Manejo Integrado del Calcio en el Manzano - unifrut.com.mxP. S. 2014) Manejo Integrado del Calcio en...
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Manejo Integrado del Calcio en el ManzanoM.C. David Ignacio Berlanga Reyes
Dr. Claudio Rios Velasco
Centro de Investigación en Alimentación y Desarrollo, A.C.Unidad Cuauhtémoc
Fisiología y Tecnología de Alimentos de la Zona Templada
Centro de Investigación CONACYT
XX SIMPOSIUM INTERNACIONAL SOBRE EL MANZANO5-7 de Noviembre de 2014
Cd. Cuauhtémoc, Chihuahua, México
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Comercializador:• Velocidad de maduración• Desórdenes fisiológicos
Calidad
Consumidor:• Ausencia de daños• Color• Tamaño• Forma• Sabor• Valor nutrimental• Textura (crujencia, firmeza)
Productor:• Resistencia a plagas y enfermedades• Capacidad de crecimiento• Resistencia a daños mecánicos• Facilidad de cosecha
“Atributos que hacen atractiva la producción, manejo y consumo de la fruta”
Parámetros
Centro de Investigación CONACYT
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Nutrición
Iluminación
Agua
Polinización
Plagas y enfermedades
Genética
Estrés
Daños mecánicos
• Ausencia de daños
• Sabor
• Color
• Tamaño
• Forma
• Valor nutrimental
• Textura (crujencia, firmeza)
• Susceptibilidad a plagas y enfermedades
• Susceptibilidad a daños mecánicos
• Velocidad de maduración
• Desórdenes fisiológicosCentro de Investigación CONACYT
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Ca-LIDADNutrición
• Color
• Tamaño
• Valor nutrimental
• Textura (crujencia, firmeza)
• Susceptibilidad a plagas y enfermedades
• Susceptibilidad a daños mecánicos
• Velocidad de maduración
• Desórdenes fisiológicosCentro de Investigación CONACYT
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Centro de Investigación CONACYT
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Distribución celular• Muy restringido su movimiento a través de membranas
• Hasta el 90% de calcio total en manzanas puede estar relacionado con pared celular
• Hasta el 50 % del calcio total puede estar enlazado a pectatos
Firmeza de tejidos
• Enlaces estables pero reversibles en paredes celulares y membrana plasmática
• La actividad de la poligalacturonasa es inhibida fuertemente por altas concentraciones de calcio
• Reducción en susceptibilidad al ataque de patógenos y a la toxicidad a excesos de sodio
Maduración de frutos
• Estabilidad de membrana plasmática
• Regula la velocidad de respiración
• Regula producción de etileno
• Control de velocidad de maduración
• Resistencia a efectos de estrés
El calcio y la calidad de la fruta
Centro de Investigación CONACYT
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Ca2+
Pared celular
Citoplasma
Vacuola
MitocondriaMembrana plasmática
Lámina media (pectatos de calcio)
Microfibrillas de celulosa enpared celular
Cualquier catión que desplace al Ca2+
inducirá síntomas de deficiencia
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Fosfatos y oxalatosde calcio
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Membrana celular
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Calcio en el suelo
• Conforma el 3.6% en la corteza terrestre es de (más abundante que la mayoría de los nutrimentos)
• Está formando principalmente fosfatos y carbonatos de calcio (insolubles)
• Muy poca movilidad en el suelo (aplicación e incorporación antes de la plantación)
• Da estructura al suelo (aireación, penetración de raíces y agua)
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K
K
H
Mg
K
- --
-
Na
Na
Complejoarcillo-húmico
H
H
H
MgMg
Mg
K
-
--
-
--
-
-
NaNa
H
H
Mg
Mg
K
-
- -
-Na
H
H
H
H
K
K K
H
H
Solución delsuelo
Fuerza de retención: H>Ca>Mg>NH4>K>Na
Ca
Ca
Ca
Ca
CaCa
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca
Ca Ca
Ca
Ca
Ca
Na
Na
Na +
+++
++
+
+
+
