ARTÍCULO CIENTÍFICO
Contenido de clorofila en hojas de
papas de altura para estimar la calidad de los tubérculos
Chlorophyll content in leaves of highland potatoes for estimating tubers quality
Sebastián Yánez-Segovia sgyanez@uce.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-2513-3913
Carrera de Ingeniería Agronómica, Facultad de Ciencias
Agrícolas, Universidad Central del Ecuador, Quito, 170129, Ecuador.
Centro
de Ecología Molecular y Funcional (CEMF), Facultad de Ciencias Agrarias,
Universidad de Talca, Casilla 747, Talca, Chile.
Leticia Silvestre
https://orcid.org/0000-0003-4506-2582
Instituto
de Producción y Sanidad Vegetal, Facultad de Ciencias Agrarias y Alimentarias,
Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile.
Ignacio Chamorro-Warnken
https://orcid.org/0000-0002-5104-0956
School of
Agriculture, Policy Development, University of Reading, UK.
Contenido de clorofila en hojas de papas de altura para estimar la calidad de los tubérculos
La Granja. Revista de Ciencias de la Vida, vol. 38, núm.
2, pp. 46-58, 2023
Universidad Politécnica Salesiana
2023.Universidad Politécnica
Salesiana
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional.
Recibido: 05-05-2022
Aceptado: 24-07-2023
Publicado: 01-09-2023
DOI: http://doi.org/10.17163/lgr.n38.2023.04
Resumen
En este estudio se
evaluó la relación de la calidad de tubérculos de tres variedades de papa
(INIAP Libertad, INIAP Josefina y Diacol Capiro) del
Altiplano ecuatoriano y dos formulaciones de fertilizante de fuentes edáficas.
El contenido de clorofila foliar (CCF) se evaluó con el medidor de clorofila
SPAD-502Plus. Las muestras se tomaron a diferentes alturas en tres etapas
fenológicas: crecimiento vegetativo, floración-formación de tubérculos y
maduración-espesamiento. Se encontraron varias respuestas en las tres
variedades de papa. El valor de SPAD y peso de tubérculos (W), materia seca
(MS), densidad específica (GS) y buenas papas (GC) se correlacionaron
significativamente con el contenido de clorofila en las hojas de papa. Para la
variedad y formulación Libertad (KNO3 + NH4H2PO4
+ KCl), en el crecimiento vegetativo en estratos superiores de la planta, la
función matemática óptima para SPADyW, DM, SG y GC fueron:
y = 0.262x-9.460 (R2 = 0.9938), y = 42.948e-0.01x (R2
= 0.5240), y = 100.13x-0.05
(R2 = 0.3277) e y = 10-0.36x1.41
(R2 = 0.8681); en la etapa de floración-formación
de la planta de tubérculo los modelos de función óptima fueron: y = 10-1.57x1.06
(R2 = 0.8553), y = 28.789e-0.0024x
(R2 = 0.9103), y = 100.07x-0.02
(R2 = 0.7543) e y = 0.468x+64.361 (R2
= 0.9935); en la maduración-espesamiento de las plantas, los modelos de función
óptima fueron: y = 0.664e0.02x (R2
= 0.7924), y = 29.370e-0.003x
(R2 = 0.9572), y = 100.07x-0.02
(R2 = 0.8247) y = 0.576x +62.675 (R2
= 0.9690), respectivamente. Los resultados mostraron que el uso de SPAD-520PLUS
demostró ser un método rápido para determinar CCF como una herramienta efectiva
para estimar la calidad del tubérculo de papa.
