obtained, as recommended by
Rodríguez-Martínez (2000) and Vera-
Muñoz (2008).
Upon completion of this seminal
stabilization, the mini-straws were
batch frozen in styrofoam cellars
containing liquid nitrogen (NL) in
a two-step process. First, they were
stabilized for 10 minutes in NL vapors
at 5 cm above the surface, later they
were immersed in it at -196 ºC and
stored in a thermo-tank (MVE®,
Millenium).
Analysis of fresh, chilled and
frozen semen
Sperm vitality
This test was performed by
placing a 10 µL drop of diluted fresh
semen (1:400) on a slide at 38 °C on
a thermoregulable stage, including on
this drop of semen, 10 µL of supravital
EN stain; after 30 sec it was gently
homogenized and a ne spread was
made. The smears were observed
in an optical microscope at 1000X,
quantifying a total of 200 spermatozoa.
Morphological abnormalities
With the same smear made to assess
sperm vitality, the morphoanomalies
of the freshly collected, refrigerated
and cryopreserved seminal samples
were quantied. For this, the
cells were classied according to
their appearance into normal and
abnormal, and expressed as a
percentage (%).
999
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The latter: head defects (number,
size and appearance), intermediate
piece defects (location and
appearance), abnormalities in the
agellum (number, shape and size),
as well as signs of immaturity in the
form of the presence of a proximal
cytoplasmic drop (GCP) and distal
(GCD).
Acrosome evaluation
To visualize its appearance, a
simple technique with EN was used to
assess the apical part of the acrosome
in sperm, as has been documented
in previous experiences with sperm
from bulls (Rubio-Guillén, 2006), pigs
(Quintero-Moreno et al, 2004), sheep
(Rubio-Guillén et al., 2013) and goats
(Rubio-Guillén et al., 2014a).
This test was performed on fresh,
chilled and thawed semen. Presence of
intact acrosome (NAR) was observed
and when it was absent or altered
it was counted as altered acrosome
(Damage Apical Ridge), and when it
was absent it was quantied as MAR
(Missing Apical Ridge). The nal
result of NAR, DAR and MAR was
expressed as a percentage (%).
Modified Endosmosis Test
(HOST-EN)
The HOST-EN test was performed
by
subjecting a 50 μL sample of
fresh, chilled and thawed semen to
two hyposmotic media, the rst was
154 mOsm.L
-1
, and the second was
102 mOsm.L
-1
, for both. In cases, the
incubation was for 30 minutes, in 1.5
mL eppendorf tubes where 500 μL
of these hyposmotic solutions were
added, tempered in a water bath at
38 ºC. After this incubation time, the
sperm were counted up to a total of
Anormalidades morfológicas
Con el mismo frotis hecho para
valorar la vitalidad espermática se
cuanticaron las morfoanomalías
de las muestras seminales
recién recolectadas, refrigeradas
y criopreservadas. Para esto,
las células fueron clasicadas
según su apariencia en normales
y anormales, y expresados en
porcentaje (%). Estos últimos:
defectos de cabeza (número, tamaño
y apariencia), defectos de la pieza
intermedia (ubicación y apariencia),
anormalidades en el agelo (número,
forma y tamaño), así como signos de
inmadurez en forma de presencia de
gota citoplasmática proximal (GCP)
y distal (GCD).
Evaluación del acrosoma
Para visualizar su apariencia
se utilizó una técnica sencilla con
EN para valorar la parte apical
del acrosoma en espermatozoides,
tal como se ha documentado en
experiencias previas en espermio de
toros (Rubio-Guillén, 2006), cerdos
(Quintero-Moreno et al, 2004),
ovinos (Rubio-Guillén et al., 2013)
y caprinos (Rubio-Guillén et al.,
2014a).
Esta prueba fue realizada
al semen fresco, refrigerado y
descongelado. Se observó presencia
del acrosoma intacto (NAR) y
cuando el mismo estuvo ausente,
o alterado se contabilizó como
acrosoma alterado (Damage Apical
Ridge), y cuando estaba ausente fue
cuanticado como MAR (Missing
Apical Ridge). El resultado nal de
NAR, DAR y MAR se expresó en
porcentaje (%).
1000
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Prueba de Endosmosis
modificada (HOST-EN)
La prueba HOST-EN se realizó
sometiendo una muestra de 50
μL de semen fresco, refrigerado
y descongelado a dos medios
hiposmóticos, el primero, fue de
154 mOsm.L
-1
, y el segundo de 102
mOsm.L
-1
, para ambos casos la
incubación fue durante 30 minutos, en
tubos eppendorf de 1,5 mL donde se
agregaban 500 μL de estas soluciones
hiposmóticas, temperadas en un baño
de maría a 38 ºC. Transcurrido este
tiempo de incubación, se contaron los
espermatozoides hasta un total de
100, observando la reacción positiva
(gura 1; tomada de Rubio-Guillén
et al., 2014a). Se categorizaron
las muestras evaluadas en cuatro
categorías, expresadas en porcentaje
(%), tal como se explica:
Espermatozoides no coloreados con
eosina (VIVOS) y agelos enrollados
(+HOST).
Espermatozoides coloreados
con eosina (MUERTOS) y agelos
enrollados (+HOST).
Espermatozoides no coloreados
con eosina (VIVOS) y agelos no
enrollados (-HOST).
Espermatozoides coloreados con
eosina (MUERTOS) y agelos no
enrollados (-HOST).
Osmotic resistance test
(ORT)
Prueba de resistencia
osmótica (ORT)
En un baño de maría a 38 ºC (tubo
de 1,5 mL) se incubó una alícuota de
50 μL del semen fresco, refrigerado
y descongelado durante 30 minutos
en un medio hiposmótico (ORT) de
100, observing the positive reaction
(Figure 1; taken from Rubio-Guillén
et al., 2014a). The samples evaluated
were categorized into four categories,
expressed as a percentage (%), as
explained:
Spermatozoa not stained with eosin
(LIVE) and coiled agella (+HOST).
Eosin-stained sperm (DEAD) and
coiled agella (+HOST).
Spermatozoa not stained with
eosin (LIVE) and agella not coiled
(-HOST).
Eosin-stained sperm (DEAD) and
unrolled agella (-HOST).
Osmotic resistance test (ORT)
In a 38 ºC water bath (1.5 mL tube),
a 50 μL aliquot of fresh, refrigerated
and thawed semen was incubated for
30 minutes in a hyposmotic medium
(ORT) of 154 mOsm.L
-1
. A small drop
was taken and mixed gently with 10 µL
of the EN dye. In the light microscope,
100 sperm were counted and the
acrosomic reactions already described
(DAR and MAR) were observed.
In the present study, a slight
modication was made to the initial
test described by Schilling and
Vengust (1985), obviating the gentle
centrifugation step to concentrate
sperm. Two aliquots of 50 μL fresh,
chilled or thawed semen were taken.
One of the samples was placed in 500
μL of the hyposmotic medium (102
or 154 mOsm.L
-1
) and the other, in a
control. After incubating the samples,
the stained smears were evaluated
in an optical microscope and directly
on the slide, the spermatozoa were
counted up to a total of 100, observing
the number of altered acrosomes (MAR
or DAR, gure 2; Rubio-Guillen et al.,
1001
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154 mOsm.L
-1
. Una pequeña gota
fue tomada y mezclaba suavemente
con 10 µL del colorante EN. En el
microscopio óptico, se contaban 100
espermatozoides y se observaron las
reacciones acrosómicas ya descritas
(DAR y MAR).
A
B
Figura 1. A. Representación esquemática de espermatozoides
reaccionados positivamente a la prueba. B. Espermatozoides
de rumiantes reaccionados a la prueba (Enrollados).
Figure 1. A. Schematic representation of spermatozoa reacted positively
to test. B. Sperm from ruminants reacted to test (Coiled).
En el presente estudio, se realizó
una modicación leve a la prueba
inicial descrita por Schilling y
Vengust (1985), obviando el paso de
centrifugado suave para concentrar
espermatozoides. Se tomaron dos
alícuotas de semen fresco, refrigerado
o descongelado de 50 μL. Una de las
muestras se colocó en 500 μL del medio
hiposmótico (de 102 ó 154 mOsm.L
-1
)
y la otra, en un testigo. Luego de
incubar las muestras, los frotis teñidos
se evaluaron en un microscopio óptico
y directamente sobre el portaobjetos
2012). The total DAR or MAR of the
hyposmotic medium and the isosmotic
medium was added, divided by two
and the nal result was obtained,
expressed as a percentage (% ORT =
(% DAR/MAR hyposmotic medium +
% DAR/MAR isosmotic medium)/2).
Statistic analysis
The variables (vitality, DAR, ORT,
HOST-EN) of the fresh semen samples
just collected, refrigerated and thawed
from each of the ve adult sheep were
evaluated using the General Linear
Model. When signicant effects of the
independent variables were found on
the dependent variables, the effect
was quantied using the LSMEANS
procedure. The mathematical model
used was:
Where:
Yijk = µ + Ti + A (T) j (i) + εijk
1002
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se contaron los espermatozoides
hasta un total de 100, observando el
número de acrosomas alterados (MAR
o DAR, gura 2; Rubio-Guillen et al.,
2012). Se sumó el total de DAR o MAR
del medio hiposmótico y del medio
isosmótico, se dividió entre dos y se
obtuvo el resultado nal, expresado
en porcentaje (%ORT= (%DAR/MAR
medio hiposmótico + %DAR/MAR
medio isosmótico)/2).
Figura 2. Espermatozoides de rumiante teñidos con eosina-nigrosina (A:
espermatozoide con acrosoma intacto, B: espermatozoide con
pérdida del acrosoma).
Figure 2. Ruminant sperm stained with eosin-nigrosin (A: sperm with
intact acrosome, B: sperm with loss of acrosome).
Análisis estadístico
Las variables (vitalidad, DAR, ORT,
HOST-EN) de las muestras de semen
fresco recién recolectado, refrigerado
y descongelado proveniente de cada
uno de los cinco ovinos adultos, fueron
evaluadas utilizando el Modelo Lineal
General. Cuando se encontraron
Yijk = Response translated
into semen quality assessment
parameters, which included
assessment tests of the structural
integrity of the PM and MA (vitality
and DAR), and assessment tests of
the functional integrity of the MP
and MA (ORT and HOST-EN).
µ = general mean.
Ti = effect of the i-th treatment
(i = fresh/chilled/thawed semen).
A (T) j (i) = effect of the j-th ani
mal
nested within the i-th treatment.
εijk = experimental error, assumed
normal and independently distributed
with zero mean and variance σ
2
DNI ~
(0, σ
2
DNI).
The effect of anysosmosis and
seminal freezing (nesting the animal
1003
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efectos signicativos de las variables
independientes sobre las dependientes,
se cuanticó el efecto mediante el
procedimiento LSMEANS. El modelo
matemático utilizado fue:
Yijk = µ + Ti + A (T) j (i) + εijk
Dónde:
Yijk
= Respuesta traducida en
parámetros de valoración de la calidad
seminal, que incluyeron pruebas de
valoración de la integridad estructural
de la MP y MA (vitalidad y DAR), y
pruebas de valoración de la integridad
funcional de la MP y MA (ORT y
HOST-EN).
µ = media general.
Ti = efecto del i-ésimo tratamiento
(i = semen fresco/refrigerado/
descongelado).
A(T)
j(i)
= efecto del j-ésimo
animal anidado dentro del i-ésimo
tratamiento.
εijk
= error experimental, asumido
normal e independientemente
distribuido con media cero y varianza
σ
2
DNI~(0,σ
2
DNI).
Se evaluó el efecto de la anisosmosis
y congelación seminal (anidando la
variable animal) sobre los parámetros
de integridad de la MP y MA. Los
datos fueron analizados mediante
el SAS (Statistical Analysis System
software 8.2), para Windows (SAS
Inst. Inc., Cary, NC. USA).
Resultados y discusión
Valoración de la calidad
seminal en las muestras frescas,
refrigeradas y descongeladas de
ovinos tropicales
Se presentaron un promedio de
motilidad individual progresiva,
variable) on the integrity parameters
of the MP and MA was evaluated.
The data were analyzed using SAS
(Statistical Analysis System software
8.2), for Windows (SAS Inst. Inc.,
Cary, NC. USA).
Results and discussion
Evaluation of semen quality in
fresh, chilled and thawed samples
of tropical sheep
There was an average of progressive
individual motility, measured
subjectively and for fresh semen of 76.02
%. The average volume of the ejaculates
was 0.84 mL, the concentration was
2.66 x 109 spz.mL
-1
and the percentage
of mass motility (1-5) was 4.05. The
general means (µ) and the standard
error (EE) of characteristics evaluated
in fresh, chilled and thawed semen of
sheep are shown in Table 1.
All the fresh seminal samples had a
pH close to neutrality with an average
of 7.61. These ve basic parameters
coincide in rank similarity with those
reported by other authors in different
latitudes (Anel et al., 2003; García,
2014; Yániz et al., 2015), even with
authors working in tropical areas
(Córdova-Izquierdo et al., 2008; Valdez,
2013; Vargas, 2015). Sheep have a low-
volume ejaculate with a high sperm
concentration that allows AI to work
with mini-straws with doses ranging
between 20 and 200 million per dose
(Valdez, 2013). In this case, the dilution
was made based on 50 x 10
6
.dose
-1
,
similar to that reported in other trials
(Valdez, 2013).
DAR (%): porcentaje de acrosomas
reaccionados o alterados. MAR (%):
1004
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medida subjetivamente y para el
semen fresco de 76,02 %. El volumen
promedio de los eyaculados fue de 0,84
mL, la concentración de 2,66 x 10
9
spz.
mL
-1
y el porcentaje de motilidad masal
(1-5) de 4,05. Las medias generales
(µ) y el error estándar (EE) de las
características evaluadas en semen
fresco, refrigerado y descongelado de
los ovinos se muestran en el cuadro 1.
Todas las muestras seminales en
fresco tuvieron un pH cercano a la
neutralidad con 7,61 de promedio.
Estos cinco parámetros básicos
coinciden en similitud de rango, con
los reportados por otros autores en
distintas latitudes (Anel et al., 2003;
García, 2014; Yániz et al., 2015),
inclusive con autores trabajando en
zonas tropicales (Córdova-Izquierdo et
al., 2008; Valdez, 2013; Vargas, 2015).
Los ovinos cuentan con un eyaculado
bajo en volumen y de alta concentración
espermática que permite trabajar
la IA con minipajuelas con dosis que
oscilan entre 20 y 200 millones por
dosis (Valdez, 2013). En este caso, la
dilución fue hecha en base a 50 x10
6
.
dosis
-1
, similar a lo reportado en otros
ensayos (Valdez, 2013).
Se observó el efecto detrimental del
proceso de criopreservación seminal
sobre los parámetros de evaluación
de la calidad espermática (P<0,01),
encontrándose disminución progresiva
del porcentaje de vitalidad durante el
enfriamiento de 73,02 a 50,25 % y luego
por la criopreservación propiamente
dicha 24,59%, presentándose
diferencias (P<0,001) cuanticables
entre los tres tratamientos; mientras
que el porcentaje de acrosomas
dañados fue de 18,60 % (reejados en
porcentaje de acrosomas reaccionados
o alterados. NAR (%): porcentaje
de acrosomas no reaccionados o
alterados. Total anormalidades (%):
incluye las morfoanomalías de la
cabeza y agelo espermático. ORT
(%): espermatozoides reaccionados
a la prueba de resistencia osmótica.
HOST+EN- (%): espermatozoides
positivos a la prueba de endósmosis.
The detrimental effect of the
seminal cryopreservation process
on the sperm quality evaluation
parameters (P<0.01) was observed,
nding a progressive decrease in the
percentage of vitality during cooling
from 73.02 to 50.25 % and then by the
cryopreservation itself 24.59 %, with
quantiable differences (P <0.001)
between the three treatments; while
the percentage of damaged acrosomes
was 18.60 % (reected in DAR (3.94
%) and MAR (14.72 %) for the newly
collected ejaculates and DAR of 14.36
% and 16.44 % for the refrigerated and
cryopreserved semen, respectively.
When describing the treatments
carried out in this trial (freshly
collected, refrigerated, thawed) it is
important to note that ruminant sperm
are especially sensitive to cold damage
(Hammerstedt et al., 1990), and in the
case of bulls and rams, is probably due
to an unsuitable relationship between
cholesterol and phospholipids (Vera-
Muñoz, 2008), as well as a lower ratio
of polyunsaturated/saturated fatty
acids in their PM, when compared
to species such as rabbit, man or
dog (Giraud et al., 2000). For this
reason, steps such as the addition of
the cryoprotectant, cooling, freezing,
storage in liquid nitrogen and thawing
1005
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DAR (3,94 %) y MAR (14,72 %) para
los eyaculados recién recolectados
y DAR de 14,36 % y 16,44 % para el
semen refrigerado y criopreservado,
respectivamente.
Al describir los tratamientos
realizados en este ensayo (recién
recolectado, refrigerado, descongelado)
es importante destacar que, los
espermatozoides de rumiantes son
especialmente sensibles al daño por
frío (Hammerstedt et al., 1990), y
para el caso del toro y el morueco,
probablemente se deba a una
relación no idónea entre colesterol
y fosfolípidos (Vera-Muñoz, 2008),
así como, una menor relación ácidos
cause a greater deterioration in PM
and MA (Zhu and Liu, 2000; Utt,
2015), which is observed reected in
this trial by reporting a decrease in
individual motility and vitality upon
thawing (Foote and Parks, 1993;
Guillaume et al., 2004).
Parameters as important as VIT
(73.02 % vs. 50.25 % vs. 24.59 %)
and NAR (81.68 % vs. 53.28 % vs.
23.80 %) substantially worsened
when increasing the cold level (fresh
vs chilled vs defrosted), respectively.
Some authors comment that just
by diluting the samples to start
cryoprocessing, the percentage of
live spermatozoa can be affected
Cuadro 1. Características generales (µEE) en el semen fresco, refrigerado
y descongelado de ovinos tropicales.
Table 1. General characteristics (µEE) in fresh, chilled and thawed
semen of tropical sheep.
Características 5HFLpQUHFROHFWDGR Refrigerado Descongelado
Vitalidad (%) 73,02 ± 1,79
a
50,25 ± 2,78
b
24,59 ± 1,39
c
DAR (%) 3,94 ± 1,02
b
14,36 ± 2,25
a
16,44 ± 1,11
a
MAR (%) 14,72 ± 1,83
c
32,37 ± 4,03
b
59,72 ± 1,99
a
NAR (%) 81,68 ± 1,54
a
53,28 ± 3,38
b
23,80 ± 1,67
c
Total gotas (%) 0,10 ± 0,03
a
0,11 ± 0,07
a
0,03 ± 0,03
a
Cabeza Anormal (%) 5,60 ± 1,17
b
10,95 ± 2,59
a
10,92 ± 1,27
a
ORT (%) 80,91 ± 0,09
a
74,55 ± 1,90
b
68,88 ± 1,07
b
HOST+EN- (%) 75,27 ± 1,42
a
48,52 ± 3,13
b
26,78 ± 1,55
c
Valores entre paréntesis denotan intervalos de conanza de la variable estudiada
DAR (%): porcentaje de acrosomas reaccionados o alterados. MAR (%): porcentaje de acrosomas reaccionados
o alterados. NAR (%): porcentaje de acrosomas no reaccionados o alterados. Total anormalidades (%): incluye
las morfoanomalías de la cabeza y agelo espermático. ORT (%): espermatozoides reaccionados a la prueba
de resistencia osmótica. HOST+EN- (%): espermatozoides positivos a la prueba de endósmosis.
a,b,c
Letras
diferentes denotan diferencias estadísticas signicativas (P<0,001).
Values in parentheses denote condence intervals of the variable studied
DAR (%): percentage of reacted or altered acrosomes. MAR (%): percentage of reacted or altered acrosomes. NAR
(%): percentage of unreacted or altered acrosomes. Total abnormalities (%): includes head morphoanomalies
and spermatic agellum. ORT (%): sperm reacted to the osmotic resistance test. HOST+EN- (%): positive
sperm to endosmosis test.
a, b, c
Different letters denote statistically signicant differences (P <0.001).
Característcas
1006
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grasos polinsaturados/saturados en su
MP, si se comparan con especies como
el conejo, hombre o perro (Giraud
et al., 2000). Por esta razón, pasos
como la adición del crioprotector,
el enfriamiento, la congelación, el
almacenamiento en nitrógeno líquido y
la descongelación causan un deterioro
mayor en la MP y MA (Zhu y Liu,
2000; Utt, 2015), lo cual se observa
reejado en este ensayo al reportarse
una disminución de la motilidad
individual y vitalidad al descongelado
(Foote y Parks, 1993; Guillaume et al.,
2004).
Parámetros tan importantes
como la VIT (73,02 % vs. 50,25 %
vs. 24,59 %) y el NAR (81,68 % vs.
53,28 % vs. 23,80 %) empeoraron
sustancialmente al incrementar el
nivel de frío (fresco, vs refrigerado
vs descongelado), respectivamente.
Algunos autores comentan que
con solo diluir las muestras para
comenzar el crioprocesado, se puede
afectar hasta un 30% el porcentaje
de espermatozoides vivos, en
lo que se llama “efecto dilutor”
(Leahy et al., 2010), sin contar el
bien conocido “estrés por frio” que
puede ocurrir cuando las muestras
son llevadas de 38 a 5ºC para su
estabilización (Vera-Muñoz, 2001;
Córdova-Izquierdo et al., 2008) o
el paso por el punto de congelación
en el descenso térmico desde 5
hasta el -196 ºC de la temperatura
de permanencia en NL “fase de
transición termotrópica”, donde
puede ocurrir un daño subletal
sobre todo en la MA, producto de
la crioinjuria (Varisli et al., 2009;
Valdez, 2013).
by up to 30 %, in what is called the
“dilutor effect” (Leahy et al., 2010),
not counting the well-known “Cold
stress” that can occur when the
samples are brought from 38 to 5 ºC
for their stabilization (Vera-Muñoz,
2001; Córdova-Izquierdo et al., 2008)
or the passage through the freezing
point in the thermal decrease from
5 up to -196 ºC of the temperature
of permanence in NL “thermotropic
transition phase”, where a sublethal
damage can occur especially in the
MA, product of cryoinjuria (Varisli et
al., 2009; Valdez, 2013).
The seminal freezing protocol was
done in a single step, unlike many
authors who work with the two-step
technique (Anel et al., 2003; Yániz et
al., 2015). The problem of glycerization
at laboratory temperature (25 °C)
is the effect on post-thaw sperm
viability, due to the toxic effects that
have been reported for a long time
(Rodríguez-Martínez, 2000). However,
working in this way and quickly
allows greater stabilization in the
nal freezing container in NL, which
avoids changes in temperatures in the
artisanal lling and stamping, after
the seminal samples have already
been cooled. In cold stress (5 ºC), the
main changes include reduced motility
and morphological integrity of the
sperm (García, 2014). These changes
contribute to the accumulation of
toxic metabolic products, mainly
reactive oxygen species formed by
the peroxidation of the membranes
(Córdova-Izquierdo et al., 2008).
In the case of MAR in the 32.37
% chilled and thawed semen (MAR:
59.72 %), this variable is affected by
1007
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El protocolo de congelación seminal
se hizo a un solo paso a diferencia de
muchos autores que trabajan con
la técnica de dos pasos (Anel et al.,
2003; Yániz et al., 2015). El problema
de la glicerización a temperatura de
laboratorio (25°C) es la afectación
de la viabilidad espermática post-
descongelación, debido a los efectos
tóxicos que han sido reportados
desde hace mucho tiempo atrás
(Rodríguez-Martínez, 2000). Sin
embargo, trabajar así y de manera
rápida permite mayor estabilización
en el recipiente nal de congelación
en NL, lo que evita los cambios de
temperaturas en el llenado y timbrado
artesanal, luego que ya han sido
enfriadas las muestras seminales. En
el estrés por frio (5 ºC), los principales
cambios incluyen reducción de la
motilidad e integridad morfológica del
espermatozoide (García, 2014). Estos
cambios contribuyen a la acumulación
de productos tóxicos del metabolismo,
principalmente especies reactivas de
Oxigeno formados por la peroxidación
de las membranas (Córdova-Izquierdo
et al., 2008).
Para el caso de los MAR en el semen
refrigerado de 32,37 % y descongelado
(MAR: 59,72 %), se ve afectada
esta variable por el daño criogénico
producido a las muestras procesadas.
Lo anterior indica, que el porcentaje
de NAR disminuyó abruptamente de
81,68 % a 32,37 % con el daño por frio,
y posteriormente desciende a 23,80 %
al ser congelado en NL; estos valores
son similar a lo reportado para ovinos
de pelo en condiciones tropicales
(Vargas, 2015). Pursel y Johnson
(1974) plantearon por primera vez
the cryogenic damage produced to
the processed samples. The foregoing
indicates that the percentage of NAR
decreased abruptly from 81.68 % to
32.37 % with the cold damage, and
later it drops to 23.80 % when frozen in
NL; These values are similar to those
reported for hair sheep in tropical
conditions (Vargas, 2015). Pursel
and Johnson (1974) proposed for the
rst time that AM could be affected
by cryopreservation action, however,
the structural integrity of PM could
not be damaged (Zhu and Liu, 2000),
suggesting that the damage of each
domain of PM can occur independently
(Chan et al., 1991; Peris-Frau et al.,
2020).
During the cryo-capacitation that
can occur in the cryogenic processing
of the samples, the proteins within the
PM of the sperm migrate thanks to
the loss of intramembrane cholesterol,
thus forming domains with or without
the latter (Vera-Muñoz, 2001). In
areas where there are no proteins,
the MP and MA will fuse. This fusion
begins the exocytosis process of AM
(Dacheux and Dacheux, 2001).
The ability of the sperm to perform
this acrosome reaction, in response
to contact with the zona pellucida,
can be used as an indication of sperm
fertility (Dzuik, 1996; Utt, 2015).
In eutherian mammalian sperm, it
has been postulated that premature
acrosome loss prevents sperm-oocyte
fusion (Yanagimachi, 1994; Peris-
Frau et al., 2020). Only spermatozoa
that can perform the acrosomal
reaction in synchronization with the
penetration phase of the oocyte, have
the ability to pass through the zona
1008
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que la MA podría afectarse por acción
de la criopreservación, no obstante,
la integridad estructural de la MP
podría no sufrir daño (Zhu y Liu,
2000), sugiriendo que el daño de cada
dominio de la MP puede producirse de
manera independiente (Chan et al.,
1991; Peris-Frau et al., 2020).
Durante la criocapacitación que
puede ocurrir en el procesado criogénico
de las muestras, las proteínas dentro
de la MP del espermatozoide migran
gracias a la perdida de colesterol
intramembrana, formando así
dominios con o sin estas últimas (Vera-
Muñoz, 2001). En las zonas donde no
hay proteínas se fusionará la MP y la
MA. Esa fusión comienza el proceso
de exocitosis de la MA (Dacheux y
Dacheux, 2001).
La habilidad del espermatozoide
para realizar esta reacción del
acrosoma, en respuesta al contacto
con la zona pelúcida, puede ser
utilizada como un indicativo de
fertilidad del espermatozoide (Dzuik,
1996; Utt, 2015). En espermatozoides
de mamíferos euterianos se ha
postulado que, la pérdida prematura
del acrosoma, previene la fusión
del espermatozoide con el ovocito
(Yanagimachi, 1994; Peris-Frau et al.,
2020). Sólo los espermatozoides que
pueden realizar la reacción acrosomal
de manera sincronizada con la fase
de penetración del ovocito, tienen
la habilidad de pasar a través de la
zona pelúcida y, como consecuencia,
fusionarse con este, para formar
un embrión (Tesarik et al., 1993;
Januskauskas y Rodríguez-Martínez.,
2000). Aunque en ratones, se ha
demostrado, como espermatozoides
pellucida and, as a consequence, fuse
with it, to form an embryo (Tesarik
et al., 1993; Januskauskas and
Rodríguez-Martínez., 2000). Although
in mice, it has been shown that
sperm with acrosomal reaction prior
to contact with ZP3 have an afnity
for penetration to this glycoprotein
membrane (Jin et al., 2011).
In light of the ndings made in
sheep, the idea is still maintained
that any damage to the MA would
cause its contentive enzymes to be
released, preventing fertilization,
so that, as mentioned above, if the
percentage of these alterations is
high, it can cause a decrease in
fertility (Rubio-Guillén, 2006; Díaz
et al., 2012; Chen et al., 2019).
Furthermore, if it is known that this
structure is one of the most affected
after cryopreservation (Hammersedt
et al., 1990; Rubio-Guillén et al.,
2009; Díaz et al., 2012; Hernández et
al., 2012).
Ejaculates in which a large part of
the sperm have lost their acrosomes
will show lower fertility (Rubio-
Guillén, 2006; Díaz et al., 2012;
Utt, 2015). In cattle experiments,
the induction of the acrosome
reaction with the ionophore A23187
was marginally correlated with in
vivo fertility (Januskauskas et al.,
2000). It can be hypothesized that
the length of the sperm head may
be related to the presence of an
intact acrosome (Chen et al., 2019).
In contrast, it has been correlated
with the sperm morphometry of
subpopulations that showed high
fertility, when compared with their
contemporaries who presented
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con reacción acrosomal previa al
contacto con la ZP
3
presentan anidad
por penetración a esta membrana
glicoprotéica (Jin et al., 2011).
A la luz de los hallazgos hechos
en ovinos, se sigue manteniendo la
idea que, cualquier daño en la MA
provocaría que se liberen sus enzimas
contentivas, impidiendo la fecundación,
de forma que, como se mencionó
anteriormente, si el porcentaje de
estas alteraciones es elevado, puede
provocar un descenso de la fertilidad
(Rubio-Guillén, 2006; Díaz et al.,
2012; Chen et al., 2019). Más aún, si
se sabe que esta estructura es una de
las mayormente afectadas luego de la
criopreservación (Hammersedt et al.,
1990; Rubio-Guillén et al., 2009; Díaz
et al., 2012; Hernández et al., 2012).
Los eyaculados en los que gran parte
de los espermatozoides han perdido sus
acrosomas mostraran menor fertilidad
(Rubio-Guillén, 2006; Díaz et al.,
2012; Utt, 2015). En experiencias con
vacunos, la inducción de la reacción
acrosómica con el ionóforo A23187 fue
correlacionada marginalmente con
la fertilidad in vivo (Januskauskas et
al., 2000). Se puede hipotetizar que el
largo de la cabeza espermática puede
ser relacionado con la presencia de un
acrosoma intacto (Chen et al., 2019).
En contraparte, se ha correlacionado
con la morfometría espermática de
subpoblaciones que mostraron una
fertilidad alta, al compararlo con sus
coetáneos que presentaban fertilidades
medias y bajas (Rubio-Guillén, 2006).
Efecto del cambio de
osmolaridad sobre la MA y MP
En el cuadro 2, se pudo evaluar el
resultado de las pruebas de resistencia
medium and low fertility (Rubio-
Guillén, 2006).
Effect of the change in
osmolarity on MA and MP
In Table 2, it was possible to
evaluate the result of the osmotic
resistance tests on the structural and
functional integrity of MP and MA in
various anysosmosis conditions (with
emphasis on 154 and 102 mOsm.L
-1
).
In the case of structural integrity,
a marked effect of cryoprocessing
was seen between fresh and thawed
samples of all osmolar categories (VIT
and DAR; P <0.001). Also nding
signicant statistical differences
(P <0.001) between isosmolar vs.
hyposmotic. From 79 % VIT for fresh
semen, a detriment of 9 % was evidenced
in the 154 mOsm.L
-1
anysosmotic
condition and up to 16 % for the
102 mOsm.L
-1
osmolar condition. In
contrast, cryopreserved semen did not
show an apparent decrease between
hyposmolar treatments (P> 0.01).
For all test results, no differences (P>
0.01) were found between the control
samples (undiluted) and those diluted
in an isosmolar incubation medium of
308 mOsm.L
-1
; same evidence, when
comparing fresh and cryopreserved
samples incubated in hyposmotic
conditions of 102 mOsm.L
-1
vs. 154
mOsm.L
-1
.
Regarding the evaluation of the
functionality of the MP and MA, of the
two tests carried out in this experiment
HOST-EN and ORT, only the ORT
did not present highly signicant
differences (P> 0.01), although its
numerical differences were notable;
between refrigerated and thawed
semen (74.55 % vs. 68.88 %; P> 0.05).
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osmótica sobre la integridad estructural
y funcional de MP y MA en varias
condiciones de anisosmosis (con énfasis
en 154 y 102 mOsm.L
-1
). Para el caso
de la integridad estructural se vio
un efecto marcado del crioprocesado
entre las muestras frescas y
descongeladas de todas las categorías
osmolares (VIT y DAR; P<0,001).
Encontrándose así mismo, diferencias
estadísticas signicativas (P<0,001)
entre los tratamientos isosmolares
vs. hiposmóticos. Desde un 79 % de
VIT para el semen fresco se evidenció
un detrimento de 9 % en la condición
anisosmótica de 154 mOsm.L
-1
y de
hasta 16 % para la condición osmolar
de 102 mOsm.L
-1
. En contraparte, el
semen criopreservado no evidenció
disminución aparente entre los
tratamientos hiposmolares (P>0,01).
Para todos los resultados de las pruebas
no se encontraron diferencias (P>0,01)
entre las muestras control (sin diluir) y
las diluidas en un medio de incubación
isosmolar de 308 mOsm.L
-1
; misma
evidencia, al comparar las muestras
frescas y criopreservadas incubadas
en condiciones hiposmóticas de 102
mOsm.L
-1
vs. 154 mOsm.L
-1
.
En cuanto a la evaluación de la
funcionalidad de la MP y MA, de las dos
pruebas realizadas en este experimento
HOST-EN y ORT, solo el ORT no presentó
diferencias altamente signicativas
(P>0,01), aunque sus diferencias
numéricas fueron notables; entre el
semen refrigerado y descongelado (74,55
% vs. 68,88 %; P>0,05). En oposición,
el HOST presentó una disminución
detectable estadísticamente (P<0,001)
entre los tres tratamientos realizados,
quedando como sigue: HOST (75,27
In contrast, the HOST presented a
statistically detectable decrease (P
<0.001) among the three treatments
performed, being as follows: HOST
(75.27 % vs. 48.52 vs. 26.78 %) for the
freshly collected, refrigerated semen
and thawed, respectively. Sperm
functionality in terms of resistance
to anysosmotic incubation has been
shown to correlate with in vitro
fertility (Jeyendran et al., 1984), as
well as with the fertility of ruminant
females (Rubio-Guillén, 2006).
As some authors (Zhu and Liu,
2000; Peris-Frau et al., 2020) have
postulated that the structural and
functional damage of the sperm
membrane domains can occur
individually and not dependently,
in this trial, tests were performed
structural (NAR) and functional
(ORT) assessment of MA and MP (VIT
and HOST-EN). All this, looking for a
unique test that could evaluate various
aspects related to semen quality and
correlate them with in vivo fertility
(Rubio-Guillén et al., 2014b).
Two hyposmotic conditions were
used in this study (102 and 154
mOsm.L
-1
) in search of differences in
resistance to anysosmosis and for the
detection of false negatives, since it
has been published that hyposmolar
conditions are recommended for
sheep. lower than in large ruminants
(Anel et al., 2003). However, under
the conditions in which this test was
carried out, no statistically signicant
differences (P> 0.001) were observed
between both conditions for any of the
three treatments. Reliable conclusion
that allows the use of both osmolarities
to observe the response to hyposmotic
1011
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% vs. 48,52 vs. 26,78 %) para el semen
recién recolectado, refrigerado y
descongelado, respectivamente. La
funcionalidad espermática en términos
de resistencia a incubación anisosmótica
ha sido demostrada que presenta una
correlación con la fertilidad in vitro
(Jeyendran et al., 1984), así como
también con la fertilidad de hembras
rumiantes (Rubio-Guillén, 2006).
incubation, without detriment to the
response due to the appearance of
false negatives. For this reason, in
sheep this test is still used today, as
a faithful estimator of the functional
integrity of the PM, as shown by some
studies (Valdez, 2013; García, 2014).
In ruminants, high and positive
correlations have been reported
between HOST and the percentage
Cuadro 2. Efecto del estrés anisosmótico sobre la integridad estructural
y funcional de la membrana plasmática y acrosomal de
espermatozoides ovinos.
Table 2. Effect of anysosmotic stress on the structural and functional
integrity of the plasma and acrosomal membrane of sheep
spermatozoa.
Parámetro Osmolaridad (mOsm.L
-1
)
7HVWLJR   102
Vitalidad (%)
Fresco 79,42
a
± 2,56 79,31
a
± 2,56 70,38
ab
± 2,60 62,97
b
± 2,56
Descongelado 31,81
a
± 2,74 23,31
a
± 2,79 22,60
a
± 2,69 20,66
a
± 2,90
Crioinjuria -47,61* -56* -47,78* -42,31*
NAR (%)
Fresco 86,31
a
± 3,06 85,29
a
± 3,05 80,39
a
± 3,10 74,73
a
± 3,05
Descongelado 32,98
a
± 3,27 33,05
a
± 3,39 19,91
ab
± 3,26 9,25
b
± 3,46
Crioinjuria -53,33* -52,24* -60,48* -65,40*
HOST+EN- (%)
Fresco 76,44
a
± 2,83 74,61
a
± 2,83 77,19
a
± 2,82 72,86
a
± 2,82
Descongelado 29,13
a
± 3,02 28,32
a
± 3,13 24,76
a
± 3,02 24,92
a
± 3,20
Crioinjuria -47,31* -46,29* -52,43* -47,94*
ORT (%)
Fresco 86,38
a
± 1,97 86,30
a
± 1,96 70,00
b
± 2,00 63,55
b
± 1,96
Descongelado 53,22
a
± 2,11 43,74
a
± 2,14 25,10
ab
± 2,06 29,47
b
± 2,22
Crioinjuria
-43,16* -42,56* -44,90* -34,08*
Los resultados son expresados en media aritmética ± desviación estándar para las muestras de semen
analizadas de los 5 ovinos. ORT (%): espermatozoides reaccionados a la prueba de resistencia osmótica. NAR
(%): Porcentaje de acrosomas normales en los espermatozoides evaluados. HOST+EN- (%): espermatozoides
positivos a la prueba de endósmosis y no teñidos con Eosina.
a,b,c
Letras diferentes en las las denotan diferencias estadísticas signicativas (P<0,01).
