INTRODUCCIÓN

El género Stevia, que pertenece a la tribu Eupatorieae, familia Asteraceae, se extiende desde el suroeste de los Estados Unidos de América hasta el norte de Argentina. Se estima que al género Stevia lo integran 300 especies, de las cuales más de 80 se encuentran en Norteamérica, y de éstas 70 son nativas de México (Grashoff, 1972; Com. pers.)¹. El 80 % de las especies de Stevia son analizadas con fines fitoquímicos (Cerda-García-Rojas y Pereda-Miranda, 2001; Hernández et al., 1998).

En México, algunas especies se utilizan para ornato en el día tradicional de muertos por los colores característicos de las flores (Villavicencio y Pérez, 1995) y en la herbolaria por su potencial farmacéutico (Cariño-Cortes et al., 2002; Com. pers²; Molina-Mendoza et al., 2012). Investigaciones recientes señalan la importancia de S. pilosa y S. tomentosa como fitofármaco o complemento alimenticio quimiopreventivo.

Calderón y Rzedowski (2005) reportaron que S. pilosa y S. tomentosa se localizan en altitudes entre 2300 y 4000 m, en lugares donde llueve de 700 a 1200 mm anuales, condiciones que se correlacionan con bosques de Pinus y Quercus y donde se acumula materia orgánica en el horizonte superficial con diferentes grados de descomposición.

No obstante, la importancia de las especies de Stevia existe poca información sobre su crecimiento. El análisis del crecimiento puede ser un método cuantitativo que permita describir todo el sistema de la planta en condiciones controladas y generar conocimiento sobre su desarrollo en condiciones ex situ (Azarpour et al., 2014); además, estos estudios son una alternativa para explicar diferencias en el crecimiento debidas a su constitución genética o al ambiente, para evaluar la distribución de la biomasa vegetal y calcular índices de eficiencia del crecimiento como la tasa relativa de crecimiento (TRC), la tasa absoluta de crecimiento (TAC) y la tasa de asimilación neta (TAN) (Hunt, 2017; Prusinkiewicz, 2004). La TAN permite cuantificar la fotosíntesis laminar y su relación con la producción de materia seca elaborada por la planta, determinada fundamentalmente por la fotosíntesis y la respiración. La TRC permite realizar comparaciones equitativas, y normalmente relaciona una parte de la planta con la materia seca total. El área foliar específica (AFE) es un índice morfológico que describe la proporción follaje entre el potencial fotosintético y el respiratorio; es decir, la relación entre el área foliar total y la materia seca total de la planta (Hunt, 2017).

El vermicompost y la fibra de coco (Cocos nucifera) son materiales orgánicos que pueden simular las condiciones edáficas comunes en los suelos de bosque. Por lo tanto, el objetivo de la presente investigación fue evaluar la dinámica y los índices de crecimiento de plantas de S. pilosa y S. tomentosa en función del porcentaje de vermicompost como sustrato humificado para su crecimiento bajo condiciones de invernadero. La hipótesis es que diferentes grados de descomposición y relaciones de fibra de coco y vermicompost proporcionan condiciones ambientales que influyen de manera particular en el desarrollo de S. pilosa y S. tomentosa.

MATERIALES Y MÉTODOS

Material vegetal y experimento en invernadero

Aquenios, provenientes de El Hiloche, estado de Hidalgo, fueron desinfectados con hipoclorito de sodio al 5 % y Microdyn® por 10 min y se colocaron en agua por 20 min para favorecer la germinación. Posteriormente, se sembraron cinco aquenios por alvéolo (con capacidad de 85.2 mL) en charolas de plástico con 50 cavidades, de acuerdo con el protocolo reportado por Sagakuchi y Kan (1982). El sustrato utilizado para almácigos fue una mezcla de turba (PRO-MIX® FLEX) y vermiculita (Agrolita ®) (70:30, v:v). Después de la emergencia (16 días después de la siembra) se aplicó riego con solución nutritiva Universal Steiner con 25 % de concentración (Steiner, 1984). Por la heterogeneidad de las poblaciones de Stevia se seleccionaron plantas vigorosas para colocarlas en vasos de poliestireno de 250 mL con el mismo tipo de sustrato (una planta por vaso). Después de 12 días se trasplantaron en vasos de poliestireno de 1 L con los tratamientos establecidos en la investigación.

Sustratos utilizados

La fibra de coco marca AQTEX® y el vermicompost (pH 8.5, MO (materia orgánica) 19.56 %, CIC (capacidad de intercambio catiónico) 25.2 cmol⁽⁺⁾ kg^-1, CE (conductividad eléctrica) 6.75 dS m^-1, N 1.47 % y P, K, Ca, Mg y Na con 23, 5939, 900, 73 y 1283 mg kg^-1, respectivamente).

