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DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v7i1.5151
Uso de peróxido de hidrógeno en el cultivo de maíz (Zea mays L.)
Luis Felipe Juárez Santillán
https://orcid.org/0000-0001-7428-9693
Universidad Tecnológica de Gutiérrez Zamora
Gutiérrez Zamora. México
Susana Astrid López García
https://orcid.org/0000-0002-6936-2590
Tecnológico Nacional de México/ITS de Naranjos
Naranjos-Amatlán. México
Heriberto Esteban Benito
https://orcid.org/0000-0003-3656-4193
CIIEMAD-Instituto Politécnico Nacional
Ciudad de México, México
RESUMEN
Para la población mexicana el maíz (Zea mays L.) tiene una gran importancia económica, social y cultural, por ello es importante implementar estrategias para producir maíz libre de agroquímicos persistentes y tóxicos para el medio ambiente. En el presente trabajo, se evaluó el uso del peróxido de hidrogeno (H2O2) como alternativa para potenciar el desarrollo de la plántula de maíz. Para el estudio se utilizaron dos concentraciones de 0.21%, 3% v/v de H2O2, respectivamente y una dosis de control, el estudio de los parámetros de tamaño de la planta, raíz, número de hojas, diámetro del tallo y contenido de clorofila se registraron por triplicado. Los resultados obtenidos mostraron que con una concentración de 0.3% favorece el desarrollo del tamaño de raíz, el número de hojas y el contenido de clorofila, mientras que a una concentración de 0.21% solo se observó un engrosamiento en el tallo de la plántula. El uso del H2O2 en una buena alternativa para el desarrollo del cultivo de maíz y representa una alternativa que podría evitar el uso de agroquímicos en los cultivos.
Palabras clave: agroquímicos; cultivo; H2O2
Correspondencia: [email protected]
Artículo recibido 28 enero 2023 Aceptado para publicación: 28 febrero 2023
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Cómo citar: Juárez Santillán, L. F., López García, S. A., & Benito, H. E. (2023). Uso de peróxido de hidrógeno en el cultivo de maíz (Zea mays L.). Ciencia Latina Revista Científica Multidisciplinar, 7(1), 9452-9461. https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v7i1.5151
Use of hydrogen peroxide in the cultivation of corn (Zea mays L.)
ABSTRACT
For the Mexican population the maize (Zea mays L.) has great economic, social and cultural importance, therefore it is important to implement strategies to produce maize free of persistent and toxic agrochemicals for the environment. In the present work, the use of hydrogen peroxide (H2O2) was evaluated as an alternative to increase the development of the corn seedling. For the study, two concentrations of 0.21%, 3% v/v of H2O2, respectively, and a control dose were used, the study of the parameters of plant size, root, number of leaves, stem diameter and chlorophyll content were registered in triplicate. The results obtained showed that with a concentration of 0.3% it favors the development of root size, the number of leaves and the chlorophyll content, while at a concentration of 0.21% only a thickening was observed in the stem of the seedling.
The use of H2O2 is a good alternative for the development of corn cultivation and represents an alternative that could avoid the use of agrochemicals in crops.