*Diferencias estadísticas signicativas (P<0,01) entre columnas denotando daño por congelación.
The results are expressed as arithmetic mean ± standard deviation for the analyzed semen samples from the 5
sheep. ORT (%): sperm reacted to the osmotic resistance test. NAR (%): Percentage of normal acrosomes in the
sperm evaluated. HOST+EN- (%): sperm positive to endosmosis test and not stained with Eosin.
a, b, c
Different letters in the rows denote statistically signicant differences (P <0.01).
* Signicant statistical differences (P <0.01) between columns denoting damage by freezing.
Parámetro
1012
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Como algunos autores (Zhu y Liu,
2000; Peris-Frau et al., 2020) han
postulado que el daño estructural y
funcional de los dominios de membrana
del espermatozoide pueden ocurrir de
manera individual y no dependiente,
en este ensayo, se realizaron pruebas
de valoración estructural (NAR) y
funcional (ORT) de la MA y de la MP
(VIT y HOST-EN). Todo esto, buscando
una prueba única que pudiese evaluar
varios aspectos relacionados con
calidad seminal y correlacionarlos con
la fertilidad in vivo (Rubio-Guillén et
al., 2014b).
Dos condiciones hiposmóticas
fueron utilizadas en este estudio (102 y
154 mOsm.L
-1
) en busca de diferencias
en la resistencia a la anisosmosis y con
nes de detección de falsos negativos,
ya que ha sido publicado que para
ovinos son recomendables condiciones
de hiposmolaridad más bajas que en los
grandes rumiantes (Anel et al., 2003).
Sin embargo, en las condiciones en que
se realizó este ensayo no se observaron
diferencias estadísticas signicativas
(P>0,001) entre ambas condiciones
para ninguno de los tres tratamientos.
Conclusión fehaciente que permite
el uso de ambas osmolaridades para
observar la respuesta a la incubación
hiposmótica, sin detrimento de la
respuesta por aparición de falsos
negativos. Por esta razón, en ovinos
se sigue usando esta prueba hoy por
hoy, como un el estimador de la
integridad funcional de la MP, como lo
demuestran algunos estudios (Valdez,
2013; García, 2014). En rumiantes,
se han señalado correlaciones
altas y positivas entre el HOST y
el porcentaje de espermatozoides
vivos, la motilidad espermática,
el porcentaje de espermatozoides
normales y la fertilidad in vivo e in
vitro, tanto del semen fresco, como
para el descongelado (Anel et al., 2003;
Rubio-Guillén, 2006).
Conclusiones
El proceso de criopreservación
seminal altera la funcionalidad de una
of live sperm, sperm motility, the
percentage of normal sperm, and in
vivo and in vitro fertility, both for fresh
semen and for thawed semen (Anel et
al., 2003; Rubio-Guillén, 2006).
Conclusions
The seminal cryopreservation
process alters the functionality of
a large proportion of spermatozoa,
the acrosome being the structural
unit, which is mainly affected. The
anysosmotic incubation demonstrated
how the acrosome suffers considerably
in structural and functional integrity
(DAR and ORT), more than MP.
Recommendations
Considering the biological and
economic importance of knowing
accurately the potential fertility of
the ovine semen used in AI, it is
recommended to evaluate the seminal
samples obtained in this study, in eld
fertility (nulliparous females) or IVF
to better assess sperm quality.
End of English Version
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gran proporción de espermatozoides,
siendo el acrosoma la unidad
estructural, que principalmente es
afectada. La incubación anisosmótica
demostró como el acrosoma sufre
considerablemente en integridad
estructural y funcional (DAR y ORT),
más que la MP.
Recomendaciones
Considerando la importancia
biológica y económica que implica
conocer en forma certera la fertilidad
potencial del semen ovino utilizado
en la IA, se recomienda evaluar las
muestras seminales obtenidas en
este estudio, en fertilidad de campo
(hembras nulíparas) o FIV para
valorar mejor la calidad espermática.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.15 ISSN 2477-9407
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Recibido: 19-11-2020 . Aceptado: 09-03-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: ymendezm@uteq.edu.ec
Respuesta bioquímica e inmune en tilapia roja
(Oreochromis mossambicus × O. niloticus) con
suplementación de quitosano en dieta
Biochemical and immune response in red tilapia
(Oreochromis mossambicus × O. niloticus) with dietary
chitosan supplementation
Resposta bioquímica e imune em tilápia vermelha
(Oreochromis mossambicus × O. niloticus) com
suplementação de quitosana na dieta
Yuniel Méndez-Martínez
1
*, Ginger K. Pacheco-Morales
1
,
Karla A. Del Barco-Ibarra
1
, Yenny G. Torres-Navarrete
1
y
Martha P. Hernández-Vergara
2
.
1
Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad Técnica Estatal de Quevedo (UTEQ),
Quevedo, Los Ríos, Ecuador. Correos electrónicos: (YM) ymendezm@uteq.edu.ec, , (GP)
ginger.pacheco2014@uteq.edu.ec, , (KD) karla.delbarco2014@uteq.edu.ec, , (YT)
ytorres@uteq.edu.ec, ;
2
División de Estudios de Posgrado e Investigación, Instituto
Tecnológico de Boca del Río, Boca del Río, Veracruz, México. Correos electrónicos: (MH)
mphv1@yahoo.com.mx, .
Resumen
El uso de bioestimulantes en dietas para peces es una estrategia prometedora
para reducir el uso de antibióticos, potenciar la respuesta bioquímica e inmune,
lo cual contribuye a mejorar rendimientos productivos y disminuir las pérdidas
económicas. Se evaluó la respuesta bioquímica e inmune en juveniles de tilapia
roja (Oreochromis mossambicus × O. niloticus), con diferentes niveles: 0 (control),
1, 2, 3, 4 y 5 % de quitosano en dieta. Se sembraron 270 animales (7,53 ± 0,50 g de
peso inicial), distribuidos en un diseño completamente al azar de 6 tratamientos
con 3 réplicas y 45 tilapias.tratamiento
-1
, en 18 tanques con 90 L de agua en sistema
cerrado. Los juveniles se alimentaron durante 55 días con las dietas experimentales
y al nal del bioensayo se tomaron las muestras de tejidos y plasma sanguíneo.
Se encontraron diferencias (p<0,05) en las variables respuestas evaluadas, donde
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el contenido de lípidos, triglicéridos, colesterol, hidratos de carbono y glucosa
mostraron mayores niveles (p<0,05) a concentraciones de quitosano más bajos.
Sin embargo, para contenidos de proteínas se encontró mejor respuesta (p<0,05)
a mayores niveles de quitosano en dieta. Con respecto a la materia seca y ceniza
no se encontró diferencias (p<0,05). Mientras que la superóxido dismutasa y los
leucocitos se encontraron en mayor concentración (p<0,05) cuando se suplementa
con quitosano en un 3 y 4 %. Se concluyó que la respuesta bioquímica e inmune de
juveniles de tilapia roja se favoreció con la suplementación de quitosano en dieta.
Palabras claves: glucosa, inmunoestimulantes, leucocitos, proteínas, superóxido
dismutasa, triglicéridos.
Abstract
The use of biostimulants in sh diets is a promising strategy to reduce the use
of antibiotics, enhance the biochemical and immune response, which contributes
to improving productive yields and reducing economic losses. The biochemical and
immune response was evaluated in juvenile red tilapia (Oreochromis mossambicus
×
O. niloticus), with different levels: 0 (control), 1, 2, 3, 4 and 5% chitosan in
diet. 270 animals (7.53 ± 0.50 g of initial weight), distributed in a completely
randomized design of 6 treatments with 3 replicates and 45 tilapia.treatment
-1
,
were sown in 18 tanks with 90 L of water in a closed system. The juveniles were
fed for 55 days with the experimental diets and at the end of the bioassay the
tissue and blood plasma samples were taken. Differences were found (p<0.05)
in the variables evaluated responses, where the content of lipids, triglycerides,
cholesterol, carbohydrates and glucose showed higher levels (p<0.05) at lower
chitosan concentrations. However, for protein content, a better response (p<0.05)
was found at higher levels of chitosan in the diet. Regarding dry matter and ash,
no differences were found (p<0.05). While superoxide dismutase and leukocytes
were found in higher concentration (p<0.05) when supplemented with chitosan by
3 and 4%. It was concluded that the juvenile biochemical and immune response of
red tilapia was favored with dietary chitosan supplementation.
Keywords: glucose, immunostimulant, leukocytes, protein, superoxide
dismutase, triglycerides.
Resumo
O uso de bioestimulantes na dieta de peixes é uma estratégia promissora para
reduzir o uso de antibióticos, potencializar a resposta bioquímica e imunológica,
o que contribui para melhorar os rendimentos produtivos e reduzir as perdas
econômicas. A resposta bioquímica e imune foi avaliada em juvenis de tilápia
vermelha (
Oreochromis mossambicus × O. niloticus), com diferentes níveis: 0
(controle), 1, 2, 3, 4 e 5% de quitosana na dieta. 270 animais (7,53 ± 0,50 g de
peso inicial), distribuídos em um delineamento inteiramente casualizado de 6
tratamentos com 3 repetições e 45 tilápias.tratamento
-1
, foram semeados em 18
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tanques com 90 L de água em sistema fechado. Os juvenis foram alimentados
por 55 dias com as dietas experimentais e ao nal do bioensaio foram coletadas
amostras de tecido e plasma sanguíneo. Foram encontradas diferenças (p<0,05)
nas variáveis de resposta avaliadas, onde os teores de lipídios, triglicerídeos,
colesterol, carboidratos e glicose apresentaram níveis mais elevados (p<0,05) nas
menores concentrações de quitosana. No entanto, para o teor de proteína, uma
melhor resposta (p<0,05) foi encontrada em níveis mais elevados de quitosana
na dieta. Em relação à matéria seca e cinzas, não foram encontradas diferenças
(p<0,05). Já a superóxido dismutase e os leucócitos foram encontrados em maior
concentração (p<0,05) quando suplementados com quitosana a 3 e 4%. Concluiu-
se que a resposta bioquímica e imune juvenil da tilápia vermelha foi favorecida
com a suplementação de quitosana na dieta.
Palavras-chave: glicose, imunoestimulante, leucócitos, proteína, superóxido
dismutase, triglicerídeos.
Introducción
La acuicultura creció de manera
exponencial en los últimos 50 años,
partiendo de una producción de menos
de 1 millón de toneladas (t) en 1950 a
más de 90 millones t a nivel mundial
en los últimos años (FAO, 2020). Uno
de los principales factores que incide
en el éxito de esta industria es la
selección de especies con alto potencial
productivo, las cuales son ricas en
proteínas y variedad de ácidos grasos
insaturados (Jim et al., 2017), tal es
el caso de la tilapia roja, de la cual
existen híbridos como Oreochromis
mossambicus × O. niloticus (Méndez-
Martínez et al., 2019).
En Ecuador, la tilapia roja se
introdujo en 1993, y es la segunda
especie de importancia en la
acuicultura después del camarón
blanco (Litopenaeus vannamei), donde
el cultivo comercial nace a partir de la
aparición del virus de la mancha blanca
que afectó la producción camaronera,
dejando infraestructuras disponibles.
Introduction
Aquaculture has grown
exponentially in the last 50 years,
from a production of less than 1
million tons (t) in 1950 to more than
90 million tons worldwide in recent
years (FAO, 2020). One of the main
factors that affects the success of this
industry is the selection of species
with high productive potential, which
are rich in proteins and a variety of
unsaturated fatty acids (Jim et al.,
2017), such is the case of red tilapia,
of which there are hybrids such
as Oreochromis mossambicus
× O.
niloticus (Méndez-Martínez et al.,
2019).
In Ecuador, red tilapia was
introduced in 1993, and is the second
most important species in aquaculture
after white shrimp (Litopenaeus
vannamei), where the commercial
culture was born from the appearance
of the white spot virus that affected
production. shrimp farm, leaving
infrastructures available.
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En la actualidad, la tilapia
se cultiva en sistemas intensivos
y semintensivos donde los
requerimientos nutricionales son
satisfechos con dietas articiales;
pero debido a las condiciones de
cultivo como las altas densidades de
siembra y limitada calidad de agua,
promueve que los organismos se
encuentran sujetos a estrés constante
que se traduce en bajas tasas de
crecimiento, ineciencia alimenticia
y bajas supervivencias (Lara-Flores et
al., 2003; Al-Sagheer et al., 2018), lo
cual a su vez ha provocado brotes de
patógenos e infecciones que conllevan
daño sustancial al rendimiento (Brum
et al., 2017). Se encontró que el estrés
oxidativo en los peces puede producir
leucopenia y cambios en la fórmula
leucocitaria (Biller yTakahashi, 2018),
además de efectos en células y tejidos
de mutagénesis y carcinogénesis
(Malachy et al., 2017).
Entre los factores limitantes de las
producciones acuícolas está la carencia
de herramientas inmunoterapeúticas
prolácticas que reduzcan el efecto
de enfermedades en los diferentes
cultivos (Kumari y Sahoo, 2006, Brum
et al., 2017), que favorezcan no solo las
funciones del sistema inmunológico,
sino también los factores metabólicos,
tasa de crecimiento (Heo et al., 2001;
Fadl et al., 2020) y sean amigables con
el medio ambiente.
Los inmunoestimulantes pueden
activar respuestas inmunes no especícas
y/o especícas, donde los mecanismos de
defensa incluyen procesos metabólicos
antioxidantes no enzimáticos y
enzimáticos cuyas funciones pueden
depender de cantidades óptimas
At present, tilapia is cultivated in
intensive and semi-intensive systems
where nutritional requirements are
satised with articial diets; but due
to the cultivation conditions such as
high planting densities and limited
water quality, it promotes that
organisms are subject to constant
stress that translates into low growth
rates, nutritional inefciency and low
survival rates (Lara-Flores et al. , 2003;
Al-Sagheer et al., 2018), which in turn
has caused outbreaks of pathogens
and infections that lead to substantial
damage to yield (Brum et al., 2017). It
was found that oxidative stress in sh
can produce leukopenia and changes
in the leukocyte formula (Biller and
Takahashi, 2018), as well as effects on
cells and tissues of mutagenesis and
carcinogenesis (Malachy et al., 2017).
Among the limiting factors of
aquaculture productions is the lack
of prophylactic immunotherapeutic
tools that reduce the effect of
diseases in different crops (Kumari
and Sahoo, 2006, Brum et al., 2017),
which favor not only the functions
of the immune system, but also
metabolic factors, growth rate (Heo
et al., 2001; Fadl et al., 2020) and are
friendly to the environment.
Immunostimulants can activate
non-specic and/or specic
immune responses, where defense
mechanisms include non-enzymatic
and enzymatic antioxidant
metabolic processes whose functions
may depend on optimal amounts
of immunostimulants to express
these types of responses against
stressful conditions or the presence
of pathogens (Mehana et al., 2015;
1020
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de inmunoestimulantes para
expresar este tipo de respuestas
contra condiciones estresantes o
presencia de patógenos (Mehana
et al., 2015; Abdel-Ghany y Salem,
2019). Además de considerarse una
estrategia prometedora para reducir
el uso de antibióticos y productos
quimioterapeúticos, potenciar la
respuesta productiva y disminuir las
pérdidas económicas (Lara-Flores et
al., 2003; Al-Sagheer et al., 2018).
En este sentido, el quitosano se ha
convertido en candidato, dado que es
polisacárido alcalino natural (b-1,4-
N-acetilglucosamina) con cargas
positivas más abundantes (Alishahi y
Aider, 2012: Ngo y Kim, 2014; Abdel-
Ghany y Salem, 2019); biodegradable
no tóxico, que contiene grupos amino e
hidroxilo y tiene diversas propiedades:
hemostática, antiinamatorio,
actividad antitumoral, actividad
antimicrobiana, actividad
hipoglucémica e hipo colesterol y
un efecto estimulador catabólico y
anabólico (Pérez et al., 2014; Mahmoud
et al., 2017; Udo et al., 2018).
Se documentó la actividad
bioestimuladora del quitosano en
trucha arcoiris (Oncorhynchus mykiss)
(Sakai et al., 1992), dorada (Sparus
aurata) (Esteban et al., 2001), lubina
juvenil (Dicentrarchus labrax) (Zaki et
al., 2015), Labeo rohita (Mastan, 2015),
y bagre africano (Clarias gariepinus)
(Udo et al., 2018). Sin embargo, el
efecto del quitosano en la dieta sobre
aspectos bioquímicos e inmunes en
tilapia no ha recibido mucha atención.
La presente propuesta se desarrolló
para evaluar la respuesta bioquímica
e inmune en juveniles de tilapia roja
Abdel-Ghany and Salem, 2019).
In addition to being considered a
promising strategy to reduce the use
of antibiotics and chemotherapeutic
products, enhance the productive
response and reduce economic losses
(Lara-Flores et al., 2003; Al-Sagheer
et al., 2018).
In this sense, chitosan has become
a candidate, since it is a natural
alkaline polysaccharide (b-1,4-
N-acetylglucosamine) with more
abundant positive charges (Alishahi
and Aider, 2012: Ngo and Kim, 2014;
Abdel-Ghany and Salem, 2019);
non-toxic, biodegradable, containing
amino and hydroxyl groups and has
various properties: hemostatic, anti-
inammatory, antitumor activity,
antimicrobial activity, hypoglycemic
and hypo-cholesterol activity, and a
catabolic and anabolic stimulatory
effect (Pérez et al., 2014; Mahmoud
et al., 2017; Udo et al., 2018).
T
he biostimulatory activity of
chitosan was documented in rainbow
trout (Oncorhynchus mykiss) (Sakai
et al., 1992), sea bream (Sparus
aurata) (Esteban et al., 2001),
juvenile sea bass (Dicentrarchus
labrax) (Zaki et al., 2015), Labeo
rohita (Mastan, 2015), and African
catsh (Clarias gariepinus) (Udo
et al., 2018). However, the effect of
dietary chitosan on biochemical and
immune aspects in tilapia has not
received much attention. The present
proposal was developed to evaluate
the biochemical and immune response
in juvenile red tilapia (
Oreochromis
mossambicus
× O. niloticus), with the
supplementation of different levels of
chitosan in the diet.
1021
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(Oreochromis mossambicus × O.
niloticus), con la suplementación de
diferentes niveles de quitosano en la
dieta.
Materiales y métodos
Formulación y elaboración de
dietas experimentales
En el presente estudio, todas
las dietas (cuadro 1) se formularon
(LINDO Systems, Inc. IL, USA), y la
suplementación de diferentes niveles
de quitosano: 0 (control), 1, 2, 3, 4 y
5 %, para un total de 6 tratamientos.
Todos los ingredientes se tamizaron
con un tamiz de malla de 250 µm y
se pesaron con una balanza digital
(0,01 g; PE 3600 Mettler-Toledo, OH,
USA). Para cada dieta se mezclaron
todos los macroingredientes en
una mezcladora industrial (Hobart
20 Qt-A200, OH, USA) hasta
obtener una mezcla uniforme. Los
microingredientes se mezclaron
en un recipiente plástico antes de
agregarlos a la mezcla. La lecitina
de soja y aceite de pescado se
mezclaron hasta obtener una mezcla
homogénea y luego se agregó agua
con un equivalente al 30 % por peso
de los ingredientes. El alimento
fue peletizado con una picadora de
carne (Tor-Rey MJ22 JR, N L, MX)
para obtener gránulos de 2 mm, que
luego se secaron durante 8 h a 45 °C
en un horno de ujo de aire (Hafo
Serie 1600, Sheldon Manufacturing
Cornelius, OR), luego los pellets
secos se envasaron en bolsas
plásticas y se mantuvieron a -4 °C
hasta su uso (Méndez-Martínez et
al., 2019, 2021).
Materials and methods
Formulation and elaboration
of experimental diets
In the present study, all the diets
(Table 1) were formulated (LINDO
Systems, Inc. IL, USA), and the
supplementation of different levels
of chitosan: 0 (control), 1, 2, 3, 4 and
5 %, for a total of 6 treatments. All
ingredients were sieved with a 250 µm
mesh sieve and weighed with a digital
scale (0.01 g; PE 3600 Mettler-Toledo,
OH, USA). For each diet, all the
macro ingredients were mixed in an
industrial mixer (Hobart 20 Qt-A200,
OH, USA) until a uniform mixture
was obtained. The micro-ingredients
were mixed in a plastic container
before adding to the mix. The soy
lecithin and sh oil were mixed until
a homogeneous mixture was obtained
and then water was added with an
equivalent of 30 % by weight of the
ingredients. The food was pelleted
with a meat grinder (Tor-Rey MJ22
JR, NL, MX) to obtain 2 mm granules,
which were then dried for 8 h at 45 °C
in an air ow oven (Hafo 1600 Series,
Sheldon Manufacturing Cornelius,
OR), then the dry pellets were packed
in plastic bags and kept at -4 °C until
use (Méndez-Martínez et al., 2019,
2021).
Fish culture conditions
Red tilapia juveniles (7.53 ±
0.50g) were obtained from the Fish
Culture Program and transferred
to the Aquaculture Laboratory of
the Faculty of Agricultural Sciences
(01°03’18”S, 79°25´24”W) of the
Universidad Técnica Estatal de
Quevedo (UTEQ), respectively. For a
1022
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Cuadro 1. Formulación y composición química de dietas experimentales
con suplementación de quitosano.
Table 1. Formulation and chemical composition of experimental diets
with chitosan supplementation.
Ingredientes
Niveles de quitosano en dietas (%)
0 1 2 3 4 5
Harina de pescado
1
46,50 46,50 46,50 46,50 46,50 47,00
Pasta de soya
2
28,00 28,00 28,00 28,00 28,00 28,00
Harina de trigo
3
13,90 13,90 13,90 13,40 12,90 11,90
Harina de maíz
3
4,00 3,00 2,00 1,50 1,00 0,50
Quitosano
4
0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00
Lecitina de Soya
3
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Aceite de pescado
5
1,50 1,50 1,50 1,50 1,50 1,50
Alginato de sodio
6
2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00
Premezclas minerales
3
* 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Premezclas vitamínicas
3
** 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00 2,00
Vitamina C
3
0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10
Composición proximal real (% Materia Seca)
Materia seca 94,68 93,77 94,02 94,28 93,80 93,99
Ceniza 8,20 9,30 10,10 10,22 12,01 9,80
Grasa 7,15 7,24 8,01 7,84 7,18 8,02
Proteína 32,07 32,22 32,47 32,30 32,22 32,17
Fibra
5,63 5,86 5,92 6,18 6,66 6,81
E. L. N. N
†
18,38 18,18 18,22 18,11 17,57 18,10
Energía bruta (kJ.g
-1
)
‡
46,95 45,38 43,50 43,46 41,93 43,20
1
Comercial El Gordillo, Santo Domingo de los Tsáchilas, Ecuador.
2
Valencia- Avícola, Valencia, Ecuador.
3
Supermaxi,
Quevedo, Ecuador,
4
Expectrocrom, Guayaquil, Ecuador.
5
Productos Pesqueros S.A, Manta, Ecuador.
6
Suministros
AZ, La Paz, México. *mg.kg
-1
: Sulfato de magnesio 5,1; Cloruro de sodio 2,4; Cloruro de potasio 2; Sulfato ferroso 1;
Sulfato de zinc 0,2; Sulfato cúprico 0,0314; Sulfato manganoso 0,1015; Sulfato de cobalto 0,0191; Yodato de calcio 0,0118;
Cloruro de cloro 0,051. **mg.kg
-1
: Tiamina 60; Rivoavina 25; Niacina 40; Vitamina B6 50; Ácido pantoténico 75; Biotina
1; Folato 10; Vitamina B12 0,2; Hill 600; Myoinositol 400; Vitamina C 200; Vitamina A 5000 UI; Vitamina E 100;
Vitamina D 0,1; Vitamina K 5.
†
Extracto libre de nitrógeno = 100 - (% proteína bruta +% extracto etéreo +% bra bruta
+% ceniza).
‡
Se calculó con los coecientes calóricos: 23,4 kJ. g
-1
, 39,2 kJ.g
-1
, 17,2 kJ.g
-1
de proteína, grasas y carbohidratos,
respectivamente (Goddard, 1996).
1
Comercial El Gordillo, Santo Domingo de los Tsáchilas, Ecuador.
2
Valencia- Avícola, Valencia, Ecuador.
3
Supermaxi,
Quevedo, Ecuador,
4
Expectrocrom, Guayaquil, Ecuador.
5
Productos Pesqueros S.A, Manta, Ecuador.
6
Suministros AZ, La
Paz, México. *mg.kg
-1
: Magnesium sulfate 5.1; Sodium chloride 2.4; Potassium chloride 2; Ferrous sulfate 1; Zinc sulfate
0,2; Cupric sulfate 0.0314; Manganous sulfate 0.1015; Cobalt sulfate 0.0191; Calcium iodate 0,0118; Chlorine chloride
0.051. **mg.kg
-1
: Thiamine 60; Rivoavin 25; Niacin 40; Vitamin B6 50; Pantothenic acid 75; Biotin 1; Folate 10;
Vitamin B12 0,2; Hill 600; Myoinositol 400; Vitamin C 200; Vitamin A 5000 UI; Vitamin E 100; Vitamin D 0,1; Vitamin K 5.
†
Nitrogen-free extract = 100 - (% crude protein +% ethereal extract +% crude fiber +% ash).
‡
It was calculated with the
caloric coefficients: 23,4 kJ.g
-1
, 39,2 kJ.g
-1
, 17,2 kJ.g
-1
of protein, fat and carbohydrates, respectively (Goddard, 1996).
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Condiciones de cultivo de los
peces
Los juveniles de tilapia roja
(7,53±0,50g) se obtuvieron del
Programa de Cultivo de Peces y
se trasladaron al Laboratorio de
Acuicultura de la Facultad de Ciencias
Agropecuarias (01°03´18´´S, 79°25´24´´W)
de la Universidad Técnica Estatal de
Quevedo (UTEQ), respectivamente.
Durante una semana se aclimataron y
desparasitaron (API Stress Zyme, OH,
USA). Los organismos se colocaron
aleatoriamente en 18 tanques a una
densidad de 15 peces/tanque de 90
L agua, para un total de 270 peces.
Se alimentaron con las seis dietas
experimentales, ad libitum durante
55 días.
Se realizó el control de los
parámetros físico-químicos del agua,
la temperatura se midió con un
termómetro de mercurio (0 a 50 ºC),
el oxígeno disuelto con un oxímetro
digital (55-DO, YSI Incorporated,
Yellow Springs, OH, USA), y el pH,
NH
4
, NO
2
y NO
3
con el kit colorimétrico
(Saltwater Master Test, OH, USA),
respectivamente. Todos los tanques
se sifonearon diariamente en las
mañanas antes de alimentar, para
retirar las heces y alimento sobrante
y el agua (30% aproximadamente)
que se extraía durante el sifoneo era
reemplazada.
Obtención de muestras: sangre
y tejido muscular
Al nal del periodo de cultivo se
dejaron en ayuno 14 h antes de tomar
las muestras, para ello los juveniles
se anestesiaron con una solución de
eugenol: alcohol (relación 1:3 mL en
10 L de agua), durante 2 min. Las
week they acclimatized and dewormed
(API Stress Zyme, OH, USA). The
organisms were randomly placed in
18 tanks at a density of 15 sh/90 L
water tank, for a total of 270 sh. They
were fed the six experimental diets ad
libitum for 55 days.
The control of the physical-chemical
parameters of the water was carried
out, the temperature was measured
with a mercury thermometer (0 to
50 ºC), the dissolved oxygen with
a digital oximeter (55-DO, YSI
Incorporated, Yellow Springs, OH,
USA), and the pH, NH
4
, NO
2
and NO
3
with the colorimetric kit (Saltwater
Master Test, OH, USA), respectively.
All tanks were siphoned daily in the
morning before feeding, to remove
the feces and excess food and the
water (approximately 30 %) that was
extracted during the siphoning was
replaced.
Sampling: blood and muscle
tissue
At the end of the culture period,
they were fasted for 14 h before taking
the samples, for this the juveniles were
anesthetized with a eugenol:alcohol
solution (ratio 1:3 mL in 10 L of
water), for 2 min. Blood samples were
obtained as indicated by Azizoglu
and Cengizler (1996), by caudal
venipuncture with 3 mL disposable
syringes and deposited in vacutenier
tubes (Vacuette, Laborgeräte GmbH,
Eschau, DE) and capillary tubes
(Isolab, Laborgeräte GmbH, Eschau,
DE) with heparinized inner surfaces,
and they were kept refrigerated at 4 °C
for 24 h. They were then centrifuged
(Gemmy, PLC-05, Taipei, TW) at 1200
rpm for 10 min to separate the plasma
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muestras de sangre se obtuvieron
según lo indicado por Azizoglu y
Cengizler (1996), por venopunción
caudal con jeringas desechables de 3
mL y depositada en tubos vacutenier
(Vacuette, Laborgeräte GmbH,
Eschau, DE) y tubos capilares (Isolab,
Laborgeräte GmbH, Eschau, DE) con
supercie interior heparinizados, y
se conservaron en refrigeración a 4
°C por 24 h. Luego se centrifugaron
(Gemmy, PLC-05, Taipei, TW) a 1200
rpm durante 10 min para separar el
plasma de los elementos formes. El
tejido muscular se disectó y conservó
en bolsas de plástico por separado y se
almacenaron a -40 °C hasta su análisis
químico (Azaza et al., 2009). Todos los
análisis se realizaron por triplicado.
Indicadores evaluados
Para el análisis de composición
química (materia seca, proteínas,
lípidos, carbohidratos y ceniza)
del tejido muscular y las dietas se
utilizaron los métodos descritos por
la AOAC (2019). La evaluación de
glucosa (Trinder, 1969), colesterol
y triglicéridos (Schettler y Nussel,
1975) en plasma fue con reactivos kit
(Human liquicolor, Wiesbaden, DE)
para cada variable respectivamente.
Luego se incubaron a una temperatura
de 37 °C durante 25min en baño
María. Las reacciones colorimétricas
cambiaron de acuerdo a la variable,
para colesterol y triglicéridos fueron
pruebas con factor aclarante de lípidos
y para glucosa fue a través del método
de desproteinización. Luego se llevaron
al espectrofotómetro (SunostIk, SBA-
733 Plus, Kunshan Road, CHN) para
determinar la lectura de absorbancia
a 500 ηm, respectivamente.
from the formed elements. Muscle
tissue was dissected and preserved
in separate plastic bags and stored at
-40 °C until chemical analysis (Azaza
et al., 2009). All analyzes were carried
out in triplicate.
Evaluated indicators
For the analysis of chemical
composition (dry matter, proteins,
lipids, carbohydrates and ash) of
muscle tissue and diets, the methods
described by the AOAC (2019) were
used. The evaluation of glucose
(Trinder, 1969), cholesterol and
triglycerides (Schettler and Nussel,
1975) in plasma was with kit reagents
(Human liquicolor, Wiesbaden, DE)
for each variable respectively. Then
they were incubated at a temperature
of 37 °C for 25 min in a water bath.
The colorimetric reactions changed
according to the variable, for cholesterol
and triglycerides they were tests with
lipid lightening factor and for glucose
it was through the deproteinization
method. They were then taken to the
spectrophotometer (SunostIk, SBA-
733 Plus, Kunshan Road, CHN) to
determine the absorbance reading at
500 ηm, respectively.
To determine the enzyme
superoxide dismutase, the erythrocytes
were washed 4 times with 3.0 mL of
0.9% NaCl solution, centrifuging for
10 min at 3000 rpm after each wash.
A Kit (Ransel, Randox, Crumlin,
Antrim, UK) was used, based on
the methodology of McCord and
Fridovich (1969), with a principle in
the oxidation of glutathione (GSH) by
cumene hydroperoxide catalyzed by
GPx; in the presence of glutathione
reductase (GR) and NADPH; the
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Para determinar la enzima
superóxido dismutasa se lavaron
los eritrocitos 4 veces con 3,0 mL
de solución de NaCl al 0,9 %,
centrifugando durante 10 min a 3000
rpm después de cada lavado. Se empleó
un Kit (Ransel, Randox, Crumlin,
Antrim, UK), basado en metodología
de McCord y Fridovich (1969), con
principio en la oxidación de glutatión
(GSH) por el hidroperóxido de cumeno
catalizado por la GPx; en presencia de
glutatión reductasa (GR) y NADPH;
la lectura de absorbancia se realizó a
340ηm. Se realizó el recuento total de
leucocitos en cámara de Neubauer de
0,0025 mm
2
(Optic Labor, DE) (Hrubec
y Smith, 2010).
Análisis estadísticos
A los datos se aplicaron las pruebas
de Kolmogorov - Smirnov (P<0,05)
y Bartlett (P<0,05) previamente al
análisis de varianza (ANOVA), cuando
se observó valores signicativos de F,
se utilizó la prueba de rangos múltiples
de LSD
de Fisher (P<0,05). Se aplicó
el software Minitab 18 (Minitab Inc.,
Philadelphia, PA, USA). Todos los
datos porcentuales se transformaron
por medio de log
10
para normalizar su
distribución, antes de los estadísticos.
Resultados y discusión
Los parámetros de calidad del agua
fueron los siguientes: temperatura
entre 25,0 – 26,0 °C, O
2
de 4,06 – 5,0
mg.L
-1
, pH de 7 – 8, NH
4
de 0,05 –
0,08 mg.L
-1
, NO
2
de 0,50 – 1,0 mg.L
-1
y NO
3
de 20 – 40 mg.L
-1
. Estos
valores se encuentran dentro de los
absorbance reading was made at 340
um. The total leukocyte count was
performed in a Neubauer chamber of
0.0025 mm
2
(Optic Labor, DE) (Hrubec
and Smith, 2010).
Statistical analysis
The Kolmogorov - Smirnov (P
<0.05) and Bartlett (P <0.05) tests
were applied to the data prior to the
analysis of variance (ANOVA), when
signicant values of F were observed,
the rank test was used Fisher’s LSD
multiples (P <0.05). Minitab 18
software (Minitab Inc., Philadelphia,
PA, USA) was applied. All percentage
data were transformed by means of
log
10
to normalize their distribution,
before the statistics.
Results and discussion
The water quality parameters were
the following: temperature between
25.0 - 26.0 °C, O
2
of 4.06 - 5.0 mg.L
-1
,
pH of 7 - 8, NH
4
of 0.05 - 0.08 mg.L
-
1
, NO
2
from 0.50 - 1.0 mg.L
-1
and NO
3
from 20 - 40 mg.L
-1
. These values are
within the regular limits for production
under controlled conditions of tilapia
(Azaza et al., 2009; Méndez-Martínez
et al., 2019), so it is assumed that the
variations in the results were due to
the treatments.
Muscle tissue protein showed the
highest values (75.77, 71.42 and 74.50
% protein), (p <0.05) when they were
fed diets containing chitosan levels
of 2, 4 and 5 %, respectively. In this
sense, Fadl et al. (2020), found an
increase in protein in Nile tilapia with
chitosan supplementation (5 %) in the
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límites regulares para producción
en condiciones controladas de tilapia
(Azaza et al., 2009; Méndez-Martínez
et al., 2019), por lo que se supone que
las variaciones en los resultados se
debieron a los tratamientos.
En el cuadro 2, se muestra
la composición química del
tejido muscular, la cual dirió
signicativamente (p<0,05) entre los
tratamientos para proteína, hidratos
de carbono y lípidos. Por otro lado,
para materia seca y cenizas que
resultaron similares, aunque los
valores más bajos se encontraron en el
tratamiento control.
Cuadro 2. Composición química del músculo en juveniles de tilapia roja
en base seca con suplementación de quitosano en dieta.
Table 2. Chemical composition of muscle in red tilapia juveniles on a dry
basis with dietary chitosan supplementation.
Variables (%)
Niveles de Quitosano en Dietas (%)
EE p
0 1 2 3 4 5
Materia Seca 17,79 18,82 18,84 21,26 20,01 20,86 0,730 0,078
Proteínas 55,77c 42,92d 75,77a 70,58b 71,42ab 74,50a 4,688 0,002
Lípidos 5,08ab 4,43b 6,72a 4,34b 3,51c 3,71c 1,073 0,014
Hidratos de Carbono 35,02a 47,12a 14,01b 18,83c 17,87c 17,42c 3,771 0,001
Ceniza 4,14 5,78 4,92 5,81 5,09 5,10 0,324 0,536
abcd
Letras diferentes dentro de la misma la, dieren para p<0,05. EE: Error Estándar.
a, b, c, d
Different letters within the same row, differ for p <0.05. EE: Standard Error.
La proteína del tejido muscular
mostró los valores más altos (75,77,
71,42 y 74,50 % de proteína), (p<0,05)
cuando se alimentaron con dietas que
contenían niveles de quitosano de
2, 4 y 5%, respectivamente. En este
sentido Fadl et al. (2020), encontraron
aumento de proteína en la tilapia
del Nilo con la suplementación de
diet and associated it with high serum
proteins (albumin and globulin).
Proteins, both cellular and plasma, are
part of a general deposit of products
in circulation for the maintenance
of the physiological processes of the
organism.
The highest content of
carbohydrates in muscle tissue
was found with chitosan levels of
0 and 1 %, which corresponded to
the glucose levels (table 3) that
decreased (p <0.05) to higher levels
of chitosan, which is a sensitive
indicator to physiological changes
and immune response capacity. Low
plasma glucose levels may indicate
low stress and better metabolic
efciency (Li et al., 2018). It should
be noted that it was not determined
in this work if the increase in
carbohydrates is structural or
energetic, since the method to
determine them did not allow to
establish this difference.