Diseño experimental y arreglo de tratamientos

El diseño experimental fue completamente al azar con un diseño de tratamiento factorial (2 × 5); el primer factor corresponde a las especies de Stevia y el segundo factor a las mezclas de los sustratos, que corresponden a proporciones (volumen:volumen) de fibra de coco:vermicompost (0:100, 25:75, 50:50, 75:25 y 100:0 %) lo que genera un total de 10 tratamientos. Se establecieron 25 repeticiones de cada tratamiento y las unidades experimentales fueron plantas individuales colocadas en bancales en el invernadero.

Condiciones de crecimiento

El riego fue con agua del grifo (pH 7.6 y CE 0.45 dS m^-1) previamente acidulada (pH 5.5). Para el control de la temperatura se colocó malla sombra negra (40 %). Las condiciones promedio fueron: temperatura máxima de 38.4 ºC, mínima de 9.8 ºC, humedad relativa de 78.8 %, densidad de flujo de fotones fotosintéticos interna de 590 y externa de 2273 μmol s^-1 m^-2.

Análisis de crecimiento

Para evaluar el crecimiento se realizaron muestreos destructivos a los 42, 50, 58, 66, 74 y 82 días después de la emergencia (dde), tomando al azar cinco plantas por tratamiento. Las variables evaluadas fueron altura de la planta (cm) de la base al ápice del tallo, longitud radical a partir de la base del tallo hasta el ápice radical (cm) y el diámetro del tallo (mm). La planta se diseccionó en hojas, tallo y raíz; el área foliar (AF) se determinó con la metodología propuesta por Rincón et al. (2012) con una cámara fotográfica marca Samsung Semi-Profesional modelo WB1100F (Seúl, Corea del Sur); posteriormente se secó el material vegetal en una estufa modelo BLUE M (Blue Island, Illinois, USA) con circulación de aire a 47 ºC durante 72 h. Para cuantificar la materia seca se pesaron los órganos en una balanza analítica modelo PW254 (ADAM EQUIPMENT®). Se determinó el número de hojas (NH) por planta y los índices de eficiencia (Hunt, 1982) se calcularon con los datos de peso seco y AF. También se calculó la TRC = lnPS₂-lnPS₁ / t₂-t₁, donde: ln = logaritmo natural; el área foliar específica (AFE = AF/PSH); la razón de área foliar (RAF = AF/PSP) y la relación peso foliar (RPF = PSH/PSP). Las abreviaturas utilizadas son TRC: tasa relativa de crecimiento, PS1: peso seco en el tiempo 1, PS₂: peso seco en el tiempo 2, t₁: tiempo 1 (días), t₂: tiempo 2 (días), PSH : peso seco de hojas, PSP: peso seco de planta, PST: peso seco de tallo, PSR: peso seco de raíz.

Análisis estadístico

El análisis de componentes principales (ACP) a partir del segundo muestreo, utilizando el programa SAS Institute, (2015). El criterio para seleccionar las variables dentro de los componentes principales fue que obtuvieran el valor más cercano a 1. Después se llevó a cabo un análisis de varianza y pruebas de comparación de medias (Duncan α= 0.05) con el programa SAS.

Con las variables seleccionadas en los componentes principales y con el programa Curve Expert Professional versión 1.2.3. 2010-2011 (Daniel G. Hyams®) se hicieron ajustes a funciones polinomiales con base en el mayor coeficiente de determinación (R²) y el menor error estándar.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Análisis de componentes principales

Los resultados que se muestran en la presente investigación son interpretados con base en los valores y vectores propios (Afifi et al., 2012). Los tres primeros componentes explicaron el 83.7 % de la variación total. La matriz de correlaciones generada a partir del ACP mostró que 46 valores (50.5 %) fueron estadísticamente significativos, lo cual implica una alta correlación entre las características evaluadas (Siswadi et al., 2012), con variables de mayor y menor participación, lo que puede deberse principalmente a diferencias entre especies y a la proporción de vermicompost al que estuvieron expuestas.

Con el ACP se establecieron grupos de comportamiento fisiológico y de crecimiento en las plantas. El NH, AF, PSH, PST y PSR fueron las características con mayor valor descriptivo del componente principal 1 denominado “componente de crecimiento” (Cuadro 1), que representa el incremento en biomasa y número de los diferentes órganos de la planta (hojas, tallo y raíz).