+
+
++
++
++
++
++
++
Centro de Investigación CONACYT
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Capacidad de Intercambio Catiónico
• Importante indicador de fertilidad y potencial productivo de un suelo
• Se refiere a la capacidad de adsorber cationes de un suelo
• Es la capacidad de almacenar nutrimentos del suelo
• Está dado por el contenido de materia orgánica y arcillas• Idealmente: Ca = 65-85% de la CIC
Mg = 6-12%K = 2-5%H = 20%Na<15%
Textura del suelo CIC (meq/100 g)
ArenosoFranco arenoso
FrancoFranco limoso
Arcilloso
2-63-87-1510-1815-30
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Descalcificación del suelo
• Extracción por las cosechas (80 a 100 kg de CaO/Ha/año)
• Lixiviación por el agua (200 a 300 kg Ca/Ha/año, dependiendo de abundancia de Ca y lluvia),
sobre todo en suelos ácidos
• Fertilización nitrogenada en forma amoniacal (Amoniaco anhidro>Sulfato de amonio>urea>Nitrato
de amonio). De manera general, 100 kg de (NH4)2SO4 aplicados al suelo, 45 kg de Ca son lixivados
• Riegos
• Estos procesos conducen a una acidificación del suelo
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Absorción del calcio• Es absorbido por las raíces en forma de catión divalente (Ca++)
• Las plantas son muy poco eficientes en absorber calcio a comparación de otros nutrimentos (en la solución del
suelo el calcio es 10 veces más concentrado que el potasio, sin embargo la absorción de calcio es menor que la
de potasio)
• La raíz del manzano es poco eficiente para absorber calcio de la solución de suelo
Centro de Investigación CONACYT
• Cantidad de calcio en solución del suelo (65 a 85% de CIC)
• La absorción del calcio es solamente a través de las puntas raíces jóvenes (a diferencia del K y P)
• Portainjerto
• Los frutales tienen poca cantidad de pelos radicales
• Disponibilidad de carbohidratos (disponibilidad poscosecha)
• Compactación del suelo (aireación)
• Competencia con maleza
• Materia orgánica
• Poda de raíces
• Fósforo
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1101001,00010,000
PastosHerbáceas
Hoja anchaHerbáceas
Plantas leñosas
Árboles frutales
Longitud de raíces por superficie de suelo (cm/cm2)
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Disponibilidad de agua
• Agente solvente de nutrimentos en suelo y en la planta
• Transporta los nutrimentos dentro de la raíz y los distribuye dentro de la planta
• Riego para colocar el nutrimento en el lugar adecuado
• Estrés hídrico reduce disponibilidad, absorción y distribución del calcio en el árbol
• Altos niveles de sales reducen capacidad de absorción de agua
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pH de la solución del suelo
• Se refiere a la reacción ácida o básica de la solución del suelo
• Concentración de iones H+ y OH-
• Al bajar el pH se incrementa la solubilidad del CaCO3 y se libera el calcio disponible (Ca2+) para la absorción
de las raíces
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Competencia con cationes
• Es esencial un adecuado balance entre diferentes nutrimentos
• NH4+ en suelo compite con el calcio, no ocurriendo con NO3
-
• Potasio y magnesio
Centro de Investigación CONACYT
Ca++K+ Ca++
Ca++
Ca++
Ca++
K+
K+
K+
K+
NH4+
NH4+
NH4+
NH4+
NH4+
NH4+
Mg++ Mg++
Mg++
Mg++
Mg++
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Movimiento y distribución delcalcio en el árbol
Xilema• Vasos leñosos de células muertas
• Savia bruta (agua, sales minerales, hormonas de la raíz)
• Dirección de movimiento de raíz a brotes
• Movimiento pasivo mediante el flujo de transpiración
• Presión de raíz
Centro de Investigación CONACYT
Floema• Elementos del tubo criboso y células acompañantes, tejido vivo
• Savia elaborada (agua, azúcares, aminoácidos)
• Relación fuente-demanda
• pH alcalino (poca solubilidad del calcio)