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quitosano (5%) en la dieta y lo asocio
con proteínas séricas altas (albumina
y globulina). Las proteínas, tanto
celulares, como plasmáticas son parte
de un depósito general de productos
en circulación para mantenimiento de
los procesos siológicos del organismo.
El mayor contenido de hidratos
de carbonos en tejido muscular se
encontraron con niveles de quitosano
de 0 y 1%, lo cual se correspondió
con los niveles de glucosa (cuadro
3) que disminuyó (p<0,05) a niveles
superiores de quitosano, la cual es
un indicador sensible a cambios
siológicos y capacidad de respuesta
inmune. Los bajos niveles de glucosa
en plasma pueden indicar bajo estrés
y mejor eciencia metabólica (Li et
al., 2018). Cabe destacar que no se
determinó en este trabajo si el aumento
de carbohidratos es estructural o
energético, ya que el método para
determinarlos no permitió establecer
esta diferencia.
La adición de diferentes
concentraciones de quitosano,
especialmente 4 y 5 %, disminuyó
(p<0,05) el contenido de lípidos en el
músculo de la tilapia (cuadro 2), y las
concentraciones séricas de colesterol
y triglicéridos (cuadro 3). En este
sentido, Miao et al. (2020), expresan
que el quitosano regula el metabolismo
de las grasas, ácidos grasos y Esto
podría atribuirse al efecto que ejerce
el biopolímero quitosano sobre la
utilización eciente de los nutrientes
estimulando el metabolismo de los
lípidos. El quitosano puede quelar los
iones metálicos o eliminar los radicales
libres mediante la donación de
hidrógeno o un par de electrones (Ngo
The addition of different
concentrations of chitosan, especially
4 and 5 %, decreased (p <0.05) the
lipid content in tilapia muscle (Table
2), and the serum concentrations of
cholesterol and triglycerides (Table
3). In this sense, Miao et al. (2020),
state that chitosan regulates the
metabolism of fats, fatty acids and
this could be attributed to the effect
exerted by the chitosan biopolymer
on the efcient use of nutrients
by stimulating lipid metabolism.
Chitosan can chelate metal ions or
scavenge free radicals by donating
hydrogen or an electron pair (Ngo
and Kim, 2014), where an increase
in superoxide dismutase activity may
be as a consequence of a response
to changes in the lipid composition
of leukocyte cell membranes, which
interfere with the production of
cell activating factors (cytokines or
chaperonins) that improve or decrease
phagocytic capacity (Biller and
Takahashi, 2018).
The activity of the enzyme
superoxide dismutase (gure 1) was
inuenced (p <0.05) by the levels of
chitosan 3 and 4 % in the diet, reaching
values of 187.16 and 181.56 U.mL
-1
of
blood, respectively. Soberanes-Yepiz
et al. (2018), suggest that higher
antioxidant values are a consequence
of multiple oxidative reactions,
therefore, this could indicate that it
is the site of the highest production of
free radicals. Kim and Thomas (2007),
found that diets supplemented with
chitosan for Atlantic salmon (Salmo
salar) showed antioxidant activities
and a reduction in lipid oxidation in
terms of prevention of oxidative stress.
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y Kim, 2014), donde un aumento de
la actividad de superóxido dismutasa
puede ser como consecuencia de una
respuesta a cambios en la composición
lipídica de las membranas celulares
de los leucocitos, que intereren con la
producción de factores activadores de
células (citocinas o chaperoninas) que
mejoran o disminuyen la capacidad
fagocítica (Biller y Takahashi, 2018).
La actividad de la enzima
superóxido dismutasa (gura 1) se vio
inuenciada (p<0,05) por los niveles
de quitosano 3 y 4 % en la dieta
alcanzando valores de 187,16 y 181,56
U.mL
-1
de sangre, respectivamente.
Soberanes-Yepiz et al. (2018), sugieren
que mayores valores de antioxidantes
son consecuencia de múltiples
reacciones oxidativas, por tanto, esto
pudiera indicar ser el sitio de mayor
producción de radicales libres. Kim y
Thomas (2007), encontraron que las
dietas suplementadas con quitosano
para el salmón Atlántico (Salmo salar)
mostraron actividades antioxidantes
The mechanism of action of the
immunostimulating effect of chitosan
within the body of the sh is not yet
fully understood. Non-specic cellular
immunity is known to comprise three
defensive mechanisms: inammation,
phagocytosis, and non-specic
cytotoxicity. It was observed that
inammation involves leukocytes
and follows exposure to an antigenic
challenge, after contact with the
antigen, the affected area receives
greater blood supply, followed by an
increase in capillary permeability
and migration of leukocytes from
the blood into the tissue (Szwejser
et al., 2017), and although they only
constitute about 1 % in the blood,
they are involved in various allergic
reactions and contribute to the repair
of damaged tissue, as well as the
elimination of tumor cells (Nakanishi
et al., 2015).
A signicant leukocyte response
(gure 2) was observed in sh
fed chitosan in a dose-dependent
Cuadro 3. Bioquímica plasmática en juveniles de tilapia roja con
suplementación de quitosano en dieta.
Table 3. Plasma biochemistry in juvenile red tilapia with dietary
chitosan supplementation.
Variables (mg.dL
-1
)
Niveles de Quitosano en Dietas (%)
EE p
0 1 2 3 4 5
Glucosa 57,33a 53,67a 58,33a 39,67b 36,33b 43,67b 2.591 0,014
Colesterol 140,67b 163,00a 156,67ab 110,33c 130,00c 134,33bc 8.221 0,019
Triglicéridos 159,67ab 199,67a 123,67b 72,33c 103,00c 91,00c 10.326 0,000
a, b, c, d
Letras diferentes dentro de la misma la, dieren para p <0.05. EE: Error Estándar.
a, b, c, d
Different letters within the same row, differ for p <0.05. EE: Standard Error.
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y una reducción de la oxidación de
lípidos en términos de prevención del
estrés oxidativo.
Figura 1. Actividad de superóxido dismutasa (p=0,0041), en tilapia roja
con suplementación de quitosano en dieta.
Figure 1. Superoxide dismutase activity (p = 0.0041), in red tilapia with
dietary chitosan supplementation.
El mecanismo de acción del efecto
de inmunoestimulación del quitosano
dentro del cuerpo del pez aún no
se comprende completamente. Se
conoce que la inmunidad celular no
especíca comprende tres mecanismos
defensivos: la inamación, la fagocitosis
y la citotoxicidad no especíca. Se
observó que la inamación involucra a
los leucocitos y sigue a la exposición a
un desafío antigénico, posteriormente
al contacto con el antígeno, el área
afectada recibe mayor irrigación
sanguínea, seguida de un aumento en
manner, which may be related
to hematopoiesis involving the
production of leukocyte cells mainly
in the head kidney in the case of
teleost sh (Press and Evensen, 1999;
Zapata et al., 1996). Hematopoietic
stem cells are located in this organ,
which is why they have an extensive
network to trap particles carried in
the blood (Hanington et al., 2009),
given that larger populations of
macrophages and lymphocytes are
located in the kidney and spleen
capable of initiating an immune
response (Press and Evensen, 1999).
This suggests that the level of
chitosan in the diet was able to
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la permeabilidad capilar y la migración
de los leucocitos de la sangre hacia el
tejido (Szwejser et al., 2017), y aunque
solo constituyen alrededor del 1 % en
la sangre, están implicados en diversas
reacciones alérgicas y contribuyen a la
reparación del tejido dañado, así como
a la eliminación de células tumorales
(Nakanishi et al., 2015).
Se observó una respuesta
signicativa de leucocitos (gura 2)
en peces alimentados con quitosano
de manera dependiente de la dosis,
lo cual se puede relacionar con
la hematopoyesis que implica la
producción de células leucocitarias
principalmente en el riñón cefálico
en el caso los peces teleósteos (Press
y Evensen, 1999; Zapata et al., 1996).
En este órgano se localizan las células
madre hematopoyéticas, por lo que
tienen una extensa retícula para
atrapar partículas acarreadas en la
sangre (Hanington et al., 2009), dado
a que en el riñón y el bazo se localizan
mayores poblaciones de macrófagos
y linfocitos capaces de iniciar una
respuesta inmune (Press y Evensen,
1999).
Esto sugiere que el nivel de
quitosano en dieta pudo estimular el
microambiente donde se desarrollan
las células hematopoyéticas y
factores y proteínas de crecimiento
intracelulares. En este sentido, se
reportó que la proteína alfa de unión
al potenciador CCAAT (C/EBPα),
es requerida para el desarrollo de
granulocitos, pero también promueve
la diferenciación de células madres
hematopoyéticas, sin embargo,
cuando es deciente C/EBPα, se
bloquea la diferenciación hacia el
stimulate the microenvironment where
hematopoietic cells and intracellular
growth factors and proteins develop.
In this sense, it was reported that the
alpha protein binding to the enhancer
CCAAT (C/EBPα) is required for the
development of granulocytes, but it
also promotes the differentiation of
hematopoietic stem cells, however,
when C/EBPα is decient, it is blocks
differentiation towards the myeloid
lineage (Zhang et al., 2004). Dietary
supplementation with chitosan
stimulated immunological parameters
by increasing antioxidant activity and
leukocyte content.
Conclusion
The biochemical and immune
response in juvenile red tilapia
(Oreochromis mossambicus
× O.
niloticus) was favored with dietary
chitosan supplementation.
Acnowledgment
The research was supported by
the Universidad Técnica Estatal
de Quevedo and the Projects:
FOCYCYT-7ma/PFOC7-48-2020 and
EMBLEMÁTICOS/PEMBL-003-2018.
Our gratitude for the technical
assistance to Ing. Lourdes Ramos,
Ing. Tania Leones, and Lic. Wendy
Hidalgo.
End of English Version
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Figura 2. Contenido de Leucocitos (p=0,010), en tilapia roja con
suplementación de quitosano en dieta.
Figure 2. Leukocyte content (p=0.010), in red tilapia with dietary chitosan
supplementation.
linaje mieloide (Zhang et al., 2004).
La suplementación dietética con
quitosano estimuló parámetros
inmunológicos al incrementar la
actividad antioxidante y contenido
de leucocitos.
Conclusión
La respuesta bioquímica e
inmune en juveniles de tilapia
roja (Oreochromis mossambicus
× O. niloticus) se favoreció con
suplementación de quitosano en dieta.
Agradecimientos
La investigación estuvo
respaldada por la Universidad
Técnica Estatal de Quevedo y los
Proyectos: FOCYCYT-7ma/PFOC7-
48-2020 y EMBLEMÁTICOS/
PEMBL-003-2018. Nuestro
agradecimiento por la asistencia
técnica a Ing. Lourdes Ramos,
Ing. Tania Leones, y Lic. Wendy
Hidalgo.
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1035
Rev. Fac. Agron. (LUZ). 2021, 38(4): 1035-1053. Octubre-Diciembre.
DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.16 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido: 12-11-2020 . Aceptado: 03-03-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: wagner.gorozabel@utm.edu.ec
Adición de hierbas aromáticas en la elaboración
de una bebida carbonatada a base de maracuyá
Adding aromatic herbs in the elaboration of a carbonated
drink based on passion fruit
Adição de ervas aromáticas na preparação de uma bebida
carbonatada à base de maracujá
Rubén Fabricio Cedeño Barre
1
y Wagner Antonio Gorozabel
Muñoz
2*
1
Maestría en Agroindustria. Instituto de Postgrado. Universidad Técnica de Manabí,
Ecuador. Correo electrónico: rubencede87@hotmail.com, .
2
Departamento de Procesos
Agroindustriales. Facultad de Ciencias Zootécnicas. Universidad Técnica de Manabí,
Ecuador. Correo electrónico: wagner.gorozabel@utm.edu.ec, .
Resumen
Generalmente las empresas se han limitado a ofrecer productos a base de
aditivos articiales, dejando insatisfecho al consumidor que impulsado por las
preferencias de productos más sanos busca una bebida con mejores características
sensoriales y nutritivas. En este trabajo se elaboró una bebida carbonatada a
base de maracuyá (Passiora edulis) con la adición de las hierbas aromáticas
hierbabuena (Mentha spicata), hierba luisa (Cymbopogon citratus) y jengibre
(Zingiber ofcinale), a tres concentraciones (1, 3 y 5%). Para identicar diferencias
sicoquímicas y sensoriales en las bebidas elaboradas, se evaluaron los parámetros
físicoquímicos: °Brix, acidez, pH y volumen de CO
2
, basados en la NTE INEN 1101-
2017 y posteriormente, se sometieron a una prueba de aceptabilidad por treinta
jueces no entrenados. Se utilizó un diseño completamente al azar bifactorial AxB,
para la comparación de medias se utilizó la prueba de Tukey. Para el análisis
de resultados se utilizó la estadística no paramétrica haciendo uso de la prueba
de KRUSCAL WALLIS y para determinar la diferencia de medias se utilizó la
prueba de U de Mann Whitney. Los resultados del ANOVA para los parámetros
sicoquímicos demostraron signicancia estadística (p>00,05) para los °Brix y
pH; mientras que para las variables acidez y volumen de CO
2
no se observaron
diferencias estadísticamente signicativas (p>0,05). La bebida elaborada con
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hierba luisa al 3% presentó una mayor concentración de sólidos solubles con un
valor de 14,03 °Brix, y un pH de 3,08, demostrando que estos resultados cumplen
con los parámetros establecidos por la norma. Sensorialmente la bebida elaborada
con hierba luisa al 1% obtuvo una mejor aceptación con respecto al sabor por
parte de los panelistas.
Palabras clave: Análisis sicoquímico, análisis sensorial, bebida carbonatada,
Passiora edulis, Mentha spicata, Cymbopogon citratus, Zingiber ofcinale.
Abstract
Generally, companies have limited themselves to offering products based on
articial additives, leaving the consumer dissatised, who, driven by preferences
for healthier products, seeks a drink with better sensory and nutritional
characteristics. In this work, a carbonated drink based on passion fruit (Passiora
edulis) was prepared with the addition of the aromatic herbs peppermint (Mentha
spicata), lemon verbena (Cymbopogon citratus) and ginger (Zingiber ofcinale),
at three concentrations (1, 3 and 5%). To identify physicochemical and sensory
differences in the elaborated beverages, the physicochemical parameters °Brix,
acidity, pH and CO
2
volume were evaluated, based on the NTE INEN 1101-2017
and were subsequently subjected to an acceptability test by thirty untrained
judges. A completely randomized bifactorial AxB design was used, for the
comparison of means the Tukey al test was used (p <0.05). For the analysis of
results, non-parametric statistics were used using the KRUSCAL WALLIS test
and the Mann Whitney U test was used to determine the difference in means.
The results of the ANOVA for the physicochemical parameters showed statistical
signicance (p>0.05) for the °Brix and pH; and for the variables acidity and
volume of CO
2
, no statistically signicant differences were observed (p> 0.05).
The drink made with lemon verbena at 3% presented a higher concentration of
soluble solids with a value of 14.03 °Brix, and pH of 3.08, showing that these
results comply with the parameters established by the standard. Sensorially, the
drink made with lemon verbena at 1% obtained a better acceptance with respect
to taste by the panelists.
Key words: Physicochemical analysis, sensory analysis, carbonated drink,
Passiora edulis, Mentha spicata, Cymbopogon citratus, Zingiber ofcinale.
Resumo
Geralmente, as empresas se limitam a oferecer produtos à base de aditivos
articiais, deixando o consumidor insatisfeito, que, movido pela preferência
por produtos mais saudáveis, busca uma bebida com melhores características
sensoriais e nutricionais. Neste trabalho, uma bebida carbonatada à base de
maracujá (Passiora edulis) foi preparada com a adição das ervas aromáticas
de hortelã-pimenta (Mentha spicata), limão verbena (Cymbopogon citratus) e
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gengibre (Zingiber ofcinale), em três concentrações (1, 3 e 5%). Para identicar
diferenças físico-químicas e sensoriais nas bebidas elaboradas, foram avaliados
os parâmetros físico-químicos ° Brix, acidez, pH e volume de CO
2
, com base no
NTE INEN 1101-2017 e posteriormente submetidos ao teste de aceitabilidade
por trinta juízes não treinados. Foi utilizado um delineamento bifatorial AxB
inteiramente casualizado, para a comparação de médias foi utilizado o teste de
Tukey al (p <0,05). Para a análise dos resultados, foram utilizadas estatísticas
não paramétricas por meio do teste KRUSCAL WALLIS e o teste U de Mann
Whitney para determinar a diferença de médias. Os resultados da ANOVA para
os parâmetros físico-químicos mostraram signicância estatística (p>0,05) para
o °Brix e pH; e para as variáveis acidez e volume de CO
2
, não foram observadas
diferenças estatisticamente signicativas (p> 0,05). A bebida feita com limão
verbena a 3% apresentou maior concentração de sólidos solúveis com valor de 14,03
°Brix, e ao pH de 3,08, mostrando que esses resultados obedecem aos parâmetros
estabelecidos pela padrão. Sensorialmente, a bebida feita com verbena de limão a
1% obteve uma melhor aceitação quanto ao paladar pelos provadores.
Palavras-chave: Análise físico-química, análise sensorial, bebida carbonatada,
Passiora edulis, Mentha spicata, Cymbopogon citratus, Zingiber ofcinale.
Introducción
El agua es la fuente de hidratación
principal. Sin embargo, por problemas
desde la antigüedad y la atracción
por experimentar diferentes sabores
contribuyeron al uso de bebidas
alternativas (Muñoz et al., 2020).
Las bebidas carbonatadas son
bebidas saborizadas, elaboradas
con agua carbonatada, acidulantes,
antioxidantes, conservadores y
endulzadas con edulcorantes naturales
o sintéticos (Kregiel, 2015). Según la
NTE INEN 1101-2017 las gaseosas
son bebidas no alcohólicas, obtenidas
por disolución en agua potable del
gas dióxido de carbono (CO
2
), aditivos
alimentarios con o sin una mezcla de
ingredientes como azúcares, jugos de
frutas, te o hierbas o sus extractos.
Las bebidas carbonatadas son las
más consumidas en el mundo. Durante
Introduction
Water is the main source
of hydration. However, due to
problems since ancient times
and the attraction to experience
different avors, the use of
alternative drinks was supported.
(Muñoz et al., 2020).
Carbonated drinks are avored
drinks, made with carbonated
water, acidulants, antioxidants,
preservatives and sweetened with
natural or synthetic sweeteners
(Kregiel, 2015). According to NTE
INEN 1101-2017, Soft drinks are
non-alcoholic beverages, obtained
by dissolving carbon dioxide gas
(CO
2
) in drinking water and food
additives with or without a mixture
of ingredients such as sugars, fruit
juices, tea or herbs and maybe their
extracts.
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los últimos 10 años la industria de
bebidas en Colombia ha presentado
crecimientos anuales entre el 5% y el
8% y una producción de $13,6 billones
para 2017 según la Encuesta Anual
Manufacturera del Dane (IAlimentos,
2019). En Ecuador, el consumo per
cápita de bebidas carbonatadas es de
50 L.año
-1
(INEC, 2015). La población
joven entre los 12 a 19 años registra
un consumo del 81%, siendo este el
grupo que más consume este tipo de
bebidas (Silva y Duran, 2014).
Las estadísticas permiten observar
el gran consumo de gaseosas, debido
en parte por el comercio como refuerzo
dado a grandes marcas de gaseosas
como Coca-Cola y gracias a la
prominente globalización que induce
al consumismo (Salgado et al., 2017).
A este respecto, Ramírez et al.
(2016), señala que el aumento en
el consumo de bebidas azucaradas
ocasiona riesgo de padecer
enfermedades crónicas no trasmisibles
como obesidad, diabetes tipo 2,
hipertensión arterial, enfermedades
del corazón y ciertos tipos de cáncer,
además de incidir en el síndrome
metabólico
El cultivo de maracuyá (Passiora
edulis), es originario de la región
amazónica de Brasil. En la actualidad
se cultiva en Australia, Nueva
Guinea, Sri Lanka, Sudafrica, India,
Taiwan, Hawai, Brasil, Pru, Ecuador,
Venezuela y Colombia (Amaya, 2010).
Por sus propiedades medicinales,
los frutos del genero Passiora
son un potencial antioxidante y
antimicrobiano siendo una alternativa
para el control de enfermedades
digestivas (Pabón et al., 2011).
Carbonated drinks are the most
consumed in the world. During the
last 10 years, the beverage industry
in Colombia has presented annual
growth between 5% and 8% with
a production of $13.6 billion in
2017 according to the Dane Annual
Manufacturing Survey (IAlimentos,
2019). In Ecuador, the per capita
consumption of carbonated beverages
is 50 L.year
-1
(INEC, 2015). Young
population between 12 and 19 years
old registers a consumption of 81%,
being this group, which has a higher
consumption of soft drinks (Silva and
Duran, 2014).
The statistics allows to observe a
large consumption of this beverages,
as a consequence of trade by soft
drinks brands such as Coca-Cola and a
prominent globalization that induces
consumerism (Salgado et al., 2017).
Ramírez et al. (2016), shows that
the increase consumption of sugary
drinks causes some risks to suffer
chronic non-communicable diseases
such as obesity, type 2 diabetes, high
blood pressure, heart disease and
certain types of cancer besides to
affect the metabolic syndrome.
The passion fruit cultivation
(Passiora edulis), is native to Brazil,
Amazon region. At the present time
it is cultivated in Australia, New
Guinea, Sri Lanka, South Africa,
India, Taiwan, Hawaii, Brazil, Peru,
Ecuador, Venezuela and Colombia
(Amaya, 2010). Due to their medicinal
properties, the fruits of Passiora
genus are a potential antioxidant and
antimicrobial, being an alternative
for the control of digestive diseases
(Pabón et al., 2011).
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Las plantas aromáticas,
medicinales y condimentarías se han
utilizado desde hace 60.000 años
aproximadamente (Kiani et al., 2016).
Son reconocidas como un recurso
importante a nivel mundial, dado
que contribuyen al desarrollo de la
economía desde la etapa de cultivo
y post cosecha en el sector agrícola
hasta el procesamiento de productos
en la industria y la comercialización
(Kala, 2015).
Muchas hierbas aromáticas son
reconocidas por tener propiedades
medicinales y un impacto benecioso
sobre la salud como la prevención
de diversas enfermedades
cardiovasculares, neurológicas y
cancerígenas (Gan et al., 2010).
Las hojas de hierba luisa
(Cymbopogon citratus) tienen entre 30
y 100 cm de largo y de 1 a 1,5 cm de
ancho, bordes duros y nervio central
fuerte. Aunque crece adecuadamente
en una gama de suelos, su mayor
productividad es en suelos fértiles
de textura media a ligera (franco a
franco arenoso) y con buena capacidad
de retención de agua. Sin embargo,
se desarrolla bien en zonas con
temperatura media entre 22 y 28ºC
(Naik et al., 2010).
La hierbabuena (Mentha spicata)
es una especie perenne de habito
herbáceo de 43-84 cm de altura,
rizomatosa, de tallos glabros,
angulosos, de color violáceo, de hojas
simples, ovaladas de tamaño variable,
levemente dentadas, con frecuencia
arqueadas hacia abajo, rugosas por
el haz, con nervios marcados por el
envés, glabras o pelosas solamente
en los nervios y margen aserrado,
Aromatic, medicinal and
condiment plants have been used for
approximately 60,000 years (Kiani
et al., 2016). They are recognized as
an important worldwide resource,
because they contribute to the economy
development from the cultivation and
post-harvest stage in the agricultural
sector to products processing in the
industry, and commercialization.
(Kala, 2015).
Many aromatic herbs are
rec
ognized for having medicinal
properties and a benecial impact
on health, such as prevention of
various cardiovascular, neurological
and carcinogenic diseases (Gan et al.,
2010).
The leaves of lemon verbena
(Cymbopogon citratus) has a length
from 30 to 100 cm and width from
1 to 1.5 cm, with hard edges and a
strong midrib. Although, it grows
well in different types of soils, its
highest productivity is in fertile soils
of medium to light texture (loam to
sandy loam) and with good water
retention capacity. However, it
does well in areas with an average
temperature between 22 and 28ºC
(Naik et al., 2010).
Spearmint (Mentha spicata) is
a perennial species of herbaceous
habit with a height of 43-84 cm,
rhizomatous, with glabrous stems,
angular, purple in color, with
simple, oval leaves of variable size,
slightly toothed, frequently arching
downwards; rough on the upper
side, with veins marked on the
underside, glabrous or hairy only
on the veins and a serrated margin,
dark green in color, shiny on the
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de color verde oscuro, brillante en
el haz (Jardín Botánico, 2021). La
hierbabuena se utiliza para el dolor de
estómago, hipertensión arterial, dolor
de cabeza, heridas, baños amebas y
aromáticas (Morales et al., 2012).
El jengibre (Zingiber ofcinale) es
una planta perenne perteneciente a la
familia Zingiberaceae. La familia de
la que procede cuenta con más de 24
géneros y unas 300 especies (Acuña y
Torres, 2010).
La tendencia actual está enfocada
en consumir alimentos naturales y
nutritivos, por esta razón, resulta
importante elaborar una bebida
carbonatada a base de maracuyá
(Passiora edulis) con la adición
de hierbas aromáticas como la
hierbabuena (Mentha spicata),
hierba luisa (Cymbopogon citratus),
jengibre (Zingiber ofcinale) en
diferentes concentraciones y evaluar
sus propiedades físicoquímicas y
sensoriales establecidos en la Norma
INEN 1101:2017 para bebidas
carbonatadas.
Materiales y métodos
Ubicación del ensayo y
material vegetal
La investigación se llevó a cabo en
el Laboratorio de frutas de la Facultad
de Ciencias Zootécnicas, extensión
Chone de la Universidad Técnica de
Manabí, ubicada geográcamente en
el cantón Chone km 2 ½ vía Boyacá,
sitio Ánima, a 0°41′ y 17″ de latitud
sur y 80° 7′ 25,60″ de longitud oeste.
La materia prima que se utilizó
en la investigación fue maracuyá
(Pasiora edulis) y tres tipos de
upper side (Botanical Garden, 2021).
Peppermint is used for stomach
pain, high blood pressure, headache,
wounds, amoeba and aromatic baths
(Morales et al., 2012).
Ginger (Zingiber ofcinale) is
a perennial plant belonging to the
Zingiberaceae family. The family
from which it comes has more than
24 genera and 300 species (Acuña &
Torres, 2010).
The current trend is focused on
consuming natural and nutritious
food. For this reason, is important
to make a carbonated drink based
on passion fruit (Passiora edulis)
with the addition of aromatic herbs
such as spearmint (Mentha spicata),
lemon verbena (Cymbopogon
citratus), ginger (Zingiber ofcinale)
in different concentrations and
evaluate their physicochemical and
sensory properties with respect to
the established values in the INEN
1101: 2017 Standard for carbonated
beverages regulations.
Materials and methods
Test location and vegetable
material
This research was carried
out in a Fruit Laboratory of the
Zootechnical Sciences Faculty
(Chone extension) at the Manabí
Technical University, located
in cantón Chone, km 2 ½ via
Boyacá in Ánima site at 0° 41′17″
south latitude and 80°7′25.60″
west longitude. The raw material
handled was passion fruit (Pasiora
edulis) along with three types of
aromatic herbs: good grass, lemon
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hierbas (aromáticas) hierba buena,
hierba luisa y jengibre, las cuales son
frecuentemente usadas en la zona, por
su agradable sabor, fueron adquiridas
en el mercado municipal del cantón
Chone.
Parámetros fisicoquímicos.
Los parámetros físico-químicos
fueron evaluados tomando como
referencia la Norma (INEN 1101,
2017), se realizaron los siguientes
análisis:
pH (NTE INEN 1087, 1984).
Método potenciómetro, se empleó un
potenciómetro digital (Marca “pH
meter”).
Sólidos solubles (NTE INEN
1083, 1984). Método refractométrico,
en la cual se usó un refractómetro
digital (Marca Mettler Toledo).
Acidez titulable (NTE INEN
1091, 1984). Método potenciométrico.
Los resultados se expresaron como
porcentaje de ácido cítrico.
Volumen de CO
2
(NTE INEN
1082, 1984). Se midió siguiendo
el procedimiento que estipula
determinar los volúmenes de gas
carbónico disueltos en un volumen
de bebida, en función de la presión y
temperatura.
Análisis sensorial
Para el análisis sensorial se
entregaron las muestras a una
temperatura de 6 °C debidamente
codicadas y en orden aleatorio
a treinta jueces no entrenados y
como herramienta se utilizó un test
hedónico de nueve (9) puntos o escala
Likert. Los atributos evaluados en
grado de preferencia por los catadores
fueron: sabor olor, color y apariencia
general.
verbena and ginger, which are
frequently used in this area, due to
their pleasant taste. These herbs
were acquired in the municipal
market of cantón Chone.
Physicochemical parameters
To study these parameters, the
following analyzes were evaluated
taking into account the Standard
(INEN 1101, 2017):
pH (NTE INEN 1087, 1984).
Potentiometer method, where a
digital potentiometer was used
(Brand “pH meter”).
Soluble solids (NTE INEN
1083, 1984). Refractometric method,
in which a digital refractometer
was used (Mettler Toledo Brand).
Titratable acidity (NTE INEN
1091, 1984). Potentiometric method
wherein the results were expressed
as a citric acid percent.
CO
2
Volume (NTE INEN 1082,
1984). It was measured following
the procedure that stipulates the
determination of carbon dioxide
volumes dissolved in a beverage,
as a function of pressure and
temperature.
Sensory analysis
The samples were delivered at
a temperature of 6 °C, duly coded
with a random order to thirty
untrained judges, which used a
nine (9) points hedonic test or a
Likert scale as a tool to evaluate
the beverages attributes in function
of their preferences of taste, smell,
color and general appearance.
Soft Drink Processing Steps
Figure 1 shows a owchart of the
passion fruit soft drink processing
steps.
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Proceso de elaboración de la
bebida carbonatada
En la gura 1 se presenta el
ujograma del proceso de elaboración
de la bebida carbonatada de maracuyá.
Descripción del proceso
Selección. Se seleccionaron
frutos de maracuyá de aspecto sano,
agradable, uniformes y de maduración
completa.
Lavado. El lavado se realizó
con agua potable por el método de
inmersión, y con el uso de una esponja
Figura 1. Proceso de elaboración de una bebida carbonatada de
maracuyá.
Figure 1. Process of making a carbonated passion fruit drink.
Process description
Selection. Fruits with a healthy,
pleasant and uniform appearance
besides a full maturation were
selected.
Washed. Washing was carried out
with potable water by the immersion
method, with the use of a sponge to
remove any impurities on the fruit
surface.
Pulped. It was made manually.
The pulp was homogenized using
a
domestic blender (Oster Brand).
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se retiró cualquier impureza en la
supercie de la fruta.
Despulpado. Se realizó de forma
manual y la pulpa de homogenizo
empleando una licuadora doméstica
(Marca Oster). Una vez culminado el
proceso, se determinó el pH (3,15) y
los sólidos solubles (11 °Brix) del zumo
de la pulpa de maracuyá.
Filtrado. Se realizó mediante
el uso de un colador para retirar los
residuos de las frutas.
Mezclado. Se realizó la mezcla
empleando 2400 mL de agua, 600 mL
de pulpa y 405 g de azúcar por cada
repetición.
Pasteurización. El objetivo fue
eliminar cualquier microorganismo
presente en el producto mediante el
calentamiento hasta una temperatura
de 65°C durante 15 minutos.
Previamente troceadas y en forma
de infusión se añadió la respectiva
hierba aromática a las diferentes
concentraciones (1, 3 y 5%), el extracto
se obtuvo con ayuda de un cedazo
durante cinco (5) minutos.
Refrigeración. La mezcla se
almacenó en tanques (Cornelius)
herméticamente cerrados y se
refrigeró a 2°C por 24 horas.
Carbonatación. Se procedió
a carbonatar la bebida con 2,5
volúmenes de CO
2
por las siguientes
24 horas.
Envasado. Utilizando una
llenadora isobárica se realizó el
envasado en botellas color ámbar
(330 mL) para evitar que la luz afecte
el producto nal, de inmediato se
realizó un sellado manual utilizando
una chapadora, y por último se
procedió a pasteurizar el producto a
Once the process was nished, the
pH (3.15) and the soluble solids (11
°Brix) of the passion fruit juice were
determined.
Filtered out. It was done by
using a strainer to remove the
residues from the fruits.
Mixed. The mixture was made
using 2400 mL of water, 600 mL of
pulp and 405 g of sugar per each
repetition.
Pasteurization. The objective
was to eliminate any microorganisms
present in the product by heating to a
temperature of 65 °C for 15 minutes.
The aromatic herbs previously chopped
and with an infusion form were added
at different concentrations (1, 3 and
5%). the extract was obtained through
the pass of the juice for a sieve during
ve (5) minutes.
Refrigeration. The mixture was
stored in hermetically sealed tanks
(Cornelius) and refrigerated at 2 ° C
for 24 hours.
Carbonation. The drink was
carbonated with 2.5 volumes of CO
2
during the next 24 hours.
Packing. Using an isobaric ller,
the packaging was made in amber
bottles (330 mL) to prevent light
effects in the nal product. After that,
a manual sealing was carried out
using a plating machine and nally
the product was pasteurized.
Storage. The carbonated drink
was stored at a temperature of 2 °C.
Experimental design and
statistical analysis
A completely randomized
bifactorial A x B design was used,
where the factors under study were:
A: aromatic herbs types (A1 = good
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una temperatura de 65°C durante 15
minutos.
Almacenamiento. La bebida
carbonatada se almacenó a una
temperatura de 2°C
Diseño experimental y análisis
estadístico
Se utilizó un diseño completamente
al azar bifactorial AxB, donde los
factores en estudio fueron: A: tipos
de hierbas aromáticas (A
1
=hierba
buena, A
2
=hierba luisa y A
3
=jengibre)
y B: concentración de hierbas
aromáticas (B
1
=1%, B
2
=2% y B
3
=3%),
respectivamente. La investigación se
conformó de nueve tratamientos con
tres repeticiones. Para la comparación
de los promedios de los parámetros
físico-químicos se utilizó la prueba de
Tukey a un nivel de signicancia del
5% de acuerdo a los resultados del
ANOVA.
Para el análisis de los resultados
sensoriales, se utilizó la estadística
no paramétrica haciendo uso de la
prueba de KRUSCAL WALLIS, y en la
comparación de promedios en los casos
donde hubo signicancia estadística
se utilizó la prueba de U de Mann
Whitney. El procesamiento de datos
se realizó utilizando el programa
estadístico InfoStad versión 2017 (Di
Rienzo et al., 2017).
Los tratamientos estudiados se
detallan en el cuadro 1
Resultados y discusión
Parámetros fisicoquímicos
Los resultados obtenidos del
ANOVA en la evaluación de los
parámetros físicoquímicos de la bebida
carbonatada con hierbas aromáticas
grass, A2 = lemon verbena and A3
= ginger) and B: aromatic herbs
concentration (B1 = 1%, B2 = 2% and
B3 = 3%), respectively. The research
consisted of nine treatments with
three repetitions. To compare the
averages of the physical-chemical
parameters, the Tukey test was
used at a signicance level of 5%
according to the results of the
ANOVA.
For sensory analysis results, the
non-parametric statistics was used
through the KRUSCAL WALLIS
test. However, for cases where the
comparison of means had statistical
signicance, the Mann Whitney U
test was used. The data processing
was carried out using the statistical
program InfoStad version 2017 (Di
Rienzo et al., 2017).
The treatments studied are
detailed in Table 1.
Results and discussion
Physicochemical parameters
T
he results obtained from the
ANOVA in the physicochemical
parameters evaluation of the soft
drink with aromatic herbs (Table
2), indicates that there was a
statistically signicant difference (p
<0.05) between the treatments, for
the soluble solid parameters (ºBrix)
and pH, but there was no signicant
difference with respect to Vol. CO
2
and acidity (p>0.05).
°Brix
The mean comparison test for
°Brix (gure 1), arranged the results
in three ranges, observing that for
the A
1
B
2
treatment (peppermint
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(cuadro 2), indica que existió diferencia
estadísticamente signicativa (p<
0,05) entre los tratamientos, para los
parámetros sólidos solubles (ºBrix) y
pH. En el caso de Vol. CO
2
y acidez no
hubo diferencia signicativa (p> 0,05).
Cuadro 1. Diseño de los tratamientos evaluados.
Table 1. Design of evaluated treatments.
Trat. Símbolo
Hierbas aromáticas
Factor A
Concentración de hierbas
Factor B
1 A
1
B
1
Hierbabuena 1
2 A
1
B
2
Hierbabuena 2
3 A
1
B
3
Hierbabuena 3
4 A
2
B
1
Hierba luisa 1
5 A
2
B
2
Hierba luisa 2
6 A
2
B
3
Hierba luisa 3
7 A
3
B
1
Jengibre 1
8 A
3
B
2
Jengibre 2
9 A
3
B
3
Jengibre 3
Cuadro 2. Análisis de varianza de la bebida carbonatada.
Table 2. Variance Analysis of the soft drink.
Parámetros
evaluados
SC gl CM F Error C.V. p-valor
° Brix 0,10 8 0,001 5,51 0,04 0,34 0,0013 **
Acidez 0,21 8 0,03 1,05 0,44 13,97 0,4344
NS
pH 0,01 8 2,3E-
05
29,14 4,10E-04 0,16 0,0001 **
Vol. CO
2
0,03 8 3,1E-
03
1,23 0,0031 2,16 0,3350
NS
** =Altamente signicativo al 0,05%. NS= No signicativo
** = Highly signicant at 0.05%. NS = Not signicant.
- 2% concentration) the average
was of 14.03 °Brix, resulting lower
than the obtained with the A
2
B
3
treatment (lemon verbena - 3%
concentration) which was 14.20 °
Brix.
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°Brix
La prueba de comparación de medias
para °Brix (gura 1), ordenó los resultados
en tres rangos, observándose que para el
tratamiento A
1
B
2
(hierbabuena – 2% de
concentración) se obtuvo un promedio de
14,03 °Brix resultando más bajo que el
obtenido con el tratamiento A
2
B
3
(hierba
luisa – 3% de concentración) el cual fue
de14,20 °Brix.