Palabras clave: Análisis de correlación, tierras altas
del Ecuador, fotosíntesis, Solanum tuberosum, SPAD-502 plus®
Abstract
In this study, we assessed the relationship between tubers quality of
three varieties (INIAP Libertad, INIAP Josefina and Diacol
Capiro) of Ecuador highland early of potato and two formulations of edaphic
fertilizer sources. Leaf chlorophyll content (LCC) was evaluated with
Chlorophyll Meter SPAD-502Plus. Samples were taken at different heights in
three phenological stages: vegetative grow, flowering–formation of tubers and
ripening-thickening. Several responses were found in the three potato
varieties. Correlation between SPAD value and weight of tubers (W), dry matter
(DM), specific gravity (SG) and good chips (GC) were significantly correlated with
potato leaves chlorophyll content. For Libertad variety and formulation (KNO3 +
NH4H2PO4 + KCl), at vegetative grow in upper strata
of plant, the optimal mathematic function for SPAD value andW,
DM, SG and GC were: y = 0.262x-9.460 (R2 = 0.9938), y = 42.948e-0.01x (R2 = 0.5240), y = 100.13x-0.05 (R2 = 0.3277) and y = 10-0.36x1.41
(R2 = 0.8681); at plant flowering-formation of tuber stage, the
optimal function models were: y = 10-1.57 x1.06 (R2 = 0.8553), y = 28.789 e-0.0024 (R2 = 0.9103), y = 100.07 x-0.02 (R2 = 0.7543) and y = 0.468x + 64.361 (R2
= 0.9935); at plant ripening-thickening, the optimal function models were: y =
0.664 e0.02x (R2 = 0.7924), y = 29.370 e-0.003x (R2 = 0.9572), y = 100.07 x-0.02 (R2 = 0.8247) and y = 0.576x + 62.675 (R2
= 0.9690), respectively. Our results showed that the use of SPAD-520PLUS proved
to be a rapid method for the determination of LCC, being an effective tool for
estimating potato tuber quality.
Keywords: Correlation analysis, Ecuador highlands,
photosynthesis, Solanum tuberosum, SPAD-502 plus®.
Forma sugerida de citar: Yánez-Segovia, S.,
Silvestre, L. y Chamorro-Warnken, I. (2023).
Contenido de clorofila en hojas de papas de altura para estimar la calidad de
los tubérculos. La Granja: Revista de Ciencias de la Vida. Vol. 38(2):46-58. http://doi.org/10.17163/lgr.n38.2023.04.
1 Introducción
La clorofila es un pigmento esencial para la fotosíntesis. En
consecuencia, el contenido de clorofila es el indicador principal para
determinar la capacidad fotosintética y el estado sanitario de la planta (Chou
y col., 2020). Para medir el contenido de clorofila foliar (CCF) generalmente
se necesita extraer el tejido foliar con solventes orgánicos como acetona,
etanol o N, N-dimetilformamida (Lan y
col., 2011). Aunque este método es relativamente preciso, la extracción es
laboriosa, lenta y costosa. Durante este proceso, pueden ocurrir pérdidas de
pigmento a través de la extracción y dilución, lo que conduce a resultados
altamente variables (Kaspary y col., 2019). Las
mediciones del CCF como las realizadas con el SPAD-502 plus® (Konica Minolta,
Tokio, Japón) son una herramienta de diagnóstico no destructiva, simple y
portátil que mide el verdor del contenido relativo de clorofila en las hojas
(Padilla y col., 2019).
Mediante la medición de la transmitancia foliar en dos bandas
de longitud de onda (400-500 nm y 600-700 nm), este dispositivo cuantifica la
cantidad relativa de clorofila con una lectura arbitraria (Índice de Clorofila
SPAD-502 plus®) que es proporcional a la concentración de clorofila en la hoja
(Sim y col., 2015), lo que supone un ahorro sustancial de tiempo y recursos.
Las altas correlaciones entre el valor de SPAD 502 y el contenido de clorofila
foliar se han observado en especies de arroz (Yuan y col., 2016), soja (Kühling y col., 2018), trigo (Yue
y col., 2019), melón (Azia y Stewart, 2001), maíz
(Casa y col., 2015), café (Netto y col., 2005) y
tomate (Padilla y col., 2018), mientras que la correlación en papa fue
comparativamente baja (Uddling y col., 2007). Se
presentaron relaciones matemáticas entre las lecturas de SPAD-502 plus® y las
lecturas de clorofila foliar con plantas en etapas de crecimiento (Yuan y col.,
2016; Roslan y col., 2019), condiciones de
crecimiento (Giletto y Echeverría, 2013; Kühling y col., 2018) y genotipo (Noulas
y col., 2018).