Los valores significativos en el componente principal 2 “eficiencia y potencial fotosintético” de las plantas para producir nuevo tejido, fueron TRC, AFE y RAF (Cuadro 1). En el componente principal 3 “masa foliar” sólo fue significativa la RPF, que indica el desarrollo foliar de las plantas en función de la proporción de vermicompost utilizada para el crecimiento de la planta.

En el análisis de varianza se detectaron diferencias significativas (P ≤ 0.05) en la mayoría de las variables de mayor influencia en la definición de los componentes principales para las fuentes de variación. Las dos especies de Stevia tuvieron diferentes respuestas en función de la proporción de vermicompost; sin embargo, la interacción entre especie y sustrato no tuvo efecto significativo sobre la tasa relativa de crecimiento (Cuadro 2); esto indica que factores como agua, luz, nutrimentos, microorganismos no modificaron el peso seco.

Con base en la prueba de Duncan (P ≤ 0.05) se encontraron diferencias estadísticas entre los tratamientos. El porte de las plantas de Stevia se modificó como respuesta a los sustratos utilizados. La variación en peso seco de los órganos refleja a nivel fisiológico los cambios bioquímicos que se manifiestan en función de la nutrición (Barraza et al., 2004). Los datos del Cuadro 3 muestran que el aumento en la cantidad de vermicompost tiene un efecto positivo sobre el crecimiento de los órganos, ya que en las dos especies de Stevia no se encontraron diferencias estadísticas en el NH con el 75 y 100 % de vermicompost; sin embargo, la biomasa aérea en S. tomentosa aumentó con 100 % de vermicompost. Los valores más altos de PST se obtuvieron en S. pilosa con 75 y 100 % de vermicompost, mientras que el PSR se incrementó en ambas especies con 75 % de vermicompost, lo que significa que S. pilosa y S. tomentosa prefieren desarrollarse en ambientes donde la materia orgánica ya está humificada; esto puede ser una alternativa para considerar en la producción a nivel de vivero con fines de reinserción en su hábitat natural.

En la eficiencia fotosintética se observan diferencias entre tratamientos (Cuadro 3). Los valores más altos en la TRC se obtuvieron con S. tomentosa en la mayoría de los tratamientos, lo que reflejó una acumulación de carbono fijado e incorporado a la biomasa estructural de la planta. En S. pilosa, el AFE, que muestra la variación de crecimiento, fue más eficiente que en S. tomentosa con un valor de 397.05 cm2 g^-1 (100 % de vermicompost). Se han encontrado correlaciones positivas entre AFE y los contenidos de N y P (Wright et al., 2001). Valores altos en AFE indican menor dureza y mayor calidad nutritiva de la planta. La misma tendencia se presentó con la RAF (329.12 cm2 g^-1). En contraste, S. tomentosa presentó los valores más altos de RPF, lo que muestra mayor dureza de la hoja. La información sobre estas dos especies de Stevia es muy escasa; sin embargo, es posible afirmar que los valores significativamente menores entre especies (caso S. tomentosa) reflejan una mayor dureza de la hoja que puede interpretarse como una adaptación al ambiente.

Ewané et al. (2012) indican que hay una alta correlación entre los índices AFE y RAF con los componentes citoplasmáticos como proteínas, minerales y ácidos orgánicos; este fue el caso de S. pilosa. Sin embargo, valores bajos indican que existe mayor cantidad de componentes de la pared celular, especialmente lignina. En concordancia con lo anterior se pudo observar que las hojas de S. tomentosa en todas las proporciones de vermicompost fueron más duras y quebradizas durante el ciclo del cultivo.

Componente del crecimiento

El NH varió en función del tiempo, la especie y proporciones de sustrato. En el último muestreo, S. tomentosa produjo más hojas que S. pilosa con 75 y 100 % de vermicompost (Figura 1).

El AF se incrementó en función del tiempo y las proporciones de vermicompost. A los 82 dde las hojas de S. tomentosa produjeron la mayor cantidad de AF con las mezclas 25:75 y 0:100 (fibra de coco:vermicompost) con valores de 440.87 cm² y 426.98 cm², respectivamente (Figura 2). La misma tendencia se presentó en S. pilosa.

