Los metales pesados y la agricultura sostenible en el cultivo del tomate (Solanum lycopersicon L.)

Introducción

La Agricultura Sostenible constituye una nueva concepción basada en conceptos agroecológicos, siendo el ecosistema la base fundamental del estudio (Leyva, 2007).

En el medio agrícola, en particular en el suelo, el contenido de metales pesados debería ser únicamente función de la composición del material original y de los procesos edafogenéticos que dan lugar al suelo (Henning et al., 2001 y Reynaldo et al., 2002). Concentraciones altas de estos metales, incluidos los esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas, ejercen efectos tóxicos en sus rutas metabólicas, ya que ellos pueden bloquear grupos funcionales de moléculas importantes, sustituir iones esenciales de sitios celulares, desnaturalizar o inactivar enzimas y afectar la integridad de las membranas de células y orgánulos (Bagjuz y Hayat, 2009).

En la actualidad se realizan numerosos estudios en el cultivo del tomate (Solanum Lycopersicon L.) debido a que es la hortaliza más difundida en todo el mundo, la de mayor valor económico y su consumo se incrementa debido a su contenido en licopeno (posee actividades antioxidantes) y a la necesidad de investigar su uso potencial concerniente a la salud y el medio ambiente (Opeolu et al., 2010).

Por todo esto los estudios moleculares encaminados a conocer la expresión de enzimas y proteínas relacionadas con el estrés oxidativo en plantas reviste una gran importancia en nuestros días contribuyendo a alcanzar un mayor conocimiento de los efectos de los metales pesados, específicamente el plomo, en el cultivo del tomate (S lycopersicon).

DESARROLLO

Características de la agricultura ecológica

En el momento histórico actual de la humanidad donde las mayores riquezas la poseen pocos países, existe una gran diferencia entre una minoría que disfruta las condiciones necesarias para su existencia y una mayoría de la población que no goza al menos de las condiciones mínimas para su existencia, se hace necesaria la búsqueda de un nuevo modelo paradigmático científico-tecnológico que se encuentre guiada por el diálogo de los saberes, la Agroecología surge como una posibilidad para suplir las necesidades esenciales a los modelos agrícolas capitalista mundial (Aguilar, 2007).

La Agroecología se perfila como un nuevo paradigma productivo en una constelación de ciencias, técnicas y prácticas para la producción ecológicamente sustentable dentro del campo rural. La Agroecología plantea alternativas a las prácticas depredadoras impuestas por la mal llamada "Revolución Verde" creando así una agricultura capitalista y violentando a la tierra madre que ha sido forjada a rendir sus frutos para alimentar algunos pocos (Vegas, 2010).

La Agroecología es la tierra del nuevo campo donde se sembraran las nuevas semillas que se enraíce el conocimiento transformador y la tierra sea el crisol donde se amalgame las diferentes dimensiones del saber y conocimientos, ciencias, tecnologías y prácticas, artes y oficios en la forja de este nuevo paradigma productivo (Vegas, 2010).

La agricultura ecológica es una forma de producción sostenible que incluye las siguientes características: evita o excluye el uso de insumos externos de síntesis química, se basa en una planificación a largo plazo del manejo del suelo, incluye un plan de rotación balanceada de cultivos, incorporación de materia orgánica (rastrojos y estiércoles), utilización de cultivos de cobertura y abonos verdes, adecuadas prácticas de labranza y conservación de suelos y agua, control biológico de plagas, utiliza recursos propios de la finca, recicla nutrientes, diversifica la producción y conserva el medio ambiente (Aguilar, 2007).

Podríamos definir entonces a la agricultura ecológica como el sistema de producción que integra aspectos agronómicos, económicos, ecológicos y sociales; en donde se utilizan insumos agrícolas naturales, se mantienen la diversidad vegetal y animal, así como la fertilidad y salud del suelo, promueve la conservación de la Biota y se minimiza el impacto ambiental. La agricultura ecológica no es solamente la sustitución de insumos de síntesis química por insumos naturales, se trata de implementar todo un sistema de manejo completo de la finca, que incluye prácticas de laboreo, rotación de cultivos, diversificación, manejo del agua y protección de la vida silvestre (Begum, 2010).

• Objetivos básicos de la agricultura ecológica

Según la Federación Internacional de Movimientos de Agricultura Orgánica (IFOAM) se resumen en:

• Producir alimentos de alta calidad nutritiva y en suficiente cantidad.