Keywords: agrochemicals; crop; H2O2
INTRODUCCIÓN
El maíz es uno de los principales cereales presentes en la alimentación de los mexicanos y representa una gran importancia social y cultural a lo largo del territorio nacional, por ello la importancia de aumentar su producción libre de agroquímicos. Los cambios climáticos y desastres naturales aunados al uso excesivo de agroquímicos ponen en riesgo a la agricultura en general, especialmente el cultivo de maíz que tiene una herencia milenaria de los pueblos mesoamericanos. El cultivo de maíz ha evolucionado a lo largo de la historia adaptándose a los constantes cambios climáticos y a las nuevas tecnologías de cultivo rápido, donde se hace uso desmedido de los agroquímicos para aumentar la producción. Las técnicas mecánicas rudimentarias empleadas para incrementar la oxigenación en suelos de cultivo muestran buenos resultados en el desarrollo de los sembradíos, pero provoca efectos de compactación en el suelo. Sin embargo, se han reportan estudios del uso de peróxido de hidrógeno (H2O2), como fuente de oxigenación en el suelo y favorecer el funcionamiento fisiológico de la raíz (Uchida et al., 2002). Bhattarai, Huber, & Midmore, (2004), Gil et al., (2009), Liu et al., (2022) reportaron el uso del H2O2 en suelos arcillosos, salinos y sin labranza para incrementar el oxígeno en este tipo de suelo, esto debido a que el H2O2 es una especie reactiva del oxígeno la cual desempeña varias funciones cruciales tales como; molécula de señalización procesos fisiológicos y bioquímicos, como el cierre estomático (An, Jing, Liu, & Zhang, 2008, Liu et al., 2022,Bright et al., 2006), en gravitropismo de las raíces (Joo, Bae, & Lee, 2001), en desarrollo de las raíces laterales (Su, Zhang, & Liu, 2006, Salcedo et al., 2017), en la muerte celular programada y en las interacciones del desarrollo del polen (De Azevedo et al., 2005; Wahid et al., 2007) y funciones como molécula de señalización. Por otra parte, el H2O2 también se ha utilizado en la aplicación exógena para inducir la aclimatación de la planta al calor, frío, suelo salino y sequía de especies como; arroz (Oryza sativa L.) maíz (Zea mays L.) y soja (Glycine max L.) (Ishibashi et al., 2011; Uchida et al., 2002). También Li at el., 2009, reportaron que el H2O2 exógeno era capaz de promover la formación y el desarrollo de raíces adventicias en la judía mungo (Mucuna pruriens L.) y en plántulas de pepino (Cucumis sativus L.), aumentar la tasa de germinación de las semillas de guisante (Pisum sativum L.) (Barba-Espin et al., 2010)
METODOLOGÍA
El experimento se realizó con dos concentraciones de H2O2 (Biopack al 30% v/v), a 0.21% y 0.3%, respectivamente. Durante 15 días después de la germinación del grano de maíz Asgrow 75-73 se realizaron mediciones por triplicado de los parámetros de altura de planta, número de hojas, diámetro de tallo, tamaño de raíz y contenido de clorofila (Ruiz et al., 2019). Finalmente, los datos fueron analizados por ANOVA de un factor, prueba de TUKEY, correlación de Pearson y análisis factorial utilizando el programa SPSS, versión 26.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La tabla 1 y 2 resume los registros obtenidos del número de hojas (NH), altura de planta (H), diámetro de tallo (DT), tamaño de raíz (R) y contenido de clorofila del desarrollo de la plántula de maíz. En las primeras etapas del desarrollo de la planta no se observó variabilidad en el parámetro NH al aplicar los tres tratamientos. Sin embargo, se registró una variación significativa en los parámetros H, R y contenido de clorofila, que fueron favorecidas aquellas muestras tratadas con 0.30% de H2O2. Por otro lado, el parámetro DT se incrementó con el uso de una concentración de 0.21% de H2O2.
|
H2O2 |
NH1 |
NH2 |
NH3 |
NH4 |
H1 |
H2 |
H3 |
H4 |
|
|
cm |
|||||||
|
0.21% |
3.00 ± 0.00a* |
4.50 ± 0.70a |
6.50 ± 0.26a |
9.50 ± 0.42a |
25.45 ± 0.64a |
46.50 ± 0.71b |
36.50 ± 2.12a |
189.00 ± 1.41b |
|
0.30% |
3.00 ± 0.00a |
4.50 ± 0.28a |
6.50 ± 0.32a |
12.50 ± 0.47b |
18.40 ± 0.14a |
63.50 ± 0.61c |
49.50 ± 0.71a |
229.50 ± 0.71c |
|
C |
3.00 ± 0.00a |
4.50 ± 0.23a |
7.50 ± 0.42a |
9.50 ± 0.23a |
14.35 ± 0.68a |
43.50 ± 0.42a |
56.00 ± 1.41b |
128.00 ± 2.83a |
Tabla 1. Número de hojas y altura de planta
C = Muestra control, NH = Número de hojas; 1, 2, 3, 4 = Número de muestreo, * = misma letra en una columna indica que no hay diferencia significativa.
