Resumen
Durante el último medio siglo, los bioquímicos de plantas han estudiado los efectos de diferentes regímenes de luz, nutrientes y otras condiciones de crecimiento en la eficacia de las distintas reacciones fotosintéticas incluyendo la evolución de O2, CO2 la fijación, o la biosíntesis de carbohidratos. Debido al papel fundamental de las clorofilas (Chls) en la fotosíntesis, y las tasas que estas reacciones presentan a menudo por unidad de clorofila, expresada en masa o en condiciones de molares; se realiza un estudio en el cultivo de la caña de azúcar para analizar el comportamiento de estos parámetros en suelos ferralíticos rojos en variedades comerciales adaptadas a nuestras condiciones climáticas.
SUMMARY
During the last half century, biochemists of plants have studied the effects of different light regimes, nutrients and other growth conditions on the effectiveness of different photosynthetic reactions including the evolution of O2, CO2 fixation, or the biosynthesis of carbohydrates. The central role of chlorophylls (Chls) in photosynthesis, and the rates of these reactions often present per unit of chlorophyll, expressed in mass or molar terms, is a study in growing sugar cane analyze the behavior of these parameters in red lateritic soils in commercial varieties adapted to our climatic conditions.
Introducción
La Caña de Azúcar (Saccharum officinarum L), es una planta de gran adaptabilidad a los ambientes tropicales, con un ciclo fotosintético C4 o de Hatch-Slack, El metabolismo C4 también es ventajoso frente a la asimilación del nitrógeno, principal macronutriente. Las plantas con metabolismo C4 necesitan producir cantidades muy inferiores de rubisco, principal proteína de los seres vivos, en comparación a las plantas C3. La reducción de exigencia de disponibilidad de nitrógeno, factor limitante para el crecimiento y con elevado coste de fijación y reducción, es otra ventaja del metabolismo C4 (Villegas., 1995).
El crecimiento y desarrollo del cultivo depende, fundamentalmente, del desarrollo progresivo de su área foliar, lo que le permite utilizar más eficientemente la energía solar en el proceso de fotosíntesis. La captación de la luz solar por una superficie foliar está influenciada por su tamaño, forma, edad, ángulo de inserción en el tallo, separación vertical y arreglo horizontal (Yoshida, 1972). El ángulo de inserción es muy importante en la producción de cultivos porque de el depende la exposición de las hojas a los rayos del sol, y la distribución más uniforme de la luz a través del dosel vegetal, determinando que la actividad fotosintética sea más eficiente en los estratos medios e inferiores de la planta (Cayón, 1992).
El principal objetivo de este trabajo es conocer el comportamiento productivo de de este cultivo ante la acumulación de azúcares, proceso fisiológico que está estrechamente ligado con cambios en la evapotranspiración, fotosíntesis, contenido de clorofila, así como factores climáticos esenciales como son las temperaturas y las precipitaciones (Alexander, 1973; Alonso, 1979; Fauconier y Bassereau, 1980). Las bajas temperaturas tienen un efecto beneficioso en la calidad de los jugos, y como régimen de agua más efectivo para promover la maduración, aquel que plantea las mayores restricciones del crecimiento, mientras mantenga un sistema normal para la síntesis, translocación y acumulación de azucares.
Materiales y métodos
El estudio se realizó en la Estación Provincial de Investigaciones de la Caña de Azúcar de Ciego de Ávila, en áreas de su bloque experimental ubicado en el poblado de Villa al norte de la provincia en el municipio de Ciro Redondo, sobre un suelo Ferralítico rojo típico, según segunda clasificación genética de los suelos de Cuba (Hernández et al., 1999).
El diseño experimental empleado es Parcelas Divididas, con un primer factor (Riego a 80% CC y Secano) y un segundo factor los cultivares y la plantación se realizó el 12 de enero de 2010 según las Normas y Procedimientos del Programa de Mejoramiento Genético de la Caña de Azúcar en Cuba (Jorge et al., 2002). Las variedades estudiadas fueron las siguientes: C86-12, C87-51, C1051-73, CP5243, C90-317, C323-68.
Los principales parámetros evaluados fueron la transpiración, Fotosíntesis, contenido de clorofila, toneladas de caña por hectárea, porciento de pol en caña y toneladas de pol por hectárea.
La Transpiración y Fotosíntesis se determinaron mediante el SIRAS equipo encargado de realizar las lecturas respectivas, tomándose la muestras foliares de la hoja +1 con una edad de la planta de 10 meses en horarios de 5.30 – 6.00 am, se tomaron 18 muestras por tratamiento, para un total de 36 muestras.
