Analysis and proposals to access safe water and reduce hydric vulnerability
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PAIDEIA XXI
PAIDEIA XXI
Vol. 14, Nº 1, Lima, january-june 2024, pp. 61-70
ISSN Versión Impresa: 2221-7770; ISSN Versión Electrónica: 2519-5700
O
RIGINAL ARTICLE / ARTÍCULO ORIGINAL
EFFECT OF CHITOSAN EXTRACTED FROM
ROMALEON
SETOSUM
(MOLINA, 1782) (DECAPODA: CANCRIDAE) ON
THE GERMINATION AND DEVELOPMENT OF
SOLANUM
LYCOPERSICUM
L. (SOLANALES: SOLANACEAE) SEEDLINGS
EFECTO DEL QUITOSANO EXTRAÍDO DE
ROMALEON
SETOSUM
(MOLINA, 1782) (DECAPODA: CANCRIDAE) EN
LA GERMINACIÓN Y DESARROLLO DE PLÁNTULAS DE
SOLANUM LYCOPERSICUM
L. (SOLANALES: SOLANACEAE)
Camila de la Cruz–Leytón
1
*; Mey Lam Farfán–Torres
1
; César Lozano–Lévano
1
& Alejandrina Zavaleta–Rengifo
1
ABSTRACT
doi:10.31381/paideiaxxi.v14i1.6260
http://revistas.urp.edu.pe/index.php/Paideia
Este artículo es publicado por la revista Paideia XXI de la Escuela de posgrado (EPG), Universidad Ricardo Palma,
Lima, Perú. Este es un artículo de acceso abierto, distribuido bajo los términos de la licencia Creative Commons
Atribución 4.0 Internacional (CC BY 4.0) [https:// creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.es] que permite
el uso, distribución y reproducción en cualquier medio, siempre que la obra original sea debidamente citada de su fuente original.
Currently, the use of agrochemicals is necessary for the production of
foodstuffs of agroindustrial interest such as tomatoes (
Solanum lycopersicum
L.). These are applied mainly as growth stimulants for the crop; however,
they also bring with them problems that affect the environment and human
health, so better alternatives are being sought to reduce their use; given this,
chitosan is presented as an option for plant biostimulants. The objective of this
research was to study the effect of chitosan extracted from the shell of
Romaleon
setosum
(Molina, 1782) or “hairy crab” on the germination and development of
S. lycopersicum
seedlings. The extracted chitosan was applied to tomato seeds at
concentrations of 1000, 2000, and 3000 mg/l, and germination percentage was
evaluated after 10 days and growth indicators every seven days over three weeks.
The results showed that the seeds treated with chitosan had a stimulating effect
1
Laboratorio de Biología Aplicada. Empresa NINDECYT. Lima, Perú
* Corresponding author: camila.delacruz.leyton@gmail.com
Camila de la Cruz-Leytón:
https://orcid.org/0000-0003-4955-0639
Mey Lam Carmen Farfán-Torres:
https://orcid.org/0000-0001-9820-5001
César Lozano-Lévano:
https://orcid.org/0000-0002-5275-538X
Alejandrina Mirella Zavaleta-Rengifo:
https://orcid.org/0000-0002-5822-5910
de la Cruz-Leytón
et al
.
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PAIDEIA XXI
on the indicators of fresh biomass and dry biomass, especially on radicle length,
but not on seed germination or stem length. Of the concentrations applied, 1000
mg/L showed the best results in the indicators evaluated.
Keywords:
biostimulant – growth – degree of deacetylation – tomato
En la actualidad el uso de agroquímicos es necesario para la producción
de alimentos de interés agroindustrial como el tomate (
Solanum lycopersicum
L.). Estos se aplican principalmente como estimulantes de crecimiento para el
cultivo; sin embargo, también traen consigo problemas que afectan al medio
ambiente y la salud humana, por lo que se busca mejores alternativas que
permitan la reducción de su uso; ante esto, el quitosano se presenta como una
opción de bioestimulante en plantas. El objetivo de este trabajo de investigación
fue estudiar el efecto del quitosano extraído del caparazón de
Romaleon setosum
(Molina, 1782) o “cangrejo peludo” en la germinación y desarrollo de plántulas
de
S. lycopersicum
. El quitosano extraído fue aplicado a las semillas de tomate
a concentraciones de 1000, 2000 y 3000 mg/l, y se evaluó el porcentaje de
germinación luego de 10 días y los indicadores de crecimiento cada siete días
en un periodo de tres semanas. Los resultados mostraron que las semillas
tratadas con quitosano presentaron efecto estimulante en los indicadores de
biomasa fresca y biomasa seca, y sobre todo en la longitud de radícula, mas
no para la germinación de semillas, ni en la longitud de tallo. Mientras que, de
las concentraciones aplicadas, fue la de 1000 mg/L la que presentó mejores
resultados en los indicadores evaluados.