Tabla 2. Diámetro de tallo, tamaño de raíz y contenido de clorofila
|
H2O2 |
DT1 |
DT2 |
DT3 |
DT4 |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
Clorofila |
|
|
|
cm |
mg/kg PF |
||||||
|
0.21%
|
0.31 ± 0.01a |
0.59 ± 0.01a |
2.05 ± 0.07c |
2.15 ± 0.07b |
12.90 ± 0.14a |
18.75 ± 0.35a |
18.75 ± 0.50b |
20.50 ± 0.71b |
43.07 ± 0.09b |
|
0.30%
|
0.31 ± 0.01a |
1.48 ± 0.04b |
1.65 ± 0.06b |
1.89 ± 0.01a |
12.75 ± 0.35a |
31.50 ± 0.71b |
29.50 ± 0.60c |
27.50 ± 0.70c |
115.60 ± 0.00c |
|
C |
0.28 ± 0.04a |
0.58 ± 0.04a |
1.15 ± 0.07a |
1.65 ± 0.07a |
12.90 ± 0.14a |
18.75 ± 0.35a |
13.75 ± 0.30a |
15.75 ± 0.35a |
16.44 ± 0.17a |
R = Tamaño de la raíz, DT = Diámetro de tallo; 1, 2, 3, 4 = Número de muestreo, PF = Peso fresco, * = misma letra en una columna indica que no hay diferencia significativa.
En la tabla 3, se muestra la correlación de Pearson. La correlaciones significativas y positivas entre R, NH, DT y contenido de clorofila. Si la raíz asimila correctamente los nutrientes, esto conlleva a un buen desarrollo de tallo y hoja y por consiguientes un alto contenido de clorofila, dando la coloración verde intenso a las hojas de la planta de maíz.
Tabla 3. Correlación de Pearson
|
|
NH2 |
NH3 |
NH4 |
H1 |
H2 |
H3 |
H4 |
DT1 |
DT2 |
DT3 |
DT4 |
R1 |
R2 |
R3 |
R4 |
Cl |
|
|
NH2 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
NH3 |
0.24 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH4 |
0.11 |
-0.08 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H1 |
0.33 |
-0.22 |
-0.02 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H2 |
0.06 |
-0.41 |
0.94** |
0.01 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H3 |
0.12 |
0.57 |
0.20 |
-0.80 |
0.06 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H4 |
0.03 |
-0.61 |
0.76 |
0.41 |
0.88* |
-0.43 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DT1 |
0.07 |
-0.22 |
0.45 |
0.77 |
0.44 |
-0.52 |
0.66 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DT2 |
0.05 |
-0.35 |
0.94** |
-0.10 |
0.99** |
0.18 |
0.81 |
0.37 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
DT3 |
0.04 |
-0.64 |
0.04 |
0.86* |
0.20 |
-0.95** |
0.64 |
0.67 |
0.08 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
DT4 |
0.02 |
-0.59 |
-0.03 |
0.89* |
0.11 |
-0.96** |
0.57 |
0.70 |
-0.00 |
0.99** |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
R1 |
0.83* |
0.07 |
-0.40 |
0.24 |
-0.34 |
0.01 |
-0.30 |
-0.22 |
-0.35 |
0.04 |
0.03 |
1.00 |
|
|
|
|
|
|
R2 |
0.06 |
-0.34 |
0.94** |
-0.12 |
0.99** |
0.19 |
0.80 |
0.35 |
1.00** |
0.07 |
-0.02 |
-0.34 |
1.00 |
|
|
|
|
|
R3 |
0.05 |
-0.51 |
0.90* |
0.15 |
0.98** |
-0.12 |
0.95** |
0.52 |
0.96** |
0.37 |
0.28 |
-0.32 |
0.95** |
1.00 |
|
|
|
|
R4 |
0.09 |
-0.54 |
0.87* |
0.24 |
0.96** |
-0.21 |
0.97** |
0.56 |
0.92** |
0.46 |
0.37 |
-0.28 |
0.92* |
0.99** |
1.00 |
|
|
|
Cl |
0.00 |
-0.48 |
0.91* |
0.09 |
0.99** |
-0.07 |
0.93** |
0.50 |
0.97** |
0.32 |
0.23 |
-0.38 |
0.96** |
1.00** |
0.99** |
1.00 |
|
|
*Correlación significativa al 0.05 |
|||||||||||||||||
|
**Correlación significativa al 0.01. |
|||||||||||||||||
R= Tamaño de raíz, NH = Número de hojas, DT = Diámetro de tallo; 1, 2, 3, 4 = Número de muestreo.