Para el contenido de clorofila se toman 3 muestras por variedad por tratamiento para un total de 18 muestras, se maceran en hidrógeno líquido y se realiza la extracción de los pigmentos de 0.4 g de MV con 2 ml de acetona al 80%, luego se procede a la medición espectrofotométrica según Porra (1989) a ?nm(645) y ?nm(663) respectivamente.
Luego se procede al cálculo de las clorofilas (a), clorofilas (b) y clorofilas totales con las siguientes ecuaciones propuestas por Porra (2002).
[Chl a] = 12.70·E663 – 2.69·E645
[Chl b] = 22.90·E645 – 4.68·E663
[Chls a + b] = 20.21·E645 + 8.02·E663
La información primaria se comparó desde el punto de vista biométrico en cuanto al cumplimiento de los supuestos exigidos por el análisis de varianza (normalidad y homogeneidad de varianzas).
El procesamiento de los datos se efectuó utilizando un análisis de varianza simple, con cuatro repeticiones, para cada uno de los indicadores de desarrollo estudiados. Los tratamientos son riego y secano, las medias se compararon por la prueba de rango múltiple de Tukey (p=0.05) y análisis de correlación y regresión a través del programa automatizado SPSS versión 17.0.
Resultados y discusión
En la tabla 1 se muestran los resultados en cuanto a evapotranspiración y fotosíntesis en condiciones de riego. En la evapotranspiración las variedades C323-68 y C90-317 fueron las que mostraron los mejores valores, esta variable determina en gran medida el nivel de adaptación al medio y la tolerancia a la sequia, mientras que las variedades CP5243 y C87-51 son las que presentan valores inferiores, por tanto se confirma su eficiente aprovechamiento de los recurso hídricos del medio.
Tabla 1: Comportamiento de los parámetros fisiológicos de los cultivares bajo condiciones de Riego en cuanto a: Evapotranspiración y fotosíntesis.
Letras desiguales difieren significativamente. p = 0.05
En cuanto a fotosíntesis la C90-317 y la C86-12 son las que presentan los mejores resultados y por tanto son las variedades más eficientes del estudio y esto tributa a una mayor concentración de azúcares a nivel celular. Estos parámetros estudiados nos permite hacer un análisis de cómo influye la fisiología en los rendimientos productivos y como controlar o manejar más eficientemente los recursos naturales. En condiciones de secano (tabla 2) en cuanto a evapotranspiración la CP52-43 y la C90-317 difieren significativamente del resto y presentan valores mas elevados, coincidiendo igualmente la C90-317 en el caso de la fotosíntesis la cual muestra una actividad mayor con respecto al resto, esto tributa a su vez a una mayor concentración de pigmentos clorofílicos que se manifiesta en una mayor eficiencia del mecanismo fisiológico de la planta.
Tabla 2: Comportamiento de los parámetros fisiológicos de los cultivares bajo condiciones de Secano en cuanto a: Evapotranspiración y fotosíntesis.
No | Cultivares | Evapotranspiración (ET) (mmol m-2 s-1) | Sig | Fotosíntesis (A) (µmol CO2 m-2 s-1) | Sig | ||||||
1 | C90-317 | 1,70 | b | 2,47 | a | ||||||
2 | C86-12 | 0,32 | c | 1,58 | b | ||||||
3 | C87-51 | 0,54 | c | 0,85 | c | ||||||
4 | C323-68 | 0,64 | c | 0,95 | c | ||||||
5 | C1051-73 | 0,67 | c | 0,78 | c | ||||||
6 | CP5243 | 2,37 | a | 0,73 | c | ||||||
ns: no significativo (ANOVA) p = 0.05
Contenido de clorofila.
El contenido de clorofila, presente en todos los vegetales verdes, es uno de los pigmentos más estrechamente ligado a la eficiencia fotosintética, la transpiración y al crecimiento y adaptación ambiental de las plantas.
Tabla 3: Contenido de Clorofilas(a), (b) y Totales en los cultivares en condiciones de Riego.
Letras desiguales difieren significativamente. p = 0.05
ns: no significativo (ANOVA)
Realizando un análisis comparativo entre variedades se concluye que la C87-51 y la C1051-73 son las que presentan una mayor concentración de los pigmentos tanto en riego como en secano, parámetro que favorece fisiológicamente todos los procesos en la planta.
Tabla 4: Contenido de Clorofilas(a), (b) y Totales en los cultivares en condiciones de Secano.
Letras desiguales difieren significativamente. p = 0.05
Tabla 5. Matriz de correlación entre rendimiento productivo, fotosíntesis, transpiración y concentración de clorofila total.
