Efecto alelopatico del extracto de tabaco (nicotiana tabacum. L) sobre algunos cultivos económicos

Indice1. Introducción. 2. Revisión Bibliográfica. 3. Presencia del fenómeno. 4. Naturaleza de las sustancias alelopáticas 5. Aplicación de la alelopátia en la agricultura. 6. Resultados 7. Conclusiones y recomendaciones 8. Bibliografía

1. Introducción.

En la actualidad resulta de gran importancia investigar y encontrar las variantes que nos permitan el desarrollo de una agricultura rentable y no contaminante del medio ambiente. Por otra parte, el uso de productos químicos en la agricultura aumenta notablemente los rendimientos y la rentabilidad de los cultivos, pero la utilización constante de estos puede alterar el medio biológico produciendo graves daños en los diversos ecosistemas. Es por eso que la utilización de practicas sostenibles como: La reducción de productos químicos, rotaciones y asociaciones benéficas entre otras, son las mejores variantes para garantizar una buena producción manteniendo a salvo el futuro de nuestro planeta. Debido a ello en nuestro país se realizan investigaciones sobre la obtención de productos de origen natural, para ello se acude a la utilización de los efectos alelopáticos entre las plantas.. La sociedad de Alelopatía internacional en 1996 definió a la Alelopatía como cualquier proceso que involucre metabolitos secundarios producidos por las plantas, microorganismos, virus y hongos que influyan en el crecimiento y desarrollo de sistemas agrícolas y biológicos. Según An, 2000 Sus síntomas se manifiestan de la siguiente manera: Inhibición o retraso de la germinación, Semillas necrosadas, retardo en el crecimiento de raíz y tallo, necrosis en las extremidades de las raíces, perdida de pelos radiculares, reducción de la acumulación de masa seca, reducción en la capacidad reproductiva. El resultado del efecto de sustancias tóxicas de alto valor destructivo que actúan o pueden actuar sobre las partes organográficas de la planta, incluidas sus semillas, llegan a provocar alteraciones fisiológicas tales que pueden producir la muerte del vegetal (Lacasa,1984 y citado por puentes, 1998). La utilización de residuos alelopáticos como una herramienta de manejo en las plantas puede ser uno de los usos más prácticos aplicables de la alelopatía en los agro ecosistemas. De todas las estrategias posibles de desarrollo de la alelopatía para el control de malas hierbas, el manejo de residuos tóxicos es el de resultados disponibles más exitosos y reales. Lovett (1990) y Putnam (1998), citados por An et al (2000). Http://www.webcolombia.com, en el 2001 reporta como otra aplicación importante de la alelopatía, el control orgánico de insectos y plagas con el uso de algunos cultivos alelopáticos. Según Pazmiño (1999) la alelopatía puede generarse y actuar por exudación de compuestos provenientes de raíces vivas, frutas o por infiltración de compuestos químicos provenientes de la descomposición de los vegetales. La alelopatía parece ser un importante componente de la capacidad de interferencia de las plantas en ecosistema natural (Muller,1966; Whittaker y Feeny,1971; Swain,1977 y citado por Puentes,1998). Rice (1979) indicó que la alelopatía podía contribuir a la distribución de las especies las cuales en circunstancias específicas podían limitar severamente la comunidad de plantas. En décadas pasadas se formuló la hipótesis de que las características alelopáticas podían ser explotadas en el uso de prácticas agrícolas con diferentes propósitos (Putnan y Duke, 1978; Altieri y Doll,1978). La alelopatía difiere como fenómeno de la competencia, ya que en la competencia hay una lucha entre dos organismo por la obtención de algún factor del medio ambiente que puede estar restringida. La alelopatía (al no alterar ninguno de estos factores) no es por tanto un fenómeno competitivo, sino que añade al medio un nuevo factor de naturaleza química. A esta conclusión llego Miller (1983). No todas las sustancias liberadas por las plantas son inhibidoras y por el contrario, algunas manifiestan efectos estimulantes, más aún ciertos metabolitos pueden provocar reacciones de estímulo o de inhibición dependiendo de su concentración. Por ello cualquier clasificación de los productos tóxicos como las plantas que la generan resultaría arbitraria; así la toxicidad no solo depende de la sustancia en sí sino que también de la concentración en las mismas en el sitio de acción y de la especie sobre la cual se ejerce (Kogan,1992). En apoyo a las actuales investigaciones, se realiza el siguiente trabajo en la Universidad Central de las Villas, cuyo objetivo se centra en el análisis del comportamiento alelopático del tabaco (Nicotiana tabacun ) en la germinación y desarrollo primario de diferentes cultivos.

