Respuestas fisiológicas, moleculares y fitoquímicas de variedades de Brassica oleracea (Grupo italica) sometidas a estrés abiótico.

Abstract

El bróculi (Brassica oleracea L.) pertenece a la familia Brassicaceae. La Región de Murcia es la primera productora de bróculi en España y la resistencia del cultivo a la sequía y a la salinidad, hacen que el bróculi sea una hortaliza de gran interés científico y socio-económico. El bróculi es conocido por su alto contenido en compuestos bioactivos esenciales para la salud. Existen factores que afectan a la calidad nutricional, como el genotipo, las condiciones climáticas y prácticas agronómicas. El estrés salino por ejemplo, supone un grave problema en Murcia y un problema relacionado con la salinidad, es la acumulación de boro en la solución del suelo, que puede volverse tóxico para las plantas. Por otro lado, se sabe que la concentración atmosférica de CO2 tiene implicaciones para la agricultura y el medio ambiente en su conjunto. Numerosos trabajos han puesto de manifiesto que los niveles elevados de CO2 mejoran la fotosíntesis, dando lugar a un crecimiento vigoroso de las plantas y un mayor rendimiento. Por todo lo expuesto, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral fue evaluar los factores ambientales y condiciones adversas que condicionan la respuesta de diferentes variedades de bróculi a nivel fisiológico, así como sobre su calidad nutricional. Por tanto, se han estudiado las variaciones de los nutrientes y los compuestos bioactivos y las posibles alteraciones celulares a nivel de la membrana plasmática y expresión de acuaporinas en dichas condiciones, para ver su relación con otros parámetros fisiológicos. Para la consecución de los objetivos generales se llevaron a cabo diferentes trabajos experimentales para comprobar las hipótesis de partida y obtener las conclusiones generales. El material vegetal empleado fue el bróculi (púrpura y verde) y muestras de polvo de maca (Lepidium meyenii Walpasí). Además, la germinación y el cultivo de las plantas fue en cámara de cultivo, invernadero y al aire libre (dependiendo del experimento), y se realizaron determinaciones analíticas como parámetros de intercambio gaseoso, medidas de relaciones hídricas, actividades enzimáticas, glucosinolatos y compuestos fenólicos, antocianinas, isotiocianatos y aminoácidos, entre otros y se emplearon además técnicas de proteómica. Por último, el análisis estadístico empleado fue el análisis de varianza y la comparación de medias se realizó mediante la prueba de diferencia significativa de Tukey y mediante el análisis de varianza (ANOVA), así como el Test de Student (p< 0.05). Se realizaron cinco experimentos que concluyeron de la siguiente manera: El bróculi púrpura presentó mayor desarrollo y calidad nutricional en comparación con el bróculi verde tradicional. Mientras que el cultivar púrpura fue más sensible al riego con aguas de baja calidad (80 mM NaCl y 4 mg L-1 H3BO3), el cultivar verde fue más resistente, lo que permite su cultivo con agua procedente de desalinización. Sin embargo, el cultivar púrpura, mostró mayor concentración de glusosinolatos en condiciones de salinidad, así como en condiciones con alta concentración de CO2, que el cultivar verde. Por último, se ha demostrado una alta bioaccesibilidad y liberación de glucosinolatos e isotiocianatos, y se constató que las muestras experimentales de bróculi producían mayor concentración que las muestras comerciales.

ABSTRACT Broccoli (Brassica oleracea L.) belongs to the family Brassicaceae. Murcia Region is the largest producer of broccoli in Spain and crop resistance to drought and salinity, make that broccoli is a vegetable of great scientific and socio-economic interest. Broccoli is known for its high content of bioactive compounds essential to health. There are factors that affect the nutritional quality, as genotype, climatic conditions and agronomic practices. Salt stress for example, is a serious problem in Murcia and a problem related to salinity, is the accumulation of boron in the soil solution, which may become toxic to plants. On the other hand, it is known that the atmospheric concentration of CO2 has implications for agriculture and the environment as a whole. Numerous studies have shown that elevated levels of CO2 improved photosynthesis, leading to vigorous growth of the plants and higher yields. For these reasons, the main objective of this Thesis was to evaluate environmental factors and adverse conditions that affect the response of different varieties of broccoli at the physiological level and on its nutritional quality. It has been studied therefore, variations of nutrients and bioactive compounds and possible cellular alterations in the level of plasma membrane and expression of aquaporins in these conditions, to see its relationship to other physiological parameters. To achieve the overall objectives were carried out several experimental works to test the hypothesis and to obtain general conclusions. The plant material used was broccoli (purple and green) and powder samples of Maca (Lepidium meyenii Walpasí). In addition, germination and plant cultivation was carried out in chamber, greenhouse and outdoor (depending on the experiment), and analytical determinations were performed as gas exchange parameters, measurements of water relations, enzymatic activities, glucosinolates and phenolic compounds, anthocyanins, isothiocyanates, and amino acids, among others, and were used in addition proteomic techniques. Finally, statistical analysis used was the analysis of variance and comparison of means was done by Tukey Test and through analysis of variance (ANOVA) and the Student Test (p< 0.05). Five experiments were conducted which concluded as follows: Purple broccoli showed further development and nutritional quality compared with traditional green broccolis. While purple cultivar was more sensitive to irrigation with low quality water (80 mM NaCl y 4 mg L-1 H3BO3), the green cultivar was more resistant, which allows its irrigation with water from desalination. However, purple cultivar, showed more glucosinolates concentration under both saline and elevated concentrations of CO2, than green cultivar. Finally, it has been demonstrated high glucosinolates and isothiocyanates bioavailability and release, and it was found that the broccoli experimental samples produced higher concentration than the commercial samples.