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aguaglúcido
Centro de Investigación CONACYT
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Centro de Investigación CONACYT
Movimiento del calcio
• Se mueve casi exclusivamente en xilema (flujo de transpiración), casi ausente en floema
• Se favorece mucho más el transporte a hojas que a frutos (transpiración)
• Presión de raíz, controla el flujo de calcio a órganos de reducida transpiración (salinidad en suelos)
• Una gran parte del calcio de los frutos entra durante las primeras 4-6 semanas después de floración
(división celular), posteriormente el calcio se diluye
• Fuentes de auxinas jalan calcio
• La movilidad se reduce por la adhesión con las paredes de los vasos de xilema
• Sinergismo con otros cationes
• Es casi nula la redistribución del calcio vía floema
• Disponibilidad de agua de manera constante
• Regular relación hojas:frutos (raleo, fertilización, poda, espolonados vs. std, )
• Evitar excesos de K+ y/o Mg2+
• Las aspersiones con calcio deben ser sobre frutos
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Centro de Investigación CONACYT
Flujo de agua por transpiración
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Centro de Investigación CONACYT
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Centro de Investigación CONACYT
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Ca2+
Mg2+
Mg2+
Mn2+
Mn2+
Adhesión del calcio y otroscationes a paredes de vasos
xilémicos
Zn2+
Zn2+
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Consumo de calcio en manzano
Frutos (8 kg/Ha)
Hojas (86 kg/Ha)
Ramas (28 kg/Ha)
Tronco (46 kg/Ha)
Raíces (86 kg/Ha)
Centro de Investigación CONACYT
Existen diferencias varietales en el consumo de calcio determinado genéticamente
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Distribución del calcio en el fruto
• Presencia de semillas (fuente de auxinas)
• Tamaño del fruto
• Desbalances nutrimentales
• Boro (estabiliza al calcio en la pared celular y facilita su transporte al fruto)
• Estrés hídrico puede inducir salida de calcio del fruto
• Optimizar polinización
• Regular tamaño (raleo, fertilización)
• Evitar excesos de K+ y Mg++
- Ca
+ Ca
- Ca
+
+
+
+
+
+
Centro de Investigación CONACYT
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Desórdenes fisiológicos relacionados con calcio
• Contenido de calcio en pulpa
• Relación Ca/N, Ca/K, Ca/Mg, Ca/K+Mg
Centro de Investigación CONACYT
Bitter pit
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Centro de Investigación CONACYT
Corazón acuoso
Degradación senescente
Sensibilidad a patógenos
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Tratamientos con calcio
Centro de Investigación CONACYT
Aplicaciones al suelo
• Carbonato, hidróxido y óxido de calcio son utilizados para adicionar calcio y subir el pH
• Sulfato de calcio adiciona calcio y tiende a disminuir el pH
• Óxido e hidróxido son más rápidos en subir el pH
• Nitrato de calcio es neutro en su reacción
• Tamaño de la partícula
• Aplicaciones al suelo de carbonato, hidróxido o sulfato de calcio al suelo mostraron mayor firmeza y retraso
en la maduración de frutos, en comparación con aspersiones foliares (trabajo en la región)
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Centro de Investigación CONACYT
Aspersiones foliares
• Suele ser la única herramienta utilizada para nutrir los frutos con calcio
• La aplicación va dirigida a frutos (volumen de aspersión, densidad de copa, adyuvantes)
• En frutos jóvenes (vellosidades y ceras sobre epidermis) impiden penetración del calcio
• Radio iónico (K+ se mueve 10 veces más rápido que Ca2+ a través de la cutícula)
• Velocidad de secado
• Posibilidad de daño foliar o a fruto con altas concentraciones
• Generalmente los productos con mayor contenido de calcio son los más eficientes