Palabras claves:
bioestimulante – crecimiento – grado de desacetilación –
tomate
RESUMEN
Effect of chitosan extracted from
Romaleon setosum
on
Solanum lycopersicum
63
PAIDEIA XXI
INTRODUCCIÓN
El quitosano es un biopolímero no
tóxico, ni irritante (Boeriu & van den
Broek, 2019), que se obtiene por la re-
acción de desacetilación de la quitina,
el cual se puede extraer del exoesque-
leto de artrópodos (Mati-Baouche
et
al
., 2014; Malerba & Cerana, 2016);
siendo los crustáceos, como
Romaleon
setosum
(Molina, 1782) conocido como
cangrejo peludo, los de más fácil ob-
tención y menor costo (Shahrajabian
et al
., 2021).
Las aplicaciones del quitosano se
presentan en diversos campos, como
la industria agrícola (bioestimulante
y fungicidas), en la medicina
(cicatrización de heridas, producción
de suturas y cremas bactericidas) y en
la industria cosmética (bactericida en
jabones y champús, hidratante para la
piel y pasta dental) (Romero & Pereira,
2020). Por su actividad bioestimuladora
comprobada en varias plantas,
relacionadas con la producción de
metabolitos secundarios, reguladores
del crecimiento y agentes antiestrés
(Hidangmayum
et al.
, 2019; Stasińska
& Hawrylak
,
2022), puede ser
utilizado para reemplazar el uso de los
agroquímicos (fertilizantes y fungicidas
químicos), que actualmente se aplican
en grandes cantidades en los cultivos
y generan un impacto negativo sobre
el medio ambiente (Veobides
et al
.,
2018; Shahrajabian
et al.
, 2021).
Basándose en lo descrito anterior-
mente, se resalta la importancia de
estudiar el efecto bioestimulante del
quitosano en plantas interés mun-
dial como por ejemplo el tomate
Sola-
num lycopersicum
L., debido a que
los
principios activos que contienen los
bioestimulantes actúan en ella e in
-
crementan su desarrollo mejorando la
productividad y calidad del fruto, así
como también fortaleciendo la resis
-
tencia a enfermedades (Lárez-Velás
-
quez
et al.,
2019); así mismo el tomate,
viene siendo la hortaliza más consumi
-
da en el mercado global después de la
papa (MINAM, 2020), con una produc
-
ción mundial que para el año 2019,
que bordea los 180.766 millones de t
(Reyes-Pérez
et al
., 2020; Mejía, 2022),
la cual demanda mecanismos que ga
-
ranticen su producción reduciendo los
efectos negativos propios de los quími
-
cos y que sean saludables para el con
-
sumidor (CEDRSSA, 2020).
Esta investigación tuvo como
objetivo evaluar y comparar el efecto
bioestimulante del quitosano a
diferentes concentraciones, extraído
de los caparazones de
R. setosum,
en la
germinación y desarrollo de plántulas
de
S. lycopersicum
, con esto evaluó
el indicador de germinación y los
indicadores de crecimiento (longitud
de tallo y radícula, biomasa fresca y
seca).
MATERIALES Y MÉTODOS
El trabajo de investigación se
realizó en las instalaciones del
Laboratorio de Biología Aplicada de la
Empresa Nindecyt, Los Olivos, Lima
(11°58’53”S 77°04’04”W), entre los
meses de mayo y octubre del 2022;
tuvo como población un paquete de
aproximadamente 1000 semillas de
S. lycopersicum
de la marca “A&S”, y
se tomó como muestra 180 semillas
de la Cruz-Leytón
et al
.
