EXTRACTO ETÉREO EN SEMILLAS DE ZAPALLO (Cucurbita moschata Duchesne) EN TRES GENERACIONES DE ENDOCRÍA

ETHEREAL EXTRACT IN BUTTERNUT SQUASH SEEDS (Cucurbita moschata Duchesne) IN THREE GENERATIONS OF INBREEDING

Revista de Investigación Agraria y Ambiental

Universidad Nacional Abierta y a Distancia, Colombia

ISSN: 2145-6097

ISSN-e: 2145-6453

Periodicidad: Semestral

vol. 15, núm. 2, 2024

riaa@unad.edu.co

Recepción: 15 Junio 2023

Aprobación: 05 Noviembre 2023

Publicación: 14 Junio 2024

URL: http://portal.amelica.org/ameli/journal/130/1305027005/

DOI: https://doi.org/10.22490/21456453.6908

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CÓMO CITAR: Valdés, M., Ordoñez, G. y Ortiz, S. (2024). Extracto etéreo en semillas de zapallo (Cucurbita moschata Duchesne) en tres generaciones de endocría. Revista de Investigación Agraria y Ambiental, 15(2), 113 - 129. https://doi.org/10.22490/21456453.6908

El zapallo Cucurbita moschata Duchesne, tradicionalmente ha sido domesticado y cultivado en pequeños huertos, de una sola planta se pueden obtener varios frutos, condición que favorece múltiples generaciones de endocría (Lira et al., 2016; Castellanos et al., 2018) y, a pesar de su naturaleza alógama, no es evidente la depresión asociada a la endogamia para los caracteres de valor agronómico (Ortiz et al., 2020). La diversificación de esta especie ha permitido utilizarla como alimento, empleando los frutos, flores y semillas, las cuales son consideradas oleaginosas por su contenido de aceite de hasta del 50% (Ordóñez et al., 2014) y una composición de ácidos grasos poliinsaturados alrededor del 62%, además de aminoácidos, vitaminas y alto contenido en zinc que favorecen su valor nutricional (Karrar et al., 2019). Según Goldschmidt y Byrdwell, (2021), los ácidos grasos conjugados son ácidos poliinsaturados con enlaces dobles o más, separados por un enlace carbono-carbono; es así como al analizar el aceite de semillas de zapallo se identificó que predominan los ácidos grasos insaturados de tipo Omega-3 y Omega-6, ácidos grasos esenciales que los monogástricos no pueden sintetizar y deben consumir en la dieta (Abdelnour, 2023).

La especie más conocida de zapallo es C. pepo variedad styriaca, de las semillas se extrae aceite de alta calidad, reconocido por su color verde oscuro, olor y sabor a nuez (Vigor et al., 2022). El aceite de semillas de zapallo es particularmente valioso porque contiene tipos de compuestos inusuales como escualeno, tocofenoles y carotenoides (Tańska et al., 2020), por lo cual ha sido objeto de mejoramiento genético para incrementar tanto el contenido como la calidad del aceite (Paris et al., 2016; Adam et al., 2018). Ortiz et al., (2009) reportaron un porcentaje de extracto etéreo en semilla del 30 al 40% en una colección de genotipos de C. moschata. Nawirska et al. (2013) reportaron la concentración de aceite en la semilla de 12 cultivares de C. máxima y C. pepo en un rango del 40 al 48%, respectivamente; Türkmen et al. (2017) evaluaron 120 genotipos de C. moschata, C. máxima y C. mixta y encontraron una variación para el contenido de aceite entre el 30 y el 38%; Charaya et al. (2023) evaluaron el contenido de aceite en genotipos de styriaca y reportaron 36% de aceite en semillas con cascara.

La endocría es una herramienta útil en el mejoramiento genético, porque permite modificar las frecuencias alélicas de una población y ha sido asociado a la naturaleza alógama de la especie, debido a que las autofecundaciones sucesivas pueden afectar los individuos altamente heterocigotos de la población; sin embargo, en las Cucurbitas en general, se ha encontrado que la endocría es significativa únicamente en algunos caracteres agronómicos (Restrepo et al., 2018). En la especie Cucurbita moschata Duch., para caracteres de calidad en fruto se presenta un comportamiento muy variable, es así como la media del carácter entre genotipos aumenta o disminuye al pasar de una generación a otra y en muchos casos se ve poco afectada (Espitia et al., 2006; Ortiz et al., 2014).