• Trabajar con los ecosistemas en lugar de querer dominarlos.

• Fomentar los ciclos bióticos dentro del sistema agrícola que comprende microorganismos, fauna y flora del suelo, las plantas y los animales.

• Mantener y aumentar a largo plazo la fertilidad de los suelos.

• Empleo de los recursos renovables locales en los sistemas agrícolas.

• Reciclaje de nutrientes minerales y materia orgánica.

• Mantener la diversidad genética del sistema agrícola y de su entorno, incluyendo protección de hábitat de plantas y animales silvestres.

• Proporcionar a las especies animales las condiciones de vida que les permitan realizar su comportamiento innato.

• Lograr con las prácticas desarrolladas en el proceso productivo, un ingreso económico familiar y comunal satisfactorio.

Teniendo en cuenta algunos de los principios de la agricultura ecológica como por ejemplo mantener la diversidad vegetal y animal, la fertilidad y salud del suelo, promover la conservación de la Biota y minimizar el impacto ambiental es importante destacar el impacto que están teniendo los metales pesados en la agricultura mundial.

La contaminación de los suelos por metales pesados se ha incrementado en las últimas décadas, según Begum, (2010) debido a muchos factores como por ejemplo actividades industriales, materiales enriquecidos con metales incluyendo fertilizantes químicos, lodo de aguas albañales y aguas de desecho.

Los metales pesados y el medio ambiente

• Contaminación Ambiental

Según datos obtenidos de la Guía sobre Contaminación Ambiental (2006-2009), se denomina contaminación ambiental a la presencia en el ambiente de cualquier agente (físico, químico o biológico) o bien de una combinación de varios agentes en lugares, formas y concentraciones tales que sean o puedan ser nocivos para la salud, la seguridad o para el bienestar de la población, o bien, que puedan ser perjudiciales para la vida vegetal o animal, o impidan el uso normal de las propiedades y lugares de recreación y goce de los mismos. La contaminación ambiental es también la incorporación a los cuerpos receptores de sustancias sólidas, liquidas o gaseosas, o mezclas de ellas, siempre que alteren desfavorablemente las condiciones naturales del mismo, o que puedan afectar la salud, la higiene o el bienestar del público (Begum, 2010).

Las fuentes que generan contaminación de origen antropogénico más importante son: Industriales (frigoríficos, mataderos y curtiembres, actividad minera y petrolera), Comerciales (envolturas y empaques), Agrícolas (agroquímicos), Domiciliarias (envases, pañales, restos de jardinería) y Fuentes Móviles (gases de combustión de vehículos). Como fuente de emisión se entiende el origen físico o geográfico donde se produce una liberación contaminante al ambiente, ya sea al aire, al agua o al suelo. Tradicionalmente el medio ambiente se ha dividido, para su estudio y su interpretación, en esos tres componentes que son: aire, agua y suelo; sin embargo, esta división es meramente teórica, ya que la mayoría de los contaminantes interactúan con más de uno de los elementos del ambiente (Aguilar, 2007).

• Tipos de contaminación ambiental:

Contaminación del agua: es la incorporación al agua de materias extrañas, como microorganismos, productos químicos, residuos industriales, y de otros tipos o aguas residuales. Estas materias deterioran la calidad del agua y la hacen inútil para los usos pretendidos (Aguilar, 2007).

Contaminación del suelo: es la incorporación al suelo de materias extrañas, como basura, desechos tóxicos, productos químicos, y desechos industriales. La contaminación del suelo produce un desequilibrio físico, químico y biológico que afecta negativamente las plantas, animal y humano (Aguilar, 2007).

Contaminación del aire: es la adición dañina a la atmósfera de gases tóxicos, CO, u otros que afectan el normal desarrollo de plantas, animales y que afectan negativamente la salud de los humanos (Aguilar, 2007).

• Contaminación ambiental según el contaminante (Nieto, 2002):

Contaminación química: Refiere a cualquiera de las comentadas en los apartados anteriores, en las que un determinado compuesto químico se introduce en el medio.

Contaminación radiactiva: Es aquella derivada de la dispersión de materiales radiactivos, como el uranio enriquecido, usados en instalaciones médicas o de investigación, reactores nucleares de centrales energéticas, munición blindada con metal aleado con uranio, submarinos, satélites artificiales, etc., y que se produce por un accidente (como el accidente de Chernóbil), por el uso ó por la disposición final deliberada de los residuos radiactivos.