64
PAIDEIA XXI
para la prueba experimental. Por otra
parte, los caparazones de
R. setosum
(22 unidades) que fueron utilizados
para la obtención del quitosano, se
adquirieron del Mercado Mayorista
Pesquero del Callao, Perú.
Obtención del quitosano
Se realizó en base a las cinco etapas
descritas por Bonfante
et al
. (2018). Se
inició con la limpieza de los caparazones
adquiridos, secado (90°C por 5 h),
molido y cernido. Luego se procedió
con el proceso de despigmentación,
para la cual se mezcló alcohol al 85 %
con la muestra cernida, seguido de la
desmineralización, en la que se mezcló
HCl a concentración de 1,5M con la
muestra despigmentada (1:10), a una
velocidad de mezcla con el agitador a
500 rpm por 3 horas a temperatura
ambiente.
La siguiente etapa fue la despro-
teinización, en la que se mezcló NaOH
a 1M y la muestra desmineralizada
(1:10), a 500 rpm por 2 h (80°C). Final-
mente, la desacetilación, para la cual
se mezcló NaOH al 50 % y la muestra
desproteinizada (1:10), a 500 rpm por
3 h (100°C), luego se fltró al vacío con
una bomba, se lavó hasta registrar un
pH de 7, se volvió a fltrar y se secó
utilizando la estufa a 65°C por 6 h.
Caracterización del quitosano
La muestra desacetilada se
caracterizó bajo el procedimiento de
titulación potenciométrica de Plúas
& Véliz (2018), para lo cual se tituló
25 mL de una solución de quitosano y
HCl 0,3N al 1 % p/v con NaOH a 0,1N,
y luego se midió el pH de la solución
por cada 2 mL de agente titulante
agregado hasta observar la formación
de agregados gelatinosos.
Los datos obtenidos se tabularon
y grafcaron, comparando la primera
derivada de pH/v
vs.
cantidad de
NaOH añadido, para obtener dos
puntos de infexión y con ello aplicar
la siguiente relación matemática para
el cálculo del grado de desacetilación:
donde, “x” es el primer punto de
infexión (ml), “y” es el segundo punto
de infexión (mL), “N” es la normalidad
de NaOH y “m” es peso utilizado del
quitosano (g).
Aplicación del quitosano
Las semillas se desinfectaron con
agua agregando 10% de hipoclorito
de sodio del volumen total, por 30
min. Luego se sumergieron en tres
soluciones diferentes de quitosano
(1000, 2000 y 3000 mg/l) y una
solución control (agua) por 4 h (García,
2019). Después, se colocaron las
semillas en placas Petri con papel fltro
humedecido con agua destilada por 10
días, para con ello obtener el primer
indicador a evaluar, el porcentaje de
semillas germinadas.
Las semillas germinadas fueron
plantadas en vasos descartables de
10 onzas con sustrato preparado, de
estas se escogieron al azar 15 plántulas
por concentración aplicada para ser
evaluadas en 3 repeticiones con 5
plántulas cada una, incluyendo el
control, en un período de 3 semanas,
donde semanalmente se monitorearon
퐷
=
16
.
1
(
푦
−
푥
)
(
푁
푚
)
;
Effect of chitosan extracted from
Romaleon setosum
on
Solanum lycopersicum
65
PAIDEIA XXI
los indicadores relacionados al
crecimiento. Estos indicadores incluían
la longitud del tallo (medida desde la
base del tallo hasta la parte apical), la
longitud de radícula (medida desde la
base del tallo hasta la parte fnal de
la raíz principal) y la biomasa fresca y
seca (el peso vegetal antes y después del
secado en estufa a 80°C con intervalos
cada 10 minutos). Además, se
registraron los parámetros ambientales
de temperatura (ºC) y humedad relativa
(%).
Los datos obtenidos se grafcaron
y compararon utilizando el programa
de Microsoft Excel vs 2016, mientras
que para evaluar las diferencias
signifcativas entre los tratamientos
y el grupo control se utilizó la prueba
ANOVA y prueba TUKEY mediante el
programa IBM SPSS Statistics vs25.
