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proyecto tithonia sp y su usos
Tipo: Resúmenes
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Semillero de investigación en biotecnología, seguridad alimentaria y nutricional BIOSAN
Trabajo de investigación presentado como requisito parcial para optar al título de: Tecnólogo en Química Aplicada a la Industria
(^1) Tecnoparque nodo Manizales – Línea de biotecnología (^3) Grupo de investigación en Biotecnología, Seguridad Alimentaria y Nutricional BIOSAN
Procesos biotecnológicos Grupo de Investigación Biotecnología, Seguridad Alimentaria y Nutricional BIOSAN
IV
A mi madre Liliana que siempre estuvo presente a lo largo de este camino, su apoyo
incondicional y su total confianza en mis capacidades.
A mi familia y amigos que siempre confiaron en mis capacidades.
A todas aquellas personas que confiaron en mí.
A Jhon Ardenson Marulanda Castaño por su apoyo y colaboración para la realización de
este proyecto
A el Ingeniero Frank Alberto Cuesta González por su apoyo y paciencia para la
realización de este proyecto.
A Guido Ernesto Villota Calvachi por su comprensión, colaboración y tiempo.
A Alejandro Clavijo Maldonado por su comprensión, colaboración y tiempo.
A Diana Marcela Flores por tenerme paciencia y prestarme los materiales de laboratorio.
A mis compañeros del Tecnólogo Química Aplicada a la Industria por su apoyo y buena
energía.
A Tecnoparque nodo Manizales por su apoyo en la parte de asesorías y el uso de las
instalaciones.
A Tecnoacademia nodo Manizales por su apoyo en la parte de asesorías y el uso de las
instalaciones.
Al Semillero de investigación en biotecnología, seguridad alimentaria y nutricional
BIOSAN en la divulgación de este trabajo en el séptimo encuentro local de semilleros de
investigación nodo Caldas.
Contenido Resumen ....................................................................................................................................................... III
Agradecimientos ......................................................................................................................................... IV
Índice de ilustraciones ................................................................................................................................ VII
Índice de tablas ........................................................................................................................................... VII
El aumento de la población mundial, el deterioro del medio ambiente y calidad de vida del
hombre, son sólo algunos de los tantos factores que han motivado al ser humano a buscar
nuevos procesos de producción agrícola que permitan cubrir la demanda, cada vez más
creciente, de alimento y materias primas a través de procesos donde se aprovechen los
recursos naturales de manera sostenible e integrando así los conceptos de conservación y
desarrollo para la plena satisfacción de las necesidades humanas. No obstante las actividades agrícolas extensivas y la ampliación de sus fronteras han traído consigo
problemas fitosanitarios en los sistemas naturales, especialmente en el suelo, que es
considerado el soporte principal de la agricultura. (Tovar, 2008).
La agricultura ecológica, orgánica o biológica enmarca todos los sistemas agrícolas que
promueven la producción sana y segura de fibras y alimentos, desde el punto de vista
ambiental, social y económico. Está basada en un sistema de producción sostenible, en el
cual no se hace uso de fertilizantes, herbicidas o pesticidas químicos, u otras sustancias
toxicas que pueden llegar a causar algún daño a la salud humana, animal y al medio ambiente. Dicho de otra forma, la agricultura ecológica trabaja bajo el concepto de
producción sostenible y competitividad, sin deterioro de los recursos naturales, con un fin
muy claro, el crecimiento económico y del mejoramiento de la calidad de vida de la
población. (Lizcano, 2007).
En la actualidad se han ido desarrollando diferentes formas de contribuir a la conservación
del medio ambiente en el área agrícola con productos biológicos, estos productos evitan o
excluyen insumos externos de síntesis químicas que empobrecen el suelo contrarrestando
la acción de las poblaciones de organismos benéficos, disminuyendo los nutrientes para las plantas y contaminando fuentes de agua. El manejo Integrado de Plagas es un método para
combatir poblaciones no deseadas siendo responsable con el medio ambiente Existen
productos biológicos que pueden llegar a ser muy efectivos para el control de plagas. Se
conocen sustancias extraídas de plantas que tiene un efecto antifúngico contra la población
dañina y sin contaminación del recurso suelo y agua. (Lizcano, 2007).
Los estudios biológicos y químicos de las plantas medicinales y aromáticas son útiles para
comprender, apreciar su diversidad biológica y revelar su composición química. Por esto es interesante explorar en mayor profundidad el potencial de estas especies como fuente de
fungicidas naturales. (Rodríguez, 2010).