Las combinaciones de los sustratos permitieron diferenciar la cantidad producida en biomasa aérea en ambas especies. A los 82 dde S. tomentosa tuvo valores significativos en la acumulación de materia seca en hojas, lo que supera a S. pilosa con las proporciones 75 y 100 % de vermicompost (Figura 3). Aunque el PST se incrementó en ambas especies en las mismas proporciones, S. tomentosa presentó tallos más leñosos que S. pilosa. En ambas especies el desarrollo de raíz se modificó en función de la cantidad de vermicompost (Figura 3), pues con 100 % las raíces fueron abundantes pero delgadas, mientras que con el 25 % el número de raíces fue menor pero éstas fueron más gruesas. Estos resultados denotan el efecto positivo del humus sobre el desarrollo de las raíces de las plantas, debido a la presencia de compuestos promotores del crecimiento y actividad microbiana que favorece el desarrollo de la raíz (Marschner, 2012). Se especula que la presencia de sustancias similares a fitohormonas en el humus de lombriz (Arancon et al., 2010) ocasionó la respuesta observada, tanto en crecimiento como en el desarrollo de las especies de Stevia.

Eficiencia fotosintética

En ambas especies la TRC fue máxima en el primer muestreo (de 42 a 50 dde). En S. pilosa la TRC fue mayor con la adición de 50, 75 y 100 % de vermicompost (0.954 g g^-1 d^-1, 0.893 g g^-1 d^-1 y 0.838 g g^-1 d^-1, respectivamente), lo que supera entre 27 y 45 % a S. tomentosa con el 25 % de vermicompost (0.657 g g^-1 d-¹) (Figura 4). La planta en la etapa vegetativa es más eficiente para producir tejido, porque depende de la fotosíntesis total y la respiración (Pommerening y Muszta, 2016), mientras que durante la senescencia la planta disminuye su actividad meristemática y elongación celular (Muhammad et al., 2014). Desde el punto de vista de las relaciones entre los órganos que producen fotoasimilados y los que los consumen, la TRC es un indicador para medir esa eficiencia (Nassi o Di Nasso et al., 2011).

El AFE, que representa la relación entre el espesor y la superficie de la hoja (Clavijo, 1989), y en forma indirecta el efecto de la nutrición del cultivo y de la estructura del dosel, se incrementó en las primeras etapas de desarrollo en ambas especies. En S. pilosa el valor fue 62.25 % más que en S. tomentosa, independientemente de las relaciones de vermicompost (Figura 5). En ambas especies los valores de AFE fueron decreciendo en función del tiempo, debido a que los fotoasimilados se distribuyeron a las zonas de división y expansión celular de mayor demanda (meristemos). Las especies con crecimiento rápido bajo óptimas condiciones son aquellas que tienen la mayor AFE (Poorter y De Jong, 1999), como es el caso de S. pilosa con 100 % de vermicompost.

La RAF es la relación entre el área foliar de la planta y la materia seca total (Clavijo, 1989), índice que muestra la proporción de asimilados fotosintéticos que son asignados a la producción de follaje. En la presente investigación, a los 42 dde S. pilosa, con 50, 75 y 100 % de vermicompost obtuvo los valores más altos en RAF con respecto a S. tomentosa (Figura 6). En muestreos posteriores del cultivo este índice fue decreciendo y mostró estabilidad.

Masa foliar

El índice de la RPF indica el peso seco foliar con respecto al peso seco total (Clavijo, 1989) y es un indicador de la masa foliar de la planta que expresa cuándo y cuántos fotoasimilados se traslocan en función del tiempo. Los valores obtenidos para este factor a los 42 dde muestran que S. tomentosa asignó una mayor cantidad de fotoasimilados al follaje con 0 y 25 % de vermicompost en comparación con S. pilosa (Figura 7). Por lo tanto, a los 42 dde S. tomentosa invirtió más tejido foliar en 0 y 25 % de vermicompost debido a la falta de nutrimentos, para poder captar la mayor cantidad de luz y dióxido de carbono.

Conforme avanzó el ciclo del cultivo las dos especies de Stevia disminuyeron los valores del AFE, RAF y RPF, debido a que en las primeras etapas de crecimiento la mayor parte de fotoasimilados se asignó al establecimiento del aparato foliar, cantidad que va reduciendo gradualmente a medida que la planta acumula una mayor cantidad de carbohidratos en otros órganos. Por otro lado, la disponibilidad de los nutrimentos y el desarrollo ontogénico influyó en la asignación de biomasa a los diferentes órganos de la planta, como se observa en las figuras.

CONCLUSIONES

A mayor proporción de vermicompost se observó un mayor efecto benéfico sobre el crecimiento y desarrollo de ambas especies de Stevia. Las plantas de S. pilosa crecieron mejor con las mayores concentraciones de vermicompost (75 y 100 %), debido a la considerable disponibilidad nutrimental; sin embargo, S. tomentosa creció con la menor cantidad de vermicompost (25 %) lo que indica que es una especie que demanda menos nutrimentos.

Referencias

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Notas de autor

marinie@colpos.mx