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Transcripción

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3 ÍNDICE Página Introducción general CAPÍTULO I Paclobutrazol, una tecnología para incrementar la competitividad agrícola y la eficiencia del sumidero de CO Introducción Problema Objetivos Hipótesis Revisión de literatura Materiales y métodos Producción de plantas de tomate ychileaplicando paclobutrazol al follaje Materiales y métodos Resultados Plantas de tomate Plantas de chile Discusión Crecimiento radicular y aérea en plántulas de pimiento morrón y berenjena en respuesta al paclobutrazol Materiales y métodos Resultados y discusión Crecimiento del pimiento morrón

4 CAPÍTULO I 1.1 Paclobutrazol, una tecnología para incrementar la competitividad agrícola y la eficiencia del sumidero de CO 2 Leopoldo Partida Ruvalcaba 1, Tomás Díaz Valdés 1, Felipe Ayala Tafoya 1, Juan Francisco Ponce Medina 1, Teresa de Jesús Velázquez Alcaraz 1, Benigno Acosta Villegas 1 1 Universidad Autónoma de Sinaloa-Facultad de Agronomía, km 17.5 de la Carretera Culiacán- Eldorado, Culiacán, Sinaloa, México, CP parpolo@yahoo.com.mx 2 Universidad Autónoma de Baja California-Instituto de Ciencias Agrícolas, Ejido Nuevo León, Mexicali, Baja California Introducción Sinaloa es una de las entidades de la República Mexicana con gran importancia en el ámbito agrícola; posee una superficie continental de 58,328 km 2, de los cuales una gran cantidad de hectáreas son utilizadas en la siembra de hortalizas, frutales, cereales y leguminosas, todas de gran importancia en la producción de alimentos para los mexicanos y los habitantes de otros países, como Estados Unidos de América y Canadá, ya que a estos países los productores de Sinaloa exportan tomate, chiles, pepinos, berenjena, calabacitas, chícharos, mango, etc. El maíz (Zea mays L.) es la especie que al año ocupa la mayor parte de la superficie cultivada en Sinaloa; y según Poehlman (1981) es nativo de América, fue la principal planta alimenticia de los indígenas cuando Colón descubrió América, y actualmente es la fuente de alimentos más importante en México, América Central y muchos países de América del Sur; así, el maíz es una de las plantas cultivadas más antiguas, pero ya no sobrevive en forma silvestre y sólo se produce bajo cultivo. Es la especie que ha sido mejorada genéticamente desde antes de 1926, pero fue hasta ese año cuando se produjo en Iowa, Estados Unidos, la primera semilla comercial de maíz híbrido para la venta a los productores. En este país, inicialmente la semilla híbrida ocupó el 1.0% de la superficie dedicada al cultivo con semilla mejorada, pero llegó a ocupar el 100% en 1955, debido a que durante el periodo de 9

5 la adopción de variedades de maíz híbrido incrementó 15-20% el rendimiento de grano (Airy et al., 1977). El trigo (Triticum aestivum L.) es la especie que ocupa la mayor superficie sembrada en el mundo y de la que obtienen más calorías para la dieta de la humanidad; asimismo, es el cereal más importante en relación al comercio mundial (Hanson et al., 1982). Sin embargo, en México se ubica en el cuarto lugar de importancia en superficie sembrada, en el tercero en producción y en el segundo en consumo (Turrent, 1987; Serna, 1996; USDA, 2001); pero en Sinaloa se ubica en el segundo lugar en cuanto a superficie sembrada. El sorgo, en la mayoría de los casos, se consume en los países donde se cultiva y se emplea con dos finalidades: alimentación humana y elaboración de alimentos balanceados para consumo animal; en esteúltimoámbitohasidounelementodinámicoenloconcernientealconsumoglobal. Apartirdelos años sesenta, su demanda ha constituido la principal fuerza motriz para elevar la producción mundial y el comercio internacional. Su demanda se encuentra fuertemente concentrada en los países desarrollados, donde alrededor del 97% se destina para consumo animal, y en algunos países en desarrollo, especialmente en América Latina, el 80% de todo el sorgo producido se utiliza para consumo animal. Estados Unidos, México y Japón son los principales países consumidores de sorgo, seguidos por Argentina, los países que formaban la Unión Soviética y Venezuela. Conjuntamente estos países absorben más del 80% de la producción mundial para consumo animal (Caamal y Ávila, 2004) Problema Al iniciar las investigaciones para conocer los efectos que puede ocasionar el paclobutrazol (PBZ) en plantas de tomate, chiles, berenjena, maíz, sorgo y trigo, se planteó como problema el desconocimiento de los efectos que ocasiona el PBZ en el rendimiento de hortalizas, frutales y cereales por unidad de superficie, así como en la eficiencia de los sistemas biológicos sumideros de CO 2 y, en consecuencia, en la disminución del calentamiento global. 10