La papa (Solanum
tuberosum L.) es un importante cultivo para la nutrición humana junto
con el trigo y el arroz (De Jong, 2016). La papa tiene mejor rendimiento en
climas fríos, pero los suelos elevados reducen su rendimiento (Zommick y col., 2014). Desde la década de 1950, se han
seleccionado las papas fritas por su alto contenido de materia seca y por su
capacidad para producir papas de color claro (Lulai y
Orr, 1979). El contenido de materia seca (MS) del
tubérculo, que consiste principalmente en almidón, también disminuye cuando la
papa se cultiva en niveles superiores al óptimo (Raymundo y col., 2018). El
alto contenido de materia seca del tubérculo es beneficioso porque reduce la
absorción de aceite durante la fritura y la cocción, y mejora la obtención de
mejores papas fritas (Camps y Camps, 2019). Nissen (1955) analizó los datos
recopilados de aproximadamente 18 años y concluyó que el contenido de MS de las
papas es una función lineal de su peso en agua y no depende de la gravedad específica
(SG) del tubérculo. Los azúcares reductores, glucosa y fructosa se acumulan
después de la cosecha como resultado de la hidrólisis de la sacarosa con una
fuerte relación negativa de la actividad de la invertasa ácida vacuolar, estos
azúcares reaccionan con grupos amino en la reacción no enzimática de Maillard
para producir pigmentos de color oscuro durante la fritura de las papas (Wiberley-Bradford y Bethke,
2018). Los tubérculos de baja calidad producen papas fritas de mala calidad que
pueden ser rechazadas en plantas de producción, lo que representa un riesgo
financiero para los productores y pueden provocar problemas en el suministro (Busse, Wiberley-Bradford y Bethke, 2019).
Las correlaciones matemáticas entre el valor de SPAD y el
rendimiento y la calidad de los tubérculos pueden ser importantes para
optimizar las interpretaciones de los datos del medidor de clorofila. Este
estudio se realizó para determinar si se encontró una correlación de CCF (valor
SPAD) de tres variedades de papa con diferentes fuentes de fertilización. Se
utilizó la información para construir una función matemática que describiera la
relación entre CCF de diferentes etapas de la planta y la calidad de los
tubérculos con el fin de optimizar un modelo para proporcionar un método más
preciso, confiable y fácil para estimar la calidad de los tubérculos en el
proceso industrial.
2 Materiales
y Métodos
2.1
Material
vegetal y condiciones de crecimiento
Se usaron las variedades comerciales
de papa (V), incluyendo INIAP Libertad (v1) (cruce 380479.15 x Bk Precoz-84),
INIAP Josefina (v2) (cruce entre la variedad Bolona
con un híbrido de S. phureja y S. pausissectum) y Diacol Capiro
(v3) (cruce con Tuquerreña (CCC 61) x 1967 (C) (9)
(CCC751), de la colección de germoplasma del Centro Internacional de Papa -
Quito. De igual forma, se utilizaron dos formulaciones de fertilizantes
edáficos (F). La composición de las formulaciones fue la siguiente: (f1:23-24-45)
y (f2: 20-31-40) con las fuentes: KNO3 + NH4H2PO4(MAP)
+ KCl(MOP) and NH4NO3 + MAP + K2SO4 (SOP) respectivamente.
La primera fertilización ocurrió 25 días después de la siembra (DAP) a una
dosis de 90 kg
En marzo de 2018, las parcelas
experimentales se ubicaron en Pujilí, Cotopaxi, región montañosa central del
Ecuador, a 3.060 m.s.n.m. (01° 03’ 0.7” Sur / 78° 41’ 29.8” Oeste). El suelo era arenoso limoso, de tipo Inceptisol, con pendiente del 2%y la frecuencia del riego
fue semanal por surcos. Durante el experimento, la temperatura fue de 16±1.2 °C, 6 h
2.2
Medición
del valor de SPAD-502 Plus®
Después de la selección, se evaluó el
contenido de clorofila de las plantas con un SPAD-502 plus® KONICA MINOLTA, en
lecturas consecutivas entre las 10 y las 12 de la mañana. Antes de la medición,
el SPAD-502 plus® se calibró utilizando el comprobador de lectura suministrado
por el fabricante. Se realizaron lecturas en foliolos completamente irradiados a
30, 60 y 90 DAP en el tercio inferior, medio y superior de la planta. Cada
valor de SPAD foliar obtenido fue el promedio de treinta lecturas en foliolos
terminales maduros (Matsuda y Fujiwara,
2014).
2.3
Parámetros
de rendimiento y calidad de los tubérculos
En la cosecha se realizaron 120 DAP,
una clasificación por tamaño y/o categorías del tubérculo de acuerdo con su
diámetro (Huaraca, Montesdeoca y Pumisacho, 2009).