2. Revisión Bibliográfica.

El fenómeno de la alelopatía ha sido plasmado en documentos que datan de unos cuantos siglo A. C. Un documento tan antiguo como del año 300 A. C. relata que muchas plantas cosechadas (chícharo, cebada, frijol forrajero) destruyeron malas yerbas e inhibieron el crecimiento de otras cosechas. (Rice, 1984 citado por An, 2000). Autores de muchos lugares del mundo lo han investigado y definido con mayor o menor exactitud: De Candole (1832), las investigaciones de Pickering (1917, 1919), los clásicos escrito por Molisch (1937), Bonner (1950), Grümmer (1955), Börner (1960), Nicholas (1987), Almeida (1988), Scheles et al (1989), Cayon et al (1992), Camero (1992), Mejias (1995), Barceló et al (1995),Beltrán (1996), De la Cruz (1998), Puente (1998), Hickman et al (1999), Pazmiño (1999), An et al (2000), webcolombia (2001), entre muchos más han coincidido en ver: la alelopatía de forma general como el efecto producido por las interacciones bioquímicas que se establecen en un agroecosistema entre una especie donante sobre otra receptora, que incluye a plantas y microorganismos y puede ser de daños o beneficios. Según Pazmiño (1999) la alelopatía puede generarse y actuar por exudación de compuestos provenientes de raíces vivas, frutas o por infiltración de compuestos químicos provenientes de la descomposición de los vegetales. Alelopatía es un termino acuñado por Molisch (1937) y se deriva de las palabras griegas Alleton (mutuo) y Pathos (perjuicio). A pesar de su etimología ha sido interpretado de diferentes maneras (Puente, 1998). Para Molisch, quien primero la usó engloba todas las interferencias bioquímicas desencadenadas entre plantas, incluyendo microorganismos, provocadas por un organismo (donador) sobre otro (receptor), muchos autores, restringen el significado de la palabra solamente a efectos perjudiciales apenas entre las plantas superiores, excluyendo por tanto a los microorganismos. Otros autores como Whittaker (1971) y webcolombia (2001) tienen en cuenta que estas mismas sustancias químicas influyen en las relaciones entre otros organismos que no son plantas, tales como insectos y herbívoros. Puesto que el termino abarca todas las interferencias entre seres vivos provocados por sustancias químicas por ellas elaboradas y que ocurren en el reino vegetal, este concepto es el que parece ser más adecuado (Puente, 1998). La sociedad internacional de alelopatía en 1996 amplió esta definición a: "alelopatía se refiere a cualquier proceso que involucre metabolitos secundarios producidos por las plantas, microorganismos, virus y hongos que influyen en el crecimiento y desarrollo de sistemas agrícolas y biológicos". La actividad alelopática depende de diversos factores, como por ejemplo: 1.- Sensibilidad de la especie receptora. 2.- Liberación de la toxina al medio. 3.- Actividad e interacciones bióticas y abióticas que ocurren en el suelo con la toxina (microorganismos, temperatura, pH, etc). (Blum et al (1992), citado por Pazmiño (1999) Duke (1985) citado por Pazmiño (1999), menciona que es necesario establecer cuatro condiciones para que una interacción pueda considerarse como alelopatía:

1. Demostrar la existencia de interferencias, describir los síntomas y cuantificar el grado de interferencia.
2. Aislar, ensayar y caracterizar los aleloquímicos.
3. Los síntomas de interferencia previamente diagnosticados, deben ser repetidos por la aplicación de toxinas a dosis presentes en la naturaleza.
4. La liberación de las toxinas, su movimiento y captación por parte de la planta receptora debe ser monitoriada y demostrar que la dosis es suficiente para explicar la interferencia observada.