6 Objetivos Determinar el incremento del rendimiento de hortalizas, frutales, maíz, frijol, trigo y sorgo, tratados con PBZ sobre el follaje. Asimismo, conocer el incremento de la eficiencia del sumidero de CO 2 que podría generarse al tratar con PBZ las plantas cultivadas de hortalizas, frutales, maíz, frijol, trigo y sorgo Hipótesis El paclobutrazol ocasiona incremento del rendimiento de hortalizas, frutales, maíz, frijol, trigo y sorgo, toda vez que induce mayor contenido total de clorofila y mejoramiento del proceso fotosintético, por lo que al incrementar la eficiencia de las plantas en la fijación de CO 2 se influye en la eficiencia de los sumideros de CO 2 y, por tanto, en la disminución del calentamiento global Revisión de Literatura Según el Observatorio de Mona Loa en Hawai, los niveles de CO 2 han aumentado de manera constante desde 1958 a Dichos aumentos se producen durante el otoño e invierno del Hemisferio Norte, alcanzando un pico justo antes de la primavera. Las concentraciones de CO 2 disminuyen durante la primavera y el invierno. Lo anterior se debe a que durante la temporada de crecimiento las plantas absorben más CO 2 del que liberan al respirar. Los árboles caducifolios forman hojas y plantas como el césped reaparecen. Durante el otoño y el invierno el césped muere y los árboles comienzan a hibernar y dejan de funcionar como sumideros de CO 2 ; mientras que las plantas tropicales absorben CO 2 durante todo el año (Schlumberger, 2008). En el año 2004 se liberaron a la atmósfera alrededor de 26 millones de toneladas de CO 2 atravésdel consumo de combustibles fósiles; más de cuatro toneladas por cada persona que habita este mundo. Lo antes indicado no incluye el CO 2 producido por plantas, animales y el hombre, como parte del ciclo del carbono. El CO 2 que se produce por la combustión de combustibles fósiles es superior al que puede ser 11

7 absorbido por las plantas y océanos, de tal manera que las concentraciones de CO 2 en la atmósfera probablemente seguirán aumentando (Schlumberger, 2008). Para el año 2025, se estima que la población mundial alcanzará los 7500 millones de personas, 1500 millones más que en el año Estas personas van a necesitar energía para cocinar, tener luz, viajar, producir en las industrias y en otros sistemas de producción, por lo que el uso de energía aumentará en 50% desde , y aunque la energía renovable (eólica, solar, de las olas y mareas) aumentará a paso firme, el consumo de carbón, gas y petróleo aumentará más rápido, por lo que seguiremos produciendo grandes cantidades de gases con efecto invernadero (Schlumberger, 2008). La ONU, durante más de 20 años, ha procurado aumentar la toma de conciencia sobre los gases con efecto invernadero y el calentamiento global, de tal forma que en 1997 el Protocolo de Kioto fue firmado por 160 países, los cuales se comprometieron a disminuir las emisiones de CO 2. Lo anterior ha ocasionado que actualmente se esté buscando una tecnología que reduzca la cantidad de gas con efecto invernadero que se libera a la atmósfera, por lo que, según Schlumberger, 2008, se han propuesto las tres alternativas siguientes: 1. Utilizar combustibles de manera más eficaz para generar menos CO 2 al obtener la energía que se requiera. 2. Incrementar el uso de fuentes de energía que no produce CO 2 (eólica, solar, geotérmica, nuclear, de las mareas e hidroeléctricas). 3. Capturar y almacenar el CO 2 que se produce por la combustión de combustibles fósiles, para impedir que el CO 2 ingrese a la atmósfera. Tecnología que recibe el nombre de Captura y Almacenamiento de Carbono. Aunado a las propuestas anteriores, el paclobutrazol puede ser una tecnología que haga más eficientes a las plantas en la fijación del CO 2, al ocasionar que éstas incrementen el contenido de clorofila y, en consecuencia, el proceso fotosintético y la acumulación de materia seca, ya que a través de varias 12