Contaminación térmica: Refiere a la emisión de fluidos a elevada temperatura; se puede producir en cursos de agua. El incremento de la temperatura del medio disminuye la solubilidad del oxígeno en el agua.

Contaminación Acústica: es la contaminación debida al ruido provocado por las actividades industriales, sociales y del transporte, que puede provocar malestar, irritabilidad, insomnio, sordera parcial, etc.

Contaminación Electromagnética: es la producida por las radiaciones del espectro electromagnético que afectan a los equipos electrónicos y a los seres vivos.

Contaminación Lumínica: refiere al brillo o resplandor de luz en el cielo nocturno producido por la reflexión y la difusión de la luz artificial en los gases y en las partículas del aire por el uso de luminarias ó excesos de iluminación, así como la intrusión de luz o de determinadas longitudes de onda del espectro en lugares no deseados.

Contaminación Visual: se produce generalmente por instalaciones industriales, edificios e infraestructuras que deterioran la estética del medio.

Contaminación Industrial: La apertura de galerías mineras que favorecen las infiltraciones de sal potasa, por ejemplo, en el terreno; los gases tóxicos que se disuelven en el agua de las precipitaciones y la potencial ruptura accidental de las canalizaciones de las industrias de transformación; los vertidos de aguas con metales pesados, cadmio, plomo, arsénico y compuestos orgánicos de síntesis; el almacenamiento deficiente de productos químicos; los gases de los escapes y aceites en la carretera de los transportes; la polución térmica por agua caliente de las centrales nucleares; el arrojo de desperdicios en el mar de los buques.

Las concentraciones anómalas de metales pesados en los suelos pueden deberse básicamente a dos tipos de factores: causas naturales y causas antropogénicas. Las causas naturales pueden ser entre otras, actividad volcánica, procesos de formación de suelos, meteoros, erosión de rocas, terremotos, tsunamis, etc. Las causas antropogénicas pueden ser la minería, la combustión de carburantes fósiles, la industria a través de los vertidos, emisiones, residuos (incineración, depósito), como algunos pesticidas y fertilizantes, etc. (Enciclopedia Visual de la Ecología, 1996).

Numerosos estudios han abordado esta cuestión, existiendo unanimidad entre la comunidad científica respecto al carácter tóxico de los Metales Pesados para los seres vivos. Afectan a las cadenas alimenticias, provocando un efecto de bioacumulación entre los organismos de la cadena trófica. Ello es debido a la alta persistencia de los metales pesados en el entorno, al no tener la mayoría de éstos, una función biológica definida. Bastante conocido es el caso en el que se incorporan a la cadena alimenticia a través de los organismos filtrantes presentes en los sedimentos marinos, habiéndose observado en ciertas especies un factor de bioconcentración (cociente entre la concentración del metal contaminante en el organismo vivo y en el agua circundante) de 291.500 para Fe y Pb, 200.000 para Cr o 2.260.000 para Cd (Chicón, 2003).

En la actualidad la mayoría de las actividades industriales son consideradas como "actividades potencialmente contaminantes de los suelos", entendiéndose como tal, aquel suelo que ha variado sus características originales por el desarrollo de la actividad humana y cuya nueva naturaleza puede ocasionar riesgos inaceptables para la salud humana o los ecosistemas (Anónimo 2, 2003; Anónimo 6, 2003). Henk de Zeeuw (2000), considera que las principales causas de la contaminación del suelo con metales pesados (plomo, cadmio, cromo, zinc, cobre, níquel, mercurio, manganeso, selenio y arsénico, entre otros) son el riego con agua de cauces y aguas residuales contaminadas por la industria, la aplicación de residuos sólidos contaminados y el uso de antiguos terrenos industriales contaminados por los vertidos de aceite y desechos industriales.

Las mayores fuentes industriales de metales incluyen fábricas de hierro y acero que emiten metales asociados con las minas de hierro, como el níquel. Las fábricas de baterías, pueden emitir cantidades considerables de plomo. Los metales asociados con áreas altamente industrializadas, incluyen arsénico, cadmio, cromo, hierro, níquel, plomo, zinc y mercurio (Nerín, 2004).

Otra fuente considerable de metales pesados son los residuos domésticos, aproximadamente el 10 % de la basura está compuesta de metales. Uno de los problemas más serios de las sociedades modernas es cómo deshacerse de este volumen de basuras. Las dos alternativas son enterrar o incinerar. El enterramiento puede contaminar las aguas subterráneas, mientras que la incineración puede contaminar la atmósfera al liberar algunos de los metales volátiles (Santillana, 1999).