TCaña/ha-1 | % Pol | Tpol/ha-1 | Clorofila | Transp | Fotosíntesis | ||||
TCaña/ha-1 | 1 | -,287 | ,828(**) | -,002 | ,009 | ,586(**) | |||
% Pol | 1 | ,289 | ,212 | -,375(*) | ,038 | ||||
Tpol/ha-1 | 1 | ,119 | -,195 | ,588(**) | |||||
Clorofila | 1 | -,250 | ,022 | ||||||
Transp | 1 | ,024 | |||||||
Fotosíntesis | 1 | ||||||||
** La correlación es significativa al nivel 0,01 (bilateral).
* La correlación es significante al nivel 0,05 (bilateral).
La fotosíntesis tiene una relación directamente proporcional con las toneladas de caña por hectárea, el porciento de Pol, las toneladas de Pol por hectárea, Clorofila y Transpiración, manifestando que el proceso fotosintético está ligado funcionalmente con el de transpiración y depende de la concentración de clorofila de la lámina foliar, además de influir directamente en los parámetros de rendimiento, con una correlación de (p = 0.01) para toneladas de caña por hectárea y las toneladas de Pol por hectárea.
La Transpiración correlaciona (p = 0.05) con el porciento de pol, pero este último y las toneladas de pol por hectárea se manifiestan de forma inversamente proporcional a la transpiración, ya que el Pol es la forma de concentración de azúcar en la caña y una elevada transpiración puede disminuir la reservas de azúcares convirtiéndolas en energía y destinándolas para mantener el metabolismo de la planta.
El contenido de clorofila tiene una relación directa con el porciento de pol y las toneladas de pol por hectárea, ya que la concentración de clorofila es la que permite que todo el proceso de fotosíntesis y por ende todo el mecanismo fisiológico de la planta se desarrolle eficientemente y como resultado el producto final del metabolismo que son los azúcares expresados en pol.
Conclusiones
La variedad C90-317 fue la que alcanzó una mayor tasa de fotosíntesis en ambos tratamientos evaluados, en cuanto a transpiración las variedades C323-68 y CP52-43 tuvieron un mayor índice.
En cuanto al contenido de clorofila las variedades C323-68 y CP52-43 son las mostraron a su vez menor concentración del pigmento.
El porciento de pol en caña y las toneladas de pol por hectárea dependen en gran medida de una buena fotosíntesis y concentración de pigmentos clorofílicos, no ocurriendo lo mismo con la transpiración, donde las variedades que mostraron una mayor taza transpirativa declinaron en estos parámetros.
Referencias
1. Alexander, A.G. 1973. Sugarcane Physiology. Elsevier, Amsterdam, 752 p.
2. Alonso, G. D. 1979. Estudio sobre el desarrollo vegetativo, la maduración y la incidencia de la floración sobre la calidad de los jugos en cinco variedades de caña de azúcar. Academia de Ciencias de Cuba. Instituto de Investigaciones de la Caña de azúcar. Tesis presentada en opción al grado científico en ciencias biológicas.
Camp P.J., S.C. Huber, J.J. Burke & D.E. Moreland. 1982. Biochemical changes that occur duringsenescence of wheat leaves. I. Basis for the reductionof photosynthesis. Plant Physiol. 70: 1641-1646.
3. Cayón G. 1992. Fotosíntesis y productividad de cultivos. Revista Comalfi 19 (2):23-31.
4. Fauconnier R. y D. Bassereau. (1980). La caña de azúcar. Ed. Científico-Técnica. La Habana. 369 p.
5. Hernández, A; Pérez, J.M; Bosch, D y Rivero, L. 1999. Nueva Versión de Clasificación Genética de los Suelos de Cuba. AGRINFOR, 64 pp.
6. Jorge, H., R. González, M. Casas e Ibis Jorge. 2002. Normas y Procedimientos del Mejoramiento Genético de la Caña de Azúcar en Cuba. BOLETÍN No 1.Revista Cuba & Caña. INICA, La Habana, Cuba.
7. Porra RJ (2002) Recent advances and re-assessments in chlorophyll extraction and assay procedures for terrestrial, aquatic, and marine organisms, including recalcitrant algae. In: Scheer H (ed) Chlorophylls, pp 31-57. CRC Press, Boca Raton, Florida.
8. Villegas, R. y Ledia Benites, Editores. 1995. Evaluación de la aptitud física de las tierras dedicadas al cultivo de la caña de azúcar en Cuba, base para la diversificación de la agroindustria azucarera. Informe INICA, MINAZ.
Autor:
Grether Torres1,
Eulalia Ojeda Hernández1,
Justo González Olmedo2 ,
Sulema Castellano Cidre1.
Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar
1. Estación Provincial de Investigaciones de la Caña de Azúcar de Ciego de Avila.
2. Centro de Bioplantas de Ciego de Ávila.