8 investigaciones se ha descubierto que el paclobutrazol hace que las plantas de noche buena, tomate, chile, berenjena, maíz, mango, etc., adquieran color verde más intenso que el color verde de aquéllas cultivadas de manera convencional. Es decir, el paclobutrazol puede ser una tecnología que incremente la eficiencia de los sistemas biológicos sumideros de CO 2, los cuales a su vez pueden influir de mejor manera en la disminución del calentamiento global. Ya que retardantes del crecimiento, como el paclobutrazol, presentan mecanismos físicos y bioquímicos que inhiben la biosíntesis de giberelinas, reducen la división celular, son absorbidos pasivamente a través de las hojas, tallos o raíces y se translocan por el xilema hasta los puntos de crecimiento, donde inhiben la síntesis de giberelinas, impidiendo la acción de éstas en los meristemos subapicales (Early y Martín, 1988). En 1991, Villegas y Lozoya descubrieron que los retardantes de crecimiento actúan en la oxidación del kaureno a ácido kaurenoico para la producción de giberelinas, reduciendo la tasa de división y expansión celular, sin el riesgo de causar toxicidad; las consecuencias morfológicas directas sobre la planta se muestran como una reducción del crecimiento, pero también se manifiesta una estimulación en la producción de flores en algunas especies. En 1985, Goulston y Shearing reportaron que en plantas de nochebuena, aplicaciones de paclobutrazol dirigidas al suelo y follaje, redujeron la altura de plantas y produjeron plantas más compactas con un follaje verde oscuro. Iremiren et al. (997), observaron que con 12 y 24 ml de paclobutrazol por litro de agua, combinado con 75 y 150 kg de nitrógeno por hectárea, respectivamente, el paclobutrazol disminuyó la altura y madurez de las plantas de maíz, pero también incrementó el grosor del tallo y el rendimiento de materia seca; asimismo, el contenido de las clorofilas a y b en relación con las plantas testigo o aquéllas que no fueron tratadas con paclobutrazol. Partida et al. (2007), descubrieron que el paclobutrazol (PBZ) incrementa la biomasa de raíces y de la parte aérea de pimiento morrón y berenjena, con relación a las plantas testigo; 150 mg de PBZ por litro 13

9 de agua fue la dosis más adecuada en pimiento morrón para incrementar en 1.1 veces la longitud de las raíces, en 3.7 veces la materia fresca y en 13 veces la materia seca de las mismas; asimismo, para incrementar en 1.5 y 6.7 veces la materia fresca y seca de la parte aérea, respectivamente. En berenjena incrementó 1.3 veces la materia fresca de las raíces, 71% la materia seca de las mismas; en tanto que en la parte aérea incrementó 81% la materia fresca, y 89 % la materia seca. Las clorofilas a y b son dos pigmentos que existen en las membranas tilacoides. La clorofila a es verdeazulado, mientras que la clorofila b es verde-amarilla. Las técnicas actuales han permitido conocer que todas las clorofilas y la mayoría o todos los carotenoides se encuentran embebidos en los tilacoides, y están unidos mediante enlaces no covalentes a moléculas de proteínas (Salisbury y Ross, 2000). No obstante, las clorofilas tienen estrecha relación con el crecimiento de las plantas, ya que según Salisbury y Ross (2000), el fenómeno en cuestión consiste en el aumento de tamaño, peso, volumen o densidad de los órganos de las plantas, haciendo a las plantas cada vez más complejas, por lo que se puede medir con el metro, kilogramo, cm 3 o con la relación de peso sobre volumen. Investigaciones científicas, como las referidas anteriormente, entre muchas más, han permitido descubrir que el paclobutrazol es una sustancia que puede retardar el crecimiento de las plantas de nochebuena; asimismo, en plántulas de tomate (cuando se aplica durante las etapas fenológicas de 2 y 4 hojas verdaderas), chile bell, serrano, jalapeño, anaheim y caribe. No obstante, en plantas de chile bell (pimiento morrón) y berenjena también promueve el crecimiento de las raíces y la cantidad de materia seca, tanto en la parte aérea como en el sistema radical. Lo anterior indica que el paclobutrazol es una sustancia que puede inducir mayor contenido total de clorofila en las plantas como tomate, chile, maíz, trigo, frijol, sorgo, berenjena y frutales, por lo que en éllas puede repercutir en el mejoramiento del proceso fotosintético, de tal manera que las plantas incrementarán la síntesis de sustancias orgánicas y, en consecuencia, la fijación de CO 2, y el 14