En la figura 1 se presentan los resultados obtenidos de comparar el factor 1 y el factor 2 del análisis factorial procesado en el software SPSS, el cual permitió explicar el 80% de la varianza. El parámetro DT de la planta se ve favorecido con una concentración de 0.21% de H2O2, conforme se aumenta la concentración del agente se observó un mayor desarrollo en raíz, hoja y contenido de clorofila. Por lo tanto, se recomienda hacer uso alternada de ambas concentraciones de peróxido de hidrógeno para el buen desarrollo del cultivo de maíz.
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Figura 1.
Análisis factorial (F1 VS F2, 80.52 % de la varianza explicada)
R= Tamaño de raíz, NH = Número de hojas, DT = Diámetro de tallo; 1, 2, 3, 4 = Número de muestreo.
El H2O2 es el factor clave en muchos procesos fisiológicos y metabólicos de las plantas (Hu et al., 2023). Durante la germinación de semillas, la aplicación exógena de H2O2 influye en el gravitropismo e induce la curvatura de la raíz primaria en guisantes y plántulas de guisantes (Zhou et al., 2018). Esta característica ha provocado gran interés en el campo de la biología ya que al ser una especie redox, a concentraciones elevadas induce daño oxidativo a las biomoléculas provocando muerte celular. Sin embargo, a baja concentraciones en el rango de los nanomoles actúa como una molécula de señalización y en muchos aspectos se parece a las fitohormonas, las cuales al conectar con las vías de señalización de múltiples fitohormonas actúan como un segundo mensajero a las respuestas de diversas condiciones que modulan el crecimiento y desarrollo de las plantas. Sin embargo, se observó que en el tallo de las plantas de maíz no presentaban el mismo desarrollo en las condiciones controladas y evaluadas, por lo cual se confirma la importancia de modular la dosis en función de las etapas del desarrollo de la planta. Su efecto dosis-dependiente sobre el crecimiento indica claramente que H2O2 es un regulador del crecimiento, lo cual concuerda con lo reportado por Černý et al., (2013), en su estudio sobre comunicación molecular en plantas. También se ha reportado que el H2O2 aumenta la tasa máxima de carboxilación de Rubisco (Vcmax) y la actividad inicial de Rubisco (Khan et al., 2016) que conlleva a un mejor desarrollo de la planta de maíz e incremento en el contenido de la clorofila (ver tabla 2), debido a la activación del Rubisco (Jiang et al., 2012; Nik Muhammad Nasir et al., 2021).
CONCLUSIONES
El peróxido de hidrógeno es un agente que favorece el desarrollo en las plántulas de maíz, pero a una concentración elevada resulta ineficiente ya que provoca la muerte celular en el cultivo. Se demostró que el uso de este producto en las diferentes etapas del crecimiento de la planta de maíz favorece el desarrollo de raíz y hojas, por lo tanto, también el contenido de clorofila, derivado a que es un buen activador de rutas metabólicas. Además, es un reactivo inocuo para el medio ambiente, por lo cual sería una buena alternativa en lugar del uso de agroquímicos que promueven el crecimiento acelerado de los cultivos.