• pH de la solución no mayor que 8
Tratamientos de inmersión o baños poscosecha
• Deben verse como un complemento a los tratamientos precosecha y no como sustituto
• Un buen tratamiento poscosecha puede ser tan eficiente como los de precosecha
• Potencial para causar daño al fruto (lenticelosis)
• Cloruro de calcio es el más utilizado (1.5 a 2.0 %)
Tratamientos con calcio
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Manejo poscosecha
Centro de Investigación CONACYT
Momento de cosecha
Cosecha temprana
• Menor calidad del fruto cosechado (color, sólidos solubles, aromas)
• Menor tamaño del fruto (menor tiempo de crecimiento)
• Mayor firmeza
Cosecha tardía
• Menor capacidad de almacenamiento
• Menor firmeza
• Promoción de desórdenes fisiológicos como corazón acuoso
• Mayor tamaño
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Centro de Investigación CONACYT
Etileno
Respiración
Crecimiento fruto
Madurezconsumo
senescenciaMadurezfisiológica
Climatérico
No climatérico
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Centro de Investigación CONACYT
Respiración:
• Los frutos son organismos vivos
• Proceso de oxidación (uso de O2) para convertir materiales orgánicos (carbohidratos, ácidos
orgánicos y lípidos) en compuestos simples (CO2) con liberación de energía útil y calor
• El calor vital (importante en el diseño del equipo de refrigeración y materiales de empaque,
a mayor velocidad de respiración del producto será mayor el calor generado)
• La respiración es un índice de la vida de almacenamiento del producto
C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 673 kcal
1 mg CO2/kg/h 220 BTU /Ton/día
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Factores que afectan la respiración:
• Internos (variedad y estado de madurez a la cosecha)
• Externos (Temperatura y gases atmosféricos como O2, CO2, C2H4, CO)
Temperatura(°C)
Actividadbiológica
Velocidad dedeterioración Vida poscosecha
010203040
1x3x9x27x81x
1x3x9x27x81x
30 días10 días3.3 días1.1 día0.4 días
Asumiendo que la temperatura óptima para el almacenamiento de una fruta es 0°C y su vida
poscosecha a esta temperatura es de 30 días, y su Q10=3 entonces:
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Implicaciones del proceso de respiración
• Actividad metabólica
• Pérdida de compuestos orgánicos (reserva y materia seca)
• Pérdida de componentes de sabor y del valor alimenticio
• Pérdida de calidad organoléptica
• Producción de energía y calor
• Senescencia de tejidos y pérdida de peso seco
• Requerimiento de ventilación
• Relacionado con el diseño y materiales de empaque
• Uso de recubrimientos superficiales
• Reducción de oxígeno para controlar intensidad respiratoria (AC, AM, almacenamiento hipobárico)
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Metionina
SAM
ACC
Etileno
Inhiben Promueven• Ácido amino ethoxy hexanoico
(AHA)
•Maduración•Estrés•Heridas•Polinización•Senescencia•Auxinas
•Aminoetoxivinilglicina (AVG)•Ácido aminooxalacético (AOA)•Rhizobitoxina•Streptomyces•Pseudomonas aeruginosa• CO2
•Maduración•Senescencia
• Bajo oxígeno•Alto dióxido de carbono•Alta temperatura•Cobalto•Níquel•Cobre•Ácido acetil salicílico•Ácido cítrico•Benzoato de sodio•Dinitrofenol•Ácido alfa-amino isobutírico
½ O2Fe++
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Etileno
Receptor
Núcleo
CitoplasmaMembranas
celulares
Proteínas
DNA RNAm
Retículoendoplásmico
Mensajerosecundario
Ribosomas
Enzimasmaduración
• CO2• Plata• 2,5 Norbornadieno• 1-Metilciclopropeno (MCP)
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Transpiración• Los productos hortofrutícolas frescos son altos en su contenido de agua (75-95%), y su HR interna es considerada de 100%
• Evento fisiológico que involucra la evaporación de agua de los tejidos vegetales (pérdida de agua)