10 rendimiento de frutos o de granos por hectárea, incrementando la productividad (ganancia) de los sistemas de producción agrícola, y la eficiencia de los sistemas biológicos para disminuir el calentamiento global Materiales y métodos La investigación se puede iniciar en el Campo Experimental de la Facultad de Agronomía de la Universidad Autónoma de Sinaloa, ubicada en el km 17.5 de la Carretera Culiacán-El dorado, con coordenadas 24 º Ny107 º O, Sinaloa, México, donde se pueden establecer experimentos con maíz, trigo y sorgo, cuya siembra se puede llevar a cabo en noviembre de 2009 en condiciones de campo abierto, en un diseño experimental de bloques completos al azar con cinco repeticiones, donde las parcelas experimentales pueden constar de cuatro surcos de 40 m de largo, con parcelas útiles constituidas por los dos surcos centrales de las parcelas experimentales, con separación de 0.80 m entre sí, sobre los cuales se puede dar un riego de rodado de presiembra, para luego sembrar a tierra venida, ya que el suelo es de textura arcillosa; asimismo, se pueden dar los riegos de auxilio por gravedad (rodado) necesarios para inducir el mejor crecimiento y desarrollo de las plantas. Todas las parcelas experimentales serán manejadas con 250 kg de N ha -1, aplicando el 50% en presiembra y 50% en el segundo riego de auxilio; además las plantas pueden ser protegidas con insecticidas contra el ataque de las plagas más comunes en la región (gusano trozador, gusano cogollero y ácaros. Previo a la siembra se puede hacer análisis del suelo para conocer sus propiedades físicas y químicas, sobre todo, contenido de materia orgánica y nitrógeno. Las variables de estudio pueden ser: altura de plantas, diámetro del tallo, longitud y anchura de las hojas, contenido de clorofila, inicio de floración masculina y femenina, peso fresco y peso seco del tejido vegetativo de las plantas de la etapa fonológica de floración masculina e inicio de floración femenina, longitud y diámetro de mazorca, peso, volumen y densidad de 1000 granos, contenido de proteínas, rendimiento por hectárea y potencial de rendimiento de grano. 15

11 Los tratamientos que se apliquen pueden ser las dosis de 0 (testigo) y 150 mg de paclobutrazol L -1 de agua. La dosis de 150 mg de paclobutrazol L -1 de agua se puede aplicar en una sola ocasión con una bomba manual. La densidad de población puede ser de 12 plantas por metro lineal, lo que puede ocasionar una población de 150,000 plantas por hectárea, toda vez que la siembra se realice en hileras sencillas separadas a 0.80 m. El manejo de las plantas se puede hacer en forma comercial, incluida la fertilización con 250 kg de N ha -1 tomados a partir de urea como fuente de nitrógeno; asimismo, los riegos para incorporar el fertilizante y facilitar la absorción del mismo por parte de las plantas. Los datos acerca del contenido total de clorofila se pueden recabar ocho (8) días después de la aplicación; la altura se puede medir a partir de la superficie del suelo hasta la base de la inflorescencia masculina, en una muestra de 20 plantas seleccionadas al azar; el diámetro del tallo también se puede medir en una muestra del mismo número de plantas, utilizando el vernier en el entrenudo localizado entre la segunda y tercera hoja verdadera, considerando la parte más ensanchada del mismo; la anchura de las hojas también se puede medir en una muestra de 20 plantas seleccionadas al azar, en la parte central de la décima hoja; el contenido total de clorofila se puede determinar en Unidades Spad en 20 plantas, en la parte media de la lámina foliar, específicamente en el lado derecho de la nervadura central de la penúltima hoja. La longitud de hojas se puede medir a partir de la base foliar hasta el ápice de la décima hoja; el inicio de floración masculina y femenina se puede determinar en función de las unidades calor acumuladas o los días transcurridos hasta la floración de la primera planta ;el peso fresco se puede estimar con el material vegetativo que se obtenga desde la superficie del suelo en un total de cinco plantas seleccionadas al azar; Las mismas plantas pueden servir para calcular el peso seco hasta peso constante en estufa modelo Lab-3040 con temperatura de 60 C ; la longitud de mazorcas se puede determinar desde la base hasta el ápice de las mismas; en tanto que el diámetro se puede medir en el centro de las mazorcas; el peso de 1000 granos se puede obtener con una báscula granataria (precisión); el volumen 16

12 con una probeta de 500 ml; mientras que la densidad se puede estimar con la relación peso-volumen ;el contenido de proteínas o nitrógeno total se puede determinar en 5 g de grano molido, a través del método químico Kjeldahl o por medio del Spad-502; el rendimiento en base a la producción obtenida en la cantidad de m 2 de las parcelas útiles; el potencial de rendimiento de grano se puede medir con base al incremento que se obtenga conforme a las dosis de paclobutrazol aplicadas. Los datos se pueden analizar estadísticamente con el procedimiento proc glm del paquete SAS Institute, 1985 versión 5, utilizando la prueba de comparación múltiple de medias Tukey al 0.05 de probabilidad de cometer error. 17