El objetivo de la presente investigación fue evaluar el comportamiento del contenido de aceite en la semilla de zapallo C. moschata en tres generaciones de endocría e identificar los ácidos grasos predominantes en el mejor genotipo.

Localización

Los campos de cruzamientos (generaciones endocríadas S₁ y S₂) en zapallo se realizaron durante dos semestres consecutivos en la granja Mario Gonzales Aranda (GMGA), ubicada en el municipio de Palmira a 03° 30´ 26.8” Latitud norte y 76° 18´47.6” Longitud Oeste, 998 msnm (Valdés, 2014). El orden taxonómico de estos suelos se clasificó como Calciustert Údico Arcilloso sobre arenoso Aniso Vermiculitico Isohipertérmico. Las pruebas macromoleculares se llevaron a cabo en el laboratorio de semillas de la Universidad Nacional de Colombia sede Palmira y el análisis de cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC/MC) se realizó en el laboratorio de análisis instrumental Sede Medellín.

Material Vegetal

De una investigación realizada por Valdés et al. (2014) sobre la variabilidad en frutos y semillas de Cucurbita moschata, se trabajó con las introducciones que presentaron los más altos contenidos de extracto etéreo, según el índice de selección ponderado (ISP) aplicado a la colección del programa de hortalizas con 295 introducciones de Cucurbita moschata Duchesne.

Factor de ponderación

Extracto etéreo de la semilla (EE) 0.4; producción de semilla por fruto (PSPF) 0.3 y número de frutos por planta (NFP) 0.3. En la Tabla 1 se presentan las introducciones seleccionadas.

Tabla 1.
Introducciones seleccionadas con base en el contenido de extracto etéreo (EE) para C. moschata

adaptado de Valdés et al. (2014).

Las semillas provenientes de un solo fruto para cada introducción se sembraron en la Granja Mario González Aranda, empleando un diseño experimental de bloques completos al azar, con seis genotipos (tratamiento), cuatro repeticiones y cinco plantas por unidad experimental para un total de 120 plantas, empleando una distancia de siembra de 3 metros entre y dentro de surco con una densidad de siembra de 1.111 plantas.ha. Durante la etapa de botones florales (40 días en C. moschata) se embolsaron las flores pistiladas y estaminadas dispuestas en la misma planta, utilizando una bolsa de tull de 5 mm de malla y en las primeras horas de la mañana del día siguiente se realizó la polinización controlada para cada generación S₀, S₁ y S₂.

En el período de formación y maduración de frutos (120 a 150 días de siembra en C. moschata), se cosecharon individualmente y se separó la semilla de las introducciones endocriadas en generación S₁, la cual se llevó nuevamente a siembra en el semestre siguiente, bajo el mismo método de polinización controlada y se obtuvo la semilla de las introducciones endocríadas en generación S₂.

Variables evaluadas

Las variables evaluadas fueron número de semillas por fruto (NSPF); peso unidad de semilla (PUS) (peso en gramos de 100 semillas tomadas de la octava parte de las semillas de cada fruto, técnica del octaneo); peso de semillas por fruto (PSPF) (expresada en gramos) y contenido de extracto etéreo (EE) (porcentaje de grasa total en una muestra de 3.0 gramos de semilla (AOAC, 1990).

Para cada introducción se midió el contenido de extracto etéreo (EE) utilizando la técnica AOAC (920.39-1990) de extracción soxhlet por gravimetría, entendido como el porcentaje del contenido de extracto etéreo de la semilla, corregido por la materia seca de la muestra (105 ºC por 24 h); para la caracterización del extracto etéreo se analizaron las muestras de semilla proveniente de autocruzamientos (generación S₂) mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC/MC), se identificó el tipo de compuesto, peso molecular y grado de saturación, los porcentajes de ácidos grasos saturados, monoinsaturados y poliinsaturados, se determinaron mediante el número de ácidos grasos divididos el número de picos. El porcentaje de depresión por endocría (DE) se estimó mediante el índice 1-(w_s/w₀), donde w_s es el valor promedio del carácter en las plantas endocriadas y w₀ es el valor promedio del carácter en las plantas no endocriadas (Ortiz et al., 2014), La significancia estadística de la depresión por endocría se estimó utilizando el nivel de probabilidad de p< 0,05.