Los aceites esenciales son responsables de los mecanismos de defensa de las plantas ante el
ataque de microorganismo fitopatógenos. Los compuestos de los aceites esenciales, los
A nivel mundial los hongos fitopatógenos originan pérdidas que ascienden a miles de millones de dólares al año (National Academy of Sciences 1980). El daño que ocasionan no sólo se refiere a las pérdidas de producción económica, sino también a las pérdidas en la producción biológica, es decir a la alteración que existe en el crecimiento y desarrollo de las plantas hospedantes atacadas por estos microorganismos. En cuanto a las pérdidas económicas, éstas pueden ser de tipo cuantitativo y/o cualitativo (sabor, textura, color y forma) (Ashworth et al. 1981, Agrios 1988).
De los diversos microorganismos fitopatógenos que atacan a las plantas, como pueden ser los virus, hongos, bacterias, nemátodos, fitoplasmas, y viroides, son los hongos el grupo que más enfermedades ocasiona y por lo tanto sobre el que más investigación se ha realizado. Se sabe que más de 8,000 especies de hongos pueden causar enfermedades en las plantas. Todas las plantas superiores pueden ser infectadas y dañadas por más de una especie de hongo fitopatógeno, y una especie de hongo fitopatógeno puede atacar a más de una especie de planta (National Academy of Sciences 1980, Agrios 1988).
El incremento de enfermedades en plantas, causadas por un gran número de hongos fitopatógenos ha obligado a los agricultores a la aplicación de grandes cantidades de fungicidas e insecticidas químicos durante décadas. Este uso plantea una grave amenaza para la salud de los humanos y el medio ambiente, provocando la aparición de organismos resistentes a estos productos. La acción nociva de fungicidas químicos sobre los cultivos agrícolas ha originado entre otros problemas resistencias de plagas y patógenos, contaminación de los suelos y aguas de riego, de los animales y de los mismos seres humanos. (Tovar, 2008).
La utilización de fungicidas químicos durante décadas para el control de enfermedades en cultivos agrícolas ha hecho inminente la búsqueda de alternativas amigables, que contribuyan a minimizar el impacto negativo sobre el medio ambiente. Este deterioro ambiental en el tiempo ha llevado al hombre a buscar metodologías de control, que contribuyan en la prevención o reducción de los efectos a corto o a mediano plazo de estos compuestos frente al daño ambiental. (Tovar, 2008).
El manejo de enfermedades de plantas ocasionadas por patógenos del suelo son verdaderos retos en la agricultura mundial que por su complejidad requieren un trato más cuidadoso que en el caso de los patógenos de la aerobiota (Castro, 1995). Las enfermedades no sólo tienen el potencial de destruir enteramente las cosechas, aun en los casos en que no causan pérdidas totales, por lo general reducen en forma crónica el rendimiento de la mayoría de los cultivos, obligando a tomar medidas de combate que aumentan los costos de producción y afectan la calidad y la durabilidad de los productos cosechados, de manera que constituyen una de las principales causas de inestabilidad en la empresa agrícola y del déficit alimentario mundial (Strange & Scott, 2005).
Pérez, (2004) hace referencia a una definición más reciente de control biológico enunciada por Van Driesche & Bellows (1996) donde expresa que "el control biológico es el uso de parasitoides, depredadores, patógenos, antagonistas y poblaciones competidoras para suprimir una población de plagas, haciendo esta menos abundante y por tanto menos dañina que en ausencia de éstos", esta definición es bastante amplia e incluye todos los grupos de organismos con capacidad para mantener y regular poblaciones de organismos plaga a un nivel bajo, por lo tanto todos pueden considerarse agentes de control biológico y estar incluidos en la categoría de enemigo natural por ser considerados parásitos, depredadores o patógenos, entre otros.
El control biológico de enfermedades en plantas o insectos con agentes microbianos es una posibilidad atractiva, si se tiene en cuenta que los costos respecto al uso de otras prácticas de control tradicionales pueden resultar menores y de mayor eficiencia, pues, aunque los antagonistas pueden actuar en forma más lenta y en menor escala, su acción puede ser más estable y duradera que el control químico (Papavizas & Lewis, et al. 1984).
EI desarrollo basado en la conservación, debe proteger la estructura, función y la diversidad biológica de los sistemas naturales agrícolas, buscando mantener un equilibrio y un control de nuestro medio ambiente y los recursos naturales. Uno de estos recursos es el suelo que se constituye en el principal soporte de la agricultura. El manejo biológico y controlado de los cultivos, se presenta como una alternativa ecológica y eficaz frente a los numerosos y crecientes problemas causados por microorganismos patógenos presentes en nuestro agroecosistema. (Tovar, 2008).