Algunos autores como Chicón (2003); Lenntech (2004) y Nerín (2004), plantean que la procedencia de los metales pesados puede ser variada, asociando las fuentes de contaminación a pequeñas industrias establecidas en zonas urbanas o en polígonos industriales carentes de plantas de tratamiento, a talleres de automóviles, al pequeño y mediano comercio, al baldeo y limpieza de calles o a las de tipo propiamente doméstico y al transporte, como lo demuestran los suelos contaminados en los alrededores de las carreteras.

Según Lenntech (2004) los metales pesados tienen diversos efectos en el ambiente:

Cadmio

El Cadmio deriva sus características toxicológicas de su semejanza química con el cinc que es un microelemento esencial para las plantas, los animales y los seres humanos.

El cadmio es biopersistente y, una vez que es absorbido por un organismo, sigue siendo residente por muchos años (décadas del excedente para los seres humanos) aunque se excreta eventualmente. En seres humanos, la exposición a largo plazo se asocia a la disfunción renal, puede conducir a la enfermedad obstructora del pulmón y se ha ligado al cáncer de pulmón, aunque los datos referentes al último son difíciles de interpretar debido a los diferentes factores que originan el cáncer. El cadmio puede también producir efectos en el tejido óseo (osteomalacia, osteoporosis) en seres humanos y los animales.

Cromo

El cromo se utiliza en la elaboración del cemento, aleaciones del metal y los pigmentos para las pinturas, el papel, el caucho, y otros materiales. La exposición baja a los efectos del metal puede irritar la piel y causar la ulceración. A largo plazo puede causar daños en el riñón y en el hígado, en el sistema circulatorio y el tejido fino nervioso. El cromo se acumula a menudo en la vida acuática, agregando el peligro de comer los pescados que pudieron haber sido expuestos a los altos niveles del cromo.

Cobre

El cobre es una sustancia esencial a la vida humana, pero en altas dosis puede causar anemia, daños en el hígado y en el riñón, y la irritación del estómago e intestino. El cobre aparece normalmente en agua potable de las tuberías de cobre, tambien como uno de los añadidos diseñados para controlar el crecimiento de algas.

Mercurio

Es una sustancia tóxica que no se le conoce ninguna función en los organismos vivos, ya sea bioquímica o fisiológica. El envenenamiento inorgánico del mercurio se asocia a los temblores, gingivitis y/o cambios psicológicos de menor importancia; puede causar daños el cerebro y el sistema nervioso central, mientras que la exposición fetal y postnatal ha dado lugar al aborto, a la malformación congénita y a los cambios del desarrollo en niños jóvenes.

Níquel

Las cantidades pequeñas de níquel son necesitadas por el organismo humano para producir los glóbulos rojos, sin embargo, en cantidades excesivas, pueden llegar a ser sumamente tóxico. La sobreexposición al níquel a corto plazo no se sabe que pueda causar problemas de salud, pero la exposición a largo plazo puede afectar el peso corporal, daño al corazón y al hígado, y la irritación de la piel.

Plomo

La exposición de los seres humanos al plomo puede dar lugar a una amplia gama de efectos biológicos dependiendo del nivel y la duración de la exposición. Los diferentes efectos ocurren sobre una amplia gama de dosis, el feto que se convierte en infante es más sensible a estos daños que el adulto. Los altos niveles de la exposición pueden dar lugar a efectos bioquímicos tóxicos en los seres humanos que alternadamente causan problemas en la síntesis de la hemoglobina, de efectos sobre los riñones, del aparato gastrointestinal, del sistema reproductivo, y daños agudos o crónicos al sistema nervioso.

El plomo en el ambiente proviene de fuentes naturales y antropogénicas. La exposición puede ocurrir a través del agua potable, del alimento, del aire, del suelo y del polvo de la vieja pintura que contiene plomo. La población adulta no fumadora tiene como principal fuente de exposición el alimento y agua. El alimento, el aire, el agua y polvo/tierra son los caminos potenciales principales de la exposición de los infantes y los niños jóvenes. Para los infantes hasta 4 o 5 meses de la edad, el aire, las fórmulas de la leche y el agua son las fuentes significativas (Herawati et al., 2000). El plomo está entre los metales no ferrosos reciclados y su producción secundaria por lo tanto ha crecido constantemente a pesar de que los precios del plomo declinaban. Sus características físicas y químicas se aplican en las industrias de la fabricación, de la construcción y de productos químicos. Es fácilmente maleable y dúctil y posee una gran variedad de usos: baterías, añadidos de la gasolina, aleaciones, pigmentos, forros para cables y municiones (Cui et al., 2004).