Para los datos obtenidos se realizó la prueba de supuestos de normalidad empleando un gráfico de cuantiles teóricos [Q-Q plot] que señaló una distribución normal con un intervalo de confianza de p= 0.05. Para el análisis de homocedasticidad se utilizó el procedimiento F-test en SPSS. Posteriormente, se realizó un análisis de varianza (ANDEVA) para el contenido de extracto etéreo (EE), peso de semillas por fruto (PSPF), peso unidad de semilla (PUS) y número de semillas por fruto (NSF); el análisis estadístico fue realizado utilizando como herramienta el software SPSS (versión 21 Windows) y Microsoft Office, Excel 2010.

En la Tabla 2, se presentan los cuadrados medios y suma de cuadrados para el contenido de EE y caracteres asociados. Para los genotipos dentro de cada generación no se observaron diferencias (P<0.05) para el carácter EE, pero sí se observaron diferencias entre generaciones (P <0.05), a su vez se presentaron diferencias significativas (p<0.05) en la interacción genotipo por generación para los caracteres peso de semilla por fruto (PSPF) y peso unidad de semilla (PUS) y altamente significativas (p<0.01) para número de semillas por fruto (NSPF); esto indica que al menos de uno de los genotipos evaluados es diferente para estos caracteres en estudio. Es necesario resaltar que los caracteres PSPF y NSPF son considerados caracteres altamente poligénicos asociados al rendimiento de semilla; según Singh et al. (2015) en Cucurbitas se manifiesta una pérdida de vigor hasta la segunda o tercera generación de endocría, porque en ella se logra alcanzar un mayor grado de homocigosis, por lo tanto, se espera una mayor acumulación y expresión de genesfavorables para la expresión del caracter.

Tabla 2.
Cuadrados medios CM y contribución de la suma de cuadrados SC para los caracteres extracto etéreo (EE), peso de semillas por fruto (PSPF), peso unidad de semilla (PUS) y número de semillas por fruto (NSF) en genotipos de zapallo con diferente grado de endocría de la especie C. moschata

autores Diferencias significativas **(p<0.01) y * (p<0.05).

Para un mayor entendimiento de cómo se comportan las variables entre generación, en la Tabla 3, se presentan los valores para la depresión por endocría (DE), expresada en porcentaje, para el carácter EE y sus componentes asociados a la semilla para la especie Cucurbita moschata. Los valores positivos (+DE) indican depresión por endocría (reducción del promedio), mientras que los valores negativos (-DE) corresponden al incremento del promedio del carácter.

Los mayores porcentajes de DE_0-1 para el carácter EE se presentaron en los genotipos 142 y 136 con porcentajes de 31.4% y 37.6% respectivamente y, en menor proporción, se presentó en el genotipo 308 y 144 con porcentajes 20.4% y 7.5% respectivamente, indicando que son genotipos que pueden reducir su contenido de EE; no obstante, en los genotipos 129 y 160, con valores de -33.9% y de -5.8% respectivamente, no presentaron DE, al contrario incrementan su rendimiento al pasar de S₀ a S₁. Por otra parte al pasar de la generación de endocría S₁ a S₂ se incrementó el contenido de EE en todos los genotipos, con excepción del 129, por lo tanto los valores de DE fueron negativos. Este resultado fue similar al encontrado por Ortiz et al. (2014) en caracteres de semilla en C. moschata, en donde las expresiones que afectan el promedio del carácter son más habituales durante la primera generación, con mayor frecuencia de alelos recesivos indeseables, pero esta condición parece ser temporal en zapallo, dado que puede recuperarse en la siguiente generación, mostrando mayor tolerancia a la endocría en comparación con otras especies.

La DE en las variables como PSPF, PUS y NSPF varia de una generación a otra, sin embargo, el genotipo 142 aumenta significativamente el NSPF de generación en generación, lo que indica que al aumentar el número de semillas aumenta la posibilidad de obtener mayor rendimiento de EE por fruto y por hectárea, además, no presenta DE.