Aldrich (1984) citado por Puente (1998) se refiere a como este fenómeno podía estar envuelto de forma significativa en tres aspectos considerando a la alelopatía como:

1. Otro factor que afecta los cambios en la composición de las plantas.
2. Como otra fuente de interferencia de las plantas con el crecimiento y rendimiento de otras plantas.
3. Como otra posible herramienta en la reducción de perdidas en los cultivos frente a la invasión de otras especies.

Bower (1991) citado por Puente (1998) señala como para se produzca estos efectos ya sean de carácter positivo o negativo, directos o indirectos, la concentración de las sustancias aleloquímicas es de gran importancia. Las actividades biológicas en plantas receptoras de aleloquímicos son conocidas por ser una respuesta dependiente de la concentración de entrada. La respuesta es de estimulación o atracción, con bajas concentraciones de aleloquímicos y de inhibición o rechazo al incrementarse estas. Lovetl (1989) citado por An et al (2000). No obstante para que todo fenómeno alelopático, de cualquier naturaleza, ejerza su efecto cono tal, debe cumplir las siguientes condiciones: (Alderéz, 1996 citado por Puente 1998).

1. Que exista en el suelo suficiente cantidad o concentración del compuesto alelopático.
2. Que el aleloquímico debe entrar en contacto directo o interactuar de alguna forma con una planta susceptible.

3. Presencia del fenómeno.

An (2000), plantea como este fenómeno afecta el crecimiento y desarrollo de las plantas que son expuestos a aleloquímicos. Los efectos reales son visibles en, un por ciento de la germinación inhibidas o retrasadas, semillas necrosadas, raíz y tallo reducido, necrosis en las extremidades de las raíces, perdida de pelos radiculares, reducción de la acumulación de masa seca y una capacidad reproductiva reducida, entre otros daños. Esto coincide con Rice (1974); Patterson (1981) y Ohdan et al. (1995). Mejias (1995) citado por Puente (1998) plantea como este fenómeno puede manifestar sus efectos a través de la inhibición o estimulación de los procesos de crecimiento de las plantas vecinas, evitando la acción de insectos y animales comedores de hojas, los efectos dañinos de hongos, bacterias, virus y hasta la inhibición de la propia germinación de la semilla. Otro autor que coincide con esto es Gisaza (2001), que además plantea que en los tejidos vegetales hay ciertas sustancias que constituyen un sistema de defensa. Estas sustancias llamadas "aleloquímicos- alomónicos", son compuestos moleculares que actúan como señales o como mensajeros de disuasión produciendo efectos repulsivos, antialimentarios, tóxicos, alteradores de la fisiología y/o comportamiento sexual o poblacional de insectos. Esto coincide con Whittaker (1971) y De la Cruz (1998). El efecto alelopático de las plantas se manifiesta de diversas maneras; por ejemplo en diversos organelos y procesos celulares como son: (Koch y Wilson, (1977); Perry, (1995) y Anaya, (1998) citados por Puente, (1998)

• Mitocondrias
• Cloroplastos
• Meristemos primarios
• Membrana
• Cinética enzimática
• Síntesis de proteínas o Estructura cromosómica.

Estos pretendidos mecanismos de acción directa fueron resumidos por Rice (1979) y Smitth (1991) y citados por Puente (1998), bajo las siguientes categorías.

1. Efectos en la elongación de las células y ultraestructura del extremo radical, incluyendo la inhibición de la división celular.
2. Efectos en la inducción de hormonas de crecimiento.
3. Inhibición en la síntesis de proteínas y cambios en el metabolismo de lípidos y ácidos orgánicos.
4. Inhibición y/o estimulación de encimas especificas.
5. Efectos en la permeabilidad de la membrana.
6. Efectos en la apertura estomatal y en la fotosíntesis.
7. Efectos en la respiración.
8. Efectos sobre la absorción mineral.
9. Extraordinario atascamiento de los elementos del xilema y de la transmisión de agua por el tallo.
10. Efectos sobre la disponibilidad de fósforo y potasio en el suelo.