Los resultados obtenidos se
encuentran dentro de los parámetros
que especica la Norma INEN 1101:2017
para bebidas carbonatadas, que indica
que el nivel máximo de °Brix es 15.
Menores valores de °Brix (8°), fueron
reportados por Gómez (2014) para una
bebida carbonatada tipo infusión a
partir de hierba María Luisa (Lippia
triphylla). Estas diferencias pudieran
deberse a que Gómez (2014) utilizó otros
porcentajes de azúcar y otra hierba
aromática.
Figura 2. Comparación de promedios de acuerdo a Tukey para °Brix de
la bebida carbonatada. Medias con una letra común no son
significativamente diferentes (p > 0,05)
Figure 2. Comparison of averages according to Tukey for °Brix of soft
drinks. Means with a common letter are not significantly
different (p> 0.05)
The results obtained are within
the parameters specied by the INEN
1101: 2017 Standard for carbonated
beverages, which indicates that the
maximum level of °Brix is 15. Lower
values of °Brix (8 °) were reported
by Gómez (2014) for a carbonated
infusion-type drink made from María
Luisa grass (Lippia triphylla). These
differences could be due to the fact that
Gómez (2014) used other percentages
of sugar and another aromatic herbs.
pH
The mean comparison test
for pH
(gure 3) organized the
results in ve ranges, in this case,
the A
3
B
1
treatment (ginger - 1%
concentration) had an average pH
of 3.03, resulting lower compared to
treatment A
2
B
3
(lemon verbena - 3%
concentration) that reached a higher
average pH (3.08). The results
achieved are within the ranges
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pH
La prueba de comparación de
medias para el pH (gura 3) ordenó
los resultados en cinco rangos, en este
caso, el tratamiento A
3
B
1
(jengibre – 1%
de concentración) tuvo un promedio
de pH de 3,03 resultando más bajo en
comparación con el tratamiento A
2
B
3
(hierba luisa - 3% de concentración) que
alcanzó un mayor promedio de pH (3,08).
Los resultados obtenidos se encuentran
dentro de los rangos que especica la
Norma INEN 1101:2017 para bebidas
carbonatadas, en la cual se indica que
el nivel mínimo de pH es de 2,0 y el
máximo de 4,5. A este respecto, Gómez
(2014) reporta valores de pH de 3,5 en
una bebida carbonatada tipo infusión a
partir de hierba María Luisa, los valores
de pH del tratamiento con hierba luisa al
3% se encuentran por encima del rango
reportado por este autor, esto puede
deberse a que Gómez (2014) no utilizó
las mismas hierbas y concentraciones,
es decir los valores obtenidos dependen
de la formulación de cada bebida.
Acidez
Figura 3. Comparación de media para el pH de la bebida carbonatada.
Medias con una letra común no son significativamente
diferentes (p > 0,05)
Figure 3. Comparison of mean for the soft drink pH. Means with a
common letter are not significantly different (p> 0.05).
specied by the INEN 1101: 2017
Standard for carbonated beverages,
which indicates that the minimum
pH level is 2.0 and the maximum
is 4.5. In this regard, Gómez
(2014) reports pH values of 3.5 in
a carbonated infusion-type drink
made with María Luisa grass; With
respect to this, the pH values of the
treatment with 3% lemon verbena
are above the range reported by
the author and it may be due to the
fact that Gómez (2014) did not use
the same herbs and concentrations.
The values obtained depends on the
formulation for each drink.
Acidity
In gure 4, can be seen that for
the diverse formulations there were
no signicant statistical differences
for the acidity parameter. However,
notes that the A
2
B
3
treatment
(lemon verbena - 3% concentration)
presented a lower average acidity
(1.06) while, the A
3
B
2
treatment
(ginger - 2% concentration) had
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En la gura 4, se evidencia que
en las diferentes formulaciones no
hubo diferencias estadísticamente
diferentes para el parámetro acidez.
Sin embargo, se observa que el
tratamiento A
2
B
3
(hierba luisa –
3% de concentración) presentó un
menor promedio de acidez (1,06) y el
tratamiento A
3
B
2
(jengibre – 2% de
concentración) 1,36. Estas medias
están por encima de los valores
permisibles por la Norma INEN
1101:2017 para bebidas carbonatadas,
esta norma indica que el valor máximo
de acidez es de 0,5. En este sentido,
Siler y Morris, (1993) indican que
los zumos de frutas carbonatadas
contienen valores mayores de acidez
titulable. Por otra parte, García et al.
(2015), reportaron valores mayores
a 0,5 %, en pulpa de maracuyá,
justicando que dichos resultados se
debieron al utilizar frutas que poseen
una acidez alta.
Figura 4. Comparación de promedios de acuerdo a Tukey para la acidez
de la bebida carbonatada. Medias con una letra común no son
significativamente diferentes (p > 0,05)
Figure 4. Comparison of averages according to Tukey for the acidity
of the carbonated drink. Means with a common letter are not
significantly different (p> 0.05).
(1.36). These means are above the
permissible values by the INEN
1101: 2017 Standard for carbonated
beverages, where this standard
indicates that the maximum acidity
value is 0.5. In this sense, Siler
and Morris, (1993) indicate that
carbonated fruit juices contain
higher titratable acidity values. On
the other hand, García et al. (2015),
reported values greater than 0.5%,
in passion fruit juice, justifying that
these results were due to the use of
fruits that have high acidity.
CO
2
volume
In gure 5, the determination of
the CO
2
volume showed that there
were no signicant differences (p>
0.05). The numerical variation
indicates that the A
3
B
2
treatment
(ginger - 2% concentration)
presented a lower average volume
of CO
2
with a value of 2.5, while
for the A
3
B
1
treatment (ginger - 1%
1049
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Volumen de CO
2
En la gura 5, se muestra que
en la determinación del Volumen de
CO
2
no existió diferencia signicativa
(p>0,05). Las diferencias numéricas
indican que el tratamiento A
3
B
2
(jengibre – 2% de concentración)
presentó un menor promedio de
volumen de CO
2
con un valor de 2,5
mientras que para el tratamiento
A
3
B
1
(jengibre – 1% de concentración)
se obtuvo un promedio más alto con
un valor de volumen de CO
2
de 2,63.
Estas medias se encontraron dentro
de lo permitido por la Norma INEN
1101:2017 para bebidas carbonatadas,
la cual indica que el valor mínimo es
de uno (1) y el valor máximo es de
cinco (5).
Figura 5. Comparación de promedios de acuerdo a Tukey para el Vol.
CO
2
de la bebida carbonatada
Figure 5. Comparison of averages according to Turkey for the CO2
Vol. of the soft drink. Means with a common letter are not
significantly different (p> 0.05).
concentration) a higher average was
obtained with a CO
2
volume value of
2.63. These means were within, what
is allowed by the INEN 1101: 2017
Standard for carbonated beverages,
which indicates that the minimum
value is one (1) and the maximum
value is ve (5).
According to Steen and Ashurst
(2007), carbonated fruit juice drinks
generally have an amount of 2.5
volumes of CO
2
equivalent to 5 g CO
2
per liter.
Sensory analysis
The results of the Kruskal Wallis
test on sensory characteristics
(Table 3) showed highly signicant
differences (p <0.05) concerning
avor. While for the aroma attributes,
1050
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Según Steen y Ashurst (2007), las
bebidas de jugo de frutas carbonatadas
generalmente tienen una cantidad de
2,5 volúmenes de CO
2
equivalentes a 5
g CO
2
por litro.
Análisis sensorial
Los resultados de la prueba
de Kruskal Wallis sobre las
características sensoriales (Cuadro
3) mostraron diferencias altamente
signicativas (p<0,05) en el atributo
sabor. Mientras que para los atributos
aroma, color y apariencia general no
se detectaron signicancia estadística.
En la gura 6 se detalla la
comparación múltiple según las pruebas
de U de Mann Whitney para el parámetro
sabor donde se evidencia signicancia
estadística (p
<
0,05) y se observa que
el tratamiento A
3
B
3
(jengibre - 3% de
concentración) presentó el promedio
más bajo con un valor de 97,50 y el
tratamiento A
2
B
1
(hierba luisa - 1%
de concentración)
el mayor promedio
con un valor de 169,47, lo cual indica
que los catadores mostraron mayor
aceptabilidad para la bebida elaborada
con hierba luisa al 1% de concentración.
Cuadro 3. Prueba de Kruskal Wallis de las características sensoriales de
la bebida carbonatada.
Table 3. Kruskal Wallis test to the soft drink sensory characteristics.
Variables N gl H p-valor
Sabor 30 8 19,97 0,0054 **
Aroma 30 8 3,37 0,8816
NS
Color 30 8 4,60 0,7478
NS
Apariencia general 30 8 4,58 0,7491
NS
**=Altamente signicativo al 0,05%. NS= No signicativo
** = Highly signicant at 0.05%. NS = Not signicant.
color and general appearance, no
statistical signicance was detected.
Figure 6, details the multiple
comparison according to the Mann
Whitney U tests for the avor
parameter where the statistical
signicance is evidenced (p
<
0.05)
besides it can be seen that the
A
3
B
3
treatment (ginger - 3%
concentration) presented the lowest
average with a value of 97.50 and
treatment A
2
B
1
(lemon verbena - 1%
concentration) the highest average
with a value of 169.47, which
indicates that the tasters exhibited
greater acceptability for the drink
made with lemon verbena at 1%
concentration.
Conclusions
A carbonated passion fruit drink
was made with the addition of three
aromatic herbs: peppermint, lemon
verbena and ginger. The results
showed °Brix, pH and CO
2
volume
values within the ranges established
for the INEN 1101: 2017 Standard
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Figura 6. Comparación múltiple según las pruebas de U de Mann
Whitney para el atributo sabor.Medias con una letra común no
son significativamente diferentes (p > 0,05)
Figure 6. Multiple comparison according to the Mann Whitney U tests
for flavor attribute. Means with a common letter are not
significantly different (p> 0.05).
Conclusiones
Se elaboró una bebida
carbonatada de maracuyá con
adición de las hierbas aromáticas
hierbabuena, hierba luisa y jengibre
con valores de °Brix, pH y volumen de
CO
2
dentro de los rangos establecidos
en la Norma INEN 1101:2017 para
bebidas carbonatadas. Mientras que
los valores de acidez excedieron los
límites permisibles lo cual se debió
a la alta concentración de ácidos
orgánicos presentes en el maracuyá
(materia prima base).
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Acuña, O. y A, Torres. 2010. Aprovechamiento
de las propiedades funcionales del
jengibre (Zigiber ocinale R.) en la
elaboración de condimento en polvo,
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investigación de plantas medicinales,
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.17 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido: 08-12-2020 . Aceptado: 19-04-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: azambrano5436@utm.edu.ec
Influencia del amaranto y semillas de melón en la
composición nutricional de una barra energética
Inuence of amaranth and melon seeds on the nutritional
composition of an energy bar
Inuência de sementes de amaranto e melão na
composição nutricional de uma barra de energia
Ángel Zambrano Loor*, José Muñoz Murillo y Cecilia
Párraga Álava
Instituto de posgrado-Facultad de Ciencias Zootécnicas-Universidad Técnica de Manabí.
Correo electrónico: (AZ) azambrano5436@utm.edu.ec, (JM) jose.munoz@utm.edu.ec, ,
(CP) ramona.parraga@utm.edu.ec. .
Resumen
Las barras energéticas son consideradas como una alternativa alimenticia
saludable debido a las diferentes propiedades que a estas se les atribuye. La
investigación tuvo como objetivo evaluar la inuencia del amaranto y las semillas
de melón en la composición nutricional de una barra energética destinada para
el consumo humano. Se utilizó un diseño unífactorial con tres tratamientos T1
(45% amaranto, 15% semillas de melón), T2 (30% amaranto, 30% semillas de
melón), T3 (15% amaranto, 45% semillas de melón) para preparar las barras
energéticas. A cada una de las formulaciones se le efectuaron análisis proximal
de proteína, ceniza, grasa, bra, humedad, carbohidratos y energía. Se realizó
una evaluación sensorial de cada uno de los tratamientos en la que se evaluó
los atributos olor, color, sabor, textura y apariencia general; para ello se utilizó
un total de 20 panelistas no entrenados. Los resultados fueron analizados con el
programa estadístico InfoStat. El análisis proximal muestra que el contenido de
proteína, ceniza y bra fue superior en el tratamiento T2 con un total de 11,03%,
12,59% y 13,43%, respectivamente. Los contenidos de grasas, humedad y energía
fueron superiores en el tratamiento T3 con un total de 13,74%, 5,62% y 3820,85%.
En tanto, que el mayor contenido de carbohidratos se presentó en el tratamiento
T1 con 67,14%. La evaluación de las propiedades organolépticas de sabor, olor,
color, textura y apariencia general fue mejor en el tratamiento T3. La inclusión
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de los diferentes niveles de harina de amaranto y semillas de melón presentaron
resultados favorables de las características proximales y sensoriales (color, olor,
sabor, textura y apariencia general).
Palabras clave: Amaranthus caudatus, composición proximal, Cucumis melo L.
energéticas, evaluación sensorial.
Abstract
Energy bars are considered a healthy food alternative due to the different
properties attributed to them. The research aimed to evaluate the inuence
of amaranth and melon seeds on the nutritional composition of an energy bar
intended for human consumption. A unifactorial design with three treatments
T1 (45% amaranth, 15% melon seeds), T2 (30% amaranth, 30% melon seeds),
T3 (15% amaranth, 45% melon seeds) was used to prepare the bars. energetic.
Proximal analysis of protein, ash, fat, ber, moisture, carbohydrates, and energy
were performed on each of the formulations. A sensory evaluation of each of the
treatments was carried out in which the attributes of smell, color, avor, texture
and general appearance were evaluated; A total of 20 untrained panelists were
used for this. The results were analyzed with the statistical program InfoStat.
The proximal analysis shows that the content of protein, ash and ber was higher
in the T2 treatment with a total of 11.03%, 12.59% and 13.43%, respectively.
The fat, moisture and energy contents were higher in the T3 treatment with a
total of 13.74%, 5.62% and 3820.85%. While the highest carbohydrate content
was presented in treatment T1 with 67.14%. The evaluation of the organoleptic
properties of taste, smell, color, texture and general appearance was better in the
T3 treatment. The inclusion of the different levels of amaranth our and melon
seeds showed favorable results of the proximal and sensory characteristics (color,
smell, avor, texture and general appearance).
Key words: Amaranthus caudatus, proximal composition, Cucumis melo L.
energetic, sensory evaluation.
Resumo
As barras energéticas são consideradas uma alternativa alimentar saudável
devido às diferentes propriedades que lhes são atribuídas. A pesquisa teve como
objetivo avaliar a inuência das sementes de amaranto e melão na composição
nutricional de uma barra energética destinada ao consumo humano. Um
planejamento unifatorial com três tratamentos T1 (45% amaranto, 15% sementes
de melão), T2 (30% amaranto, 30% sementes de melão), T3 (15% amaranto, 45%
sementes de melão) foi usado para preparar as barras enérgico. Análises proximais
de proteína, cinza, gordura, bra, umidade, carboidratos e energia foram realizadas
em cada uma das formulações. Foi realizada uma avaliação sensorial de cada um
dos tratamentos em que foram avaliados os atributos cheiro, cor, sabor, textura
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e aspecto geral; Um total de 20 painelistas não treinados foram usados para isso.
Os resultados foram analisados com o programa estatístico InfoStat. A análise
proximal mostra que o teor de proteína, cinza e bra foi maior no tratamento T2
com um total de 11,03%, 12,59% e 13,43%, respectivamente. Os teores de gordura,
umidade e energia foram maiores no tratamento T3 com um total de 13,74%,
5,62% e 3820,85%. Enquanto o maior teor de carboidratos foi apresentado no
tratamento T1 com 67,14%. A avaliação das propriedades organolépticas de sabor,
cheiro, cor, textura e aparência geral foi melhor no tratamento T3. A inclusão
dos diferentes níveis de farinha de amaranto e sementes de melão apresentou
resultados favoráveis nas características proximais e sensoriais (cor, cheiro,
sabor, textura e aspecto general).
Palavras-chave: Amaranthus caudatus, composição proximal, Cucumis melo L,
avaliação sensorial.
Introducción
Los seres humanos necesitan
consumir alimentos que le permitan
obtener los nutrientes necesarios para
realizar sus actividades diarias, para
ello la alimentación debe ser rica en
macronutrientes y micronutrientes,
debido a que una mala alimentación
conlleva a un sin número de
problemas, como malnutrición,
sobrepeso, obesidad, entre otros
(Herrera et al., 2014); esta situación
afecta a una de cada tres personas en
el mundo, incluidas todas las clases
sociales y personas de todas las edades
(Hernández et al., 2017).
Las barras de cereales son
productos relativamente nuevos,
elaborados mediante la aglutinación
de diversos ingredientes, son un buen
complemento alimenticio consumido
por niños, adultos, ancianos y por
personas que se someten a esfuerzos
físicos intensos y por todos aquellos
que desean tener a su alcance un
snack saludable rico en micro y
Introduction
Human needs to consume food
that allows them to obtain the
necessary nutrients to carry out their
daily activities. Diets must be rich in
macronutrients and micronutrients
due to poor diets could lead to some
problems, such as malnutrition,
overweight, obesity, among others
(Herrera et al., 2014); This situation
affects one in three people in the
world, what includes people of all
ages and social classes (Hernández et
al., 2017).
Cereal bars are relatively new
products, made mixing sundry
ingredients. They are a good food
supplement consumed by children and
adults who undergo intense physical
effort or want to have healthy snack
rich in micro and macronutrients that
provides the energy and resistance
in their daily tasks (Márquez and
Pretell, 2018); Its caloric intake is
between 100 and 150 calories with
around 30 grams per serving without
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macro nutrientes que les provea de
energía y resistencia en sus labores
diarias (Márquez y Pretell, 2018); su
aporte calórico está entre 100 y 150
calorías, con una masa de alrededor
de 30 gramos por ración sin requerir
un gran esfuerzo digestivo (Cappella,
2016).
La difusión y aceptación por la
población de las barras de cereales
ha sido amplia y el crecimiento de
su consumo se ha cuadruplicado en
la última década a nivel mundial
(Olivera et al., 2009), debido a que su
composición nutritiva contribuye a
optimizar el rendimiento, pesan poco,
son resistentes a altas temperaturas
y al frío sin necesidad de un aislante
térmico, se deshacen en la boca casi
sin esfuerzo y se digieren fácilmente;
siendo sus principales componentes
hidratos de carbono y bra alimentaria
(Caipo et al., 2015).
En la actualidad existen
muchas barras de cereales de bajo
aporte nutricional debido a que
ciertas marcas solo se basan en las
características organolépticas y en
la ganancia económica, y no en el
contenido nutricional (Sanez, 2016);
siendo este el motivo por el cual en los
últimos años, diversos investigadores
trabajan en el tema, estudiando la
incorporación de nuevas materias
primas de frutos y semillas de cultivos
autóctonos que mejoren la calidad
y cantidad del contenido de micro y
macro nutrientes e incorporen ácidos
grasos esenciales, siendo esto factible
en productos de corta duración (Yadav
y Bhatnagar, 2017).
El amaranto es un pseudocereal
libre de gluten, que aporta grandes
requiring a great digestive effort
(Cappella, 2016).
The dissemination and acceptance
by the population of cereal bars have
been wide as well the growth of their
consumption has quadrupled in the
last worldwide decade (Olivera et
al., 2009), owing to their nutritional
composition (that contributes to
optimizing performance), little
weight, and resistance to high and low
temperatures without needs a thermal
insulator. Additionally, they melt
in the mouth effortlessly and digest
easily, being its main components
carbohydrates and dietary ber (Caipo
et al., 2015).
At present, there are many
cereal bars with a low nutritional
contribution due to certain brands
are only based on organoleptic
characteristics and their nancial
gain, but not on the nutritional content
(Sanez, 2016). Consequently, in recent
years, various researchers have been
working on this subject, studying
the new raw materials incorporation
from fruits and seeds of native crops
to improve the quality and quantity of
the micro and macronutrient content
that add essential fatty acids, being
this feasible in short-lived products
(Yadav and Bhatnagar, 2017).
Amaranth is a gluten-free
pseudocereal, which provides large
amounts of micro and macronutrients.
Its protein content ranges are between
14% and 16%, competing favorably
with other cereals since none of them
exceeds 13% (Algara et al., 2013).
Studies indicate that nutritionally is
better than many cereals because its
protein has double as much lysine
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cantidades de micro y macro
nutrientes, su contenido proteico
oscila entre 14% y 16% compitiendo
favorablemente con los demás cereales
ya que ninguno supera el 13% (Algara
et al., 2013). Estudios indican que
nutricionalmente es mejor que muchos
cereales, debido a que su proteína
presenta el doble de lisina que la del
trigo y el triple que la del maíz, aporta
todos los aminoácidos esenciales, por
lo que se le considera un alimento
de proteína completa (Hernández,
2019); asimismo, aporta entre
66,17% a 71,8% de carbohidratos, de
6 a 8% de grasas predominando las
poliinsaturadas con 1,66%, bra de
15 a 16% por cada 100g de semillas
y en lo que respeta al contenido de
micronutrientes se destacan el hierro
y el calcio con 7,59 mg y 153 mg,
respectivamente, además poseen alto
contenido de ácido fólico, fósforo y zinc
(Enaine et al., 2018).
Por otra parte, las semillas de melón
tienen un buen contenido de vitaminas
A, B
6
, B
12
, D, E y K entre otras como
la tiamina, la niacina y la riboavina
(Ramírez et al., 2016), además aportan
cantidades signicativas de minerales
como calcio, potasio, hierro, magnesio,
sodio, cobre, zinc, fósforo, manganeso
y selenio, bra y un alto contenido de
proteínas que van desde el 15% hasta
el 37% y un 35% de aceites, además
de un bajo contenido de grasas no
saturadas (Silva et al., 2020).
De acuerdo con lo expuesto
anteriormente es necesario el desarrollo
de nuevas investigaciones que
conlleven a generar alternativas
alimenticias que permitan aprovechar
las propiedades nutricionales del
as wheat and triple comparing with
corn, besides it provides all the
essential amino acids, so that is why
it is considered a complete protein
food ( Hernández, 2019); Likewise, it
contributes between 66.17% to 71.8%
of carbohydrates, 6 to 8% of fats,
predominantly polyunsaturated with
1.66%, the ber of 15 to 16% per 100
g of seeds and regards the content
of micronutrients, iron, and calcium
stand out with 7.59 mg and 153 mg,
respectively. They also have a high
content of folic acid, phosphorus, and
zinc (Enaine et al., 2018).
On the other hand, melon seeds have
a good content of vitamins A, B
6
, B
12
,
D, E, K and others such as thiamine,
niacin and riboavin (Ramírez et al.,
2016). They also provide signicant
amounts of minerals (calcium,
potassium, iron, magnesium, sodium,
copper, zinc, phosphorus, manganese,
and selenium), ber, high content of
proteins ranging from 15% to 37%, and
35% of oils further a low unsaturated
fat content (Silva et al., 2020).
Under the above, it is necessary
to develop new research that leads
to the generation of alternatives
foods that allows taking advantage
of amaranth and melon nutritional
properties. Therefore, this research
was developed to evaluate melon seed
and amaranth inuence on an energy
bar nutritional composition.
Materials and methods
Energy bars preparation
The research was carried out at
the Faculty of Zootechnical Sciences
laboratories in the Technical University
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amaranto y el melón. Por lo tanto,
la investigación se desarrolló con el
objetivo de evaluar la inuencia del
amaranto y las semillas de melón en
la composición nutricional de una
barra energética.
Materiales y métodos
Preparación de las barras
energéticas
La investigación fue realizada en los
laboratorios de la Facultad de Ciencias
Zootécnicas de la Universidad Técnica
de Manabí, Ecuador, usando como
materias primas básicas amaranto,
avena, quinua y semillas de melón,
y como edulcorante miel de abeja.
Para elaborar las barras se utilizó
amaranto, adquirido en Quito, avena,
quinua, semillas de melón y miel de
abeja, adquiridos en Portoviejo.
La elaboración se inició con la
recolección de las materias primas
e insumos, los cuales fueron pesados
en una balanza digital (Marca S
AFSTAR), de acuerdo a la formulación
mostrada en el cuadro 1. Se procedió
a mezclar cada uno de los insumos de
forma manual en un recipiente limpio
y seco; cada uno de los tratamientos se
mezcló independientemente según lo
establecido (cuadro 1). Seguidamente,
se colocó la mezcla en moldes de 30
cm de largo por 15 cm de ancho. Cada
una de las formulaciones se sometió a
deshidratación (por un tiempo de 115
minutos a una temperatura de 65°C)
en un deshidratador eléctrico (Marca
Inmegar Dryer 300417, modelo IEF-
14), fabricado en Ecuador (35 cm [14”]
de tamaño, capacidad de 10 bandejas).
Cumplido este proceso se efectuó un
of Manabí, Ecuador, using amaranth,
oats, quinoa, and melon seeds as
basic raw materials, with honey as a
sweetener. Amaranth and oats were
extracted from Quito, while quinoa,
melon seeds, and honey, were obtained
from Portoviejo. These materials were
utilized to make the bars.
The preparation began with the
collection and supplies of the raw
materials, which were weighed on
a digital scale (Brand S AFSTAR),
according to the formulation shown
in Table 1. We proceeded to mix the
inputs apiece manually in a dry
and clean container, where each
one of the treatments was mixed
independently as shown (Table 1).
Afterward, the mixture was placed in
30 cm long by 15 cm wide molds. Each
of the formulations was subjected
to dehydration (for a time of 115
minutes at a temperature of 65 ° C)
in an electric dehydrator (Inmegar
Dryer Brand 300417, model IEF-14),
manufactured in Ecuador (35 cm
[14”] in size, 10-tray capacity). Once
this process was completed, a manual
chopping was carried out, dividing
units of approximately 25 grams each,
which were vacuum packed and later
labeled.
Proximal analysis
Proximal analysis of the three
treatments under review was
performed; the parameters measured
were: moisture (as established in
the INEN 518 (1980) standard), ash
using the parameters established
by the INEN 520 (1980) standard,
proteins by the Kjeldahl method, fats
by means of the AOAC 922.06 (1980)
method, ber through the INEN 542
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troceado manual separando unidades
de aproximadamente 25 gramos, las
cuales fueron empacadas al vacío y
posteriormente etiquetados.
Cuadro 1. Formulación en porcentaje (%) de las barras de cereales.
Table 1. Formulation in percentage (%) of cereal bars.
Ingredientes T1 T2 T3
Amaranto 45 30 15
Semillas de melón 15 30 45
Avena 10 10 10
Quinua 10 10 10
Glucosa 10 10 10
Miel de abeja 10 10 10
Análisis proximal
Se realizó análisis proximal de
los tres tratamientos en estudio; los
parámetros medidos fueron: humedad
según lo establecido en la norma
INEN 518 (1980), ceniza mediante
los parámetros establecidos por la
norma INEN 520 (1980), proteínas
mediante el método de Kjeldahl,
grasas mediante el método AOAC
922.06 (1980), bra mediante la
norma INEN 542 (1980), además se
efectuó el análisis de carbohidratos
por diferencia y el contenido de energía
mediante métodos de cálculo.
Análisis sensorial
Se realizó una prueba de análisis
sensorial para determinar el mejor
tratamiento mediante una escala
hedónica del 1 al 5 (Cuadro 2), siendo
uno el más bajo y cinco el más alto,
se utilizó un total de 20 panelistas no
entrenados entre hombres y mujeres
(1980) standard, besides the analysis
of carbohydrates was realized by
difference and the energy content was
carried out by calculation methods.
Sensory analysis
A sensory analysis test was
performed to determine the best
treatment using a hedonic scale from
1 to 5 (Table 2), being number one the
lowest and number ve the highest. A
total of 20 untrained panelists among
men and women with an age range
between 20 to 50 years old were used.
A test and samples of evaluation were
given to the panelists, individually,
with their glass of water for the mouth
rinsing. A quantitative and qualitative
assessment was established for each
of the treatments as shown in Table 2.
Experimental design and
statistical analysis
A completely randomized and uni-
factorial experimental design (DCA)
was applied, with three (3) treatments:
40% of raw materials (oats, quinoa,
glucose, honey) remained constant
in the cereal bars and the other 60%
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con un rango de edad entre 20 a 50
años. A cada uno de los panelistas se
les entregó el test y las muestras para
su avaluación con su respectivo vaso
de agua para el enjuague de la boca. Se
estableció una valoración cuantitativa
y cualitativa para cada uno de los
tratamientos como se muestra en el
Cuadro 2.
Cuadro 2. Evaluación de la aceptabilidad.
Table 2. Acceptability Evaluation.
Valor Grado de aceptabilidad
1 No me gusta
2 Me gusta poco
3 Me es indiferente
4 Me gusta
5 Me gusta mucho
Diseño experimental y análisis
estadístico
Se utilizó un diseño experimental
completamente al Azar (DCA),
unifactorial con tres (3) tratamientos:
el 40% de materias primas (avena,
quinua, glucosa, miel de abeja) se
mantuvo constante en las barras de
cereales y el 60% correspondiente
(amaranto y semillas de melón) se
varió de acuerdo a la formulación que
se muestra en el cuadro 1.
Los resultados de la evaluación
sensorial de los atributos color, olor,
sabor, textura y apariencia general
fueron procesados mediante un análisis
de varianza ANOVA usando el programa
Infostat; para la determinación de las
diferencias signicativas se utilizó la
prueba de homogeneidad de Tukey con
un nivel de signicancia del 5%.
(amaranth and melon seeds) was
varied according to the formulation
shown in Table 1.
The results of the sensory evaluation
of the attributes color, smell, taste,
texture and general appearance were
processed through an ANOVA analysis
of variance using the Infostat program
to determine the signicant differences
where the Tukey homogeneity test was
used with a signicance level of 5%.
Results and discussion
Proximal analysis
Table 3, shows the results of the
energy bars proximal analysis, made
with three amaranth our and melon
seeds concentrations.
It can be seen, that treatment
T2 presented the highest protein
content, with a value of 11.03%,
followed by treatment T3 with
9.05%. These results are higher than
those reported in a study carried
out by Yambay and Borbor (2017),
where the evaluation of different
our concentrations showed values
that uctuated between 7.40% and
8.12%.
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Resultados y discusión
Análisis proximal
El cuadro 3 muestra los resultados
del análisis proximal de las barras
energéticas elaboradas con las
tres concentraciones de harina de
amaranto y semillas de melón.
Cuadro 3. Análisis proximal de las barras energéticas.
Table 3. Energy bars proximal analysis.
Parámetro Unidad
Tratamientos
T1 T2
T3
Proteína % 8,52 11,03 9,05
Ceniza % 1,34 1,69 1,53
Grasa % 9,70 12,59 13,74
Fibra % 6,73 13,43 10,80
Humedad % 6,57 5,49 5,62
Carbohidratos % 67,14 55,77 59,26
Energía Kcal.kg
-1
3731,55 3665,68 3820,85
Puede observarse que el
tratamiento T2 presentó el mayor
contenido de proteínas, con un valor
de 11,03 %, seguido del tratamiento
T3 con 9,05%. Estos resultados son
mayores a los reportados en un estudio
realizado por Yambay y Borbor
(2017), en la evaluación de diferentes
concentraciones de harina, con valores
que uctuaron entre 7,40% y 8,12%.
En cuanto al contenido de ceniza
nuevamente el tratamiento T2
presenta un mayor contenido con
un total de 1,69 %, diferente a los
tratamientos T1 y T2 que presentaron
contenidos de 1,34% y 1,53%,
respectivamente.
Con respecto al contenido de grasa,
la mayor concentración se obtuvo en
Regarding the ash content, T2
treatment presents a higher content
with a total of 1.69%, different
from the T1 and T3 treatments that
presented values of 1.34% and 1.53%,
respectively.
Regarding fat content, the highest
concentration was obtained in the T3
treatment with an average of 13.74%,
unlike the T2 treatment with an
average of 12.59%. These values are
higher than those reported by Gómez
et al. (2016), who reported 10% fat
when using 11% amaranth our.
Concerning ber content,
treatment T2 presented the highest
content with 13.43%, followed by
treatment T3 with an average of
10.82% and treatment T1 with 6.73%
to a lesser extent. These results are
within those reported by Yambay
and Borbor (2017), who obtained a
ber content of 12.41%, using 43.64%
amaranth in their formulation for the
energy bars preparation.
The results obtained from the
moisture content show a higher value
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el tratamiento T3 con una media de
13,74% a diferencia del tratamiento
T2 que presentó una media de 12,59%.
Estos valores son superiores a los
reportados por Gómez et al. (2016),
quienes reportan un 10% de grasas al
utilizar 11% de harina de amaranto.
En la determinación del contenido
de bra, el tratamiento T2 presentó
el mayor contenido con un 13,43%,
seguido por el tratamiento T3 con
una media de 10,82% y en menor
cantidad el tratamiento T1 con 6,73%.
Estos resultados se encuentran
dentro de los reportados por Yambay
y Borbor (2017), quienes obtuvieron
un contenido de bra de 12,41%,
utilizando 43,64% de amaranto en su
formulación para la elaboración de
barras energéticas.
Los resultados obtenidos del
contenido de humedad, muestran un
valor mayor en el tratamiento T1 con
una media de 6,57 %, en tanto que en
los tratamientos T2 y T3 la humedad
fue menor con un total de 5,49%
y 5,62%. Estudios realizados por
Salazar et al. (2015), en la elaboración
de barras energéticas con la inclusión
de harina de amaranto muestran
un contenido de humedad de 7,00%,
ubicándose los resultados obtenidos
dentro de los requisitos establecido por
la Norma Técnica Ecuatoriana INEN
2595 (2011), en la cual se establece un
máximo de humedad de 10%.
Los resultados obtenidos con
respecto al contenido total de
carbohidratos totales, muestra que
el tratamiento T1 presentó la mayor
concentración con 67,14%, seguido
del tratamiento T3 con una media
de 59,26%, estos resultados están
in treatment T1 with an average of
6.57%, while in treatments T2 and
T3 the humidity was lower with a
total of 5.49% and 5.62 %. Studies
conducted by Salazar et al. (2015),
in the energy bars elaboration with
the inclusion of amaranth our
show a moisture content of 7.00%,
placing the results obtained within
the requirements established by the
Ecuadorian Technical Standard INEN
2595 (2011), in the which establishes
a maximum humidity of 10%.
The results obtained for the
total c
arbohydrates content show that
treatment T1 presented the highest
concentration with 67.14%, followed
by treatment T3 with an average of
59.26%, these results are given by
the contribution of carbohydrates in
amaranth our. Higher carbohydrate
contents (71.1%) were obtained by
Cuellar et al. (2019), using amaranth in
conjunction with soy our.
Regarding energy content, the T3
treatment presented the highest content
value with a total of 3820.85 Kcal.100g
-1
while for the T1 treatment 3731.55
Kcal.100g
-1
was obtained. Taking in
mind this Velastigui (2016), reports a
lower total energy content (432.43 Kcal.
100g
-1
), in the preparation of a
nutritional bar with moringa, quinoa,
and amaranth.
According to the authors of this work,
the use of melon seeds in the energy bars
elaboration has not been documented.
However, other investigations such as
those carried out by Zenteno, (2014)
and Arruti et al. (2015), reports the
inclusion of different fruits and grains
in the formulation of energy bars that
has shown favorable results regarding
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dados por el aporte de carbohidratos
disponibles en la harina de amaranto.
Mayores contenidos de carbohidratos
(71,1%) fueron obtenidos por Cuellar
et al. (2019), utilizando amaranto en
conjunto con harina de soya.
En cuanto al contenido de energía,
el tratamaiento T3 presentó el mayor
contenido con un total de 3820,85
Kcal.100g
-1
en tanto que para el
tratamiento T1 se obtuvo 3731,55
Kcal.100g
-1
. Por su parte, Velastigui
(2016), reporta un contenido total de
energía menor (432,43 Kcal.100g
-1
), en
la elaboración de una barra nutricional
con moringa, quinua y amaranto.
Según concierne a los autores
de este trabajo, la utilización de las
semillas de melón en la elaboración
de barras energéticas no se encuentra
documentada, sin embargo, otras
investigaciones como las realizadas por
Zenteno, (2014) y Arruti et al. (2015),
reportan que la inclusión de diferentes
frutos y granos en la formulacion de
la barras energeticas ha mostrado
resultados favorables en cuanto
a las características sensoriales,
bromatológicas y sicoquímicas del
producto nal.
Análisis sensorial
Los resultados del análisis
sensorial de las variables sabor, olor,
color, textura y apariencia general
en las barras elaboradas con las
diferentes formulaciones se presenta
en el cuadro 4.
Los resultados de la evaluación
sensorial de las variables sabor, olor,
color, textura y apariencia general
presentaron diferencias signicativas
(p <0,005) entre cada uno de los
tratamientos en estudio.
the sensory, bromatological and
physicochemical characteristics of the
nal product.
Sensory analysis
The results for the sensory analysis
of the variables avor, odor, color,
texture, and general appearance in
the bars made with the different
formulations are presented in Table 4.
The results for the sensory
evaluation of the variables taste,
smell, color, texture, and general
appearance showed signicant
differences (p <0.005) between each of
the treatments under study.
Regarding avor attributes,
signicant differences were presented
in treatments T2 and T3 compared
to treatment T1. In this case, the
best score was presented by the T3
treatment with a mean of 4.40 ± 0.50.
For color attribute, the results
showed signicant differences between
treatments under study, being T1
different concerning the valuations
obtained for this property. Variance
analyzes showed that the best
acceptance was presented in treatment
T3 with a mean of 4.45 ± 0.51, similar
to treatment T2 with a mean of 4.10
± 0.64. The lowest acceptance results
were presented in treatment T1 with
a mean of 3.50 ± 0.69, while the best
acceptance was presented in treatment
T3 4.60 ± 0.60.
The bars’ texture showed signicant
differences (p <0.005) between the T3
treatment and the other treatments
under study. In this case, the best
score was presented in treatment T3,
reaching a score of 4.61 ± 0.50.