El plomo no es un elemento esencial en los procesos metabólicos de las plantas o los animales, y puede además acumularse hasta niveles tóxicos o letales para los organismos (Valls y Lorenzo, 2002).

Este metal varía en los horizontes superficiales del suelo en un rango de 3 a 189 mg.Kg1, mientras que los valores medios para tipos de suelos varían entre 10-67 mg.Kg-1 con un promedio de 32 mg.Kg-1. Se han informado valores altos de Pb (sobre 100 mg.Kg-1) para suelos de Dinamarca, Japón, Gran Bretaña e Irlanda, los que probablemente reflejan el impacto de la contaminación. Davies (1997) estableció que el límite superior para el contenido de Pb de un suelo normal podría ser 70 mg.Kg-1.

La solubilidad de Pb puede disminuir mediante el encalado. En condiciones alcalinas el plomo precipita como hidróxido, fosfato o carbonato y también se promueve la formación de complejos orgánicos estables de Pb. La acidez creciente del suelo puede aumentar la solubilidad de Pb, pero su movilización generalmente es más lenta que su acumulación en las capas de suelo ricas en materia orgánica. La localización del Pb cerca de la superficie del suelo, se relaciona principalmente con la acumulación superficial de materia orgánica (Laperche et al. 1997).

En suelos contaminados con plomo, este se encuentra comúnmente asociado a cadmio (Cd) y cinc (Zn) (Hettiarachchi y Pierzy, 2002). La barrera suelo-planta limita la transmisión de Pb a la cadena alimenticia, ya sea por procesos de inmovilización química en el suelo (Laperche et al. 1997) o limitando el crecimiento de las plantas antes de que el Pb absorbido alcance niveles que puedan ser dañinos para el ser humano. La absorción y traslocación del plomo por depositación atmosférica en las hojas puede llegar a ser un 73-95% del su contenido total en plantas de hojas (espinacas) y cereales (Kabata-Pendias, 2000).

En la tabla 1 se puede observar algunos rangos y partes de plantas en que el plomo puede acumularse según Kabata-Pendias (2000).

Tabla 1: Rangos y contenido medio de Pb en diferentes cultivos.

• Los metales pesados y los Cultivos

Las plantas han desarrollado mecanismos altamente específicos para absorber, traslocar y acumular nutrientes, sin embargo algunos metales y metaloides no esenciales para los vegetales son absorbidos, traslocados y acumulados en la planta debido a que presentan un comportamiento electroquímico similar a los elementos nutritivos requeridos (Lasat, 2000).

La absorción de metales pesados por las plantas es generalmente el primer paso de su entrada en la cadena alimentaria. Después de la absorción por los vegetales los metales pesados están disponibles para los herbívoros y humanos directamente o a través de la cadena alimentaria (John y Leventhal, 1995).

Otro mecanismo de ingreso de sustancias potencialmente tóxicas a las plantas, como los metales pesados, es mediante la absorción foliar. La disponibilidad a través de las hojas de algunos elementos trazas provenientes de fuentes aéreas puede tener un impacto significativo en la contaminación de las plantas y también es de particular importancia en la aplicación de fertilizantes foliares. La absorción foliar es medida por una fase de penetración cuticular y un mecanismo de carácter metabólico que considera la acumulación de los elementos contra un gradiente de concentración (Kabata y Pendias, 2000).

Las especies vegetales, incluidos algunos cultivos, tienen la capacidad de acumular metales en sus tejidos. Las plantas capaces de absorber y acumular metales pesados por sobre lo establecido como normal para otras especies en los mismos suelos se llaman hiperacumuladoras y se encuentran principalmente en suelos que son ricos en estos elementos por condiciones geoquímicas naturales o por contaminación antropogénica. Las plantas hiperacumuladoras generalmente tienen poca biomasa debido a que ellas emplean más energía en los mecanismos necesarios para adaptarse a las altas concentraciones de metales en sus tejidos (Kabata y Pendias, 2000).