• Ésta es acelerada por una alta temperatura y/o una baja humedad relativa
• Los frutos permanecen frescos en poscosecha en tanto retengan el agua acumulada
• Este proceso es uno de los principales factores determinantes para el deterioro de los productos
• Vapor de agua
Espacios intercelulares
Células de parénquima
Aberturas naturales (lenticelas)
Roturas en epidermis
Cutícula
1
2
3
4
5
••
•
••
•
•
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•
••
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••• •
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••• •
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•••
Atmósfera
12
3 4
5 ••
•
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Efecto de las pérdidas de agua:
• Pérdidas de peso comercial
• Marchitamiento
• Pérdidas en apariencia
• Fallas en maduración
• Pérdidas en textura
• Cambios en balance hormonal de estado juvenil a senescente
Factores que afectan la velocidad de transpiración:
Internos:
• Características anatómicas y morfológicas
• Relación superficie/volumen
Externos:
• Temperatura
• Diferencial de la presión de vapor de agua entre la atmósfera interna del fruto y
del exterior
• Velocidad del aire
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• Entre un producto enfriado y uno no enfriado la diferencia en la pérdida de peso es notable
Un producto a 25°C y 30 % de HR, perderá agua 36 veces más rápido que a 0°C y 90 % HR
• Al reducir la temperatura del aire se reduce la DPVA y por lo tanto la pérdida de agua y la
posibilidad de marchitamiento
• 85-90% HR para frutos, y 95-100 % HR para hortalizas de hoja
• Algunos productos muestran marchitamiento superficial cuando pierden 2-5 % de su peso inicial,
la manzana muestra marchitamiento cuando pierde 5-8 % de su peso inicial.
Las pérdidas de peso por transpiración pueden ser calculadas mediante la fórmula:
P = β x S (PVp – PVa)Donde: P = Pérdida de peso (g/h)
β = Coeficiente de transpiración (g de agua/m2/h/mm Hg)
S = Superficie externa del producto (m2)
PVp = Presión de vapor de agua en el producto
PVa = Presión de vapor de agua del aire circundante
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Preenfriamiento y almacenamiento
Preenfriamiento:
Remoción del calor de campo de los frutos inmediatamente después de cosecha y antes de su almacenamiento
Importante: velocidad de enfriamiento
La temperatura es el factor más importante para mantener la calidad y prolongar la vida de almacenamiento y
anaquel de las frutas
Relación velocidad de enfriamiento : deterioro de los productos
El preenfriamiento
• Reduce la velocidad de respiración
• Inhibe la producción de etileno
• Reduce la velocidad de transpiración
• Evolución de otros factores de deterioro (ataque de microorganismos)
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21 3 4 5 6 7
2
1
3
Pérd
ida
de p
eso
(%)
Retraso en el enfriamiento (horas)
21°C
26°C
32°C
38°C
Efecto del retardo en el enfriamiento en la pérdida de peso en uvas expuestas adiferentes temperaturas de campo
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Centro de Investigación CONACYT
Factor de calidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Cultivar
Portainjerto
Polinización
Carga de fruta
Tamaño de fruta
Crecimiento vegetativo
Distancia de plantación
Manejo hídrico
Control y tipo de malezas
Contenido de materia orgánica del suelo
Textura del suelo
Contenido de calcio en el suelo
Contenido de fósforo en el suelo
pH del suelo
Salinidad del suelo
Salinidad del agua de riego
Compactación del suelo
Forma del nitrógeno aplicado
Fertilización nitrógeno, potasio y magnesio
Aplicaciones de calcio al suelo
Aplicaciones de calcio foliares
Cosecha (temprana o tardía)
Enfriamiento (velocidad y temperatura)
Tratamientos para inhibir (AVG, MCP)