4. Naturaleza de las sustancias alelopáticas

La química que imponen las influencias alelopatícas se han llamado aleloquímicos. Estos pueden ser ampliamente clasificados como metabolitos secundarios de las plantas, los cuales son generalmente agrupados por su composición (alcaloides, fenoles, flavonoides, terpenoides, glucosinolatos) y no juegan ningún papel en el metabolismo primario, proceso esencial para la supervivencia de la planta y son producidos como consecuencia de los caminos al metabolismo primario, e incluyen cientos de componentes moleculares de bajo peso. Decenas de miles de sustancias secundarias son conocidas hoy, solo un número limitado ha sido implicado como aleloquímico. Rice (1984) y citado por An (2000). Putnam (1985) citado por Puente (1998) nos muestra algunos de estos aleloquímicos:

1. Acidos orgánicos simples solubles en agua
2. Acidos grasos de cadenas largas.
3. Antroquininas y quinonas simples.
4. Cumarinas.
5. Acido bezoico y sus derivados.
6. Acido ciannamídico y sus derivados.
7. Acido cianhídrico y sus derivados.
8. Alcoholes.
9. Aldehídos alifáticos.
10. Taninos hidrolizables.
11. Terpenoides y esteroides
12. Fenoles simples.
13. Flavonoides.
14. Ketonas.
15. Lactonas simples saturadas.
16. Purinas y nucleósidos.
17. Aminoácidos y polipéptidos.
18. Misceláneas.

5. Aplicación de la alelopátia en la agricultura.

La utilización de residuos alelopáticos como una herramienta de manejo en las plantas puede ser uno de los usos más prácticos aplicables de la alelopatía en los agro ecosistemas. De todas las estrategias posibles de desarrollo de la alelopatía para el control de malas hierbas, el manejo de residuos tóxicos es el de resultados disponibles más exitosos y reales. Lovett (1990) y Putnam (1998), citados por An et al (2000). An et al (2000) simularon el fenómeno alelopático causado por la descomposición de residuos de las plantas. Sus análisis teóricos rebelan que la descomposición de estos residuos puede inhibir o estimular el crecimiento de las plantas y esta inhibición puede estar confinada a un periodo limitado. Puente,(1999)La mayor inhibición de los residuos de las plantas ocurre en estados tempranos de descomposición del residuo, mientras que en estados tardíos declina la inhibición, mientras que la estimulación emerge. La inhibición y períodos estimulantes pueden ser manipulados a través de una amplia variedad de manejos. El uso de extractos como vía alternativa en el manejo de herbicidas también ha sido reportado por autores como Puente (1999) en donde da a conocer el comportamiento alelopático de especies como el girasol sobre varias especies de malezas. Rice (1984) citado por An et al. (2000) nombra un número de especies cuya presencia se ha demostrado que tiene un efecto inhibitorio en un número de malas hierbas. La lista incluye: remolacha (Beta vulgaris, L), frijol chocho (Lupinus.sp, L.), maíz (Zea mays,Lin), trigo (Triticum vulgaris, Willd.), avena (Avena sativa, Lin.) chícharos (Pisum sativum, Lin.), trigo sarraceno (Fagopyrum esculentum, Gaertn.), trigo graso peludo (Vicia villosa Roth), y el pepino (Cucumis stivus, Lin.). Gizasa en el 2001 reporta como otra aplicación importante de la alelopatía el control órganico de insectos y plagas con el uso de algunos cultivos alelopáticos. Alelopatía de cultivos sobre malezas. El efecto alelopático de los cultivos sobre las malezas aunque es poco comun es reportado por algunos autores.Overland (1966) citado por Puente (1998), verificó que los extractos acuosos de semillas y raíces de cebada (cultivo con acción competidora sobre malezas) tenían efectos inhibitorios sobre la germinación de la Stellaria media y menos sobre la Capsilla bursa sin afectar el cultivo del trigo. Observó también que los extractos de raíces vivas eran más efectivas que las muertas, lo que indicaba una secreción metabólica de sustancias alelopáticas. Según Jiménez et al. (1987), citado por An (2000), las malezas en los sistemas de cultivos son frecuentemente considerados por ser detrimentales. Sin embrago la interacción entre malezas y cultivos puede ser positiva. En un estudio donde las cantidades controladas de mostaza salvaje (Brassica campestris) fueron interplantadas con brocolis (Brassica oleracea var. Premium crop). Se incrementó la plantación cosechada en un 50 % comparada con un brocolis solamente. Hickman (1999) realizó un estudio donde comprobó el efecto alelopático del centeno sobre el mastuerzo, que a su ves es alelopático para el millo japonés, por lo que propone la utilización del centeno como cultivo de cobertura que puede ser usado como controlador de esta maleza en lugar de la aplicación de herbicidas químicos. Puente (1998) realizó un estudio con el objetivo de conocer el comportamiento alelopático del extracto de girasol (Helianthus annus L.) en la germinación y desarrollo de las malezas asociadas al mismo, donde comprobó el carácter inhibitorio del extracto de este cultivo, sobre: Don Carlos (Sorghum halepense), hierba lechosa (Euforbia heterofphylla), cebolleta (Cyperus rotundus), verdolaga (Portulaca oleraceae) y el bledo (Amaranthus dubius).