LISTA DE REFERENCIAS
An, Z., Jing, W., Liu, Y., & Zhang, W. (2008). Hydrogen peroxide generated by copper amine oxidase is involved in abscisic acid-induced stomatal closure in Vicia faba. Journal of Experimental Botany, 59(4), 815–825. https://doi.org/10.1093/jxb/erm370
Barba-Espin, G., Diaz-Vivancos, P., Clemente-Moreno, M. J., Albacete, A., Faize, L., Faize, M., … Hernández, J. A. (2010). Interaction between hydrogen peroxide and plant hormones during germination and the early growth of pea seedlings. Plant, Cell & Environment, 33(6), 981–994. https://doi.org/10.1111/j.1365-3040.2010.02120.x
Bhattarai, S. P., Huber, S., & Midmore, D. J. (2004). Aerated subsurface irrigation water gives growth and yield benefits to zucchini, vegetable soybean and cotton in heavy clay soils. Annals of Applied Biology, 144(3), 285–298. https://doi.org/10.1111/j.1744-7348.2004.tb00344.x
Bright, J., Desikan, R., Hancock, J. T., Weir, I. S., & Neill, S. J. (2006). ABA-induced NO generation and stomatal closure in Arabidopsis are dependent on H2O2 synthesis. Plant Journal, 45(1), 113–122. https://doi.org/10.1111/j.1365-313X.2005.02615.x
Černý, M., Kuklová, A., Hoehenwarter, W., Fragner, L., Novák, O., Rotková, G., … Brzobohatý, B. (2013). Proteome and metabolome profiling of cytokinin action in Arabidopsis identifying both distinct and similar responses to cytokinin down- and up-regulation. Journal of Experimental Botany, 64(14), 4193–4206. https://doi.org/10.1093/jxb/ert227
De Azevedo Neto, A. D., Tarquinio Prisco, J., Enéas Filho, J., Rolim Medeiros, Jand Venes, & Gomes-Filho, E. (2005). Hydrogen peroxide pre-treatment induces salt-stress acclimation in maize plants. Journal of Plant Physiology, 162(10), 1114–1122. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2005.01.007
Gil M, P. M., Ferreyra E, R., Barrera M, C., Zúñiga E, C., & Gurovich R, L. (2009). Effect of Injecting Hydrogen Peroxide into Heavy Clay Loam Soil on Plant Water Status, NET CO2 Assimilation, Biomass, and Vascular Anatomy of Avocado Trees. Chilean Journal of Agricultural Research, 69(1), 97–106. https://doi.org/10.4067/s0718-58392009000100012
Hu, J., Yan, C., Li, S., Tang, H., & Chen, Y. (2023). Comparative physiological responses and transcriptome analysis revealing the metabolic regulatory mechanism of Prunella vulgaris L. induced by exogenous application of hydrogen peroxide. Industrial Crops and Products, 192, 116065. https://doi.org/10.1016/J.INDCROP.2022.116065
Ishibashi, Y., Yamaguchi, H., Yuasa, T., Iwaya-Inoue, M., Arima, S., & Zheng, S. H. (2011). Hydrogen peroxide spraying alleviates drought stress in soybean plants. Journal of Plant Physiology, 168(13), 1562–1567. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2011.02.003
Jiang, Y. P., Cheng, F., Zhou, Y. H., Xia, X. J., Mao, W. H., Shi, K., … Yu, J. Q. (2012). Hydrogen peroxide functions as a secondary messenger for brassinosteroids-induced CO2 assimilation and carbohydrate metabolism in Cucumis sativus. Journal of Zhejiang University: Science B, 13(10), 811–823. https://doi.org/10.1631/jzus.B1200130
Joo, J. H., Bae, Y. S., & Lee, J. S. (2001). Role of auxin-induced reactive oxygen species in root gravitropism. Plant Physiology, 126(3), 1055–1060. Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/11457956%0Ahttp://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=PMC116462