Aspectos éticos
Los resultados del presente
trabajo siguieron aspectos éticos
que contribuyen de forma positiva al
conocimiento científco y al buen uso
del ecosistema a través de las BPL-
Buenas Prácticas de Laboratorio,
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En los resultados con la
caracterización del quitosano en
grado de desacetilación se obtuvo un
valor de 77,28 ± 1,56 %. Esto difere
del quitosano comercial disponible
que presenta normalmente un grado
de desacetilación >85% (Zerpa
et
al
., 2017). Diversos estudios han
demostrado que estas variaciones
en el grado de desacetilación juegan
un papel muy importante en la
disminución o aumento del efecto
bactericida, fungicida, así como de
su efecto regulador de la germinación
de semillas, del crecimiento, vigor de
las plantas y el rendimiento agrícola
(Colina
et al.,
2014).
Porcentaje de germinación
Luego de los 10 días, se observó
que
la concentración de 1000 mg/L
tuvo un mayor porcentaje de semillas
germinadas (88,9 %) en comparación el
resto, además, el grupo control tuvo el
100% de germinación. Este resultado es
semejante a lo observado por Enríquez-
Acosta & Reyes-Pérez (2018) donde al
aplicar esta misma concentración a
las semillas de
S. lycopersicum
pero
del producto Quitomax ® (un producto
químico a base de quitosano), a base de
quitosano, obtuvieron el mayor número
de semillas germinadas en cada día
de evaluación (7 días en total); sin
embargo, en todos sus tratamientos
registraron valores mayores al control,
a diferencia de lo observado en presente
trabajo donde después de los 10 días
del experimento los porcentajes del
grupo experimental fueron menores al
control.
Longitud de tallo
Se observó que la concentración
de 1000 mg/L de quitosano presentó
mejores resultados en la semana 1 y 3
de evaluación (49,71 mm y 67,04 mm
respectivamente) y la concentración
de 2000 mg/l en la semana 2 (61.29
mm). Sin embargo, todas estas
longitudes fueron menores a las que
presentó el grupo control, como se
de la Cruz-Leytón
et al
.
66
PAIDEIA XXI
observa en la fgura 3A. Por su parte
los trabajos de Gustavo-González
et
al.
(2021) y Enríquez-Acosta & Reyes-
Pérez (2018) presentaron resultados
semejantes utilizando Quitomax ® a
la concentración de 1g /l (1000mg/l)
frente al control. En este caso, los
valores del grupo experimental no
superaron a los obtenidos en el grupo
control, por lo que no se presenta
un efecto estimulante para las
concentraciones aplicadas, siendo
esto comprobado con la signifcancia
obtenida de las pruebas estadísticas
realizadas.
Longitud de radícula
En la evaluación de la longitud
de la radícula se observó que en la
semana 1 y 3 se obtuvo un mejor
resultado para la concentración de
quitosano a 3000 mg/l (50,91 mm y
46,88 mm respectivamente) y para la
semana 2 el mejor valor se obtuvo a
la concentración de 1000 mg/l (47,37
mm), siendo estas dos concentraciones
las más favorables de los tratamientos
junto con el control (Ver fgura 2B).
Esto es semejante a lo obtenido por
Enríquez-Acosta & Reyes-Pérez (2018)
que trabajo en
S. lycopersicum
a tres
concentraciones diferentes, siendo la
concentración de 1000mg/l la que tuvo
mejores resultados; además, para el
presente trabajo los resultados de las
diferentes concentraciones aplicadas
para este indicador superaron, aunque
no signifcativamente, a los del grupo
control.
Biomasa fresca
Se observó que en la semana 1
las concentraciones de 1000 mg/L
y 2000 mg/L (24,3 mg y 23,6 mg,
respectivamente), y en la semana 2
y 3 la concentración de 2000 mg/L
(27,5 mg y 32,2 mg, respectivamente),
dieron buenos resultados (fgura
2C). Estos resultados se asemejan
a los obtenidos en el trabajo de
García (2019), el cual a los 15 días
de la siembra de las plántulas de
S.
lycopersicum
presentó mejores valores
para la concentración de 2 g/L (2000
mg/L) con un promedio de 7,15 g,
aunque para el presente caso los
resultados no fueron estadísticamente
signifcativos.