Materiales y metodos El experimento consistió en probar el efecto de extractos crudos producidos a partir de restos de tabaco (Nicotiana tabacun, Lin.), sobre la germinación y desarrollo primario de tallos y raíces de ocho plantas hortícolas.

Plantas utilizadas: Arroz (Oryza sativa, L.),Maíz (Zea mais, Lin.),Frijol (Phaseolus vulgaris, Lin.),Sorgun (Sorghum bicolor, Moerch),Rábano (Raphanus sativus, Lin.),Tomate (Lycopersicum lycopersicum, Mill.),Cebolla (Alliun cepa, Lin.),Girasol (Helianthus annuus, Lin.)

Técnica de producción de los extractos: Los extractos acuosos se obtuvieron a partir de 20 g de restos de vegetales secos (del limbo foliar); se remojaron en 200 ml de agua destilada y se sometieron a 80 grados durante 15 min, se filtró, al residuo de este filtrado se le añadieron 100 ml de agua destilada y se sometió nuevamente a una temperatura de 80 grados durante 15 min, luego se filtro. Se unieron los dos filtrados y se centrifugaron a 3900rpm, decantándose el sobrenadante. El extracto obtenido se considera al 100%, luego se prepararon los extractos a diferentes concentraciones .

Tratamientos a utilizar: El experimento se realizó a nivel de laboratorio bajo condiciones homogéneas de humedad y luz, en placas y utilizando como sustrato papel de filtro, las semillas utilizadas fueron previamente desinfectadas con hipoclorito de sodio al 1%. Se colocaron 20 semillas de cada especie por placa, lo cual se repitió 4 veces, realizándose para el testigo y para los cinco tratamientos a analizar ( 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %). A la placa testigo se le añadió la misma cantidad de agua que a los tratamientos de extractó, en el caso del maíz, fríjol y girasol fue de 6 ml por placa debido al mayor tamaño de estas semillas, en el resto de las especies fue de 3 ml por placa.

Evaluaciones realizadas: El conteo de la germinación de la semilla se realizó periódicamente, al segundo, tercer, cuarto, quinto y al séptimo día en dependencia del tiempo de germinación de cada especie. A partir de esto, a las semillas germinadas se les midió con una regla la longitud de tallos y raíces, la valoración de estos tres parámetros mencionados nos permitió hacer un análisis del efecto alelopático de los extractos producidos sobre los cultivos mencionados.

Análisis estadísticos: Los análisis estadísticos fueron realizados a través del paquete estadístico SPSS. Versión 8.00 para Windows realizándose las siguientes pruebas:

• Comparación de medias (one- way anova).
• Dunnett’s C en los casos de que las varianzas fueron heterogéneas
• Duncan en los casos de que las varianzas fueron homogéneas.