Los metales pesados no afectan el crecimiento de las plantas por una disminución significativa del potencial osmótico del sustrato, sino por su propia toxicidad. Un exceso de metales pesados o de sus quelatos solubles puede provocar una serie de alteraciones bioquímicas y fisiológicas (Cuevas y Walter 2004).

Una de las plantas considerada como hiperacumuladora pero que a la vez es la hortaliza más difundida en todo el mundo y la de mayor valor económico es el tomate (S. lycopersicon).

El cultivo del tomate

El tomate (Solanum lycopersicon L.) es originario de la región geográfica que actualmente ocupa Perú, Ecuador y Bolivia, en los Andes de Suramérica. El hábitat natural de esta especie es una estrecha franja costera que se extiende desde el Ecuador (0º latitud) hasta el norte de Chile (30º latitud sur) y entre el Pacífico y los Andes y hasta altitudes de 2000 metros sobre el nivel del mar e incluye a las islas Galápagos (Nuez, 1995).

En Cuba sus frutos gozan de gran aceptación en la población, ya sea para ser consumidos frescos o como condimentos (Álvarez et al., 2003 Castellanos y Muñoz, 2003; y Peralta et al., 2005) y constituye la principal hortaliza, tanto por el área que ocupa (71%) como por el nivel de producción que se obtiene (517 000 T) (FAOSTAT, 2010).

Sin embargo, su cultivo se limita generalmente a los meses de invierno (septiembre-diciembre) debido a los bajos rendimientos y calidad de los frutos que se presentan en periodos no óptimos, lo cual es atribuido fundamentalmente a los efectos negativos que producen las altas temperaturas y humedad relativa sobre la fructificación, unido a la incidencia de plagas y enfermedades que se presentan de forma más intensa en esta época del año (Chamorro, 1995). Debe tenerse en cuenta que el desarrollo de la planta depende de la variedad, la nutrición y el suministro de agua, entre otros factores (González, 1997).

• Composición nutricional.

El fruto del tomate está compuesto por un 94 % de agua; 1.1 g de proteínas; 0.2 g de grasas; 4.7 g de hidratos de carbono y su valor energético es de 22-24 calorías por 100 g de producto (Ruano y Sánchez, 2003).

Este cultivo encierra en sus rojas carnes todos los nutrientes esenciales. Es también un auténtico fármaco de huerta, carente de efectos secundarios y riesgo de sobredosis que ayuda al organismo en muchas de sus funciones vitales (Díaz y Nuez, 2008).

Es rico en vitaminas C y A (carotenoides), lo que le convierte en un protector de lujo frente a los primeros rayos del sol. Además, contiene vitaminas del grupo B, K y E y también atesora una buena colección de minerales, en especial hierro, fósforo, calcio, manganeso, magnesio, cobre, potasio, zinc y sodio (Díaz y Nuez, 2008).

Otro de sus atributos son los carotenoides no provitamínicos, como el licopeno. Esta sustancia, responsable de su peculiar color, tiene propiedades antioxidantes y protege frente a numerosos tipos de cáncer (estómago, vejiga, pulmón, próstata, colon, mama, esófago, páncreas) y previene la arterioesclerosis (Díaz y Nuez, 2008). .

La presencia del glutatión, un tripéptido compuesto de glicina, cisteína y ácido glutámico, le confiere un poder antioxidante intracelular. Este ingrediente favorece también la depuración de productos tóxicos e impide la acumulación de metales pesados, como el plomo (Díaz y Nuez, 2008).

Otro de sus componentes estrella son los flavonoides. Se trata de unos pigmentos fenólicos que toman parte en el mantenimiento de la integridad de la pared celular, haciéndola menos frágil y permeable (Díaz y Nuez, 2008).

• Exigencias climáticas y edafológicas para el cultivo del tomate.

En Cuba, el tomate se puede cultivar durante todo el año pero la época óptima para la siembra está comprendida entre el 15 de septiembre y el 20 de diciembre (Recaredo, 2005).

Existen variedades que se pueden cultivar durante la época de verano pero se obtienen bajos rendimientos por problemas de adaptación a los factores ambientales, principalmente la temperatura, luz y humedad. La interacción de estos factores es de gran importancia ya que determinan el comportamiento de las plantas (Boza, 1991).

• Importancia económica y distribución geográfica

El tomate es la hortaliza más difundida en todo el mundo y la de mayor valor económico. Su demanda aumenta continuamente y con ella su cultivo, producción y comercio. El incremento anual de la producción en los últimos años se debe principalmente al aumento en el rendimiento y en menor proporción al aumento de la superficie cultivada (Recaredo, 2005).