The variance analysis of the
general appearance showed signicant
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Con respecto al atributo sabor
las diferencias signicativas se
presentaron en los tratamientos T2
y T3 con respecto al tratamiento T1.
En este caso la mejor puntuación la
presentó el tratamiento T3 con una
media de 4,40 ± 0,50.
Cuadro 4. Evaluación sensorial de los tratamientos en estudio.
Table 4. Sensory evaluation of the treatments under study.
Tratamientos Sabor Olor Color Textura A. General
T1 3,40±0,88
a
3,60±0,68
a
3,50±0,69
a
3,75±0,79
a
3,70±0,80
a
T2 4,10±0,72
b
4,10±0,64
b
4,05±0,60
b
4,10±0,64
a
4,15±0,67
ab
T3 4,40±0,50
b
4,45±0,51
b
4,60±0,60
c
4,61±0,50
b
4,60±0,50
b
Sig. Tukey 0,0002 0,0002 0,0001 0,0006 0,0004
Medias con una letra en común no son diferentes (p>0,09).
Means with a letter in common are not different (p> 0.09).
Para el atributo color los
resultados mostraron diferencias
signicativas entre tratamientos
siendo T1 diferente en cuanto a
las valoraciones obtenidas en esta
propiedad. Los análisis de varianza
muestran que la mejor aceptación
se presentó en el tratamiento T3 con
una media de 4,45±0,51 similar al
tratamiento T2 con una media de
4,10±0,64. En lo que respecta al color
los resultados muestran diferencias
signicativas entre cada una de
los tratamientos en estudio. Los
resultados de la menor aceptación se
presentaron en el tratamiento T1 con
una media de 3,50±0,69 en tanto que
la mejor aceptación se presentó en el
tratamiento T3 4,60 ± 0,60.
La textura de las barras
nutricionales presentó diferencias
signicativas (p<0,005) entre el
differences between the treatments
T1 and T3, while treatment T1
was not different compared to the
other treatments. For this variable,
treatment T3 was the one that
presented the best acceptance, with a
mean of 4.60 ± 0.50.
In a study carried out by Yambay
and Borbor (2017), the evaluation
of the different concentrations of
amaranth with pigeon pea showed
that by increasing the concentrations
of amaranth our, the tasters reported
a greater preference in acceptance in
the variables color, smell, texture, and
avor.
On the other hand, Dias and
Gomes (2010) reported scores of 6.7
to 8 on a 9-point assessment scale in
the sensory characteristics evaluation
(general appearance, texture, and
avor) of amaranth nutritional bars
with different types of fruits.
Conclusions
Nutritional bars were made with
the inclusion of amaranth our and
melon seeds different proportions
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tratamiento T3 con los demás
tratamientos en estudio. En este caso
la mejor puntuación se presentó en
el tratamiento T3 alcanzando una
puntuación de 4,61±0,50.
Los análisis de varianza de
la apariencia general mostraron
diferencias signicativas entre los
tratamientos T1 y T3, en tanto que el
tratamiento T1 no fue diferente con
los demás tratamientos. Para esta
variable el tratamiento T3 fue el que
mejor aceptación presentó, con una
media de 4,60±0,50.
En un estudio realizado por Yambay
y Borbor (2017), en la evaluación
de diferentes concentraciones de
amaranto con guandul, reportan que,
al aumentar las concentraciones de
harina de amaranto, los catadores
mostraron una mayor preferencia en
la aceptación, en las variables color,
olor, textura y sabor.
Por otra parte, Dias y Gomes
(2010), reportaron puntuaciones de
6,7 a 8 sobre una escala de valoración
de 9 puntos, en la evaluación de las
características sensoriales (apariencia
general, textura y sabor) de barras
nutricionales de amaranto con
diferentes tipos de frutos.
Conclusiones
Se elaboraron barras nutricionales
con la inclusión de diferentes
proporciones de harina de amaranto
y semillas de melón con resultados
favorables en las características
proximales (altos contenidos de
proteína, cenizas, bras y adecuados
contenidos de grasa, humedad y energía)
y sensoriales (color, olor, sabor, textura
with positive results in the proximal
characteristics (high protein, ash,
ber and adequate fat quantity,
moisture and energy content) and
sensory (color, odor, avor, texture
and general appearance). With this in
mind, is considered as an alternative
that allows its use in the agri-food
industry.
The energy bar made with
amaranth our (15%) and melon seeds
(45%) obtained the highest acceptance
in the attributes color, smell, taste,
texture, and general appearance,
taking place in the “I like it”, “I like
it a lot” classications for what its
inclusion exerts a positive inuence on
the sensory quality of the elaborated
product.
End of English Version
y apariencia general), por lo que su uso
como fuente potencial de nutrientes
es considerado como una alternativa
que permite su aprovechamiento en la
industria agroalimentaria.
La barra energética elaborada con
harina de amaranto (15%) y semillas de
melón (45%) obtuvo la mayor aceptación
en los atributos color, olor, sabor, textura
y apariencia general, ubicándose en
la clasicación me gusta, me gusta
mucho, por lo que su inclusión ejerce
una inuencia positiva en la calidad
sensorial del producto elaborado.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.18 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Recibido: 29-01-2020 . Aceptado: 31-03-2021.
*Autor de correspondencia. Correo electrónico: enrique.ruiz@utm.edu.ec
Cinética del secado de las hojas de las especies
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) y Melampodium
divaricatum (Asteraceae)
Leaves drying kinetics of the species Zanthoxylum sprucei
(Rutaceae) and Melampodium divaricatum (Asteraceae)
Cinética da secagem das folhas das espécies Zanthoxylum
sprucei (Rutaceae) e Melampodium divaricatum
(Asteraceae)
Enrique Ruiz Reyes
1*
,
Ricardo Baquerizo-Crespo
2
,
Michael
Aníbal Macías Pro
3
,
María José Pin Molina
4
y Yesther
Marisol Pita Gavilanes
4
Universidad Técnica de Manabí, Av. Urbina y Che Guevara, CP 130105, Portoviejo,
Manabí, Ecuador.
1
Instituto de Ciencias Básicas. Correo electrónico: enrique.ruiz@utm.
edu.ec, .
2
Departamento de Procesos Químicos, Facultad de Ciencias Matemáticas,
Físicas y Químicas. Correo electrónico: ricardo.baquerizo@utm.edu.ec, .
3
Laboratorio
de Análisis Químicos y Biotecnológicos. Instituto de Investigación. Correo electrónico:
michael.macias@utm.edu.ec,
4
Facultad de Ciencias Matemáticas, Físicas y
Químicas. Correo electrónico: (MP) mariajosepinmolina0107@gmail.com, (YP)
yesthermarisolpitagavilanes@gmail.com .
Resumen
El estudio del secado de las plantas es importante para los métodos de extracción
de los principios activos, ya que brinda benecios tanto para la eciencia como para
la estabilidad de los mismos. El objetivo de la presente investigación es estudiar la
cinética de secado de las hojas de las especies Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) y
Melampodium divaricatum (Asteraceae) de la provincia de Manabí. Se emplearon 8
modelos empíricos derivados de la ley de Fick con ajuste y el software STATISTICA
como modelador. El modelo se realizó mediante la aplicación de la curva de ajuste de
ORIGIN Pro. Los resultados de la cinética fueron obtenidos experimentalmente en
un secador de túnel a escala de laboratorio con una temperatura de 40°C, a 1 atm de
presión y una velocidad de aire de 8,47 m.s
-1
. Para la determinación del modelo que
1070
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Ruiz et al. ISSN 2477-9407
mejor se ajusta a los datos experimentales se apoya en el coeciente de correlación
(R
2
), error cuadrático medio (E
RMS
)
y chi-cuadrado (X
2
). El modelo matemático que
mejor describe el proceso de secado es el logarítmico para Zanthoxylum sprucei y el
modelo de Wang y Singh para Melampodium divaricatum.
Palabras claves: Extracción de humedad, cinética de secado, modelos matemáticos,
ley de Fick.
Abstract
The study of the drying of the plants is important for the extraction methods
of the active principles, since it provides benets both for the efciency and for the
stability. The objective of this research is to study the drying kinetics of the leaves
of Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) and Melampodium divaricatum (Asteraceae)
species from the Manabí province. Eight empirical models derived from Fick’s law
with adjustment and the STATISTICA software as modeler was used. The model
was made by applying the ORIGIN Pro t curve. The kinetic results were obtained
experimentally in a laboratory scale tunnel dryer with a temperature of 40°C, at
1 atm of pressure and a speed air of 8.47 m.s
-1
. To determine the model that best
ts the experimental data, it relies on the correlation coefcient (R
2
), mean square
error (ERMS) and chi-square (X
2
). The mathematical model that best describes the
drying process is the logarithmic for Zanthoxylum sprucei and the Wang and Singh
model for Melampodium divaricatum.
Keywords: Moisture extraction, drying kinetics, mathematical models, Fick’s law.
Resumo
O estudo da secagem das plantas é importante para os métodos de extração dos
princípios ativos, pois proporciona benefícios tanto pela sua eciência quanto pela
sua estabilidade. O objetivo desta pesquisa é estudar a cinética de secagem das
folhas das espécies Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) e Melampodium divaricatum
(Asteraceae) da província de Manabí. São utilizados 8 modelos empíricos derivados
da lei de Fick com posterior ajuste e o software STATISTICA como modelador. O
modelo é feito aplicando-se a curva de ajuste ORIGIN Pro. Os resultados cinéticos
são obtidos experimentalmente em um secador de túnel em escala de laboratório
com temperatura de 40 °C, a 1 atm de pressão e velocidade do ar 8,47 m.s
-1
. Para
determinar o modelo que melhor se ajusta aos dados experimentais, ele se baseia no
coeciente de correlação (R
2
), erro quadrático médio (ERMS) e qui-quadrado (X
2
). O
modelo matemático que melhor descreve o processo de secagem é o logarítmico para
Zanthoxylum sprucei e o modelo de Wang e Singh para Melampodium divaricatum.
Palavras-chave: Extração de umidade, cinética de secagem, modelos matemáticos,
lei de Fick.
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Introducción
La etnobotánica tiene como objetivo
la búsqueda del conocimiento y
rescate del saber botánico tradicional,
particularmente relacionado al empleo
de la ora (Fernández et al, 2012). En
el Ecuador existe una gran variedad
de plantas silvestres las cuales
cuentan con un extenso uso medicinal
(Salibová, 2021). En este sentido el
estudio preliminar toquímico del
contenido fenólico total y la actividad
antibacterial de trece especies nativas
del país (Rondón et al, 2018), muestra
como transformar el conocimiento
tradicional en cientíco.
Las especies vegetales
Melampodium divaricatum
(Asteraceae) y Zanthoxylum sprucei
(Rutaceae) crecen en América del
Sur y se emplean como plantas
medicinales para combatir distintas
enfermedades. La Melampodium
divaricatum (Asteraceae) es conocida
popularmente como or de caléndula
falsa, amarilla pequeña estrella, o
or dorada (Lorenzi, 2008). El té de
sus hojas e inorescencias se usa
comúnmente en medicina popular
(Adegbite et al, 2019). También toda
la planta es empleada popularmente
como curativa, diaforética (Neto
y Chagas, 2001), diurética y en el
tratamiento de la leucorrea (Agra
et al, 2007). Es nativa de América
del Sur y es una especie de maleza
moderadamente frecuente en casi todo
el país, donde infesta principalmente
cultivos anuales, huertos, cafetales y
bordes de carreteras (Lorenzi, 2008).
Además, en Brasil investigadores
publican la actividad antibacteriana
Introduction
The objective of ethnobotany is the
search for knowledge and rescue of
the traditional botanical knowledge,
particularly related to the use of ora
(Fernández et al, 2012). In Ecuador,
there is a big variety of wild plants,
which have an extensive medicinal
use (Salibová, 2021). In this sense
the preliminary phytochemical study
of the total phenolic content and
antibacterial activity of thirteen
native species of the country (Rondón
et al, 2018), shows how to transform
traditional knowledge into scientic.
The plant species of Melampodium
divaricatum
Asteraceae) and
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) grow
in South America and they are used
as medicinal plants to combat various
diseases. Melampodium divaricatum
(Asteraceae) is popularly known as
false marigold ower, small yellow
star, or golden ower (Lorenzi, 2008).
The tea of its leaves and inorescences
is commonly used in folk medicine
(Adegbite et al, 2019). Also all the
plant is popularly used as curative,
diaphoretic (Neto and Chagas, 2001),
diuretic and in the treatment of
leucorrhea (Agra et al, 2007). It is
native from South America and is a
moderately frequent weed species in
most of the country, where it mainly
infests annual crops, orchards,
coffee plantations and roadsides
(Lorenzi, 2008). In addition, in Brazil,
researchers publish the antibacterial
and antileishmanial activity of
essential oils from Melampodium
divaricatum (Asteraceae) (Pelissari et
al, 2010; Moreira, et al, 2019).
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y antileishmanial de los aceites
esenciales de la Melampodium
divaricatum (Asteraceae) (Pelissari et
al, 2010; Moreira, et al, 2019).
Binutu y Cordell (2000), estudian
los constituyentes químicos de las
hojas de las especies Zanthoxylum
sprucei (Rutaceae) y reportan distintos
tipos de actividades biológicas
como son: larvicida, antiinamatorias,
analgésicas, antioxidante,
anticancerígena, antimicrobiano y
antifúngico (Tiwary et al, 2007).
Además, (Graham et al, 2003) reportan
la evaluación antimicobacterial de las
hojas de esta especie en Perú, y aíslan
el triterpeno lupeol y la sesamina
avanona responsables de esta
actividad.
Para el procesamiento de especies
vegetales es imprescindible el secado,
que es un método de conservación
basado en la disminución de la
humedad para prolongar su período
de vida útil (García et al, 2007). Otras
ventajas del mismo son la reducción
de peso y volumen, lo cual facilita el
transporte y almacenamiento (Helen
et al, 2003).
De acuerdo a Can (2000) el
proceso de secado se realiza en
dos etapas, en la primera etapa,
el material se encuentra puro y la
operación ocurre en la supercie del
material a una velocidad constante.
La masa del agua evaporada no
es afectada por las condiciones del
material. En la segunda etapa, la
velocidad de secado decrece debido a
que se extrae humedad contenida en
el interior de la materia. Esta etapa
está delimitada por las propiedades
del material.
Binutu and Cordell (2000),
study the chemical constituents of
the leaves of Zanthoxylum sprucei
(Rutaceae) species, and they report
different types of biological activities
such as larvicidal, anti-inammatory,
analgesic, antioxidant, anticancer,
antimicrobial and antifungal (Tiwary
et al, 2007). In addition, (Graham et
al, 2003) report the antimycobacterial
evaluation of the leaves of this specie in
Peru, and isolate the triterpene lupeol
and sesamin avanone responsible for
this activity.
For the processing of plant species,
the drying is essential, which is a
preservation method based on the
reduction of humidity to prolong their
useful life (García et al, 2007). Other
advantages of it, is the reduction of
weight and volume, which facilitates
transport and storage (Helen et al,
2003).
According to Can (2000) the drying
process is made in two stages, in the
rst stage, the material is pure and
the operation occurs on the surface of
the material at a constant speed. The
mass of the evaporated water is not
affected by the material conditions.
In the second stage, the drying
speed decreases due to the moisture
contained inside the material is
extracted. This stage is delimited by
the properties of the material.
For the design of the drying
operation, the speed with which
moisture is extracted from a material
is analyzed; this is made through a
kinetic study. Through the drying
kinetics, the curves are obtained
and they relate the moisture of the
material with time and other variables
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Para el diseño de la operación de
secado se analiza la velocidad con la que
se extrae la humedad de un material,
esto se realiza por medio del estudio
cinético. Por medio de la cinética de
secado se obtienen curvas que relacionan
la humedad de la materia con el tiempo
y otras variables como temperatura,
tamaño de partículas, entre otras, lo cual
permite realizar el diseño o la selección
del sistema de secado (Bellagha et al,
2002).
En la actualidad existen
herramientas tecnológicas que mediante
modelos denidos que se derivan
generalmente de la ley de enfriamiento
de Newton y la segunda ley de difusión de
Fick (Kumar et al, 2012). Estos modelos
cuantican la humedad presente en la
materia durante el proceso de secado
(Erbay y Icier 2010); la literatura
especializada presenta varios ejemplos
de estudios cinéticos de secado: café
pergamino (Rattanamechaiskul, 2020),
yerba mate (Holowaty et al, 2018),
romero (Ali et al, 2020) y ortiga y menta
(Kaya y Aydın, 2009). Los objetivos
de los estudios cinéticos son variados:
evaluar coecientes térmicos para la
disminución de costos de operación,
comparar métodos de secado a partir
de la evaluación de cambios en las
propiedades de las especies vegetales y
evaluar constantes cinéticas (Arslan y
Özcan, 2008).
Se planteó el objetivo de analizar
la cinética de secado de las hojas
de las especies Zanthoxylum
sprucei (Rutaceae) y Melampodium
divaricatum (Asteraceae), debido a su
potencial biotecnológico, considerandose
la importancia del secado en la
conservación de estas especies vegetales.
such as temperature, particle size,
among others, which allows to perform
the design or selection of the drying
system (Bellagha et al, 2002).
Currently, there are technological
tools that use dened models generally
derived from Newton’s cooling law
and Fick’s second diffusion law
(Kumar et al, 2012). These models
quantify the moisture present in the
material during the drying process
(Erbay and Icier 2010); the specialized
literature presents several examples
of drying kinetic studies: parchment
coffee (Rattanamechaiskul, 2020),
yerba mate (Holowaty et al, 2018),
rosemary (Ali et al, 2020) and nettle
and mint (Kaya and Aydın, 2009). The
objectives of kinetic studies are varied:
to evaluate thermal coefcients for
decreasing operating costs, to compare
drying methods from the evaluation of
changes in plant species properties,
and to evaluate kinetic constants
(Arslan and Özcan, 2008).
The objective was to analyze
the drying kinetics of the leaves of
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae)
and Melampodium divaricatum
(Asteraceae) species, due to their
biotechnological potential, considering
the importance of drying in the
conservation of these plant species.
Materials and methods
Obtaining and adequacy of the
sample
Leaves of Melampodium
divaricatum
(Asteraceae) and
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae)
species were manually collected at
the Botanical Garden of the Technical
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Materiales y métodos
Obtención y Adecuación de la
muestra
Se recolectaron manualmente
hojas de las especies Melampodium
divaricatum (Asteraceae) y
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) en
el Jardín Botánico de la Universidad
Técnica de Manabí ubicado en la ciudad
de Portoviejo, Ecuador. Se limpió el
polvo, suciedad e impurezas que había
en las muestras recolectadas, luego
se procedió a separar las hojas de las
ores y el tallo de las plantas.
Secado de las muestras
Para el secado se utilizó un
secador de túnel a escala de
laboratorio, a una temperatura
constante de 40°C, previsto de un
soplador de ¼ HP para forzar el
aire de secado con una velocidad
constante de 8,47 ms
-1
, con ujo
radial. Un sistema de calefacción
de dos resistencias de 110 V
recubiertas de acrílico ubicadas a lo
largo del túnel de secado; sistema de
control automático de temperatura,
una bandeja de acero inoxidable
de medidas 10 cm x 20 cm x 5 cm.
Para medir la variación de peso
se empleó una balanza analítica
(SARTORIUS–WERKE GMBH tipo
2245) con precisión de 0,001 g y un
cronómetro para controlar el tiempo
de secado.
Posteriormente, se colocaron las
muestras en la bandeja de acero
del secador, previo ajuste de la
temperatura del equipo. Durante
el proceso de secado las muestras
son pesadas en intervalos de 5
min. durante los primeros 50 min.
University of Manabí located in the
city of Portoviejo, Ecuador. The dust,
dirt and impurities that were in the
collected samples were cleaned, and
then the leaves of the owers and the
stem of the plants were separated.
Drying of the samples
For drying, a laboratory-scale
tunnel dryer was used, at a constant
temperature of 40°C, equipped with
a ¼ HP blower to force the drying
air at a constant speed of 8.47
ms
-1
, with radial ow. A heating
system of two 110 V acrylic coated
heating elements located along
the drying tunnel; an automatic
temperature control system, a
stainless steel tray measuring 10 cm
x 20 cm x 5 cm. An analytical balance
(SARTORIUS-WERKE GMBH type
2245) with an accuracy of 0.001 g
and a stopwatch to control the drying
time were used to measure the weight
variation.
Later, the samples were placed
on the steel tray of the dryer, after
adjusting the temperature of the
equipment. During the drying
process, the samples were weighed
at intervals of 5 min, during the
rst 50 min of drying and then 3
measurements were made at 100, 150
and 200 min. The gravimetric method
was used for moisture determination.
At each time interval the sample
was weighed and compared with the
previous weighing, determining the
nal drying point when there was
no weight variation. This procedure
was applied for both Melampodium
divaricatum (Asteraceae) and
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae)
samples.
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de secado y luego se realizaron 3
mediciones a 100, 150 y 200 min.
Se empleó el método gravimétrico
para la determinación de humedad.
En cada intervalo de tiempo se
pesó la muestra y se comparó con
la pesada anterior, determinando
el punto nal de secado cuando
no hubo variación de peso. Este
procedimiento se aplico tanto
para la muestra de Melampodium
divaricatum (Asteraceae) como de
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae).
Modelación matemática de
las curvas de secado
El contenido de humedad
calculado por medio de la siguiente
ecuación, Doymaz, 2014:
MR=M/M0 (Ecuación 1)
Dónde: M y M
0
son el contenido
de humedad a cualquier tiempo
(kg de agua.kg de materia seca
-1
) y
la humedad inicial de las muestras
(kg de agua.kg de materia seca
-1
),
respectivamente. Para determinar
el contenido de agua en función del
tiempo de secado se aplicaron nueve
(9) modelos matemáticos no lineales
que se muestran en el cuadro 1, estos
modelos son utilizados por varios
autores para describir el secado en
capa na en frutas, legumbres, hojas
de té, cárnicos y hongos.
La mayoría de los modelos
empleados son funciones de
descomposición exponencial que
describen el proceso de disminución
de humedad en relación al tiempo.
Sólo el modelo de Wang y Singh
representa una ecuación polinómica
de segundo grado, que ofrece
una buena predicción de datos
experimentales (Doymaz, 2014).
Mathematical modeling of
drying curves
The moisture content calculated by
using the following equation, Doymaz,
2014:
MR=M/M0 (Equation 1)
Where: M and M
0
are the moisture
content at any time (kg water.kg dry
matter
-1
) and the initial moisture of
the samples (kg water.kg dry matter
-1
),
respectively. To determine the water
content as a function of drying time,
nine (9) nonlinear mathematical
models were applied, which are shown
in table 1. These models are used by
several authors to describe the thin
layer drying of fruits, legumes, tea
leaves, meat and mushrooms.
Most of the models used are
exponential decomposition functions
that describe the process of moisture
decrease in relation to time. Only the
Wang and Singh model represents a
polynomic equation of second degree,
which offers a good prediction of
experimental data (Doymaz, 2014).
Model adjustments were evaluated
with the coefcient of determination
R
2
. The mean square error (E
RMS
) and
Chi-square (X
2
), which represent the
difference between values predicted
by a model and values observed during
experimentation, were also used. High
values of R
2
and lower values of (E
RMS
)
and (X
2
) are the conditions used for
choosing the model that best ts the
experimental data.
(Equation 2)
(Equation 3)
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Cuadro 1. Modelos matemáticos de secado.
Table 1. Mathematical models of drying.
Modelo Ecuación Referencias
Newton
MR=e
-kt
(Ecuación 4)
Rocha et al, 2012
Page
MR=e
-kt
a
(Ecuación 5)
Zhang et al, 2016
Henderson y Pabis
MR=a e
-kt
(Ecuación 6)
Rosa et al, 2015
Henderson y Pabis modicado
MR=ae
-kt
+be
-gt
+ce
-ht
(Ecuación 7)
Costa y Pereira, 2013
Logarítmico
MR=ae
-kt
+c
(Ecuación 8)
Doymaz, 2012
Dos términos exponenciales
MR=a e
-k_0 t
+(1-a) e
-k_1 tb
(Ecuación 9)
Virgen-Navarro et al, 2016
Exponencial de dos términos.
MR=ae
-kt
+(1-a)e
-kat
(Ecuación 10)
Ocampo, 2016
Wang y Singh
MR=1+at+bt
2
(Ecuación 11)
Doymaz, 2014
Difusión aproximal
MR=ae
-kt
+(1-a)e
-k
1
bt
(Ecuación 12)
Ismail y Kocabay, 2018
Modicado de Ertekin y Yaldiz (2004) y Pin et al, (2009).
k es el coeciente cinético de pérdida de humedad en s
-1
; t es el tiempo en s; a, b, c, d ,g y h son
coecientes de ajuste propios de cada modelo.
Modied of Ertekin and Yaldiz (2004) and Pin et al, (2009).
k is the kinetic coefcient of moisture loss in s
-1
; t is the time in s; a, b, c, d, g and h are adjustment
coefcients specic to each model.
Los ajustes de los modelos se
evaluaron con el coeciente de
determinación R
2
. También se empleó
el error cuadrático medio (E
RMS
) y Chi
cuadrado (), los cuales representan la
diferencia entre valores predichos por
un modelo y los valores observados
durante la experimentación. Los
altos valores de R
2
y los valores más
bajos de (E
RMS
) y () son las condiciones
que se utilizan para la elección del
modelo que mejor se ajusta a los datos
experimentales.
Where: MR,
exp,i
and MR
,pre,I
,
are experimental and predicted
dimensionless moisture ratios, N is
the number of observations and Z is
the number of constants in the model.
The statistical analysis is performed
with Statistica software and the tted
curves are plotted with Software
Origin Pro 8.
Diffusive coefficient (D
f
)
The diffusive coefcient is calculated
using the following equation, applied
by Roberts et al, (2008):
(Ecuación 2)
(Equation 13)
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Dónde: M
R,exp,i
y M
R,pre,I
,
son proporciones de humedad
adimensionales experimentales
y previstas, N es el número de
observaciones y Z es el número de
constantes que presenta el modelo.
El análisis estadístico se realiza con
el Software Statistica y las curvas
ajustadas se gracan con el Software
Origin Pro 8.
Coeficiente Difusivo (D
f
)
El coeciente difusivo es calculado
usando la siguiente ecuación,
empleada por Roberts et al, (2008):
Where: MR is the moisture
content at any time (s), D
f
is the
diffusive coefcient (m
2
s
-1
), l is the
average distance from the outside of
the sample to the inside of the sample
(m). To calculate D
f
, linearization of
equation 13 is performed by applying
neperian logarithm to each side of the
same equation and then the variable
D
f
is cleared.
Results and discussion
Influence of hot air on the
drying kinetics of leaves of
Melampodium divaricatum
(Asteraceae) and Zanthoxylum
sprucei (Rutaceae).
In the gure 1, the loss of moisture
is plotted in relation to time, and it
follows a period of decreasing speed
and this
is reected in the loss of kg
water / kg mass. The loss of weight
in Melampodium divaricatum
(Asteraceae) is slightly higher
than that of Zanthoxylum sprucei
(Rutaceae) at a temperature of 40°C.
It is observed that in the rst 30
min of drying, the water evaporation
process is high in both samples,
later they decrease as the moisture
in the plant matrix is released with
greater difculty. These results are
in agreement with those obtained
in investigations by Coloma-Paxi et
al, (2017), Rocha et al, (2012) and
Abano et al, (2011) on drying of plant
samples. This means that the physical
mechanism governs the movement of
moisture in the samples is dominated
by the diffusion of water vapor or
bound water through the dried tissue
to the drying air at a slower rate than
Dónde: MR es el contenido de
humedad a cualquier tiempo (s), D
f
es el coeciente difusivo (m
2
s
-1
), l es la
distancia media desde el exterior de la
muestra hasta el interior de la muestra
(m). Para calcular el D
f
se realiza la
linealización de la ecuación 13 aplicando
logaritmo neperiano a cada lado de la
misma y luego se despeja la variable D
f
.
Resultados y discusión
Influencia del aire caliente
en la cinética de secado de hojas
de Melampodium divaricatum
(Asteraceae) y Zanthoxylum sprucei
(Rutaceae)
En la Figura 1 se graca
la pérdida
de humedad con relación al tiempo, el
secado sigue un período de velocidad
decreciente y esto se ve reejado en la
pérdida de kg agua/kg masa. La pérdida
(Ecuación 3)
(Equation 13)
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Figura 1. Variación de la proporción de la humedad en función del tiempo
de secado de Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) y Melampodium
divaricatum (Asteraceae).
Figure 1. Variation of the moisture proportion as a function of drying
time of Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) and Melampodium
divaricatum (Asteraceae).
de peso en Melampodium divaricatum
(Asteraceae) es ligeramente mayor que
la de Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) a
la temperatura de 40°C.
Se observa que en los primeros
30 min. de secado el proceso de
evaporación del agua es alta en ambas
muestras, posteriormente disminuyen
a medida que la humedad de la matriz
de las plantas es liberada con mayor
dicultad. Estos resultados concuerdan
con los obtenidos en investigaciones
realizadas por Coloma-Paxi et al,
(201760 and 70 °C), Rocha et al, (2012)
y Abano et al, (2011) en secado de
muestras vegetales. Esto signica
que el mecanismo físico que gobierna
el movimiento de la humedad en las
muestras está dominado por la difusión
de vapor de agua o agua ligada a través
del tejido seco al aire de secado a una
velocidad más lenta que la velocidad de
evaporación de la supercie (Doymaz,
2014).
the evaporation rate from the surface
(Doymaz, 2014).
In Figure 2, it is observed
that the decreasing period speed
is predominant in both samples.
There is no induction period prior
to drying and a slight period of
constant speed is visualized in the
sample of Zanthoxylum sprucei
(Rutaceae), when the average critical
moisture is in the range of 0.5 to
1. In Melampodium divaricatum
(Asteraceae) this period of constant
speed is observed when the average
critical moisture is in the range of
0.15 to 0.20. In addition, a rebound
in drying speed is observed in both
samples after the constant speed
stage, which is mostly pronounced
in Melampodium divaricatum
(Asteraceae). This phenomenon is
very similar to that reported by Abano
et al, (2011), in the drying of tomato
slices at 50°C; these irregularities are
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En la figura 2, se observa que la
velocidad de período decreciente es la
que predomina en ambas muestras.
No existe ningún período de inducción
previo del secado y se visualiza un
ligero período de velocidad constante
en la muestra de Zanthoxylum sprucei
(Rutaceae), cuando la humedad crítica
promedio se encuentra en el intervalo
de 0,5 hasta 1. En Melampodium
divaricatum (Asteraceae) dicho
período de velocidad constante se
observa cuando la humedad crítica
promedio se encuentra en el intervalo
de 0,15 hasta 0,20. Además, se
observa un repunte de la velocidad
de secado en ambas muestras luego
de la etapa de velocidad constante,
la cual es mayormente pronunciada
en la Melampodium divaricatum
(Asteraceae). Este fenómeno es muy
parecido al reportado por Abano et
al, (2011), en el secado de rodajas de
tomate a 50 °C; estas irregularidades
se deben a que la temperatura con
la que se realiza el secado no es la
adecuada.
Finalmente, se visualiza que la
velocidad de secado seleccionada en
ambas plantas empieza a decrecer, lo
que está en concordancia con el período
en que la velocidad y temperatura
suministrada a las muestras en el
secador de túnel no es suciente para
extraer las moléculas de agua en su
totalidad. Este fenómeno permite que
continúen los procesos de transporte
y se pueda disminuir aún más la
humedad de las muestras, lo que
concuerda con los estudios de cinéticas
de secado determinadas por Castro
et al, (2009); Sandoval-Torres et al,
(2006).
due to the inadequate temperature at
which drying is performed.
Finally, it is visualized that
the selected drying speed in both
plants, starts to decrease, which is in
accordance with the period in which
the speed and temperature supplied to
the samples in the tunnel dryer is not
enough to extract molecules of water
in their totality. This phenomenon
allows the transport processes to
continue and the moisture content of
the samples can be further reduced,
which is in agreement with the drying
kinetics studies determined by Castro
et al (2009); Sandoval-Torres et al
(2006).
Mathematical modeling of the
drying kinetics
Experimental drying data of
Zanthoxylum sprucei (Rutaceae)
and Melampodium divaricatum
(Asteraceae) are adjusted to the
proposed models and the adjustments
coefcients are determined for each
one. Figures 3 and 4 show the settings
for the the 8 mathematical models
proposed at 40°C.
Table 2 shows the statistical
parameters used for the adjustment of
the drying curves of the samples, most
of the models present an adjustment
which can describe the drying kinetics
of each one, however, the selection
of the model that presents the best
t is based on the one that obtained
lower values of X
2
and E
RMS
and an
R
2
of at least 0.97 as described by the
methodology of Doymaz, (2014).
Most of the models used in the
Melampodium divaricatum samples
presented an R
2
lower than 0.97, only
2 of the 8 models applied managed to
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Figura 2. Variación de la velocidad crítica en función de la humedad
promedio en el secado de las hojas de las especies Melampodium
divaricatum (Asteraceae) Zanthoxylum sprucei (Rutaceae).
Figure 2. Variation of the critical speed as a function of average
moisture in the drying of the leaves of Melampodium divaricatum
(Asteraceae) and Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) species.
Modelación matemática de la
cinética de secado
Los datos experimentales de secado
de Zanthoxylum sprucei (Rutaceae)
y Melampodium divaricatum
(Asteraceae) se ajustan a los modelos
propuestos y se determinan los
coecientes de ajuste para cada uno.
Las guras 3 y 4 muestran los ajustes
para los 8 modelos matemáticos
propuestos a 40°C.
En el cuadro 2 se observan los
parámetros estadísticos que se utilizan
para el ajuste de las curvas de secado
de las muestras, la mayoría de los
modelos presentan un ajuste el cual
pueda describir la cinética de secado
de cada una, sin embargo, la selección
del modelo que presenta mejor ajuste
se basa en aquel que obtuvo menores
valores de X
2
y E
RMS
y un R
2
de como
mínimo 0,97 tal como lo describe la
metodología de Doymaz, (2014).
t the experimental data, these being
the Logarithmic model and the Wang
and Singh model, the latter being the
one with the best t according to the
values of X
2
and E
RMS
, coinciding with
the values reported by Salcedo, (2016).
In the modeling of Zanthoxylum
sprucei only the Wang and Singh and
Logarithmic models presented a good
t to the experimental drying data,
being this time the Logarithmic model
the one that had lower values of X
2
and E
RMS
, coinciding these results with
those obtained for mushroom drying
by Doymaz (2014) and yam drying by
Montes et al, (2008).
Diffusive coefficient (D
f
)
The values calculated from the
Diffusive coefcient (D
f
) are found
in the table 3. Even though in the
literature there are not values
reported from D
f
of the studied leaves,
these have similar values to those
1081
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Figura 3. Modelado cinético del secado de Melampodium divaricatum (Asteraceae),
modelo de Newton (a), modelo Exponencial de Dos Términos (b),
modelo de Wang y Singh (c), modelo Difusión Aproximada (d),
modelo de Page (e), modelo de Henderson y Pabis (f), modelo de
Henderson y Pabis Modificado (g), modelo Logarítmico (h)
Figure 3. Kinetic modeling of Melampodium divaricatum (Asteraceae) drying,
Newton model (a), Two Terms Exponential model (b), Wang and
Singh model (c), Approximate Diffusion model (d), Page model (e),
Henderson and Pabis model (f), Modified Henderson and Pabis
model (g), Logarithmic model (h).
Figura 4. Modelado cinético del secado de Zanthoxylum sprucei (Rutaceae),
modelo de Newton (a), modelo Exponencial de Dos Términos (b),
modelo de Wang y Singh (c), modelo Difusión Aproximada (d),
modelo de Page (e), modelo de Henderson y Pabis (f), modelo de
Henderson y Pabis Modificado (g), modelo Logarítmico (h).
Figure 4. Kinetic modeling of Zanthoxylum sprucei (Rutaceae) drying, Newton
model (a), Two Terms Exponential model (b), Wang and Singh model
(c), Approximate Diffusion model (d), Page model (e), Henderson
and Pabis model (f), Modified Henderson and Pabis model (g),
Logarithmic model (h).
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Cuadro 2. Modelos matemáticos de secado.
Table 2. Mathematical drying models.
Especie Modelos
Coecientes
ajustados
R
2
E
RMS
X
2
Melampodium
divaricatum
Newton k: 0,327 0,9498 1,100x10
-2
1,380x10
-4
Exponencial de dos tér-
minos
k:0,507
a: 0,415
0,9530 1,000x10
-2
1,310x10
-4
Wang y Signh
a: -0,416 b:
0,186
0,9766 6,000x10
-4
5,933x10
-7
Difusión Aproximada
a: 5,018
b: 1,000
k: 0,328
0,9498 1,100x10
-2
1,700x10
-4
Page
k: 0,296
n: 0,806
0,9693 9,000x10
-4
1,103x10
-6
Henderson y Pabis
a:0,986
k: 0,303
0,9590 8,510x10
-5
8,852x10
-9
Henderson y Pabis Modi-
ficado
a: 0,328
k: 0,303
b: 0,328
g:0,303
c:0,328
h: 0,303
0,9590 8,510x10
-5
1,593x10
-8
Logarítmico
w: 0,330
k:1,330
i: 0,670
0,9739 2,390x10
-1
7,860x10
-2
Zanthoxylum
sprucei
Newton k: 0,590 0,435 6,900 x10
-2
0,005
Exponencial de dos tér-
minos
k: 2,532
a: 0,168
0,646 5,600 x10
-2
0,003
Wang y Signh
a: -0,684
b: 0,165
0,834 8,200 x10
-2
0,007
Difusión Aproximada
a: 0,677
b: -0,067
k:1,646
0,983 4,000 x10
-3
2,494x10
-5
Page
k:0,575
n: 0,474
0,880 1,500x10
-2
0,0002
Henderson y Pabis
a: 0,832
k: 0,331
0,662 1,500x10
-2
0,0002
Henderson y Pabis Modi-
ficado
a: 0,277
k:0,331
b:0,277
g:0,331
c: 0,277
h: 0,331
0,662 1,500x10
-2
0,0004
Logarítmico
w:0,578
k: 2,132
i: 0,436
0,978 4,727x10
-12
2,844x10
-23
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Cuadro 3. Coeficiente Difusivo (D
f
).