Biomasa seca
Para la evaluación del peso, en la
semana 2, la concentración de 1000
mg/L (16,1 mg) dio el mejor resultado; y
al compararlo con el control la mayoría
de las evaluaciones tuvieron valores
más altos, tal como se observa en la
fgura 2D, siendo estadísticamente no
signifcativo, esto guarda relación con
los resultados de los indicadores ya
evaluados de crecimiento, ello se basa
en que el peso seco es proporcional
al crecimiento de la planta, pues
nos permite determinar el carbono
fotoasimilado que pasara a formar
parte de su estructura (Di Benedetto
& Tognetti, 2016).
Effect of chitosan extracted from
Romaleon setosum
on
Solanum lycopersicum
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PAIDEIA XXI
Tabla 1.
Tabla de indicadores de crecimiento y desarrollo de
Solanum
lycopersicum
para cada concentración de quitosano aplicado y control.
CONTROL1000 mg/L2000 mg/L3000 mg/L
Germinación de semillas10088,986,782,2
Longitud del tallo68,8167,0462,9753,36
Longitud de la radícula38,1240,3245,3746,88
Biomasa fresca0,01070,01190,01150,0102
Biomasa seca0,0310,0300,0320,022
Al realizar la prueba de ANOVA
y la prueba TUKEY solo se observó
diferencias signifcativas (
P
<
0,05) de
los grupos experimentales respecto al
control para el indicador de longitud
del tallo, en la semana 1 para las tres
concentraciones (0,018, 0,009 y 0,001
respectivamente) y en la semana 3 para
concentración de 3000 mg/L (0,003);
y el indicador de biomasa fresca, en
la semana 3 para la concentración de
3000 mg/L (0,01).
Finalmente, en la medición de los
parámetros, la temperatura promedio
fue de 20,9 °C y la humedad relativa
promedio fue de 60,4%.
Los resultados de la germinación
y desarrollo en
S. lycopersicum
se
debería a la acción del quitosano
como estimulador del metabolismo
vegetal, esto dado por receptores de
naturaleza proteica que se encuentran
en las células vegetales, que se
unirían al biopolímero y activarían
diversas reacciones de tipo celular,
fujo de iones, despolarización de
membranas y la síntesis de enzimas
como fenilalanina amonio liasa (PAL),
proteasas, quitinasas y celulasas
(González
et al
., 2014). Otros autores
sugieren que el quitosano también
puede inducir una señal para la
síntesis de ftohormonas como las
giberelinas y las auxinas para mejorar
el crecimiento y desarrollo de la planta
(Mukhtar
et al
., 2020).
Se concluye que el quitosano
extraído a partir del caparazón de
R. setosum
presentó un grado de
desacetilación de 77,28 ± 1,56 %. La
aplicación del quitosano obtenido en
S. lycopersicum
presentó un efecto
bioestimulante, frente al control,
para los indicadores de longitud de
radícula, biomasa fresca y biomasa
seca, más no para la germinación
de semillas ni para el indicador de
longitud de tallo. La concentración
de 1000 mg/L de quitosano presentó
los mejores resultados sobre los
indicadores evaluados, sobre todo
para biomasa seca y longitud de
radícula. El indicador de longitud
de radícula presentó el mayor
efecto bioestimulante para sus tres
concentraciones aplicadas, siendo
las de mejores resultados la de 1000
mg/L y 3000 mg/L.
de la Cruz-Leytón
et al
.
68
PAIDEIA XXI
Author contributions: CRediT
(Contributor Roles Taxonomy)
CCL
= Camila de la Cruz Leytón
MFT
= Mey Farfán Torres
CLL
= César Lozano Lévano
AZR
= Alejandrina Zavaleta Rengifo
Conceptualization
: CCL, MFT, AZR
Data curation
: CCL, CLL
Formal Analysis
: CCL, CLL
Funding acquisition
: CLL
Investigation
: CCL, MFT, AZR
Methodology
: CCL, MFT, AZR
Project administration
: CLL, CCL
Resources
: CLL, MFT
Software
: CLL, MFT
Supervision
: CLL, CCL
Validation
: CLL, CCL, AZR
Visualization
: CCL, CLL, AZR, MFT
Writing – original draft
: AZR, CCL.
CLL
Writing – review & editing
: CCL, AZR
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Received December 30, 2023.
Accepted February 14, 2024.