Esta variable se expresó en kg de tubérculos totales por
Se realizaron análisis de parámetros
de calidad en los laboratorios de Raíces y Tubérculos del Programa Nacional de
Nutrición y Calidad de los Alimentos (NRTP) y en el Departamento de Nutrición y
Calidad de los Alimentos del Instituto de Investigación Nacional de Agricultura
(INIAP) ubicados en el Campo Experimental Santa Catalina, Quito, Ecuador. Todas
las variables de calidad se evaluaron a los 20 y 40 días después de la cosecha
(DAD). El porcentaje de materia seca (MS) y la gravedad (GS) en tubérculos se
determinaron en el laboratorio. La calibración del equipo siguió el protocolo establecido
por el manual del usuario del sistema de pesaje PW-2050 (Weltech
International Limited, Cambridgeshire, Reino Unido).
Se utilizaron cinco tubérculos por tratamiento para evaluar la reducción del
azúcar (RS). Se llevó a cabo el método Clerget (método
micro colorimétrico con inversión de ácido clorhídrico) y el manual de
protocolos para evaluar la genética de la papa (Cuesta, Rivadeneira y Monteros,
2015). Los resultados se expresaron en mg 100
2.4
Análisis
Estadístico
El análisis de correlación y
regresión se realizó con Excel 2019 (v19.0) (Microsoft, USA) y Prueba de
software y análisis de varianza (ANOVA) de InfoStat
versión 2016 a un nivel de significancia
α=0,05. De igual forma, se utilizó la
prueba Tukey cuando se encontraron diferencias en la interacción, dependiendo
del número de tratamientos. Se realizaron pruebas de correlación de Pearson y
análisis de regresión entre el peso de tubérculos, materia seca, densidad
específica, azúcares reductores, buenas papas y el contenido de clorofila de
las hojas. Con el fin de determinar la tendencia y establecer el mejor modelo
se usaron los modelos lineales, logarítmicos, de potencia e índice, en los
casos significativos.
3 Resultados
3.1 Valor SPAD
En la Tabla 1 se pueden observar las relaciones entre la edad
fenológica del cultivo y la LCC (SPAD-502 plus®). Hubo un aumento en la edad
fenológica, y los valores de SPAD mostraron una tendencia en el incremento
cuadrático. El valor de SPAD fue constante e incremental en hojas de los tres
estratos evaluados hasta un DAP de 60, independiente de la variedad y
formulación edáfica. Se observó un efecto altamente significativo
(p < 0,01) en
las formulaciones de fertilizante edáfico con CCF en 30 DAP en los estratos
inferiores de la planta y efecto significativo (p <
0,05) a 90 DAP en los
estratos medios; es decir, durante las etapas de desarrollo vegetativo y el
engrosamiento del tubérculo. Se observaron diferencias significativas entre las
variedades de papa y CCF a los 30 y 60 DAP en todos los estratos, y a los 90
DAP, solo en los estratos medios de las plantas. Se encontraron diferencias
significativas en el CCF en la interacción (FxV) en
hojas a 60 DAP en el estrato medio de las plantas (Tabla 1). La prueba de Tukey
α= 0,05 presentó tres rangos de
significación. El tratamiento con f1v1 mantuvo los valores más altos, mientras
que el tratamiento con f1v2 presentó los contenidos más bajos de clorofila.
Tabla 1. Valor SPAD y estadística descriptiva
de los factores de estudio en la fenología del cultivo
3.2 Rendimiento y calidad de los tubérculos después
de la cosecha
En cuanto al rendimiento de los tubérculos, el peso por
categoría presentó los siguientes valores medios: f1: 1,54 y f2: 1,84 kg Figura 1. Effect of the fertilizer
formulations and varieties on tuber yields.