El tomate en fresco se consume principalmente en ensaladas, cocido o frito. En mucha menor escala se utiliza como encurtido (Recaredo, 2005).

Características genéticas de la planta de tomate (S. lycopersicon) y mejoramiento genético del cultivo en Cuba

Las especies silvestres de tomate se diferencian entre sí por su modo de reproducción. Así, hay especies autoincompatibles (AI), es decir que pese a ser hermafroditas no producen semillas cuando son polinizadas con su propio polen y, por lo tanto, son alógamas. Por otro lado, hay especies que usualmente se autopolinizan y autofecundan, se dice que son autocompatibles (AC) y, por ende, autógamas. Entre ambos extremos, finalmente, hay especies que presentan poblaciones AI y AC, y otras que son usualmente AI pero pueden dar una proporción de semillas por autofecundación (se las llama alógamas facultativas).

El grado en que los estigmas se elongan por arriba de los estambres (variable que se denomina "excerción de los estigmas") es un determinante central en la posibilidad de polinización cruzada y, por ende, de la alogamia en estas especies. Las especies relacionadas con el tomate que son Al obligadas o facultativas presentan flores con los estigmas muy erectos. En contraste, otras especies tales como el tomate cultivado, presentan los estigmas insertos lo que promueve la autopolinización. Se ha observado que una región del genoma del tomate (un " QTL ", acrónimo inglés para designar un locus que determina o gobierna un carácter cuantitativo) denominada se 2.1 es responsable de una gran proporción de la variabilidad fenotípica observada para este carácter y que las mutaciones en este locus están involucradas en la evolución desde la alogamia hacia la autogamia en estas especies. La localización de este QTL en el genoma del tomate ha permitido concluir que se 2.1 es un locus complejo que comprende por lo menos 5 genes estrechamente ligados, uno que controla la longitud del estilo, 3 que controlan el tamaño de los estambres y el último que gobierna la dehiscencia de las anteras. Este grupo de genes representaría los vestigios de un complejo ancestral de genes co-adaptados que controlan el tipo de apareamiento en estas especies de Solanum (Chen y Tanksley, 2004). En 2007 se avanzó un paso más en la comprensión de este grupo de genes ya que se ha determinado la secuencia de bases del locus Style 2.1, el gen responsable de la longitud del estilo. Este gen codifica un factor de transcripción putativo que regula el alargamiento celular de los estilos en desarrollo. La transición desde la AI a la AC estuvo acompañada, más que por un cambio en la proteína STYLE 2.1, por una mutación en el promotor del gen style 2.1 que dio como resultado la disminución en la expresión de ese gen durante el desarrollo floral y, por ende, el acortamiento consecuente de la longitud de los estilos (Chen et al., 2004).

Existen proyectos científicos internacionales que intentan comprender aspectos básicos de la genómica de las solanáceas. Uno de tales proyectos es el de determinar la secuencia del ADN para todas las regiones del genoma del tomate. Para ello, cada uno de los 12 cromosomas del genoma haploide del tomate ha sido asignado a distintos centros de secuenciación en diferentes países del mundo (International Tomato Sequencing Project Home e International Solanaceae Genomics Project), ya en el 2011 se conoció este genoma que tiene 45 000 genes, el hallazgo permitirá estudiar mecanismos genéticos y moleculares determinantes de la nutrición, el sabor y la calidad de los frutos del cultivo.

La producción de tomate en Cuba se basaba fundamentalmente en la siembra de la variedad Campbell-28, la cual llegó a ocupar por más de 20 años la mayor parte de la superficie destinada a este cultivo; sin embargo hacia finales de los años 90, la disminución de los rendimientos, la baja fructificación y la elevada susceptibilidad a las plagas hicieron necesario la introducción de nuevas variedades con mejor comportamiento en el cuajado de los frutos y la tolerancia a plagas y enfermedades. De esta forma se puso en marcha un programa de mejora de la variedad Campbell-28 para incorporar mediante hibridación la tolerancia a las condiciones de altas temperaturas de variedades autóctonas y de introducción, a nivel de planta y familia en primavera e invierno. Se realizó un sistema de cruzamiento de ocho variedades (Fig.1) y se obtuvieron 2 nuevas variedades para consumo fresco: Amalia y Mariela. Entre las variedades utilizadas se encuentran autóctonas como Placero, una de las más antiguas del país; Campbell-28, la comercial de mayor uso en Cuba; Caribe, de introducción en el país y considerada una de las mejores variedades de Guadalupe y HC-2580, de elevados rendimientos y obtenida anteriormente en Cuba (Álvarez et al., 1997) (Fig. 1).