La producción agrícola es cada vez más dependiente del uso de agroquímicos, pero los efectos negativos de los pesticidas y químicos en el medio ambiente y la salud humana han promovido la investigación en nuevas alternativas de control amigables con el medio ambiente, la flora y la fauna. El control biológico ha sido considerado como una vía complementaria para reducir el uso de químicos en la agricultura (Gerhardson, 2002; Compant et al., 2005; Paul, 2007; Van der Heijden et al., 2008)
Los estudios realizados en torno al efecto de los extractos vegetales sobre agentes patógenos de plantas han mostrado el gran potencial como métodos de control, así como su poder fungistático y antifúngico (Ruiz, 2008).
Todas las plantas poseen mecanismos fisiológicos, elaboran sustancias y exudados que
son producidos por ellas mismas, los cuales les han permitido protegerse, convivir
mutuamente y en equilibrio natural con los insectos y agentes infecciosos, sin que estos
afecten o pongan en peligro la supervivencia de las especies en el planeta.
(Minagricultura, et al, 2002).
Esto se puede comprender mejor por medio de la teoría de la evolución: según esto, en el
curso de la biogénesis pudieron sobrevivir sólo las variedades /mutaciones que lograron
desarrollar dispositivos de protección contra los respectivos parásitos, por medio de la producción de tóxicos, sustancias amargas, cáscaras más duras, etc., las variedades menos
protegidas o más débiles fueron eliminadas por los organismos nocivos. Incluso esta
lucha por la existencia nunca se detendrá, sino que por el contrario se encuentra en
permanente evolución. Dentro de todas las facetas que convergen hacia y para la
agricultura, está la de mantener estas poblaciones de insectos, bacterias, hongos, virus,
etc., en niveles tales que permitan una producción óptima de los cultivos, pero sin causar
detrimento a la biodiversidad y al ambiente. De esta forma y aprovechando inteligente y racionalmente estos principios de supervivencia natural, se tiene que: modificando o
creando condiciones adversas en los cultivos para la multiplicación de los insectos-
plagas, empleando los efectos de repelencia, fagorepelencia, envenenamiento estomacal o
por contacto, causado por los ingredientes activos de los vegetales; y fortaleciendo los
tejidos de las plantas, nutriéndolas con productos ricos en sílice y en potasio por ejemplo,
se puede lograr con el tiempo, una mayor y mejor resistencia natural de los cultivos a la
proliferación de parásitos, insectos o demás agentes que puedan afectar los cultivos. (Minagricultura, et al, 2002).
Un purín es el resultado de la descomposición de una planta en agua. La planta al
descomponerse suelta en el agua determinadas sustancias o principios que son la base del
purín. Estos purines, aplicados al suelo o al follaje, y dependiendo de la planta utilizada
para elaborarlos, del tiempo de fermentación y de la dilución, sirven para: estimular el
crecimiento de las plantas, fortalecerlas, como abono, como insecticida o como fungicida. (Aldana, 2005).
Es claro que con este método de trabajo no se combaten ni eliminan las especies
indeseadas en forma inmediata, antes por el contrario, lo que se busca es modificar el
ambiente que las creó, de modo que este sea desfavorable para ellas y más favorable al
cultivo y para la multiplicación de otros seres vivos benéficos que propendan por
mantener un equilibrio bioecológico en las diferentes actividades de la agricultura. (Minagricultura, et al, 2002).
Los hidrolatos son abonos orgánicos de origen vegetal, de plantas aromáticas o
medicinales, para su preparación, se someten a cocción la solución resultante de la
mezcla de plantas aromáticas y medicinales con agua. Los hidrolatos al igual que los purines, al aplicarse a las plantas repelen insectos y previenen enfermedades causadas por
hongos y bacterias. (Cindap, 2006).
Es con la investigación, el estudio y análisis de tales propiedades lo que permite sugerir el
uso de los hidrolatos para la defensa de los cultivos contra el ataque de insectos y
enfermedades. (Minagricultura, et al, 2002).
Son preparados orgánicos sometidos a cocción: las hierbas y plantas aromáticas
finamente picadas se adicionan en forma de té al agua que comienza a hervir como infusión y se dejan hasta cuando se enfrié el caldo. Dependiendo del daño y su incidencia,
se puede aplicar como preventivo ya que también funciona como aportante de
nutrimientos. (Salamanca. Et al, 2006)
Los aceites esenciales son sustancias aromáticas de base lipídica encontradas prácticamente en todas las plantas: son muy numerosos y están ampliamente distribuidos en las distintas partes de la planta: raíces. Tallos, hojas, flores y frutos. Los aceites esenciales son componentes heterogéneos de terpenos, sesquiterpenos, ácidos, ésteres, fenoles, lactonas: separables por métodos químicos o físicos, como la destilación, la refrigeración, la centrifugación, entre otros (Vásquez et al, 2001).