A) Test: LSD Fisher a = 0.05 DMS = 0.19. B) Test: LSD Fishera
= 0.05 DMS = 0.24. Means with
different letters are statistically different (p
<0.05). Values in parentheses
are totals. Black bars: first, gray: second and clearer: third category. Las diferencias estadísticas encontradas entre las variedades
se presentan principalmente en el rendimiento expresado en el peso de los
tubérculos de la primera y tercera categoría. La mayor relevancia la aportan
los tubérculos de la primera categoría. No se observó significancia para las
interacciones FxV. En general, hay una tendencia en
el aumento de la MS y SG con el almacenamiento para todos los tratamientos. Sin
embargo, no hubo diferencia estadística significativa. El contenido de RS y
papas buenas para procesamiento industrial de tubérculos disminuye de 20 a 40
DCA (p < 0,01). No se encontró significancia en las formulaciones de
fertilizantes para el porcentaje de MS a los 20 y 40 DAD. La presencia de MS en
las variedades de papa es significativa a los 20 DCA (p < 0,01) y a
los 40 DCA (p < 0,05) (Figura 2A). La variedad INIAP Libertad presentó los mayores porcentajes
de MS con una media de 24,45%. Las variedades Capiro e INIAP Josefina son estadísticamente
similares, con un contenido de MS de 22,29 y 21,82%, respectivamente (Figura
2A). La prueba de Tukey para la interacción (α = 0,05) presentó tres rangos de
significancia. El tratamiento f1v1 presentó el mayor contenido de MS, con una
media de 25,17%. El tratamiento f1v2 presentó el menor contenido de MS, con una
media de 21,50%. No hubo diferencia significativa entre las formulaciones en
SG. Se observaron efectos significativos entre las variedades de papa y SG en
los valores a 20 y 40 DDA. La variedad INIAP Libertad presentó la mayor
especificidad valor gravimétrico (1,101) seguido de la variedad Capiro (1,091)
e INIAP Josefina (1,088), en el mismo rango de significancia (Figura 2B). Se
encontraron diferencias significativas para la interacción a los 20 DDA, como
se evidenció para la variable MS. Según la prueba de Tukey se observaron dos
rangos de significancia α = 0,05 en los tratamientos. El tratamiento f1v1 presentó el mayor SG, con una media de
1,104; mientras que el tratamiento f1v2 presentó el menor SG con 1,086. No se
observó significancia para las formulaciones, variedades e interacción en el
contenido de RS. Figura 2. Materia seca y gravedad específica
para el efecto de las variedades de papas A) Test: LSD Fisher α = 0.05 DMS = 3.93. B) Test: LSD
Fisher α
= 0.05 DMS = 0.06. Means with
different letters are statistically different (p
<0.05). Values in parentheses
are totals. Black bars: 20 days after harvest; gray: 40 days after harvest. No se observó diferencia significativa en los fertilizantes.
Sin embargo, si se observaron diferencias altamente significativas para las
variedades en el porcentaje de papas buenas y regulares, y diferencias
significativas para el porcentaje de papas malas. Las variedades Capiro e INIAP
Libertad obtuvieron los menores porcentajes de pérdidas por fritura con 4,4 y
4,6% respectivamente, dejando un total aproximado del 95,5% de papas
utilizables. La variedad INIAP Josefina presentó las mayores pérdidas por
fritura, con 19,4% de papas malas. Hubo efectos significativos para la
interacción en los porcentajes de papas buenas y regulares. La prueba de Tukey α
= 0,05, mostró que el
tratamiento f1v1 mantuvo los valores más altos y el tratamiento f1v2 presentó
los porcentajes más bajos. Se observaron efectos
dependientes entre otras variables en los estratos superiores de la planta
(Fig. 3-4). La correlación de los análisis de rendimiento (kg planta-1)
fueron mayores (p < 0,01) a 90 DAP, independientemente de la altura
de planta. Se observaron diferencias significativas en la variedad y
formulación INIAP Libertad (KNO3 + NH4H2PO4+
KCl), en diferentes etapas del cultivo, en diferentes funciones de modelado
matemático, correlaciones entre CCF (valor SPAD), como x, en el peso de
tubérculos (kg Para la MS, la mayor
correlación se presentó en la tercera etapa en la función del modelo de índice.
En 30 DAP con y = 42.948 e-0,01x
(R2 = 0.5240); y = 28.789 e-0,0024
(R2 = 0.9103) a 60 DAP e y = 29.370 e-0,003x (R2
= 0.9572) a 90 DAP. Para SG, la mayor correlación ocurrió en las terceras
etapas en la función del modelo de potencia. A los 30 DAP con y = 100,13
x-0,05
(R2 = 0.3277); y = 100,07 x-0,02 (R2
= 0.7543) a 60 DAP e y = 100,07 x-0,02
(R2 = 0.8247) a 90 DAP. Para GC, la correlación más alta ocurrió en
diferentes funciones del modelo. A la función de modelo de potencia de 30 DAP,
con y = 10-0,36
x1,41 (R2 = 0.8681). Para 60 y 90 DAP la mayor
correlación ocurrió en la función del modelo lineal, con y = 0.468x + 64.361 (R2
= 0.9935) and y = 0.576x + 62.675 (R2 = 0.9690) respectivamente. Figura
3. Coeficiente de correlación del valor SPAD con kg 
3.3 Correlación
y análisis de regresión del valor SPAD con el rendimiento y calidad de los
tubérculos