Figura 1: Árbol genealógico o Pedigree.

Efecto de los metales pesados en el cultivo de tomate (S. lycopersicon)

El efecto de los metales pesados en los vegetales parecen en el orden de Zn>Pb>Cu>Ni>Cd y es más elevado en las hojas (espinaca y bledo) seguido de los frutos (tomate y berenjena) y mínima en las raíces (zanahoria y rábano). Algunos análisis de regresión indicaron que la mayor contribución de metales pesados a las hojas de los vegetales proviene de la atmosfera, sin embargo, para las raíces es el suelo. El estudio realizado por Pandey y Pandey (2009) sugiere que si la deposición atmosférica actual continúa provocará un efecto desestabilizador en el sistema de cultivo orgánico (práctica de la agricultura sostenible) y aumentará la toma de metales pesados por las plantas, en este caso, los vegetales. La concentración de zinc encontrada en tomates y berenjenas fue elevada seguido por el plomo, cobre, níquel y cadmiun encontrándose que la deposición atmosférica fue la fuente principal del incremento de estos metales en las partes comestibles de estas plantas, especialmente en frutos y hojas (Pandey y Pandey, 2009).

Ramadan y Al-Ashkar, (2007) encontraron que el contenido de Fe y Pb en las raíces de plantas de tomate fue superior comparado con otros órganos. En cuanto al Pb su contenido en dos variedades de tomate fue en el rango de toxicidad (30-300 ppm) según Kabata- Pendias y Pendias (2000) y superior al valor conservativo aceptado como seguro para el consumo de los seres humanos (3000 µg kg-1) (Hapke, 1991).

Los cultivos de la familia Solanaceae, tomate (S. lycopersicon), berenjena (Solanum melongena L.) y el ají (Capsicum annum L.), crecieron en una región industrial contaminada. Los experimentos se situaron a dos distancias diferentes (0.5 y 15 km) de la fuente de contaminación –Metal No Ferroso Derretido (the Non-Ferrous-Metal Smelter -NFMS) para determinar los niveles de contaminación del suelo y la concentración de metales pesados en la parte aérea mediante la técnica de espectroscopia de adsorción atómica. Shilev y Babrikov (2005) encontraron que los niveles de contaminación del suelo dependían de la distancia de la fuente NFMS y fue muy elevada, llegando a niveles de 630 mg. kg-1 de Pb, 13.2 mg.kg-1 de Cd, 60.1 mg.kg-1 de Cu, 974 mg.kg-1 de Zn. Los contenidos de metales pesados en estos cultivos decrecen a medida que la distancia NFMS aumenta. Los cultivos de la familia Solanaceae no son cultivos recomendados para crecer en zonas industriales contaminadas debido a que remueven grandes cantidades de estos metales desde el suelo por sus raíces, hojas y frutos (Shilev y Babrikov, 2005).

El compost de los desechos sólidos municipales y su aplicación a tierras agrícolas está ganando popularidad ya que se ha demostrado que su uso en la agricultura tiene muchos beneficios a los suelos, cultivos y al medio ambiente, Sin embargo, su uso continuado por largos periodos provoca la acumulación de metales pesados de suelos agrícolas y en los cultivos en niveles que van en detrimento para la cadena alimenticia (Begum, 2010). Begunm (2010) comparó el contenido de metales pesados en suelos tratados con compost de los desechos sólidos municipales y suelos sin tratar encontrando que los metales Cr, Cu, Ni, Pb y Cd están presentes en los suelos tratados en mayores concentraciones que en los suelos sin tratar. Comparado con los limites de estos metales en la mayor concentración del compost (192g/pot) el contenido de Zn, Cu, Ni y Pb en las plantas de tomate fue elevado. Sin embargo, la concentración de todos los metales estuvo por debajo de los limites fitotóxicos y las raíces y el tallo del tomate contenían las mayores concentraciones de metal. Este estudio demostró que la utilización del compost de los desechos sólidos municipales hasta un 25% durante el desarrollo del tomate mantiene las concentraciones de metales pesados bajo límites permisibles (Begum, 2010).