Los aceites esenciales se pueden extraer mediante diferentes métodos como: prensado, destilación con vapor de agua, extracción con solventes volátiles, enfleurage y con fluidos supercríticos.
El método de extracción con fluidos supercríticos, es de desarrollo más reciente. El material vegetal cortado en trozos pequeños, licuado o molido, se empaca en una cámara de acero inoxidable y se hace circular a través de la muestra un fluido en estado supercrítico (por ejemplo C02). Las esencias son así solubilizadas y arrastradas mientras que el fluido supercrítico, que actúa como solvente extractor, se elimina por
medio ambiente. La investigación y el desarrollo de su aplicación práctica en el campo se enfocan a mitigar la contaminación ambiental causada por residuos de plaguicidas químicos, aunque por su naturaleza biológica también promueven el desarrollo sustentable de la agricultura. El desarrollo de nuevos bioplaguicidas estimula la modernización de la agricultura y sin duda, va a reemplazar gradualmente a una cantidad de los plaguicidas químicos. En la producción agrícola, en ambientes libres de contaminación, los bioplaguicidas son sustitutos ideales para sus homólogos químicos tradicionales (Leng et al., 2011).
Los bioplaguicidas se dividen en general en dos grandes grupos: agentes o plaguicidas microbianos, que incluyen las bacterias, hongos, virus y protozoos, y agentes o plaguicidas bioquímicos, que comprenden los atrayentes, hormonas, reguladores del crecimiento de plantas e insectos, enzimas y sustancias de señalización química, muy importantes en la relación planta insecto (Alfonso, 2002).
Los plaguicidas botánicos son derivados de algunas partes o ingredientes activos de las plantas. En los últimos años, la aplicación de varios productos de plantas medicinales ha llamado mucho la atención como alternativas efectivas a los pesticidas sintéticos. Estos productos vegetales son muy eficaces, menos costosos, biodegradables y más seguros que sus equivalentes sintéticos, los cuales son altamente persistentes en el medio ambiente y tóxico para los organismos no blanco, incluidos los humanos a los cuales le causan muchas de las enfermedades no identificadas después de la bioacumulación (Singh et al., 1996; Leng et al., 2011).
Se ha demostrado que estos compuestos afectan a las poblaciones de insectos, disminuyen la supervivencia de desarrollo y la tasa de reproducción (Singh & Jain, 1987; Carlini & Grossi 2002). Varias plantas que pertenecen a diferentes familias contienen una serie de fitoquímicos tales como saponinas, taninos, alcaloides, di y triterpenoides, entre otros, los cuales presentan alta actividad insecticida. El efecto nocivo de los extractos de plantas o sus compuestos puros contra los insectos se puede manifestar de diversas maneras, incluyendo la toxicidad, la mortalidad, inhiben el crecimiento, la supresión de comportamiento reproductivo y reducen la fertilidad y la fecundidad. (BenJannet et al., 2001).
El efecto antagónico es muy frecuente en el ambiente marino y presentes por varios grupos bacterianos Avendaño et al (2005). Se han identificado interacciones antagónicas entre bacterias pelágicas y entre aquellas aisladas de la nieve. Long & Azam (2001). También, bacterias asociadas a superficies de macroalgas Lemos et.al., (1985). En este sentido, la competencia por el espacio y los nutrientes básicos es una poderosa fuente selectiva que ha generado la evolución de variedades y adaptaciones efectivas en el habitad bacteriano. La competencia por prevalecer la especie dentro de una comunidad de
microorganismos es una importante fuerza selectiva que promueve la biosíntesis de los compuestos antimicrobianos.
4.3 Generalidades de Tithonia diversifolia
El árbol maravilla, el girasol mexicano, el falso girasol, el crisantemo de Nitobe, Quil Amargo, Wild Sunflower (Cairns, 1996; Nash 1976) son algunos de los nombres con los que se identifica a Tithonia diversifolia , planta de la familia Asteraceae, la cual se encuentra en las áreas tropicales y subtropicales del Planeta y posee casi 15 000 especies distribuidas por todo el mundo. En el caso del género Tithonia , posee 10 especies en Centroamérica y es comúnmente aceptado que su centro de origen es América Central o México (Nash, 1976), aunque no se descarta que lo sea América del Sur. Roig & Mesa (1974) la observaron y clasificaron en Cuba, pero también ha sido reportada en Las Filipinas y Kenia (Wanjau et al_._ , 1998), India, Ceilán, sur de México, Guatemala, El Salvador, Costa Rica, Honduras, Panamá, Colombia y Venezuela (Martínez, 1979; Ríos, 1993), con diversos nombres y usos, incluida la nutrición animal.