Khan, M. I. R., Khan, N. A., Masood, A., Per, T. S., & Asgher, M. (2016). Hydrogen peroxide alleviates nickel-inhibited photosynthetic responses through increase in use-efficiency of nitrogen and sulfur, and glutathione production in mustard. Frontiers in Plant Science, 7(FEB2016), 1–20. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.00044
Li, S. W., Xue, L., Xu, S., Feng, H., & An, L. (2009). Hydrogen peroxide acts as a signal molecule in the adventitious root formation of mung bean seedlings. Environmental and Experimental Botany, 65(1), 63–71. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2008.06.004
Liu, L., Sun, Y., Zhang, M., Liu, R., Wu, X., Chen, Y., & Yuan, J. (2022). ZmBSK1 positively regulates BR-induced H2O2 production via NADPH oxidase and functions in oxidative stress tolerance in maize. Plant Physiology and Biochemistry, 185(June), 325–335. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2022.06.011
Nik Muhammad Nasir, N. N., Khandaker, M. M., Mohd, K. S., Badaluddin, N. A., Osman, N., & Mat, N. (2021). Effect of Hydrogen Peroxide on Plant Growth, Photosynthesis, Leaf Histology and Rubisco Gene Expression of the Ficus deltoidea Jack Var. deltoidea Jack. Journal of Plant Growth Regulation, 40(5), 1950–1971. https://doi.org/10.1007/s00344-020-10243-9
Ruiz Santiago, F. L., J.A., R. V., Hernández Becerra, J. A., & García Jímenez, R., Valdez Villareal, A. (2019). Extracción y cuantificación de clorofila en hojas comestibles del estado de Tabasco. Universidad Tecnológica de Tabasco, División de Procesos Industriales, Carretera Villahermosa-Teapa, 4, 891–896. Retrieved from http://www.fcb.uanl.mx/IDCyTA/files/volume4/4/10/126.pdf
Salcedo-Morales, G., Trejo-Espino, J. L., Martínez-Bonfil, B. P., Cruz-Sosa, F., & Trejo-Tapia, G. (2017). Formación de raíces e inducción de haustorios de Castilleja tenuiflora Benth. con catequina y peróxido de hidrógeno. Root formation and haustoria induction of Castilleja tenuiflora Benth. with catechin and hydrogen peroxide. Polibotánica, 0(44), 147–156. https://doi.org/10.18387/polibotanica.44.11
Su, G. X., Zhang, W. H., & Liu, Y. L. (2006). Involvement of hydrogen peroxide generated by polyamine oxidative degradation in the development of lateral roots in soybean. Journal of Integrative Plant Biology, 48(4), 426–432. https://doi.org/10.1111/j.1744-7909.2006.00236.x
Uchida, A., Jagendorf, A. T., Hibino, T., Takabe, T., & Takabe, T. (2002). Effects of hydrogen peroxide and nitric oxide on both salt and heat stress tolerance in rice. Plant Science, 163(3), 515–523. https://doi.org/10.1016/S0168-9452(02)00159-0
Wahid, A., Perveen, M., Gelani, S., & Basra, S. M. A. (2007). Pretreatment of seed with H2O2 improves salt tolerance of wheat seedlings by alleviation of oxidative damage and expression of stress proteins. Journal of Plant Physiology, 164(3), 283–294. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2006.01.005
Zhou, L., Hou, H., Yang, T., Lian, Y., Sun, Y., Bian, Z., & Wang, C. (2018). Exogenous hydrogen peroxide inhibits primary root gravitropism by regulating auxin distribution during Arabidopsis seed germination. Plant Physiology and Biochemistry, 128(May), 126–133. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2018.05.014