Table 3. Diffusive coefficient (D
f
).
Muestra D
f
(m
2
.s
-1
)
Melampodium divaricatum (Asteraceae) 5,636x10
-10
Zanthoxylum de sprucei (Rutaceae) 6,712x10
-11
End of English Version
La mayoría de los modelos
empleados en las muestras de
Melampodium divaricatum
presentaron un R
2
inferior a 0,97 tan
sólo 2 de los 8 modelos aplicados logran
ajustarse a los datos experimentales,
siendo estos el modelo Logarítmico
y el modelo de Wang y Singh, siendo
este último aquel que mejor ajuste
presenta de acuerdo a los valores de
X
2
y E
RMS
, coincidiendo con los valores
reportados por Salcedo, (2016).
En la modelación de Zanthoxylum
sprucei sólo los modelos de Wang y
Singh y el Logarítmico presentaron un
buen ajuste a los datos experimentales
del secado, siendo esta vez el modelo
Logarítmico el que tuvo valores más
bajos de X
2
y E
RMS
, coincidiendo estos
resultados con los obtenidos para el
secado de hongos por Doymaz (2014)
y secado de ñame por Montes et al,
(2008).
Coeficiente difusivo (D
f
)
Los valores calculados del
Coeciente Difusivo (D
f
) se
encuentran en el cuadro 3. Pese
a que en la literatura no existen
valores reportados de D
f
de las hojas
estudiadas, éstas poseen valores
similares a los encontrados por Özbek
y Dadali, (2007) en hojas de menta y
Akpinar, (2006) en hojas aromáticas
los cuales van desde 10
-10
hasta
10
-12
.m
2
.s
-1
.
found by Özbek and Dadali, (2007), on
the leaves of mint, and Akpinar (2006)
on aromatic leaves which are from
10
-10
to 10
-12
m
2
.s
-1
.
Conclusions
From the drying curves, the
absence of induction periods, a small
area of constant weight loss and a
large decreasing area in both samples
is evidenced. Likewise, it is established
that the reduction in sample weights
is directly proportional to the drying
time of the samples. Diffusion is
the mechanism that governs the
migration of moisture in the samples
of
Melampodium divaricatum
and Zanthoxylum sprucei. The
logarithmic model is the one with the
best adjustment in the samples of
Zanthoxylum sprucei, while the Wang
and Singh model, was the one with the
best adjustment for the experimental
data of Melampodium divaricatum.
Conclusiones
A partir de las curvas de secado
se evidencia la ausencia de períodos
de inducción, una pequeña zona de
pérdida de peso constante y una gran
zona decreciente en ambas muestras.
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Asimismo, se establece que la reducción
de pesos de las muestras es directamente
proporcional al tiempo de secado de las
muestras. La difusión es el mecanismo
que gobierna la migración de humedad
en las muestras de Melampodium
divaricatum y Zanthoxylum sprucei.
El modelo logarítmico es aquel que
mejor ajuste presenta en las muestras
de Zanthoxylum sprucei, mientras que
el modelo de Wang y Singh, fue el que
mejor ajuste presenta para los datos
experimentales de Melampodium
divaricatum.
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Disposición a pagar y preferencias por lechugas orgánicas
(Lactuca sativa L.)
Disposição a pagar e preferências por alface orgânica
(Lactuca sativa L)
Arcadio A. Cerda
1
, Leidy Y. García
1*
,
Angela I. Viscay
2
and
Beatriz M. López
2
1
Faculty of Economics & Business, University of Talca, 1 Poniente 1141, Talca, Chile,
Email: (AC) acerda@utalca.cl, ; (LG) lgarcia@utalca.cl,
2
Graduate of Commercial
Engineer, University of Talca, Talca, Chile, Email: (AV) angela.viscay@gmail.com, ;
(BL) beatriz.m.lg17@gmail.com, .
Abstract
Global production of organic products has grown signicantly due to increased
environmental awareness and healthier lifestyles. However, vegetable growers
often lack relevant information about people’s preferences and willingness to pay
(WTP) for such products. This difculty is even more pronounced in developing
countries, as Chile, mainly due to the low demand increase for organic products.
This research aims to analyze preferences and WTP for Chilean organic lettuce.
To obtain the WTP, the contingent valuation (CV) method and conjoint analysis
(CA) was applied. The data were obtained from a cross-sectional survey using a
representative sample of 416 subjects from the Maule region, Chile, stratied by
income level. The results showed that subjects were willing to pay a premium of
26.72% and 52.83% for an organic head of lettuce compared to conventionally
grown products, according to CA and CV methods, respectively. These results
show a strong preference for organic products. Furthermore, the CA method
indicated that the organic variety of Lactuca sativa L. var. crispa L., at its lowest
observed price, was the consumer’s product of choice. Finally, the main reasons to
consume this type of product are, rstly, its higher quality, followed by its taste
or smell, and nally, it has better nutritional contents. Therefore, lettuce growers
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can use the estimated premium price as a reference when making decisions about
production and pricing.
Keywords: organic production; conjoint analysis; contingent valuation; lettuce;
Chile.
Resumen
La producción mundial de productos orgánicos ha crecido signicativamente
debido a una mayor conciencia ambiental y a estilos de vida más saludables. Sin
embargo, los productores de verduras a menudo carecen de información relevante
acerca de las preferencias y disposición de las personas a pagar (WTP) por dichos
productos. Esta dicultad, es aún más pronunciada en los países en desarrollo,
como Chile, debido principalmente al bajo crecimiento de la demanda de productos
orgánicos. Esta investigación tiene como objetivo analizar las preferencias y el
WTP para la lechuga orgánica chilena. El método para obtener el WTP fue aplicar
la valoración contingente (CV) y el análisis conjunto (CA). Los datos se obtuvieron
de una encuesta transversal utilizando una muestra representativa de 416 sujetos
dentro de la región del Maule de Chile, estraticados por nivel de ingresos. Los
resultados muestran una disposición a pagar por un sobreprecio de 26,72% y 52,83
% por cabeza de lechuga orgánica en comparación con los productos cultivados
convencionalmente, de acuerdo con los métodos CA y CV, respectivamente,
evidenciándose una fuerte preferencia por los productos orgánicos. Además, el
método CA indicó que la variedad Lactuca sativa L. var. crispa L., del precio
más bajo observado, fue el producto elegido por los consumidores. Finalmente, las
principales razones para consumir este tipo de productos son, su mayor calidad, su
sabor u olor, y nalmente, sus mejores contenidos nutricionales. Los productores
de lechuga pueden utilizar el precio de la prima estimada como referencia al
tomar decisiones sobre producción y precios.
Palabras clave: producción orgánica, análisis conjunto, valoración contingente,
lechuga, Chile.
Resumo
A produção global de produtos orgânicos cresceu signicativamente devido a
uma maior consciência ambiental e estilos de vida mais saudáveis. No entanto,
os produtores de vegetais geralmente carecem de informações relevantes sobre
as preferências das pessoas e a disposição de pagar (WTP) por tais produtos.
Essa diculdade é ainda mais pronunciada em países em desenvolvimento, como
o Chile, principalmente devido ao baixo crescimento da demanda por produtos
orgânicos. Esta pesquisa tem como objetivo analisar as preferências e a WTP pela
alface orgânica chilena. O método de obtenção da WTP consistia em aplicar a
avaliação contingente (CV) e a análise conjunta (CA). Os dados foram obtidos
a partir de uma pesquisa transversal usando uma amostra representativa de
416 indivíduos na região de Maule, no Chile, estraticada por nível de renda.
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Introducción
La demanda de productos
orgánicos ha experimentado un
crecimiento considerable desde la
segunda mitad de la década de 1990 y
se prevé que esta tendencia continúe
en los próximos años. El crecimiento
de este mercado se puede atribuir
a un aumento de los problemas de
salud de los consumidores, una mayor
conciencia de los benecios de comer
alimentos cultivados orgánicamente y
mayores niveles de ingresos (Ahmed
et al., 2020; Britwum y Yiannaka,
2019; Wang et al., 2017).
Los datos disponibles sobre la
oferta de productos alimenticios
orgánicos indican una tendencia
ascendente en el tiempo tanto en la
producción de alimentos orgánicos
certicados como en el número
de productores. Algunos estudios
muestran que las tierras agrícolas
orgánicas en todo el mundo, incluidas
las tierras que se están convirtiendo
para ese uso, ascendieron a alrededor
de setenta y un millones de hectáreas
en 2018, mientras que América del
Norte y América Latina solo tenían
Os resultados mostram uma disposição a pagar um prêmio de 26,72% e 52,83%
por cabeça de alface orgânica em relação aos produtos de cultivo convencional,
segundo os métodos CA e CV, respectivamente, apresentando forte preferência
pelos produtos orgânicos. Além disso, o método CA indicou que a variedade
Lactuca sativa L. var. crispa L., com o menor preço observado, foi o produto de
escolha dos consumidores. Por m, os principais motivos para consumir este tipo
de produto são a sua qualidade superior, o seu sabor ou cheiro e, por último, o
seu melhor conteúdo nutricional. Os produtores de alface podem usar o preço
premium estimado como referência ao tomar decisões de produção e preço.
Palavras-chave: produção orgânica; análise conjunta; avaliação contingente;
alface Chile.
Introduction
The demand for organic products
has experienced considerable growth
since the second half of the 1990s, and
this trend is forecast to continue in
the coming years. The growth of this
market can be attributed to increased
consumer health problems, greater
awareness of the benets of eating
organically grown food and higher
income levels (Ahmed et al., 2020;
Britwum and Yiannaka, 2019; Wang
et al., 2017).
The available data on the supply
of organic food products indicate
an upward trend over time both in
certied organic food production and
in the number of producers. Some
studies show that organic agricultural
land worldwide, including lands being
converted for that use, amounted to
around seventy -one million hectares
in 2018, whereas North America and
Latin America only had shares of
5 % and 11 %, respectively, with a
continuous increase in the last twenty
years (Willer et al., 2020). However,
during 2017–2018, countries like
the United States and Chile reduced
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their total organic hectares by 0,4 %
and 16,0 %, respectively (Willer et
al., 2020). Nevertheless, studies have
shown that some companies have been
reluctant to supply organic products
due to higher associated production
costs and the accreditation required
to carry out such operations (Wang,
Zhu and Chu, 2017). Still, given the
increased demand for organic products,
it is clear that citizens’ environmental
awareness is increasing, but it is not
yet high enough to warrant sustained
production of organic products and
services in developing countries.
In Chile, the barriers to organic
food consumption are related to the
lack of information and availability
(Kushwah et al., 2019). Part of the
above factors has been spurred by
consumers’ per capita income levels,
as the demand for organic products,
as with normal goods, is expected to
increase along with higher incomes
(Ranjbarshamsi et al., 2016).
There is only limited information
about consumer preferences and their
willingness to pay (WTP) for organic
products in developing countries,
despite extensive research in more
developed countries (Bhattarai, 2019;
Li et al., 2019; Pham et al., 2019;
Wang et al., 2017). The literature that
measures WTP and certain attributes
that are particularly related to
avoiding contamination of fruits
and vegetables are extensive, but it
does not necessarily focus on organic
agricultural products, much less on
organic lettuce (Nishi, 2017).
Studies analyzing the
characteristics and WTP of Chilean
organic products have been performed
participaciones del 5 % y el 11 %,
respectivamente, con un aumento
continuo en los últimos veinte años
(Willer et al., 2020). Sin embargo,
durante 2017-2018, países como
Estados Unidos y Chile redujeron
sus hectáreas orgánicas totales en
0,4 % y 16,0 %, respectivamente
(Willer et al., 2020). Sin embargo, los
estudios han demostrado que algunas
empresas se han mostrado reacias
a suministrar productos orgánicos
debido a los mayores costos de
producción asociados y la acreditación
requerida para llevar a cabo dichas
operaciones (Wang, Zhu y Chu, 2017).
Aún así, dada la creciente demanda
de productos orgánicos, está claro
que la conciencia ambiental de los
ciudadanos está aumentando, pero
aún no es lo sucientemente alta como
para justicar la producción sostenida
de productos y servicios orgánicos en
los países en desarrollo.
En Chile, las barreras al
consumo de alimentos orgánicos
están relacionadas con la falta
de información y disponibilidad
(Kushwah et al., 2019). Parte de los
factores anteriores ha sido estimulado
por los niveles de ingreso per cápita de
los consumidores, ya que se espera que
la demanda de productos orgánicos,
al igual que con los bienes normales,
aumente junto con mayores ingresos
(Ranjbarshamsi et al., 2016).
Existe información limitada sobre
las preferencias de los consumidores
y su disposición a pagar (WTP)
por productos orgánicos en países
en desarrollo, a pesar de una
extensa investigación en países más
desarrollados (Bhattarai, 2019; Li et
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for grapes (Cerda et al., 2011), apples
(Cerda et al., 2012), pears (Cerda et al.,
2015). Methods used to estimate WTP
include contingent valuation (CV)
based on consumer demand theory
and discrete choice experiments
based on random utility theory or a
conjoint analysis (CA) method based
on consumer measurement theory
(Ghimire et al., 2016).
The literature shows disparate
results on preferences and WTP for
organic products. For example, in
several studies, sociodemographic
data did not reect a signicant
inuence on WTP, or its effect varied
considerably depending on the type
of product considered. The same was
observed with the WTP a premium
for an organic product, as many
studies have shown a large positive
WTP; however, it also varied widely
across product categories. In general,
studies have shown that people are
willing to pay 10 % to 40 % premiums
for organic food. Furthermore,
consumers displayed higher WTP
within a hypothetical context using
CV measurement than they were in a
real context. (Bhattarai, 2019; Cerda
et al., 2014; Pham et al., 2019).
Knowing consumer preferences
and their WTP is quite relevant
because these data allow local
producers to improve their decision-
making processes regarding
production, distribution, and pricing
strategies. This in turn enables
them to successfully participate in
the organic produce market, both to
attract more consumers daily and
to work with a greater number of
suppliers (Schleenbecker and Hamm,
al., 2019; Pham et al., 2019; Wang
et al., 2017). La literatura que mide
la WTP y ciertos atributos que están
particularmente relacionados con
evitar la contaminación de frutas
y verduras es extensa, pero no
necesariamente se enfoca en productos
agrícolas orgánicos y mucho menos en
lechugas orgánicas (Nishi, 2017).
Se han realizado estudios que
analizan las características y WTP de
los productos orgánicos chilenos para
uvas (Cerda et al., 2011), manzanas
(Cerda et al., 2012), peras (Cerda et
al., 2015). Los métodos utilizados para
estimar la WTP incluyen la valoración
contingente (CV) basada en la teoría
de la demanda del consumidor y
experimentos de elección discreta
basados en la teoría de la utilidad
aleatoria o un método de análisis
conjunto (CA) basado en la teoría de
medición del consumidor (Ghimire et
al., 2016).
La literatura muestra resultados
dispares sobre las preferencias y la
WTP de los productos orgánicos. Por
ejemplo, en varios estudios, los datos
sociodemográcos no reejaron una
inuencia signicativa en la WTP,
o su efecto varió considerablemente
según el tipo de producto considerado.
Lo mismo se observó con la WTP una
prima para un producto orgánico, ya
que muchos estudios han demostrado
una gran WTP positiva; sin embargo,
también varió ampliamente entre las
categorías de productos. En general,
los estudios han demostrado que las
personas están dispuestas a pagar
entre el 10 % y el 40 % de primas
por alimentos orgánicos. Además, los
consumidores mostraron una DAP
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2013). Moreover, WTP estimates
provide useful information on how
consumers value organic and other
important characteristics in products.
This study focuses on the
consumption of lettuce because it is
considered a product of frequent use,
and there is a high demand for them
(FAO, 2020; Shatilov et al., 2019).
In addition, given the changes in
consumer tastes (Rahman et al., 2021),
there is a signicant potential market
for organic lettuces, which would
provide new production opportunities
for vegetable farmers (Jouzi et al.,
2017). The objective of this research
is to analyze consumers’ preferences
and WTP for Chilean organic lettuce.
The attribute of greatest importance
to consumers of organic lettuce is
identied and compared with the
WTP for such products. The methods
used were CA and CV. In the case of
CA, it were used ranking and rating
approaches.
Materials and methods
The research was analytical with an
ex-post-fact and transactional design,
since the information was taken
without manipulation of variables
and in a single moment on time. The
data were quantitative, and the unit
of analysis corresponds to individuals
from the Maule Region, Chile. Within
this population, the groups of interest
were women and men over 18 years
of age that belonged to the medium-
low income (C3), medium-high income
(C2), and high income (ABC1) groups.
The sample selection method was
non-probabilistic and the sample
más alta en un contexto hipotético
utilizando la medición de CV que en
un contexto real. (Bhattarai, 2019;
Cerda et al., 2014; Pham et al., 2019).
El conocimiento de las preferencias
de los consumidores y su WTP es
bastante relevante porque estos
datos permiten a los productores
locales mejorar sus procesos de toma
de decisiones con respecto a las
estrategias de producción, distribución
y precios. Esto, a su vez, les permite
participar con éxito en el mercado de
productos orgánicos, tanto para atraer
a más consumidores a diario como
para trabajar con un mayor número de
proveedores (Schleenbecker y Hamm,
2013). Además, las estimaciones de la
WTP proporcionan información útil
sobre cómo los consumidores valoran
las características orgánicas y otras
características importantes de los
productos.
Este estudio se centra en el consumo
de lechuga porque se considera un
producto de uso frecuente y existe una
alta demanda de las mismas (FAO,
2020; Shatilov et al., 2019). Además,
dados los cambios en los gustos de
los consumidores (Rahman et al.,
2021), existe un mercado potencial
signicativo para las lechugas
orgánicas, lo que brindaría nuevas
oportunidades de producción para los
productores de hortalizas (Jouzi et al.,
2017). El objetivo de esta investigación
es analizar las preferencias de los
consumidores y la DAP de la lechuga
orgánica chilena. Se identica el
atributo de mayor importancia para
los consumidores de lechuga orgánica
y se compara con la WTP de dichos
productos. Los métodos utilizados
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size (416 subjects) was determined
by convenience, considering the ease
of administration, low costs, and the
availability of demographic data.
Survey description
The survey was carried out during
September and October 2018, in
the most representative cities of the
Maule region, Chile, such as Talca,
Linares, and Curicó, with a total
population of over 400,000. The nal
survey was conducted in the form of
personal interviews in people’s homes.
The Cronbach’s alpha coefcient for
the survey was 0.812, which indicated
that it was reliable.
The survey consisted of applying
a questionnaire structured in four
sections, which included closed
ended, ranking, ordering, and Likert
questions. The rst section on
attributes and preferences included
a Likert scale of one to ve, with
statements related to the organic
and conventional production methods
of lettuce, the importance of price,
production method, and preferences
regarding variety and types.
The second section on contingent
valuation included a hypothetical
market which is proposed to the
respondents, where the organic
product offered, and its availability
are described. Respondents are asked
directly if they would be willing to
pay for a unit of organic lettuce and
a random price (bid) is offered among
the 10 possible estimated values.
According to people’s responses,
a second question is asked for a
price higher than the one proposed
or a lower one, to apply the double-
bounded dichotomous method. In the
fueron CA y CV. En el caso de CA, se
utilizaron enfoques de ordenamiento
(ranking) y calicación (rating).
Materiales y métodos
La investigación fue analítica con
un diseño ex-post-facto y transeccional,
ya que la información fue tomada sin
manipulación de variables y en un
solo momento en el tiempo. Los datos
fueron cuantitativos y la unidad de
análisis corresponde a individuos de
la Región del Maule, Chile. Dentro de
esta población, los grupos de interés
fueron mujeres y hombres mayores de
18 años pertenecientes a los grupos
de ingreso medio-bajo (C3), ingreso
medio-alto (C2) y ingreso alto (ABC1).
El método de selección de la muestra
fue no probabilístico y el tamaño de
la muestra (416 sujetos) se determinó
por conveniencia, considerando la
facilidad de administración, los bajos
costos y la disponibilidad de datos
demográcos.
Descripción de la encuesta
La encuesta fue llevada a cabo
durante los meses de septiembre
y octubre de 2018, en las ciudades
más representativas de la región del
Maule, Chile, como Talca, Linares y
Curicó, con una población total de más
de 400.000. La encuesta nal se realizó
en forma de entrevistas personales
en los hogares de las personas. El
coeciente alfa de Cronbach para la
encuesta fue 0,812, lo que indicó que
era conable.
La encuesta consistió en la
aplicación de un cuestionario
estructurado en cuatro secciones,
que incluía preguntas cerradas, de
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third section on conjoint analysis, 8
proles of lettuce are presented, which
are made up of combinations between
prices, varieties, and production
methods. The individuals were listed
from 1 to 8. Additionally, people were
asked to rate these proles from
grades 1 to 7. Finally, a four section
on sociodemographic aspects was
included.
Conjoint analysis (CA)
CA uses a decomposition method,
in which respondents react to a set of
attributes while considering the full
product. Each attribute is postulated
to be of some importance and provides
a stimulus in itself, which helps
explain an object’s attractiveness
or overall level of preference based
on these characteristics These
preferences are considered consistent
with Lancaster’s utility maximization
theory (Lusk and Hudson, 2004)
and can be represented by a global
additive utility function, specically,
in our case, with three different prices
in Chilean pesos ($526, $817 and $920
CLP), two lettuce varieties (Lactuca
sativa L. var. crispa L. and Lactuca
sativa L. var. longifolia (Lam.), and
two production systems (organic and
non-organic).
The lettuce varieties and
price levels were obtained from a
preliminary survey which considered
one hundred people. The model can be
expressed as:
clasicación, de ordenación y de tipo
Likert. La primera sección sobre
atributos y preferencias incluyó una
escala Likert de uno a cinco, con
declaraciones relacionadas con los
métodos de producción orgánicos
y convencionales de la lechuga, la
importancia del precio, el método
de producción y las preferencias en
cuanto a variedad y tipos.
La segunda sección sobre
valoración contingente incluyó un
mercado hipotético que se propone
a los encuestados, donde se describe
el producto orgánico ofrecido y
su disponibilidad. Se pregunta
directamente a los encuestados si
estarían dispuestos a pagar por una
unidad de lechuga orgánica y se ofrece
un precio aleatorio (oferta) entre los
10 posibles valores estimados.
Según las respuestas de las
personas, se hace una segunda
pregunta por un precio superior al
propuesto o inferior, para aplicar el
método dicotómico de doble acotación.
En la tercera sección de análisis
conjunto, se presentan 8 perles
de lechuga, los cuales se componen
de combinaciones entre precios,
variedades y métodos de producción.
Los individuos se enumeraron del
1 al 8. Además, se le solicitó a las
personas que calicaran estos perles
del 1 al 7. Finalmente, se incluyó
una cuarta sección sobre aspectos
sociodemográcos.
Análisis conjunto (CA)
CA utiliza un método de
descomposición, en el que los
encuestados reaccionan a un conjunto
de atributos mientras consideran el
producto completo. Se postula que
R
κ
(D) = β
0
+ ∑ β
1i
D
1i
+ ∑β
2j
D
2j
+ ∑β
3L
D
3L
3
i=1
2
j=1
3
l=1
Where R
k
represents the dependent
variable measured by each of the
options that were presented to the
study subjects. B represents the utility
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cada atributo tiene cierta importancia
y proporciona un estímulo en sí
mismo, que ayuda a explicar el
atractivo de un objeto o el nivel
general de preferencia basado en estas
características. Estas preferencias se
consideran consistentes con la teoría
de maximización de la utilidad de
Lancaster (Lusk y Hudson, 2004) y
puede estar representado por una
función de utilidad aditiva global,
especícamente, en nuestro caso,
con tres precios diferentes en pesos
chilenos ($ 526, $ 817 y $ 920 CLP),
dos variedades de lechuga (Lactuca
sativa L.var. crispa L. y Lactuca
sativa L. var. . longifolia (Lam.), y dos
sistemas de producción (orgánico y no
orgánico).
Las variedades de lechuga y los
niveles de precios se obtuvieron de una
encuesta preliminar que consideró
a cien personas. El modelo se puede
expresar como:
R
κ
(D) = β
0
+ ∑ β
1i
D
1i
+ ∑β
2j
D
2j
+ ∑β
3L
D
3L
3
i=1
2
j=1
3
l=1
Donde R
K
representa la variable
dependiente, medida por cada una
de las opciones que se presentaron a
los sujetos de estudio. B representa
la utilidad de cada atributo, donde
i, j, k son los atributos, que varían
según sus diferentes niveles,
mientras B
1i
, B
2j
, B
3l
que son
los coecientes asociados a cada
atributo y miden su utilidad parcial.
(Ferreira et al., 2009).
El análisis conjunto utiliza métodos
de ordenamiento y calicación. La
pregunta de valoración pide comparar
diferentes elementos utilizando una
escala común, mientras que una
pregunta de ordenamiento solicita
of each attribute, where, i, j, k are the
attributes, which vary according to
their different levels, while
B
1i
, B
2j
,
B
3l
are the coefcients associated
with each attribute and measure their
partial utility (Ferreira et al., 2009).
Conjoint analysis uses ranking and
rating methods. The rating question
asks to compare different items using
a common scale whereas a ranking
question asks to compare different
items directly to each other (Ghimire
et al., 2016). The value of the marginal
WTP for the organic attribute was
obtained from:
coefcient parcial utility organic product
price´s β WTP
WTP=
Eight product proles were
obtained through an orthogonal
design, generated with the IBM SPPSS
Statistics 23 program, thus limiting
the number of possible combinations
and generating greater efciency in
respondents’ responses (Table 1).
Contingent valuation (CV)
CV is a hypothetical method that
simulates a market throughout a
survey, allowing a researcher to obtain
the economic value of goods or services
that are not necessarily present in
the real market. There are different
means to determine the willingness to
pay (WTP), in this study we used the
double-bounded dichotomous choice
model. To obtain the payment vector
used in the CV method, a preliminary
survey of a hundred consumers was
conducted to determine the WTP for
organic lettuce using an iterative
technique to nd the minimum mean
squared error of the bid design.
The CV model is based on the
difference of an indirect utility
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function, i.e., a random variable with
some probability distribution used for
the parameters. The linear expression
for the difference in the indirect
utility
function model is ∆vi=α+βA
i
+η,
where
A
i
is the payment vector to which
individuals respond if they are willing
Tabla 1. Orthogonal design for lettuce profiles.
Cuadro 1. Diseño ortogonal para perfiles de lechuga.
Profile System of Production Lettuce Variety Lettuce Price ($)
1
1 Conventional Lactuca sativa L. var. longifolia (Lam.) 920
2 Conventional Lactuca sativa L. var. crispa L. 817
3 Organic Lactuca sativa L. var. longifolia (Lam.) 817
4 Organic Lactuca sativa L. var. longifolia (Lam.) 920
5 Organic Lactuca sativa L. var. crispa L. 920
6 Conventional Lactuca sativa L. var. crispa L. 920
7 Organic Lactuca sativa L. var. crispa L. 526
8 Conventional Lactuca sativa L. var. longifolia (Lam.) 526
1
CLP = Chilean pesos.
1
CLP = Pesos chilenos.
to pay for ahead of organic lettuce and
is the error estimate that is η assumed
to have a logistic distribution.
To measure the maximum WTP
for the product, a hypothetical
market was created, where the
value that an individual assigns
to the extracted lettuce is related
to its organic nature. The average
WTP for an indirect utility function
corresponds to:
E(WTP)=-α/β
To apply the above, the rst step
was to obtain payment vectors in
which the product and its benets
were described, then the product
quantity, payment method, and
product provision, among other
aspects, were considered, all of
comparar diferentes elementos
directamente entre sí (Ghimire et al.,
2016). El valor de la WTP marginal
para el atributo orgánico se obtuvo
de:
Se obtuvieron ocho perles
de producto mediante un diseño
ortogonal, generado con el programa
IBM SPPSS Statistics 23, limitando
así el número de combinaciones
posibles y generando mayor eciencia
en las respuestas de los encuestados
(Cuadro 1).
Evaluación contingente (CV)
La CV es un método hipotético que
simula un mercado por medio de una
encuesta, permitiendo al investigador
obtener el valor económico de bienes
o servicios que no necesariamente
están presentes en el mercado real.
Existen diferentes medios para
determinar la disposicion a pagar
(WTP), en este estudio utilizamos el
modelo de elección dicotómica de doble
coeciente de utilidad parcial producto orgánico
precio β WTP
WTP=
1097
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Table 2. Optimal bid vector of WTP for organic lettuce, sample size and
bid frequency.
Cuadro 2. Vector de oferta óptimo de WTP para lechuga orgánica, tamaño
de muestra y frecuencia de oferta.
Initial bid
1
Upper bid
1
Lower bid
1
Sample distribution Response for each bid (%)
n=416 Yes-Yes Yes-No No-Yes No-No
422 497 211 30 83 13 3 0
572 625 497 50 82 10 2 6
678 723 625 42 57 31 2 10
767 808 723 45 60 18 0 22
849 889 808 43 74 5 21 0
929 970 889 45 51 11 4 33
1011 1056 970 43 51 5 23 21
1100 1153 1056 49 39 8 4 49
1206 1281 1153 46 43 2 0 54
1356 1500 1281 23 13 13 0 74
1
CLP = Chilean peso. Exchange rate: 1 USD = 653 CLP, June 30, 2018.
1
CLP = Pesos chilenos. Tasa de cambio: 1 USD = 653 CLP, Junio 30, 2018.
which attempt to simulate a real
market (Table 2).
límite. Para obtener el vector de pago
utilizado en el método CV, se realizó
Results and discussion
Sample descriptive analysis
Regarding the descriptive analysis
of the sample, 416 surveys were
classied by socioeconomic level.
Sociodemographic denitions are listed
in Table 3. Of the total number of
respondents, 58.9 % were women, and of
these, 65.9 % were between 26-60 years
old, belonged to the medium-low and
medium-high income strata, and 88 % of
them had high school or undergraduate
education (Table 3).
Additionally, 98.6% of the
respondents had a good or very good
knowledge of organic products in general
and there was a favorable behavior
una encuesta preliminar a un centenar
de consumidores para determinar la
WTP de lechuga orgánica mediante
una técnica iterativa para encontrar
el error cuadrático medio mínimo del
diseño de oferta.
El modelo de CV se basa en la
diferencia de una función de utilidad
indirecta, es decir, una variable
aleatoria con alguna distribución
de probabilidad utilizada para los
parámetros. La expresión lineal para
la diferencia en el modelo de función
de utilidad indirecta es ∆vi=α+βA
i
+η
,
donde A
i
es el vector de pago al que
responden los individuos si están
dispuestos a pagar antes que la
lechuga orgánica y η es la estimación
precio β WTP
1098
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Table 3. Sample description.
Cuadro 3. Descripción de la muestra.
Item Percent
Gender
Female 58.9
Male 41.1
Age
18–25 21.4
26–35 20.9
36–45 16.6
46–60 28.4
60+ 12.7
Sociodemographic
1
High Income 12.5
Medium-High Income 35.6
Medium-Low Income 50.5
High School
Undergraduate
Graduate
47.1 8.4
40.9
3.6
1
Approximation to Chilean income stratication.
1
Aproximación a la estraticación por ingresos de Chile
towards them, as 90.1 % stated that they
have consumed this type of product at
least once, leaving only 9.9 % who never
have done so. No signicant differences
were found regarding the gender. The
main reason for consumption, 53.07 % of
the sample said that they consume these
products to nd better quality in them,
15.2 % said they do so because they like
the taste or smell of these products, and
14.4 % due to the belief that organic
foods have a higher nutritional content
than conventional products, among
other reasons.
del error que se supone que tiene una
distribución logística.
Para medir la WTP máxima del
producto, se creó un mercado hipotético,
donde el valor que un individuo asigna
a la lechuga extraída está relacionado
con su naturaleza orgánica. La DAP
media para una función de utilidad
indirecta corresponde a:
E(WTP)=-α/β.
Para aplicar lo anterior, el primer
paso fue obtener vectores de pago en
los que se describiera el producto y
sus benecios, luego se consideró la
Conjoint analysis results
The results show that, concerning the
lettuce production system, the organic
method obtained the highest utility score.
The consumption of organic products
showed a positive value reecting
consumers’ favorable attitude towards
cantidad del producto, la forma de pago
y la provisión del producto, entre otros
aspectos, todo lo cual intenta simular
un mercado real (Cuadro 2).
Cuadro 2. Vector de oferta óptimo
de WTP para lechuga orgánica, tamaño
de muestra y frecuencia de oferta.
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Table 4. CA estimations of utility for ranking and rating (score) method.
Tabla 4. Estimaciones por CA de la utilidad para el método de
ordenamiento y calificación (puntuación).
Ranking Model Utility
Estimation
Rating Model Utility
Estimation
Productionsystem
Conventional
–0.964
(0.148)
–0.508
(0.063)
Organic
0.964
(0.148)
0.508
(0.063)
Variety
Lactuca sativa
L.
var. crispa L.
–0.155
(0.148)
–0.059
(0.063)
Lactuca sativa
L.
var. longifolia (Lam.)
0.155
(0.148)
0.059
(0.063)
Price
CLP 526/USD 0.81
–2.826
(0.482)
–1.235
(0.205)
CLP 817/USD 1.25
–4.390
(0.749)
–1.919
(0.318)
CLP 920/USD 1.41
–4.944
(0.843)
–2.161
(0.359)
(Constant)
8.764
(0.744)
6.978
Pearson’s R
0.975
-0,005373
0.973
–0.002349
Price β
MWTP
$179.42
1
($0.28
2
)
$216.26
1
($0.33
2
)
In parentheses: standard error;
1
CLP= Chilean peso.
2
USD= USA dolar.
Entre paréntesis: error estándar;
1
CLP= Peso chileno.
2
USD= Dólar estadounidense
them (Table 4). Otherwise, the variety
characteristic follows, Lactuca sativa
L.
var. longifolia (Lam) and Lactuca
sativa
L. var. crispa L. The partial
utility provided by the lettuce variety
variable was lower than that used in the
production system. Finally, the price had
a negative linear relationship to utility,
which is consistent with the theory, as
consumers prefer lower prices on the
selected products. The price CLP 526
(USD 0.81) delivered the highest partial
utility in both cases. Both statistics
showed a high correlation between the
observed data and the proposed model.
Resultados y discusión
Análisis descriptivo de la
muestra
En cuanto al análisis descriptivo
de la muestra, se clasicaron 416
encuestas por nivel socioeconómico.
Las deniciones sociodemográcas se
enumeran en la Cuadro 3. Del total de
encuestados, el 58,9 % eran mujeres,
y de estas, el 65,9 % tenían entre 26 y
60 años, pertenecían a los estratos de
ingresos medio-bajo y medio-alto, y el
88% de ellos tenían estudios secundarios
o universitarios (Cuadro 3).
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When evaluating the relative impor-
tance of the attributes, importance
score averages were obtained. Here,
the price was relatively dominant, fo-
llowed by the production method, and
nally the variety. To estimate the
marginal willingness to pay (MWTP),
a linear relationship was estimated
between the three prices and the es-
timated coefcients for each of them.
The slope of this estimate allowed us
to nd a single price coefcient for each
case, ranking, and rating (-0.0053 and
-0.0023), which was used to estimate
the MWTP (0.964/0.005373=179.42
and 0.508/0.002349=216.26).
Therefore, the WTP determined by
the ranking method, that is, the
premium paid above to obtain an
organic lettuce was CLP 179.46 (USD
0.28). This represented 26.73 % of the
average market price of conventional
lettuce. In terms of rating (score),
the marginal WTP for such organic
products was CLP 216.26 (USD 0.33),
which represented 32.21% of the
average market price.
Contingent valuation results
The results of the double-bo
unded
dichotomous choice model are presented
in Table 5. The WTP obtained by the
CV method reached CLP 1,027 per
head of organic lettuce. The condence
intervals were generated with 99 %
condence and the expected WTP fell
between CLP 967 (USD 1.48) and CLP
1,094 (USD 1.68). The price coefcient
was negative, which is consistent with
the theory, showing that consumers’
WTP decreases as item price increases
(Cerda et al., 2010). Both coefcients
were signicant at the 99 % condence
level.
Adicionalmente, el 98,6% de los
encuestados tenía un conocimiento
bueno o muy bueno de los productos
orgánicos en general y hubo un
comportamiento favorable hacia
ellos, ya que el 90,1% armó haber
consumido este tipo de producto al
menos una vez, quedando solo el
9,9% que nunca lo han hecho. No se
encontraron diferencias signicativas
en cuanto al género. El principal motivo
de consumo, el 53,07% de la muestra
dijo que consume estos productos para
encontrar mejor calidad en ellos, el
15,2% dijo que lo hace porque les gusta
el sabor u olor de estos productos,
y el 14,4% por la creencia de que
lo orgánico los alimentos tienen un
mayor contenido nutricional que los
productos convencionales, entre otras
razones.
Resultados del análisis
conjunto (CA)
Los resultados muestran que, en
cuanto al sistema de producción de
lechuga, el método orgánico obtuvo
el puntaje de utilidad más alto. El
consumo de productos orgánicos
mostró un valor positivo reejando la
actitud favorable de los consumidores
hacia ellos (Cuadro 4). En caso
contrario, sigue la característica
de la variedad, Lactuca sativa L.
var. longifolia (Lam) y Lactuca
sativa L. var. crispa L. La utilidad
parcial proporcionada por la variable
variedad de lechuga fue menor que la
utilizada en el sistema de producción.
Finalmente, el precio tuvo una relación
lineal negativa con la utilidad, lo cual
es consistente con la teoría, ya que los
consumidores preeren precios más
bajos en los productos seleccionados.
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Table 5. CV model results.
Tabla 5. Resultados del modelo de CV.