En el medio rural cubano se conoce como margaritona o árnica de la tierra (Roig y Mesa, 1974), pero en los últimos tiempos, dada su distribución acelerada, se identifican otros nombres como girasolillo y el propio Tithonia. De acuerdo con las informaciones brindadas por Murgueitio et al. (2001) la especie en cuestión se manifiesta con gran plasticidad ecológica, lo cual han corroborado los autores del presente artículo.
Reino: Plantae División: Magnoliophyta Clase: Eudicotyledoneae Orden: Asterales Familia: Astetaceae Subfamilia: Asteroideae Tribu: Heliantheae Subtribu: Helianthinae Género: Tithonia Especie: T. diversifolia (Hemsl.) A. Grey
Según Nash & Williams (1976) su altura oscila entre 1,5 a 4,0 m; su tallo es erecto, ramificado, las ramas tiernas cubiertas de pelillos, que con la edad se pierden. Posee hojas alternas, pecioladas, de hasta 20 cm de largo y de ancho, generalmente divididas en
cuando se suministra tierno (alrededor de 50 días de edad), época en la cual presenta un buen valor nutricional.
Mahecha & Rosales (2005) reportaron que la Tithonia es una fuente de carotenoides para pigmentar las yemas de los huevos de las gallinas y también la citan como insecticida para controlar las hormigas arrieras (bibijaguas, en Cuba), mejoradora de los suelos degradados (sobre todo para la absorción de fósforo) y como cortinas rompe vientos y cercas vivas. Giraldo et al. (2006) informaron que los extractos y las plantas tiene propiedades insecticidas, lo que hace de este arbusto un protector de las demás plantas y cultivos que sirven al hombre como alimento y maderables.
Existen evidencias de que las especies de plantas no leguminosas, como la Tithonia, acumulan tanto nitrógeno en sus hojas como las leguminosas, además de que presentan altos contenidos de fósforo (Wanjau et al., 1998). El follaje de titonia varía en su calidad nutritiva, en dependencia del estado vegetativo en que se encuentre. En los estados de crecimiento avanzado (30 días) y prefloración (50 días), se encontraron los valores más altos de proteína (tabla 1).
En otro estudio realizado con Tithonia (Rosales, 1992) se encontraron valores de 23% de materia seca y 21,4% de ceniza, 78,6% de materia orgánica, valores medios de fibra y 24,3% de proteína en la materia seca (tabla 2).
Tabla 1 .Contenido de nutrientes en T. diversifolia (%).
Tabla 2 .Contenido de algunos nutrientes en el follaje de T. diversifolia (%).
Fuente: (Rosales, 1992).
Acorde con lo reportado por Navarro & Rodríguez (1990) y Mahecha & Rosales (2005),
en términos generales, el follaje de titonia se caracteriza por un alto contenido de
nitrógeno total, una alta proporción de nitrógeno de naturaleza aminoacídica, un alto
contenido de fósforo, una rápida degradabilidad y fermentación a nivel ruminal (lo que coincide con las estimaciones de Mehrez & Ørskov, 1977), una baja proporción de N
ligado a la fibra dietética insoluble, así como un bajo contenido de fibra y de compuestos
del metabolismo secundario. Además, se presume la presencia de sustancias
pigmentantes.
En un trabajo realizado en Ibagué, Colombia (Navarro & Rodríguez, 1990), se estudió el
contenido de minerales y proteínas de la planta en cinco épocas de desarrollo (30, 50, 60,
74 y 89 días). Se encontró que el contenido de proteína bruta (base seca) varió desde
28,5% a los 30 días de edad hasta 14,8% a los 89 días. La proteína digestible por los
bovinos (técnica in saco en bovinos fistulados) también disminuyó de 22,2 al 10,1%, para las mismas épocas de crecimiento. El porcentaje de fibra cruda de la materia seca fue
variable a través del tiempo, con valores entre 1,63 y 3,83%; la humedad del forraje
verde varió de 85,9 (a los 30 días) hasta 76,8% (a los 89 días). Los contenidos de calcio y
fósforo, expresados como porcentaje de la materia seca, disminuyeron a medida que se
desarrollaba la planta. Los valores de magnesio variaron entre 0,05 y 0,06% de la materia
seca.