Variable Traditional Model Expanded Model
Constant
4,7015
(0.4294)
3.65692
1
(0.5688)
Bid
–0.00457
1
(0.0004)
–0.00460
1
(0.0004)
Income –
0.42206
1
(0.1582)
Log-likelihood –431 –428
99 % Condence
interval
967.2 to 1,094.4
1
972.8 to 1,103.9
1
Standard error in parenthesis. 1CLP =Chilean pesos
Coefcients are signicant at p < 0.05.
1
p-value is <0.00001.
Error estándar entre paréntesis.
1
CLP = Pesos chilenos
Los coecientes son signicativos a p < 0,05.
1
valor de p es < 0,00001.
This study shows that there is a
positive WTP for organic products.
The premium price is equal to CLP
355 (USD 0.54), that is, 52.83%
higher than the market price for
conventionally grown lettuce heads.
This could indicate that people care
about sustainable development, the
environment, and health care, all
factors that are considered when
buying organic lettuce when it is
visible and available in the market.
As mentioned above, there is
almost no research on WTP for organic
lettuce. The closest research is a study
for consumers in México (Hernandez-
Ortiz et al., 2019), where the authors
estimated the WTP for various organic
products, including lettuce, for which
a value of 7.5 MXN, equivalent to
0.30 USD, was found, similar to that
found in our study. Omotesho et al.
(2016) examined the WTP for lettuce
in supermarkets and specialty stores
El precio CLP 526 (USD 0,81) entregó
la utilidad parcial más alta en ambos
casos. Ambas estadísticas mostraron
una alta correlación entre los datos
observados y el modelo propuesto.
Al evaluar la importancia relativa de
los atributos, se obtuvieron promedios
de puntuación de importancia. Aquí, el
precio fue relativamente dominante,
seguido por el método de producción y
nalmente la variedad. Para estimar
la disposición marginal a pagar
(MWTP), se estimó una relación lineal
entre los tres precios y los coecientes
estimados para cada uno de ellos.
La pendiente de esta estimación
nos permitió encontrar un coeciente
de precio único para cada caso,
ordenamiento y calicación (-0,0053
y -0,0023), que se utilizó para estimar
el MWTP (0,964 / 0,005373 = 179,42 y
0,508 / 0,002349 = 216,26). Por lo tanto,
la WTP determinada por el método
de ordenamiento, es decir, la prima
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in Nigeria, but the value was lower
than the regular market price of non-
organic lettuce.
Our WTP results exceeded those
found for other products, especially
fruits. Cerda et al., (2012) and Cerda
et al., (2015) reported that consumers
were willing to pay a premium of 30
% for organic apples and 26.67% for
organic pears. However, our results
are similar to those obtained by Cerda
et al., (2011) where the WTP reached
51.63% above the price of conventional
table grapes.
Using the CV approach, an average
WTP was found that exceeded 53.12 %
of the average market price. To obtain
expanded results, the income variable
was incorporated in the model, which
showed that the income coefcient has
a direct linear relationship with the
dependent variable. In other words,
if income increases, individuals are
more willing to buy the good (income
elasticity of the demand is positive).
Comparison between models
The amount to be paid obtained
by the models used in this study
was estimated as a percentage of the
price premiums based on the current
average market price of lettuce,
which was estimated by looking at
prices paid in farmer’s markets and
supermarkets, places where Chileans
frequently buy food. The premium
WTP, for the traditional and expanded
CV models, were 52,83% and 53,57%,
respectively. In the case of CA, the
premium WTP for ranking and rating
models were 21,9 % and 26,4 %,
respectively.
As mentioned in the literature,
the premium WTP tends to be greater
pagada por encima para obtener una
lechuga orgánica fue de CLP 179,46
(USD 0,28). Esto representó el 26,73
% del precio medio de mercado de la
lechuga convencional. En términos de
valoración (puntaje), la WTP marginal
de dichos productos orgánicos fue
de CLP 216,26 (USD 0,33), lo que
representó el 32,21% del precio medio
de mercado.
Resultados de la valoración
contingente (CV).
Los resultados del modelo de
elección dicotómica de doble acotación
se presentan en la Cuadro 5. La WTP
obtenida por el método CV alcanzó
CLP 1.027 por cabeza de lechuga
orgánica. Los intervalos de conanza
se generaron con 99 % de conanza
y la WTP esperada cayó entre CLP
967 (USD 1,48) y CLP 1.094 (USD
1,68). El coeciente de precio fue
negativo, lo que es consistente con
la teoría, que muestra que la WTP
de los consumidores disminuye a
medida que aumenta el precio del
artículo (Cerda et al., 2010). Ambos
coecientes fueron signicativos al
nivel de conanza del 99 %.
Este estudio muestra que existe
una WTP positiva para los productos
orgánicos. El precio de la prima es
igual a CLP 355 (USD 0,54), es decir,
un 52,83 % más alto que el precio de
mercado de las cabezas de lechuga
cultivadas de forma convencional.
Esto podría indicar que las personas
se preocupan por el desarrollo
sostenible, el medio ambiente y el
cuidado de la salud, todos factores
que se consideran al comprar lechuga
orgánica cuando está visible y
disponible en el mercado.
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with the CV method than with the CA
approach, which is consistent with
our results, because the percentage
difference between CV and CA is
considerably high. However, our
results of ranking and rating estimates
provided very similar values in the CA
approach, which is consistent with the
results mentioned by Hino and Imai
(2018).
The differences between a CV and
CA can be mainly due to four reasons:
rst, due to the considerations made
by the individuals when they answered
the survey, regarding the existence or
not of substitute products, which may
be more explicit in the CA approach.
Second, the psychological aspects
involved in the process of choosing
goods or services; for the CA approach,
individuals chose alternative products
with different attributes (including
price), whereas in CV they assigned a
monetary value.
The third reason is the possibility
of ambivalence responses, as can
happen with CA. Finally, the
uncertainty faced by the individuals,
is associated with each of the choices
they made (Stevensa et al., 2000). It
worth pointed out that the results of
both methods indicate that consumers
value the production of organic
lettuce. This is an argument in favor
of the cultivation of organic products
and the respective certication as a
signal to consumers.
Conclusions
The utilities estimated through the
CA method for each attribute indicates
that the variety Lactuca sativa
L.
Como se mencionó anteriormente,
casi no hay investigaciones sobre
la WTP para la lechuga orgánica.
La investigación más cercana es un
estudio para consumidores en México
(Hernandez-Ortiz et al., 2019), donde
los autores estimaron la DAP de
varios productos orgánicos, incluida
la lechuga, para lo cual se encontró
un valor de 7,5 MXN, equivalente
a 0,30 USD, similar al encontrado
en nuestro estudio. Omotesho et
al., (2016) examinaron la DAP de
la lechuga en los supermercados y
tiendas especializadas en Nigeria,
pero el valor era más bajo que el precio
normal de mercado de la lechuga no
orgánica.
Nuestros resultados de WTP
superaron los encontrados para
otros productos, especialmente
frutas. Cerda et al., (2012) y Cerda
et al., (2015) informaron que los
consumidores estaban dispuestos
a pagar una prima del 30 % por las
manzanas orgánicas y del 26,67
% por las peras orgánicas. Sin
embargo, nuestros resultados son
similares a los obtenidos por Cerda
et al., (2011) donde la DAP alcanzó
un 51,63 % por encima del precio
de la uva de mesa convencional.
Utilizando el enfoque de CV,
se encontró una WTP media
que excedía el 53,12% del precio
medio de mercado. Para obtener
resultados expandidos, se incorporó
al modelo la variable ingreso, que
mostró que el coeciente de ingreso
tiene una relación lineal directa
con la variable dependiente.
En otras palabras, si el ingreso
aumenta, los individuos están más
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End of English Version
var. crispa., produced organically
and at the lowest observed price, is
the most preferred by consumers.
Additionally, it is important to
mention that consumers have a WTP
for organic lettuces, even paying a 50
% premium on top of what they would
pay for conventional lettuce.
Organic products are most
appreciated by a specic group of
consumers, mainly those with higher
incomes that have a greater probability
to pay a premium price for organic
lettuces. Therefore, organic lettuce
producers and marketers should focus
their promotion strategies mainly
on high socioeconomic segments and
sales in higher income countries.
Additionally, no signicant differences
were found regarding the gender, this
means that lettuce producers would
not need a gender-differentiated
promotion strategy.
Finally, the main reasons to
consume this type of product are,
rstly, its higher quality, followed
by its particular taste or smell, and
nally, it has better nutritional
contents. Therefore, lettuce growers
can use the estimated premium price
as a reference when making decisions
about production and pricing.
dispuestos a comprar el bien (la
elasticidad ingreso de la demanda
es positiva).
Comparación entre modelos
El monto a pagar obtenido por los
modelos utilizados en este estudio
se estimó como un porcentaje de los
sobreprecios con base en el precio
promedio de mercado actual de la
lechuga, el cual se estimó observando
los precios pagados en los mercados de
agricultores y supermercados, lugares
donde los chilenos con frecuencia
compran comida. La WTP premium,
para los modelos CV tradicional y
expandido, fue de 52,83% y 53,57%,
respectivamente. En el caso de CA,
la WTP premium para los modelos
de ordenamiento y calicación fue de
21,9% y 26,4%, respectivamente.
Como se menciona en la literatura,
la WTP premium tiende a ser
mayor con el método CV que con el
enfoque CA, lo cual es consistente
con nuestros resultados, porque la
diferencia porcentual entre CV y
CA es considerablemente alta. Sin
embargo, nuestros resultados de
las estimaciones de ordenamiento y
calicación proporcionaron valores
muy similares en el enfoque de CA, lo
cual es consistente con los resultados
mencionados por Hino e Imai (2018).
Las diferencias entre CV y AC
pueden deberse principalmente
a cuatro motivos: primero, a las
consideraciones que hicieron los
individuos al contestar la encuesta,
sobre la existencia o no de productos
sustitutos, que pueden ser más
explícitos en el enfoque de AC. En
segundo lugar, los aspectos psicológicos
involucrados en el proceso de elección
de bienes o servicios; para el enfoque
CA, los individuos eligieron productos
alternativos con diferentes atributos
(incluido el precio), mientras que en
CV asignaron un valor monetario.
La tercera razón es la posibilidad de
respuestas de ambivalencia, tal como
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puede suceder con la AC. Finalmente,
la incertidumbre que enfrentan los
individuos, está asociada a cada una de
las elecciones que hicieron (Stevensa
et al., 2000). Cabe señalar que los
resultados de ambos métodos indican
que los consumidores valoran la
producción de lechuga orgánica. Este
es un argumento a favor del cultivo de
productos orgánicos y a la respectiva
certicación como indicación para los
consumidores.
Conclusiones
Las utilidades estimadas mediante
el método CA para cada atributo
indican que la variedad Lactuca
sativa L. var. crispa, producida
orgánicamente y al precio más bajo
observado, es la más preferida por los
consumidores. Además, es importante
mencionar que los consumidores
tienen una WTP para lechugas
orgánicas, incluso pagando un 50 %
más de lo que pagarían por la lechuga
convencional.
Los productos orgánicos son más
apreciados por un grupo especíco
de consumidores, principalmente
aquellos con mayores ingresos que
tienen una mayor probabilidad de
pagar un precio superior por las
lechugas orgánicas. Por lo tanto,
los productores y comercializadores
de lechuga orgánica deben enfocar
sus estrategias de promoción
principalmente en los segmentos
socioeconómicos altos y las ventas
en los países de ingresos más altos.
Adicionalmente, no se encontraron
diferencias signicativas en cuanto
al género, esto signica que los
productores de lechuga no necesitarían
una estrategia de promoción
diferenciada por género.
Finalmente, las principales
razones para consumer este tipo de
productos son, en primer lugar, su
mayor calidad, seguido de su sabor u
olor particular, y por ultimo, su mejor
contenido nutricional. Por lo tanto, los
productores de lechuga pueden usar
el precio de la prima estimada como
referencia al tomar decisiones sobre
producción y precios.
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DOI: https://doi.org/10.47280/RevFacAgron(LUZ).v38.n4.20 ISSN 2477-9407
Esta publicación científica en formato digital es continuación de la Revista Impresa: Depósito legal pp 196802ZU42, ISSN 0378-7818.
Received: 26-05-2021 . Accepted: 10-07-2021.
*Corresponding autor. Email: orozcosergio@ugto.mx
The price elasticity of the demand and revenue
increase for some Mexican planting seeds
La elasticidad precio de la demanda e ingresos para
algunas semillas mexicanas
A elasticidade-preço da demanda e receita para algumas
sementes de plantio no México
Sergio Orozco Cirilo
1*
, Juan Manuel Vargas Canales
1
, Sergio
Ernesto Medina Cuéllar
2
and Nicasio García Melchor
1
1
Universidad de Guanajuato. México. Campus Celaya Salvatierra. División de
Ciencias Sociales y Administrativas. Departamento de Estudios Sociales. Email: (SO)
orozcosergio@ugto.mx, ; (JV) jm.vargas@ugto.mx, ; (NG) nicasio@ugto.mx, .
2
Univer-
sidad de Guanajuato. Campus Irapuato-Salamanca, Departamento de Arte y Empresa.
Email: se.medina@ugto.mx, .
Abstract
The study of the price elasticity of demand (PED) has been and is a current
research topic, as it greatly helps the managers of companies to make decisions
about the price of their products and the expected repercussions in changing
them. The objective of this study was to estimate PED and its impacts on the
variation of income (VI) of six planting seed crops from Mexico, such as yellow
corn, other corn (except yellow and sweet corn), sorghum, chickpea, pumpkin and
cucumber. The data were gathering from the Foreign Agriculture Service (FAS)
(1998-2018 period) through the tables provided and published on the Internet
(secondary data). In this study, the arc method was applied to calculate PED and
VI = ((Pf * Qf * 100) / (Pi * Qi)) - 100. Five of six the planting seed products have
a relatively elastic demand price in most of the years, on the contrary the revenue
increase had positive and negative values, without a dened trend. Sorghum
planting seed has in some cases elastic demand and in other inelastic demand.
It is concluded that there are no clear effects of the PED on the sales revenue of
the aforementioned products; an aspect that contradicts the theory of PED and
its impact on income.
Key words: Crop seeds, agricultural prices, export products.
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Resumen
El estudio de la elasticidad precio de la demanda ha sido y es un tema de
investigación actual, pues ayuda enormemente a los gestores de las empresas a
tomar decisiones sobre el precio de sus productos y las repercusiones esperadas
en el cambio de éstas. El objetivo de este estudio fue estimar la EPD y sus
impactos en la variación del ingreso (VI) de seis semillas para la siembra de
México, como maíz amarillo, otro maíz (excepto maíz amarillo y dulce), sorgo,
garbanzos, calabaza y pepino. Los datos se recopilaron del Servicio de Agricultura
Extranjera (FAS) (período 1998-2018) a través de las tablas proporcionadas y
publicadas en Internet (datos secundarios). En este estudio, el método de arco
se aplicó para calcular EPD y VI = ((Pf * Qf * 100) / (Pi * Qi)) - 100. Cinco de seis
semillas para la siembra tienen un precio de demanda relativamente elástico en
la mayoría de los años, por el contrario, el aumento de los ingresos tuvo valores
positivos y negativos, sin una tendencia denida. El Sorgo tuvo en algunos casos
una demanda elástica y en otros una demanda inelástica. Se concluye que no
hay efectos claros de la EPD en los ingresos por ventas de los productos antes
mencionados; aspecto que contradice la teoría EPD y su impacto en el ingreso.
Palabras clave: Semillas de siembra, precios agrícolas, productos de exportación.
Resumo
O estudo da elasticidade-preço da demanda tem sido e é um tema atual de
pesquisa, pois ajuda muito os gestores das empresas na tomada de decisões sobre
o preço de seus produtos e as repercussões esperadas em sua mudança. O objetivo
deste estudo foi estimar a EPD e seus impactos na variação do rendimento (VI)
de seis sementes para plantio no México, como milho amarelo, outro milho (exceto
milho amarelo e doce), sorgo, grão de bico, abóbora e pepino. Os dados foram
coletados junto ao Foreign Agriculture Service (FAS) (período 1998-2018) por
meio de tabelas disponibilizadas e publicadas na Internet (dados secundários).
Neste estudo, o método do arco foi aplicado para calcular EPD e VI = ((Pf * Qf
* 100) / (Pi * Qi)) - 100. Cinco das seis sementes para plantio têm um preço de
demanda relativamente elástico na maioria dos anos ao contrário, o aumento da
renda teve valores positivos e negativos, sem tendência denida. O sorgo teve
em alguns casos uma demanda elástica e em outros uma demanda inelástica.
Conclui-se que não há efeitos claros da EPD nas receitas de vendas dos referidos
produtos; aspecto que contradiz a teoria do EPD e seu impacto na receita.
Palavras-chave: Sementes, preços agrícolas, produtos de exportação.
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Orozco et al. ISSN 2477-9407
Introduction
The commercial relationship
between Mexico and the United States
of America (USA) has improved more
and more over time (Licona and
Correa, 2020). Mexican exports of
products to the United States totaled
US$ 32.095 million in May, a year-on-
year increase of 9 % (De la Fuente,
2014). Seed exports worldwide have
experienced continuous growth over
the past few years, reaching US$
10,543 million in 2012, where the
USA is the main importer of seeds
with 14% of the total (De la Fuente,
2014). According to ISF (2018a and
2018b) for 2017, Mexico exported 740
t of vegetable crop seeds for a value
of 17 million US$ and imported 1852
t for a value of 323 million US$. The
Asociación Mexicana de Semilleros,
AC (AMSAC) indicates that in Mexico
more than 300 varieties of seeds are
offered for the main crops in 2012.
Corn, sorghum, rice, chili, tomato
and tomatillo seeds are produced
(CEDRSSA, 2015).
The national seed industry,
especially corn and sorghum, is the
one that currently mostly satises the
national market (CEDRSSA, 2015),
opening the possibility to export seeds
of these crops (Gobierno del estado de
Jalisco, 2015). It is important to note
that the production of seeds in Mexico
is in the hands of private sector,
both national and international,
that participates with 94 % of the
market. Among the strengths of the
seed sector are the genetic diversity
of the country, the center of origin of
various species and the existence of
Introducción
La relación comercial entre México
y los Estados Unidos de América (EE.
UU.) ha mejorado cada vez más con el
tiempo (Licona y Correa, 2020). Las
exportaciones mexicanas de productos
a Estados Unidos totalizaron US$
32,095 millones en mayo con un
aumento interanual del 9 % (De la
Fuente, 2014). Las exportaciones
de semillas en todo el mundo han
experimentado un crecimiento
continuo en los últimos años,
alcanzando los US$ 10.543 millones
en 2012, donde EEUU es el principal
importador de semillas con el 14% del
total (De la Fuente, 2014). Según ISF
(2018a y 2018b) para 2017, México
exportó 740 t de semillas para cultivos
vegetales por un valor de 17 millones
de US$ e importó 1852 t por un valor
de 323 millones de US$. La Asociación
Mexicana de Semilleros, AC (AMSAC)
indica que para 2012, en México se
ofrecieron más de 300 variedades de
semillas para los principales cultivos.
Se producen semillas de maíz, sorgo,
arroz, chile, tomate y tomatillo
(CEDRSSA, 2015).
La industria nacional de semillas,
especialmente maíz y sorgo, es la que
actualmente satisface mayormente al
mercado nacional (CEDRSSA, 2015),
abriendo la posibilidad de exportar
semillas de estos cultivos (Gobierno
del estado de Jalisco, 2015). Es
importante destacar que la producción
de semillas en México está en manos
del sector privado, tanto nacional
como internacional, que participa
con el 94 % del mercado. Entre las
fortalezas del sector productivo de
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institutions that are part of the seed
market (Mastretta-Yanes et al., 2019).
In the case of corn, it is proposed to
promote the participation of small
corn seed producing companies at
local and regional levels (Luna et al.,
2012).
The price elasticity of the demand is
a measure to quantify the percentage
variation in the demanded quantity,
with respect to the percentage
changes in prices along the demand
curve (Samuelson and Nordhaus,
2005; Krugman and Wells, 2006). The
study of the price elasticity of demand
has been and is a current research
topic, as it greatly helps the managers
of companies to make decisions about
the price of their products and the
expected repercussions in changing
them (Hernández and García, 2014).
More specically, price elasticity
in the seed-planting sector varies
signicantly depending on multiple
factors: land ownership, period of
time, seed policies, seed producer
prole, etc. (Mora et al., 2014).
The main advantage offered by
the calculation of the price elasticity
of demand (PED) is that it allows
the seed companies to anticipate
the behavior of the market in the
face of a variation of factors such as
the price of goods and services. An
increase in the price of a good can
increase the price of other goods, it
is convenient for seed companies to
calculate as accurately as possible
how this situation will affect their
sales and in this way be able to carry
out the necessary adjustments so
that this impacts the minimum to the
company.
semillas, se encuentran la diversidad
genética del país, el centro de origen
de diversas especies y la existencia
de instituciones que forman parte del
mercado de semillas (Mastretta-Yanes
et al., 2019). En el caso del maíz, se
propone promover la participación
de pequeñas empresas productoras
de semillas de maíz a nivel local y
regional (Luna et al., 2012).
La elasticidad precio de la demanda
es una medida para cuanticar la
variación porcentual en la cantidad
demandada, con respecto a los cambios
porcentuales en los precios a lo largo
de la curva de demanda (Samuelson
y Nordhaus, 2005; Krugman y Wells,
2006). El estudio de la elasticidad
precio de la demanda ha sido y es un
tema de investigación actual, ya que
ayuda enormemente a los directivos
de las empresas a tomar decisiones
sobre el precio de sus productos y las
repercusiones esperadas en su cambio
(Hernández y García, 2014). Más
especícamente, la elasticidad de los
precios en el sector de semillas para
la siembra varía signicativamente
dependiendo de múltiples factores:
propiedad de la tierra, período de
tiempo, políticas de semillas, perl
del productor de semillas, entre otros
(Mora et al., 2014).
La principal ventaja que ofrece
el cálculo de la elasticidad precio
de la demanda (PED) es que
permite a las empresas de semillas
anticiparse al comportamiento del
mercado frente a una variación de
factores como el precio de los bienes
y servicios. Un aumento en el precio
de un bien puede aumentar el precio
de otros bienes, es conveniente que
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If the elasticity is less than 1.0, it
is inelastic, while demand is elastic
when it is greater than -1.0 (Herrera,
2013; Suárez, 2017). Referentially,
in Herrera´s approach the price
point elasticity is determined by
a differential calculation, which
yields also negative values. This
is due to the inverse relationship
between price and demand. In the
case when the PED tends to minus
innity, it is perfectly elastic;
however, the original focus widely
used in the scope of PED is that of
Samuelson and Norhdaus (2005),
and Krugman and Wells (2006).
In both approaches, they use the
absolute values, excluding negative
values. This is the methodology
used in this work.
The main purpose of this research
is to validate the evolutionary
impact price elasticity of demand
on the net income of various seed
of Mexican crops seeds, during the
period 1998-2018. For this, the
price elasticity of the demand and
net income of corn (Zea mays L.),
sorghum (Sorghum bicolor (L.)
Moench), chickpea (Cicer arietinum
L.), pumpkin (Cucurbita maxima
L.) and cucumber seeds (Cucumis
sativus L.) were estimated in the
period under consideration.
Materials and methods
This research is a correlational-
evolutive type investigation, since
we have obtained the relations and
correlations between prices and
incomes for each PED detected in a
period of 20 years.
las empresas de semillas calculen
con la mayor precisión posible cómo
esta situación afectará sus ventas
y de esta manera poder realizar
los ajustes necesarios para que
esto impacte minimamente a la
empresa.
Si la elasticidad es menor que
1,0, esta es inelástica, mientras
que la demanda es elástica cuando
es mayor que -1,0 (Herrera, 2013;
Suárez, 2017). Referencialmente,
en el enfoque de Herrera (2013)
la elasticidad de cada punto de
precio está determinada por un
cálculo diferencial, que también
produce valores negativos. Esto
se debe a la relación inversa entre
precio y demanda. En el caso
de que el EPD tienda a menos
innito, es perfectamente elástico;
sin embargo, el enfoque original
ampliamente utilizado en el alcance
de la EPD, es el de Samuelson y
Norhdaus (2005), y Krugman y
Wells (2006). En ambos enfoques,
se utilizan los valores absolutos,
excluyendo los valores negativos.
Esta es la metodología utilizada en
este trabajo.
El objetivo principal de esta
investigación es validar el impacto
evolutivo de la elasticidad precio de
la demanda sobre el ingreso neto
de diversas semillas de cultivos
mexicanos, durante el período
1998-2018. Para ello, en el período
considerado, se estimó la elasticidad
precio de la demanda y los ingresos
netos de las semillas de maíz (Zea
mays L.), sorgo (Sorghum bicolor
(L.) Moench), garbanzo (Cicer
arietinum L.), calabaza (Cucurbita
1113
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Orozco et al. ISSN 2477-9407
Obtaining and analyzing data
To calculate the price elasticity
of the demand and revenue increase
of yellow corn, other corns, sorghum,
chickpea, pumpkin and cucumber,
it was necessary to get the data of
exports in dollars and volume in metric
tons of these six planting seeds. These
data were obtained from the Foreign
Agriculture Service (FAS, 2019) of
the United States Department of
Agriculture (USDA) for the 1998-2018
period through the tables it provided
and published on Internet (Secondary
data). Using the information, the
elasticity matrix was constructed,
which will be utilized in the analysis.
This elasticity matrix is created based
on the reference export price in dollars
for each t. and the volume exported in
t.
It is indicated, that exports
expressed in millions of dollars, will be
considered as the overall average price,
by which these planting seeds were
acquired , since the price at which the
planting seeds of export are negotiated
and attained, it is used to analyze in
quantitative terms how the market
of a certain product adapts or adjusts
to variations in the price of the same
accounted for in millions of dollars,
besides these prices vary according
to a change in the real exchange rate
and the record of tons of export will be
equal to the average annual quantity
demanded of these planting seeds.
Based on this, the estimations were
determined according to the formula of
the price elasticity of the demand for a
product. The price elasticity of demand
can be estimated using the arc method
as follows:
maxima L.) y pepino (Cucumis
sativus L.).
Materiales y métodos
Esta investigación es de tipo
correlacional-evolutiva, ya que se han
obtenido las relaciones y correlaciones
entre precios e ingresos para cada
PED detectado en un período de 20
años.
Obtención y análisis de datos
Para calcular la elasticidad
precio de la demanda y el aumento
de ingresos del maíz amarillo, otros
maíces, sorgo, garbanzo, calabaza y
pepino, fue necesario obtener los datos
de exportaciones en dólares y volumen
en toneladas métricas de estas seis
semillas de cultivo. Estos datos fueron
obtenidos del Foreign Agriculture
Service (FAS, 2019) del Departamento
de Agricultura de Estados Unidos
(USDA) para el período 1998-2018 por
medio de los cuadros que se publicaron
en Internet (datos secundarios). Con
la información se construyó la matriz
de elasticidad, que será utilizada en
el análisis. Esta matriz de elasticidad
se crea con base en el precio de
exportación de referencia en dólares
por cada t y el volumen exportado en t.
Las exportaciones expresadas
en millones de dólares, serán
consideradas como el precio promedio
global por el cual se adquirieron
estas semillas de cultivo ya que, el
precio al que se negocian y alcanzan
las semillas de exportación se
utiliza para analizar en términos
cuantitativos cómo el mercado de un
determinado producto se adapta o
ajusta a variaciones en el precio del
1114
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Orozco et al. ISSN 2477-9407
d
Ä%Q
E=
Ä%P
(1.1)
and,
(1.2)
where: P
1
= Initial price, P
2
= Final
price, Q
1
= Initial quantity and Q
2
=
Final quantity
It must be pointed out, that
to apply the above equation, it is
necessary to know the quantities
demanded at the different prices, but
all the other factors that inuence the
consumers demand remain constant
(ceteris paribus or remaining the rest
constant), (Samuelson and Nordhaus,
2005; MasterIT.ie., 2006; Miller and
Meiners, 1990).
Total income (TI) can be dened
as the unit price multiplied by the
quantity demanded, since this is the
quantity of income received by any
seller in a product, who charges a
unit price equal to P, multiplied by
the total of units sold, Q. (TI = P *
Q) (Samuelson and Nordhaus, 2005;
Miller and Meiners, 1990).
The revenue increase (RI) can be
calculated in both initial and nal
state, using the equation of the total
income formula as follow (Omni
Calculator, 2019):
22
11
(P .Q .100)
RI = -100
P .Q
(1.3)
where: P
2
, P
1
Q
2
and Q
1
as above.
The data of exports and volume
mismo, contabilizado en millones de
dólares, además estos precios varían
de acuerdo a un cambio en el tipo de
cambio real y el récord de toneladas
de exportación será igual a la cantidad
promedio anual demandada de estas
semillas de cultivo. Con base en esto,
las estimaciones se determinaron de
acuerdo con la fórmula de la elasticidad
precio de la demanda de un producto.
La elasticidad precio de la demanda
se puede estimar utilizando el método
del arco, de la siguiente manera:
d
Ä%Q
E=
Ä%P
(1.1)
y,
(1.2)
donde:
P
1
= Precio inicial, P
2
= Precio
nal, Q
1
= Cantidad inicial and Q
2
=
Cantidad nal
Cabe señalar, que para aplicar
la ecuación anterior es necesario
conocer las cantidades demandadas
a los diferentes precios, pero todos
los demás factores que inuyen en
la demanda de los consumidores se
mantienen constantes (ceteris paribus
o manteniéndo el resto constante),
(Samuelson and Nordhaus, 2005;
MasterIT.ie., 2006; Miller and
Meiners, 1990).
El ingreso total (IT) se puede denir
como el precio unitario multiplicado
por la cantidad demandada, ya que
esta es la cantidad de ingreso que
recibe cualquier vendedor de un
1115
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of the six planting seeds were
introduced in the Excel software
for processing, analyzing and to
calculate the price elasticity of the
demand and revenue increase, both
parameters were estimated using
the on line calculators: MasterIT.ie.
(2006) and Omni Calculator (2019),
respectively. As was mentioned
earlier, these on-line calculators are
based on formulae 1.3, and consist
in multiplying the price by the
quantity of the nal period times
100. Then, the obtained value is
divided, by the product of the price
by the quantity of the initial period.
Finally, this result is subtracted by
100. This procedure was employed
by Samuelson and Nordhaus (2005).
Once the PED and incomes were
calculated for each year, we proceed
to compare the results with respect
to Table 1. Finally, our results are
discussed.
Table 1. Summary of the fundamental concepts used in this work.
Cuadro 1. Resumen de los conceptos fundamentales utilizados en este
trabajo.
Elasticity of the
demand
Description Definition Influence on incomes
Greater than 1 (E
D
>1) Elastic demand Percentage variation of
demanded quantity greater
than percentage price variation
Incomes increase when
price decreases
Equal to 1 (E
D
=1) Unitary Elastic
demand
Percentage variation of
demanded quantity equal to
percentage price variation
Incomes do not vary
when price decreases
Less than 1 (E
D
< 1) Inelastic demand
Percentage variation of
demanded quantity less than
percentage
price variation
Incomes decrease when
price decreases
Source: Samuelson and Nordhaus (2005).
Fuente: Samuelson and Nordhaus (2005).
producto, que cobra un precio unitario
igual a P, multiplicado por el total
de unidades vendidas, Q. (TI = P *
Q) (Samuelson and Nordhaus, 2005;
Miller and Meiners, 1990).
El aumento de los ingresos (RI)
se puede calcular tanto en el estado
inicial como en el nal, utilizando la
ecuación de la fórmula de ingresos
totales de la siguiente manera (Omni
Calculator, 2019):
22
11
(P .Q .100)
RI = -100
P .Q
(1.3)
donde: P
2
, P
1
Q
2
and Q
1
ya se
denieron anteriormente.
Los datos de exportaciones y
volumen de las seis semillas de
siembra se introdujeron en el software
Excel para procesar, analizar y
calcular la elasticidad precio de la
demanda y el aumento de ingresos,
1116
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Pearson’s correlation coefcients
were calculated for the export reference
price with the revenue increase and
with the exported volume, using years
as the common variable. They were
calculated for all six Mexican planting
seeds. The signicance of Pearson´s
correlation coefcients was determined
at 0.01, 0.05, or 0.10 level of probability.
Results and discussion.
Yellow corn
The price elasticity of demand for
planting seeds of yellow corn varied
from 0.07 to 28.76, demand was
relatively inelastic in four years, but
was relatively elastic in ten years and
it was unity elasticity in four years
(Table 1). It can be said that the price
elasticity of demand was mostly elastic.
Table 2 shows the revenue increase, it
was negative in 11 years and positive in
ve years. The highest revenue increase
was got in the year 2009 (711.69%) and
the lowest in the years 2002 and 2005
(-100.00%). Table 2 shows the relation
of exported value and export referential
price, as it can be seen the exported
volume was very variable. The highest
exported quantity was achieved in the
year 2010 (218.1 t) and the lowest in
the year 2003 (5.1 t). In the relation
to the export referential price, it was
highest in the year 2017 (5,714.0 US$/t)
and the lowest in the year 2004 (258.3
US$/t). Also, the export reference price
was very variable. The exports were
not done in the years 2002 and 2005 to
2007, but since 2008, the exports were
constant and from year 2013 the export
reference price was higher than 3,000
US$/t.
ambos parámetros se estimaron
mediante las calculadoras en línea:
MasterIT.ie. (2006) y Omni Calculator
(2019), respectivamente. Como
se mencionó anteriormente, estas
calculadoras en línea se basan en la
fórmula 1.3, y consisten en multiplicar
el precio por la cantidad del período
nal por 100. Luego, el valor obtenido
se divide, por el producto del precio
por la cantidad de el período inicial.
Finalmente, este resultado se resta
por 100. Este procedimiento fue
empleado por Samuelson y Nordhaus
(2005). Una vez calculados las EPD y
los ingresos para cada año, se procede
a comparar los resultados con respecto
a la Cuadro 1. Finalmente, se discuten
los resultados.
Los coecientes de correlación de
Pearson se calcularon para el precio
de referencia de exportación con
el aumento de los ingresos y con el
volumen exportado, utilizando los años
como variable común. Estos, fueron
calculados para las seis semillas de
cultivo mexicanas. La signicancia
de los coecientes de correlación de
Pearson se determinó para un nivel de
probabilidad de 0,01; 0,05 ó 0.10.
Resultados y discusión
Maíz
La elasticidad precio de la
demanda para sembrar semillas de
maíz amarillo varió de 0,07 a 28,76, la
demanda fue relativamente inelástica
en cuatro años, pero fue relativamente
elástica en diez años y fue elasticidad
unitaria en cuatro años (Cuadro 2). Se
puede decir que la elasticidad precio
de la demanda fue mayoritariamente
1117
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Years 1999-2008
Variable † 1999
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
ERP(US$/t) 1,981.4 1,405.0 2,042.1 1,711.6 258.3 2,404.9
EV (t) 120.4 130.5 69.8 5.1 28.0 31.2
PED 1.06 0.24 1.64 1.00 1.00 0.94 1.00 1.00
RI (%) -3.13
-23.14 -22.26 -100.00 -17.15 -100.00
Years 2009-2018
Variable † 2009
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ERP(US$/t) 2,792.4 2,636.4 1,845.2 3,218.0 3,767.3 3,682.4 3,315.2 3,045.1 5,714.0 2,529.4
EV (t) 218.1 39.7 211.2 83.7 52.8 104.3 89.0 152.1 158.7 137.7
PED 10.06 24.08 3.87 1.59 2.88 28.76 1.51 6.16 0.07 0.18
RI (%) 711.67
-82.81 272.34 -30.88 -26.15 93.09 -23.18 56.98 95.79 -61.59
†ERP: Export reference price; EV: Exported volume; PED: Price elasticity of the demand and RI: Revenue
increase. Source of ERP and EV data: FAS (2019).
†ERP: Precio de Exportación de Referencia; EV: Volumen Exportado; PED: Elesticidad precio de la Demanda
y RI: Incremento de los Ingresos. Fuente de datos de ERP y EV: FAS (2019).
Table 2. Price elasticity of the demand, revenue increase and other economic
variables of planting seeds of yellow corn exported from Mexico to
the United States of America.
Cuadro 2. Elasticidad precio de la demanda, incremento de ingresos y otras
variables económicas de semillas de maíz amarillo para siembra
exportadas de México a Estados Unidos de America.
1118
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Planting seeds of corn (except yellow
and sweet corns seeds) had a uctuating
demand, since it varied from 0.07 (the
year 2004) to 54.93 (the year 2001).
There were eight inelastic demands and
12 elastic demands. This means that
there was not a trend in the elasticity,
even two inelastic demands were above
1.0 only for 0.07. In relation to revenue
increase, it was negative in ten years
and positive in ten years. The highest
revenue increase was 1,946.16% in the
year 2012 and the lowest -90.07% in the
year 2011 (Table 2).
Table 3, displays the relation of
exported value and export reference
price, as it can be seen, the export
volume, was highest in the year 2012
with 1,017.9 t. (the only case when
exported volume overcame 1,000 t) and
the lowest occurred in the year 2000 with
only 59.0 t, but the exported quantity of
the product was very irregular through
the years. In relation to the export
reference price was highest during 2012
with 6,153.3 US$/t and lowest during
2006 with only 580.3 US$/t. Also, the
export reference price was very irregular
over the years.
Sorghum
The price elasticity of demand for
planting seeds of sorghum was elastic
for six years, inelastic in three years,
and unit one in four years. These
results showed an irregular trend
of elasticity, although it was mostly
elastic. The highest elasticity was got
in the year 2000 with only 3.54 and
the lowest in the year 2012 with 0.44.
The elasticity cannot be estimated in
seven years due to there was no export
volume in these years. On the other
hand, there were ve years where the
elástica. La Cuadro 2 también
muestra el aumento de ingresos, el
cual fue negativo en 11 años y positivo
en cinco años. El mayor aumento de
ingresos se obtuvo en el año 2009
(711,69%) y el menor en los años 2002
y 2005 (-100,00%).
En la Cuadro 2, se muestra la
relación del valor exportado y el precio
referencial de exportación, donde
se puede apreciar que el volumen
exportado fue muy variable. La mayor
cantidad exportada se alcanzó en el
año 2010 (218,1 t) y la menor en el
año 2003 (5,1 t). En relación al precio
referencial de exportación, fue más
alto en el año 2017 (5.714,0 US $ / t) y
el más bajo en el año 2004 (258,3 US
$ / t). Además, el precio de referencia
de exportación fue muy variable.
Las exportaciones no se realizaron
en los años 2002 y 2005 a 2007, pero
desde 2008, las exportaciones fueron
constantes y desde el año 2013 el
precio de referencia de exportación fue
superior a 3.000 US $ / t.
Las semillas de maiz para
cultivo (excepto las semillas de
maíz amarillo y dulce) tuvieron una
demanda uctuante, ya que varió
de 0,07 (el año 2004) a 54,93 (el año
2001). Se presentan ocho demandas
inelásticas y 12 demandas elásticas.
Esto signica que no hubo una
tendencia en la elasticidad, incluso
dos demandas inelásticas estuvieron
por encima de 1,0 solo para 0,07. En
relación al aumento de los ingresos,
fue negativo en diez años y positivo
en diez años. El mayor aumento de
ingresos fue de 1.946,16% en el año
2012 y el más bajo -90,07% en el año
2011 (Cuadro 2).
1119
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revenue increase was negative and
six years where revenue increase was
positive. The highest revenue increase
was obtained in the year 2011 with
1,251.80% and the lowest in the years
1999 and 2002 with -100.00%.
Table 4 shows the relation of
exported value and export reference
price, as it can be seen the export
reference price was highest in the
year 2010 (7,169.6 US$/t) and lowest
in the year 2016 (429. 5 US$/t). In
relation to exported volume, it was
highest in the year 2015 (263.1 t) and
lowest in the year 2018 (0.4 t), also
the exported volume was under 1 t in
year 2010 (0.9 t).
En la Cuadro 3, se muestra la
relación de valor exportado y precio
de referencia de exportación para
otros maíces (excepto maíz amarillo
y dulce). Como se puede apreciar, el
volumen de exportación, fue mayor
en el año 2012 con 1.017,9 t, el único
caso en el que el volumen exportado
superó las 1.000 t y el menor ocurrió
en el año 2000 con sólo 59.0 t, pero la
cantidad exportada del producto fue
muy irregular a lo largo de los años.
En relación a la exportación, el precio
de referencia fue más alto durante
2012 con 6.153,3 US $ / t y más bajo
durante 2006 con solo 580,3 US $ /
t. Además, el precio de referencia de
Years 1999-2008
Variable † 1999
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
ERP(US$/t) 1,360.1 1,267.4 1,263.8 812.2 834.2 587.2 796.2 580.3 1,313.3 1,992.9
EV (t) 430.4 59.0 69.0 156.9 101.4 99.0 71.1 177.8 223.4 322.4
PED 2.09 21.51 54.93 1.79 16.08 0.07 1.09 2.73 0.29 0.88
RI (%) 54.25
-87.23 16.62 46.14 -33.62 -31.28 -2.62 82.26 184.36 118.99
Years 2009-2018
Variable † 2009
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ERP(US$/t) 3,122.9 4,734.8 4,222.1 6,153.2 5,767.1 2,439.8 1,452.2 753.2 1,030.3 1,869.8
EV (t) 446.4 650.8 72.5 1,017.9 403.2 846.5 497.0 675.6 808.8 253.1
PED 0.73 0.91 13.97 4.66 13.35 0.87 1.03 0.48 0.58 1.81
RI (%) 116.97
121.04 -90.07 1,946.16 -62.87 -11.18 -65.05 -29.50 63.76 -43.21
†ERP: Export reference price; EV: Exported volume; PED: Price elasticity of the demand and RI: Revenue
increase. Source of ERP and EV data: FAS (2019).
†ERP: Precio de Exportación de Referencia; EV: Volumen Exportado; PED: Elesticidad precio de la Demanda
y RI: Incremento de los Ingresos. Fuente de datos de ERP y EV: FAS (2019).
Table 3. Price elasticity of the demand, revenue increase and other economic variables
of planting seeds of corn (except yellow and sweet corns) from Mexico to
the United States of America.
Cuadro 3. Elasticidad precio de la demanda, aumento de los ingresos y otras variables
económicas de las semillas de maíz para cultivo (excepto maíz amarillo y
dulce) desde México hacia los Estados Unidos de América.
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Years 1999-2008
Variable † 1999
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
ERP(US$/t) 1,000.0 600.1
EV (t) 3.0 48.5
PED 1.00 1.00 3.54 1.00
RI (%) -100.00
870.16 -100.00
Years 2009-2018
Variable † 2009
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ERP(US$/t) 7,169.6 1,713.8 2,103.2 1,200.9 1,701.2 1,158.3 429.5 927.9 5,667.5
EV (t) 0.9 50.9 55.7 93.5 70.9 263.1 46.7 144.6 0.4
PED 1.00 1.57 0.44 0.93 0.80 3.03 1.52 1.39 1.38
RI (%)
1,251.89 34.29 -4.15 7.42 152.66 -93.42 568.94 -98.31
†ERP: Export reference price; EV: Exported volume; PED: Price elasticity of the demand and RI: Revenue
increase. Source of ERP and EV data: FAS (2019).
†ERP: Precio de Exportación de Referencia; EV: Volumen Exportado; PED: Elesticidad precio de la Demanda
y RI: Incremento de los Ingresos. Fuente de datos de ERP y EV: FAS (2019).
Table 4. Price elasticity of the demand, revenue increase and other
economic variables of planting seeds of sorghum exported
from Mexico to the United States of America.
Cuadro 4. Elasticidad precio de la demanda, aumento de ingresos y
otras variables económicas de las semillas del cultivo de sorgo
exportadas de México a Estados Unidos de América.
Chickpea
The price elasticity of demand of
planting seeds of chickpea varied from
1.00 to 83.24, demand was relatively
elastic in 17 years, and never was
relatively inelastic in the 20 years and
it was unity elasticity in two years
(2012 and 2014) with the particularity
that there was not exported volume in
2012 and 2013 (Table 4). It can be said
that the price elasticity of demand
was elastic.
Table 5 displays the revenue
increase; it was negative in eight years
and positive in ten years. The highest
revenue increase was attained in the
year 2015 (3,826.69%) and the lowest in
the year 2012 (-100.00%). Table 5 also
shows the relation of exported value and
exportación fue muy irregular a lo
largo de los años.
Sorgo
La elasticidad precio de la demanda
para semillas de cultivo de sorgo fue
elástica durante seis años, inelástica
en tres años y unidad uno en cuatro
años. Estos resultados mostraron una
tendencia irregular de la elasticidad,
aunque mayoritariamente elástica.
La elasticidad más alta se obtuvo
en el año 2000 con solo 3,54 y la
más baja en el año 2012 con 0,44.
La elasticidad no se puede estimar
en siete años debido a que no hubo
volumen de exportación en estos
años. Por otro lado, hubo cinco años
en los que el aumento de ingresos
fue negativo y seis años en los que
1121
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Years 1999-2008
Variable † 1999
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
ERP(US$/t) 699.5 708.0 660.7 662.7 604.2 848.3 994.4 822.3 747.3 808.9
EV (t) 145.6 172.2 149.9 116.4 141.8 39.9 87.8 152.0 253.6 208.0
PED 3.15 13.86 2.00 83.24 2.13 3.34 4.73 2.83 5.24 2.50
RI (%) 12.72
19.71 -18.77 -22.11 11.07 -60.49 157.95 43.16 51.62 -11.22
Years 2009-2018
Variable † 2009
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ERP(US$/t) 900.0 1,044.4 2,283.7 1,188.2 1,838.0 1,763.6 1,948.8 1,481.9
EV (t) 87.8 118.9 1.5 3.9 99.0 135.3 236.7 131.1
PED 7.62 2.03 2.62 1.00 1.00 4.30 7.50 5.46 2.11
RI (%) -53.03
57.15 -97.24 -100.00 3,826.69 31.13 93.32 -57.88
†ERP: Export reference price; EV: Exported volume; PED: Price elasticity of the demand and RI: Revenue increase. Source of
ERP and EV data: FAS (2019).
†ERP: Precio de Exportación de Referencia; EV: Volumen Exportado; PED: Elasticidad precio de la Demanda y RI: Incremento
de los Ingresos. Fuente de datos de ERP y EV: FAS (2019).
Table 5. Price elasticity of the demand, revenue increase and other
economic variables of planting seeds of chickpea exported
from Mexico to the United States of America.
Cuadro 5. Elasticidad precio de la demanda, incremento de ingresos
y otras variables económicas de la siembra de semillas de
garbanzo exportadas de México a Estados Unidos de América.
export reference price, as it can be noted
the exported volume was variable. The
highest exported quantity was got in
the year 2007 (253.6t) and the lowest in
the year 2011 (1.5 t), also, the exported
volume was low in 2014 (3.9 t). In the
relation to the export reference price, it
was highest in the year 2011 (2,283.7
US$/t) and lowest in the year 2003
(604.2 US$/t). Also, the export reference
price was variable. The exports were not
done in the years 2012 and 2013.
Pumpkin
Planting seeds of pumpkin had a
shifting demand, since it varied from
0.15 (the year 2007) to 12.65 (the year
2003). There were seven inelastic
demands and 13 elastic demands.
el aumento de ingresos fue positivo.
El mayor incremento de ingresos se
obtuvo en el año 2011 con 1.251,80%
y el menor en los años 1999 y 2002
con -100,00%.
En la Cuadro 4, se muestra la
relación del valor exportado con el
precio de referencia de exportación,
como se puede observar, el precio de
referencia de exportación fue más
alto en el año 2010 (7.169,6 US $ /
t) y más bajo en el año 2016 (429,5
US $ / t) . En relación al volumen
exportado, fue mayor en el año 2015
(263.1 t) y menor en el año 2018 (0.4
t), además el volumen exportado
estuvo por debajo de 1 t en el año
2010 (0.9 t).
1122
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Table 6. Price elasticity of the demand, revenue increase and other
economic variables of planting seeds of pumpkin exported
from Mexico to the United States of America.
Cuadro 6. Elasticidad precio de la demanda, aumento de ingresos y otras
variables económicas de la siembra de semillas de calabaza
exportadas de México a Estados Unidos de América.
Years 1999-2008
Variable † 1999
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
ERP(US$/t) 3,243.8 3,468.1 2,210.5 1,173.8 1,097.8 1,210.0 1,101.9 1,288.9 2,801.0 6,516.2
EV (t) 588.6 440.7 153.7 43.6 107.6 94.8 103.5 106.4 95.4 124.4
PED 2.26 4.30 2.18 1.82 12.65 1.30 0.94 0.18 0.15 0.33
RI (%) 10.19
-19.95 -77.77 -84.94 130.81 -2.89 -0.58 20.25 94.85 203.36
Years 2009-2018
Variable † 2009
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ERP(US$/t) 3,813.7 5,095.3 6,736.8 6,233.1 3,513.9 4,487.7 4,135.3 3,820.6 4,315.8 3,190.1
EV (t) 147.4 116.8 369.6 126.4 115.0 81.1 106.6 61.7 81.0 59.2
PED 0.32 0.81 3.75 12.63 0.17 1.42 3.32 6.74 2.22 1.04
RI (%) -30.65
5.87 318.38 -68.36 -48.71 -9.93 21.12 -46.52 48.30 -45.98
†ERP: Export reference price; EV: Exported volume; PED: Price elasticity of the demand and RI: Revenue increase.
Source of ERP and EV data: FAS (2019).
†ERP: Precio de Exportación de Referencia; EV: Volumen Exportado; PED: Elesticidad precio de la Demanda y RI:
Incremento de los Ingresos. Fuente de datos de ERP y EV: FAS (2019).
This means that demand was
mostly elastic. In relation to revenue
increase, it was negative in 11 years
and positive in nine years. The highest
revenue increases were 318.38% in
the year 2011 and the lowest -84.94%
in the year 2002 (Table 6).
Garbanzo
La elasticidad precio de la
demanda de las semillas de garbanzo
varió de 1,00 a 83,24, la demanda fue
relativamente elástica en 17 años, y
nunca fue relativamente inelástica
en los 20 años y fue elasticidad
Table 6, shows the relation of
exported value and export reference
price, as it can be observed, the
export volume was highest in the
year 1999 with 588.6 t (the only case
when exported volume overcame
500 t) and the lowest occurred in the
year 2002 with only 43.6 t, but the
exported quantity of the product was
very irregular through the years.
In relation to the export reference
unitaria en dos años (2012 y 2014),
con la particularidad de que no hubo
volumen exportado en 2012 y 2013
(Cuadro 4). Se puede armar que la
elasticidad precio de la demanda fue
elástica.
En el Cuadro 5 muestra el aumento
de los ingresos; el cual fue negativo
en ocho años y positivo en diez años.
El mayor incremento de ingresos se
alcanzó en el año 2015 (3.826,69%) y
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Table 7. Price elasticity of the demand, revenue increase and other economic variables
of planting seeds of cucumber exported from Mexico to the United States of
America.
Cuadro 7. Elasticidad precio de la demanda, incremento de ingresos y otras variables
económicas de la semillas de pepino exportadas de México a Estados Unidos
de América.
Years 1999-2008
Variable † 1999
2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
ERP(US$/t) 293,981.0 223,625.9 147,822.1 200,975.2 207,910.9 194,363.2 169,929.0 159,266.2 171,352.4 82,495.6
EV (t) 1.9 5.0 3.2 4.5 2.7 3.1 2.6 1.7 1.4 6.5
PED 1.21 3.31 1.08 1.11 14.74 2.05 1.31 6.46 2.65 1.84
RI (%) -41.13
100.18 -57.69 91.19 -37.93 7.33 -26.67 -38.72 -11.40 123.52
Years 2009-2018
Variable † 2009
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ERP(US$/t) 364,664.2 163,351.5 34,7931.1 394,969.8 412,070.5 209,680.5 328,395.9 692,252.4 622,603.5 217,338.5
EV (t) 2.5 5.8 3.5 11.5 8.3 5.0 0.6 0.1 0.2 1.2
PED 0.70 1.04 0.69 8.42 7.63 0.76 3.56 2.00 6.29 1.48
RI (%) 70.02
3.92 28.53 272.99 -24.70 -69.35 -81.21 -64.87 79.88 109.45
†ERP: Export reference price; EV: Exported volume; PED: Price elasticity of the demand and RI: Revenue increase.
Source of ERP and EV data: FAS (2019).
†ERP: Precio de Exportación de Referencia; EV: Volumen Exportado; PED: Elesticidad precio de la Demanda y RI:
Incremento de los Ingresos. Fuente de datos de ERP y EV: FAS (2019).
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price was highest during 2011 with
6,736.8 US$/t and lowest during
2003 with only 1,097.8 US$/t. Also,
the export reference price was very
irregular through the years but never
diminished under 1,000 US$/t.
Cucumber
The price elasticity of demand for
planting seeds of cucumber was elastic
for 17 years and inelastic in three years.
These results showed that the elasticity
was mostly elastic. The highest elasticity
was got in the year 2003 with 14.74 and
the lowest in the year 2011 with 0.69.
In the other hand, there were ten years
when the revenue increase was negative
and ten years when revenue increase
was positive. The highest revenue
increase was obtained in the year 2012
with 272.99% and the lowest in the year
2015 with -81.21% (Table 7).
Table 7 displays the relation of
exported value and export reference
price, as it can be noted the export
reference price was highest in the year
2016 (692,252.40 US$/t) and lowest
in the year 1998 (66,815.6 US$/t). In
relation to exported volume, it was
highest in the year 1998 (14.2 t) and
lowest in the year 2016 (barely 0.1 t),
also, the exported volumes were under
1.0 t in 2015 and 2017 with 0.6 and 0.2t,
respectively.
The Pearson´s correlation
coefcients are shown in Table 8 for:
1) Elastic behavior, which is shown
in the upper line and is referred to: a)
Export reference price and Exported
volume (left-hand), and b) Export
reference price and income (right-hand);
2) Inelastic behavior, which is shown
in the bottom line, and is referred to:
a) Export reference price and exported
el menor en el año 2012 (-100,00%).
En el Cuadro 5 también se muestra
la relación del valor exportado y el
precio de referencia de exportación, ya
que se puede observar que el volumen
exportado fue variable. La mayor
cantidad exportada se obtuvo en el año
2007 (253,6t) y la menor en el año 2011
(1.5 t), además, el volumen exportado
fue bajo en 2014 (3,9 t). En relación
al precio de referencia de exportación,
fue más alto en el año 2011 (2.283,7
US $ / t) y más bajo en el año 2003
(604,2 US $ / t). Además, el precio de
referencia de exportación fue variable.
Las exportaciones no se realizaron en
los años 2012 y 2013.
Calabaza
La semilla para siembra de
calabaza tuvo una demanda
cambiante, ya que varió de 0,15
(el año 2007) a 12,65 (el año 2003).
Hubo siete demandas inelásticas y
13 demandas elásticas. Esto signica
que la demanda fue mayoritariamente
elástica. En relación al aumento de
ingresos, fue negativo en 11 años y
positivo en nueve años. Los mayores
aumentos de ingresos fueron 318,38%
en el año 2011 y los más bajos -84,94%
en el año 2002 (Cuadro 6).
En la Cuadro 6, también se
muestra el valor exportado y el precio
de referencia de exportación. Como
se puede observar, el volumen de
exportación fue mayor en el año 1999
con 588.6 t (el único caso cuando el
volumen exportado superó las 500 t)
y el menor ocurrió en el año 2002 con
solo 43,6 t, pero la cantidad exportada
del producto fue muy irregular a lo
largo de los años. En relación con la
exportación, el precio de referencia
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volume (left-hand), and b) Export
reference Price and income (right-hand).
Both correlations correspond to all six
Mexican seeds.
When the elasticity was elastic,
the correlation between the ERP and
EV was non signicative (p>0.05),
for yellow corn, sorghum, chickpea,
and cucumber. The same behavior is
observed in the correlation between
ERP and Income. For pumpkin this
only applies to the Export volume.
However, regarding the other corn
seeds, the correlation was positive
and signicant (p ≤ 0.05), and highly
signicant (p ≤ 0.01) for EV and Income,
respectively. This means that, when the
ERP increases (decreases) the Income
also increases (decreases), showing a
directly proportional relation. These
results suggest that, in this particular
case, as the ERP increases Mexican
exporters obtain more incomes from
corn seed exportation, which is entirely
protable.
On the other hand, for pumpkin,
the correlation between the ERP and
Incomes was positive and signicative
(p ≤ 0.05). This is because an increase
(decrease) in the ERP results also in
an increase (decrease) of incomes,
with a directly proportional relation.
For four seeds (yellow corn,
sorghum, chickpea, and cucumber), a
non-signicant correlation (p ≤ 0.05)
was found. This indicates that when
the ERP increases or decreases there
is no dened trend with respect to the
EV and Income.
When elasticity is inelastic, it is
observed that there is no correlation
(p>0.05) for sorghum, and cucumber,
which means that there is no dened
fue más alto durante 2011 con 6.736,8
US $ / t y más bajo durante 2003 con
solo 1.097,8 US $ / t. Además, el precio
de referencia de exportación fue muy
irregular a lo largo de los años, pero
nunca disminuyó por debajo de los
1.000 US $ / t.
Pepino
La elasticidad precio de la demanda
de semillas de pepino fue elástica
durante 17 años e inelástica en tres
años. Estos resultados mostraron
que la elasticidad era principalmente
elástica. La mayor elasticidad se
obtuvo en el año 2003 con 14,74 y la
menor en el año 2011 con 0,69. Por
otro lado, hubo diez años en los que el
aumento de los ingresos fue negativo
y diez años en los que el aumento de
los ingresos fue positivo. El mayor
incremento de ingresos se obtuvo en el
año 2012 con 272,99% y el menor en el
año 2015 con -81,21% (Cuadro 7).
En la Cuadro 7 se muestra
la evolucion histórica del valor
exportado y del precio de referencia
de exportación, como se puede
observar, el precio de referencia de
exportación fue más alto en el año
2016 (692,252.40 US $ / t) y más bajo
en el año 1998 (66,815.6 US $ / t). En
relación al volumen exportado, fue
mayor en el año 1998 (14.2 t) y menor
en el año 2016 (apenas 0.1 t), además,
los volúmenes exportados estuvieron
por debajo de 1.0 t en 2015 y 2017 con
0.6 y 0.2t, respectivamente.
La Cuadro 8, muestra los
coecientes de correlación de Pearson
para: 1) Comportamiento elástico, el
cual se muestra en la parte superior
y alude a lo siguiente: a) Precio de
exportación de referencia y Volumen
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trend between the ERP and Income. In
the case of all corn seeds, and pumpkin,
this observation only applies to the
relation between the ERP and Income,
which showed a positive and highly
signicative correlation (p ≤ 0.01),
showing a directly proportional relation.
For sorghum, the correlation of ERP was
positive and signicant (p ≤ 0.05), with
respect to the EV. For chickpea, it was
not possible to estimate de correlation
coefcient for inelastic demand. This
is because all other elasticities were
inelastic. This suggests that, for these
seeds exportations increase, resulting
in a protable situation for exporters.
The price elasticity of demand was
mostly elastic for yellow corn (55.6%),
other corns, except yellow and sweet
corns (60.0%), chickpea (89.5%),
pumpkin (65.0%) and cucumber (85.0%)
and was low in sorghum (46.2%).
Demand is elastic if the increase in the
price reduces importer spending and if
reducing it increases importer spending,
demand is inelastic if increasing the
price increases importer spending
and if reducing it reduces spending of
the importer and demand is unitary,
when the price increases or decreases,
importer spending remains constant.
In summary, the demand is elastic
if the price varies, importer spending
varies in the opposite direction; it is
inelastic if, when the price varies, the
cost of the importer varies in the same
direction. In the inelastic demand, if
the price is increased, demand remains
stable, in contrast, in elastic demand;
the price increases will cause many
importers to stop purchasing the
planting seeds as it is the case of all six
planting seeds except sorghum.
exportado (izquierda) así como b)
Precio de exportación de referencia
e ingresos (Derecha). También
se muestra: 2) Comportamiento
inelástico, el cual se muestra en la
parte inferior y alude a lo siguiente
a) Precio de exportación de referencia
y Volumen exportado (izquierda) y b)
Precio de exportación
de referencia
e ingresos (Derecha). Las dos
correlaciones son referidas a las seis
semillas de cultivo mexicanas.
Cuando la elasticidad fue elástica,
se puede observar que hubo una
correlación no signicativa (p>0,05)
entre Precio de exportación de
referencia y Volumen exportado,
así como Precio de exportación de
referencia e ingresos, para maíz
amarillo, sorgo, garbanzo y pepino.
En el caso de Calabaza solo aplica
para el Volumen exportado. Sin
embargo, la correlación para otros
maíces fue positiva y signicativa
(p ≤ 0,05) y altamente signicativa
(p ≤ 0,01) para Volumen exportado
e Ingresos, respectivamente. Esto
signica que cuando el Precio de
exportación de referencia aumenta
o disminuye, también aumenta o
disminuye el ingreso, siendo estos
directamente proporcionales. Estos
resultados sugieren que, para este
caso en particular, cuando aumenta
el precio de referencia de exportación,
los exportadores mexicanos venden
más semillas de maíz y obtienen más
ingresos, situación muy rentable para
ellos y viceversa.
Por otro lado, la correlación para
calabaza fue positiva signicativa (p
≤ 0,05) entre el Precio de exportación
de referencia con relación al ingreso.
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Table 8. Pearson´s correlation coefficients (r) between export reference
price (ERP) with exported volume (EV) and income of six
Mexican planting seeds exported to United States of America
from Mexico in the period 1998-2018 when elasticity was elastic
(above) and when elasticity was inelastic (below).
Cuadro 8. Coeficientes de correlación de Pearson (r) del precio de
referencia de exportación (ERP) con el volumen exportado
(EV) y el ingreso de seis semillas para las siembras mexicanas
exportadas a Estados Unidos de América desde México, en el
período 1998-2018 cuando la elasticidad era elástica (arriba) y
cuando la elasticidad era inelástica (abajo).
Yellow corn Other corn † Sorghum Chickpea Pumpkin Cucumber
Yellow corn
-0.352 &
0.115
0.775 &
0.999 **
Other conn
0.693 * &
0.808 **
0.272 &
0.913 **
Sorghum
-0.414 &
-0.309
-0.999 * &
0,631
Chickpea
-0.272 &
0.394
NE
Pumpkin
0.229 &
0.573*
0.513 &
0.980**
Cucumber
-0.161 &
0.154
-0.952 &
-0037
** Altamente signicativo (p ≤ 0.01). * Signicativo (p ≤ 0.05). Los datos reportados sin (*, **)
son no signicativos (p > 0.05). † Los primeros valores son entre ERP y EV, mientras que los
segundos entre ERP y las ganancias.
Nota: NE: No Estimado. El número de observaciones fueron 10, 12, 6, 17, 13 y 17 para el maíz
Amarillo, otros tipos de maíz (except amarillo y dulce), sorgo, garbanzo, calabaza y pepino,
respectivamente, para elasticidad elástica, y 4, 8, 3, 0, 7 y 3, respectivamente, para elasticidad
inelástica. El ingreso fue estimado como I = ERP × EV.
** Highly signicant (p ≤ 0.01). * Signicant (p ≤ 0.05). r´s without ** and * are not signicant
(p > 0.05). † First r´s are between ERP and EV and second r´s are between ERP and income.
Note: NE: No estimated. Number of observations were 10, 12, 6, 17, 13 and 17 for yellow
corn, other cons (except yellow and sweet corn), sorghum, chickpea, pumpkin and cucumber,
respectively) when elasticity was elastic and 4, 8, 3, 0, 7 and 3 when elasticity was inelastic.
Income was calculated as: I = ERP × EV
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The price elasticity of demand is
a measure of how much the quantity
demanded of planting seeds varies
with variations in its price. The price
elasticity of demand is the percentage
of change in the quantity demanded
given a percentage of change in the
price. As it was mentioned before,
the value of elasticity allows planting
seeds to be classied according to their
sensitivity to price variations. Three
types of demand were distinguished
according to this value: elastic demand
that is the variation in the quantity
demanded is a percentage higher than
the price. Inelastic demand is the
variation of the quantity demanded
is a percentage lower than that of the
price and unitary elasticity demand
that is the variation of the quantity
demanded is percentage equal to that
of the price.
Another very important aspect
is that referring to substitute
products, since if there are numerous
substitutes, the demand for the
planting seeds will be elastic (yellow
corn, other corns (except yellow and
sweet corns, chickpea, pumpkin, and
cucumber) and its consumption can
be replaced. In the opposite case, with
few substitutes, the demand will tend
to be inelastic (sorghum); however,
it is not possible to establish the
causality of the results obtained in
this investigation.
Similar results were reported by
Vukadinović et al. (2017) who stated
that the analysis of the demand
elasticity coefcients shows that
elasticity of demand is more dominant
in comparison to the inelasticity.
However, if one takes into account
Esto signica que cuando el Precio de
exportación de referencia aumenta
o disminuye, también aumenta
o disminuye el ingreso, siendo
directamente proporcionales.
Para las otras cuatro semillas
(maíz amarillo, Sorgo, Garbanzo y
Pepino), no se encontró correlación
signicativa (p ≤ 0.05), indicando
que cuando el Precio de exportación
de referencia aumenta o disminuye
no se observa una tendencia denida
con relación a Volumen exportado e
Ingresos.
Table 8. Pearson´s correlation
coefcients (r) between export
reference price (ERP) with exported
volume (EV) and income of six
Mexican planting seeds exported
to United States of America from
Mexico in the period 1998-2018 when
elasticity was elastic (above) and
when elasticity was inelastic (below).
Cuadro 8. Coecientes de
correlación de Pearson (r) del precio de
referencia de exportación (ERP) con el
volumen exportado (EV) y el ingreso
de seis semillas para las siembras
mexicanas exportadas a Estados
Unidos de América desde México,
en el período 1998-2018 cuando la
elasticidad era elástica (arriba) y
cuando la elasticidad era inelástica
(abajo).
Cuando la elasticidad fue inelástica,
se pudo observar que no hubo una
Correlación signicativa (p>0,05),
para Sorgo, y Pepino, esto signica
que cuando el Precio de exportación
de referencia aumenta o disminuye no
se observa una tendencia denida con
relación al Ingreso. En el caso de Maíz
amarillo, otros Maíces, y Calabaza solo
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the indifference of the elasticity of
demand, then the situation changes
and it becomes evident that the
elasticity of demand does not dominate
the planting seed of sorghum to less
extent for yellow corn.
The largest numbers of indifferent
positions in the categories of planting
seeds were observed for sorghum and
yellow corn. This situation reects the
fact that in these planting seeds there
is the largest number of positions
in which demand is not dependent
on changes in prices and that the
indifference was affected by other
factors of demand that are of non-
price character. The highest elasticity
coefcient calculated in the planting
seed crops was 83.24 for chickpea,
which means that in 2002, 1% of
changes in prices parked 83.24% of
changes in the quantity demanded
of chickpea planting seeds. The
minimum coefcient of elasticity was
calculated in other corn (except yellow
and sweet corn) and it was 1.03,
which means that in 2015, 1% of price
changes caused 1.03% of changes in
the quantity demanded of other corn
planting seeds. This coefcient almost
brings closer the elasticity of demand
to unit elasticity.
The highest coefcient of
inelasticity calculated in yellow corn
and pumpkin planting seeds was
0.94, which means that price changes
1% in 2004 and 2005, respectively
caused a change in the quantity
demanded of products by 0.94%. The
lowest coefcient of inelasticity was
calculated in yellow corn and other
corns (except yellow corn and sweet
corn) and was 0.07, which means
aplica para el Precio de exportación
de referencia e Ingresos y esta fue
positiva y altamente signicativa (p
≤ 0,01), esto signica que cuando el
Precio de exportación de referencia
aumenta o disminuye, también
aumenta o disminuye el ingreso,
siendo directamente proporcionales.
Para el caso de Sorgo la Correlación
fue positiva y signicativa (p ≤ 0,05)
entre el Precio de exportación de
referencia y Volumen exportado.
Para el garbanzo no fue posible
calcular el coeciente de correlación
cuando la demanda era inelástica
porque todas las elasticidades eran
elásticas.
Estos resultados sugieren que,
para maíz amarillo, otros maíces y
semillas de calabaza, cuando el precio
de referencia de exportación aumenta,
los exportadores mexicanos venden
más de estas semillas de siembra y
exportan más productos, de nuevo
es una situación muy rentable para
ellos.
La elasticidad precio de la
demanda fue mayoritariamente
elástica para maíz amarillo (55,6%),
otros maíces, excepto maíz amarillo
y dulce (60,0%), garbanzo (89,5%),
calabaza (65,0%) y pepino (85,0%)
y fue baja en sorgo (46,2%). La
demanda es elástica si el aumento del
precio reduce el gasto del importador
y si al reducirlo aumenta el gasto del
importador, la demanda es inelástica
si el aumento del precio aumenta el
gasto del importador y si la reducción
reduce el gasto del importador y la
demanda es unitaria, cuando el precio
aumenta o disminuye, el gasto de los
importadores se mantiene constante.
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that 1% of the change in 2017 and
2004, respectively, in prices of these
planting seeds caused only 0.007% of
the product quantities changes. This
coefcient brings closer the elasticity
of demand in these products to the
perfectly inelastic demand.
Conclusions
The results presented in this
research allow us to conclude that
5 from 6 planting seeds showed a
PED relatively elastic during most
part of the years under investigation.
Theoretically, this implies that the
effect of the exported quantity was
predominant with respect to the effect
of the price. According to this, we would
expect that during those years the
incomes raise when prices lowered; on
the contrary, the behavior of incomes
showed positive and negative values,
with no dened trends. For the sixth
seed (sorghum), the demand was elastic
in some cases and inelastic in many
others. The behavior of incomes also
showed an undened trend for each of
these cases.
The presence of no trends is
complementary with the values of
Pearson correlations: these show no
signicant levels between prices and
incomes for each PED. For practical
implications of these ndings, the
impact of PED on the incomes cannot
be predicted with accuracy. Finally, our
results depart from the classical theory
of PED, since there is no dened trend in
the incomes, with respect to variations
in price for each detected elasticity.
More work is required to investigate
the causality of these results.
En resumen, la demanda es
elástica si el precio varía, el gasto de
los importadores varía en la dirección
opuesta; es inelástica si, cuando varía
el precio, el costo del importador varía
en la misma dirección. En la demanda
inelástica, si se incrementa el precio,
la demanda permanece estable, en
contraste, en la demanda elástica; los
aumentos de precios harán que muchos
importadores dejen de comprar las
semillas de siembra como es el caso de
las seis semillas de cultivo excepto el
sorgo.
La elasticidad precio de la
demanda es una medida de cuánto
varía la cantidad demandada de
semillas con las variaciones de su
precio. La elasticidad precio de la
demanda es el porcentaje de cambio
en la cantidad demandada dado un
porcentaje de cambio en el precio.
Como se mencionó anteriormente,
el valor de la elasticidad permite
clasicar las semillas de cultivo según
su sensibilidad a las variaciones de
precio. Se distinguieron tres tipos de
demanda según este valor: demanda
elástica que es la variación en la
cantidad demandada es un porcentaje
superior al precio. La demanda
inelástica es la variación de la
cantidad demandada es un porcentaje
menor que la del precio y la demanda
de elasticidad unitaria es la variación
de la cantidad demandada es un
porcentaje igual a la del precio.
Otro aspecto muy importante es el
referido a los productos sustitutos, ya
que, si existen numerosos sustitutos,
la demanda de las semillas de
siembra será elástica (maíz amarillo,
otros maíces excepto maíz amarillo
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Acknowledgement
The authors thank the University
of Guanajuato for promoting scientic
research as a strategic pillar to
strengthen teaching.
End of English Version
dulce, garbanzo, calabaza y pepino) y
su consumo. En el caso contrario, con
pocos sustitutos, la demanda tenderá
a ser inelástica (sorgo), sin embargo,
no es posible establecer la causalidad
de los resultados obtenidos en esta
investigación.
R
esultados similares fueron
reportados por Vukadinović et
al. (2017) quienes armaron que
el análisis de los coecientes de
elasticidad de la demanda muestra
que la elasticidad de la demanda es
más dominante en comparación con
la inelasticidad. Sin embargo, si se
tiene en cuenta la indiferencia de la
elasticidad de la demanda, entonces
la situación cambia y se hace evidente
que la elasticidad de la demanda no
domina para la semilla de sorgo y en
menor medida para el maíz amarillo.
Se observó el mayor número
de posiciones indiferentes en las
categorías de semillas de siembra
para sorgo y maíz amarillo. Esta
situación reeja el hecho de que para
estas semillas existe el mayor número
de posiciones en las que la demanda
no depende de cambios en los precios
y que la indiferencia se vio afectada
por otros factores de demanda que
son de carácter no atinentes al precio.
El coeciente de elasticidad más alto
calculado para las semillas de cultivo
fue de 83,24 para el garbanzo, lo que
signica que en 2002 el 1% de los
cambios en los precios occasionó el
83,24% de los cambios en la cantidad
demandada de semillas de garbanzo
para la siembra. El coeciente mínimo
de elasticidad se calculó en otros
maíces (excepto maíz amarillo y dulce)
y fue de 1.03, lo que signica que, en
2015, 1% de los cambios de precios
ocasionaron 1.03% de cambios en la
cantidad demandada de otras semillas
de siembra de maíz. Este coeciente
casi acerca la elasticidad de la
demanda a la elasticidad unitaria.
El mayor coeciente de
inelasticidad calculado en semillas
de maíz amarillo y calabaza para la
siembra fue de 0,94, lo que signica
que los cambios de precio de 1%
en 2004 y 2005, respectivamente,
provocaron un cambio en la cantidad
demandada de productos en 0,94%.
El menor coeciente de inelasticidad
se calculó en maíz amarillo y otros
maíces (excepto maíz amarillo y maíz
dulce) y fue de 0,07, lo que signica
que el 1% del cambio en 2017 y 2004,
respectivamente, en los precios de
estas semillas para siembra causó solo
0,007% de cambio en las cantidades
de producto. Este coeciente acerca
la elasticidad de la demanda de estos
productos a la demanda perfectamente
inelástica.
Conclusiones
Los resultados presentados en esta
investigación permiten concluir que
5 de 6 semillas para siembra (maíz,
otros maíces excepto maíz amarillo y
dulce, garbanzo, calabaza y pepino)
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mostraron una EPD relativamente
elástica durante la mayor parte de los
años bajo investigación. En teoría, esto
implica que el efecto de las cantidades
exportadas fue predominante con
respecto al efecto del precio. De acuerdo
con esto, se esperaria que, durante
esos años, los ingresos suban cuando
bajan los precios; por el contrario,
el comportamiento de los ingresos
mostró valores positivos y negativos,
sin tendencias denidas. Para la
sexta semilla (sorgo), la demanda fue
elástica en algunos casos e inelástica
en muchos otros. El comportamiento
de los ingresos también mostró una
tendencia indenida para cada uno de
estos casos.
La ausencia de tendencias es
complementaria con los valores de
las correlaciones de Pearson: estas no
muestran niveles signicativos entre
precios e ingresos para cada EPD.
Para las implicaciones prácticas de
estos hallazgos, el impacto de la EPD
en los ingresos no se puede predecir
con precisión. Finalmente, nuestros
resultados se apartan de la teoría
clásica de la EPD, ya que no existe una
tendencia denida en los ingresos, con
respecto a las variaciones de precio
para cada elasticidad detectada. Se
requiere más trabajo para investigar
la causalidad de estos resultados.
Agradecimiento
Los autores agradecen a la
Universidad de Guanajuato por
impulsar la investigación cientíca
como pilar estratégico para fortalecer
la docencia.
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