Tabla 3.
Depresión por endocría, expresada en porcentaje para el carácter extracto etéreo (EE) y caracteres asociados en la semilla de Cucurbita moschata

autores Diferencias significativas * (P<0.05). Donde: DE_0-1 = 100*(S₀-S₁) / S₀; DE_1-2 = 100*(S₁-S₂) / S₀

Perfil de ácidos grasos en aceite de zapallo

El genotipo 160 no presentó depresión por endocría entre generaciones para el contenido de EE, por tanto, este fue el genotipo seleccionado para determinar mediante la separación de compuestos volátiles la identificación de ácidos grasos, a partir de cromatografía GC-MS en el EE de la semilla. En la Tabla 4, se presenta la información correspondiente al tiempo de retención, área en (%), identificación del compuesto, ácido graso detectado y su respectivo nombre sistemático. Se identificaron 17 picos, los cuales son proporcionales a la cantidad del compuesto presente, se evidencia que el EE de la semilla de zapallo está formado por 47.05% de ácidos grasos saturados y 47.06% de ácidos grasos insaturados, correspondiente a 29.41% monoinsaturados, 17.65% diinsaturados y escualeno 5.88%. Predominan en el aceite de la semilla los ácidos grasos oleico, linoleico, margárico y esteárico, estos resultados están acordes con lo reportado por Dotto y Chacha (2020).

Tabla 4.
Compuestos volátiles identificados a partir de cromatografía GC-MS en el EE de la semilla de C. moschata

autores

Según Posert y Baconguis (2023), la cuantificación del área bajo la curva de un compuesto, se relaciona con la cantidad total presente en el analito inyectado, por tanto, entre más área mayor será la cantidad del compuesto. Lo que indica que el 60.15% fue el pico con mayor área que corresponde a la presencia del ácido oleico (monoinsaturado), siendo este ácido de la serie omega 9 típico de aceites como aceite de olivo (Santa-María et al., 2023), su importancia radica en que disminuye la expresión de proteínas relacionadas con el transporte de colesterol y disminuye la oxidación de lipoproteínas de baja densidad (LDL) previniendo la arterosclerosis (Chen et al., 2011; Yang et al., 2022). También se identificó que el 66.07% corresponde a la presencia de ácidos monoinsaturados y poliinsaturados incluyendo el escualeno, convirtiendo el aceite de semillas de zapallo en un aceite de altísima calidad nutricional. Fisher y Kinsey (2023) mencionan que el escualeno es un triterpenoide de la familia de los terpenoides, que comprende seis dobles enlaces (Paramasivan y Mutturi, 2022), los terpenoides se producen en las plantas en pequeñas cantidades, pero el escualeno es inusual porque se encuentra en altas concentraciones en el aceite del hígado de tiburón, que se ha utilizado como adyuvante de vacunas contra la influenza (Fox y Haensler, 2013). Las semillas de zapallo contienen aproximadamente 0.26% de escualeno.

Cabe resaltar que entre los ácidos poliinsaturados se destaca el ácido linoleico, un ácido graso esencial de la serie omega-6 (18:2n-6) caracterizado por tener dobles enlaces, un ácido esencial para el cuerpo humano (Li et al., 2023), requerido para el crecimiento y el desarrollo (Taha, 2020); Brenna (2016) menciona que el ácido linoleico se considera no funcional para el cerebro debido a su baja concentración menor al 2% de los ácidos grasos totales y sostiene que el ácido palmítico (16:0), ácido oleico (18:1n-9) y el ácido esteárico (18:0) constituyen el 84% de los ácidos grasos cerebrales en humanos. El tiempo de retención según Zhang et al. (2009), se entiende como el tiempo que tarde un péptido desde la inyección de la muestra hasta la aparición del pico máximo, es decir, cuanto más fuerte sean las interacciones de la muestra con la superficie tendrá mayor retención del compuesto; al evaluar los ácidos desde esa perspectiva, se identifica que el compuesto escualeno tiene la mayor retención en comparación con los demás ácidos grasos.

El avance generacional en C. moschata mostró diferencias significativas entre los genotipos y su interacción, los valores de la depresión por endocría fluctuaron entre generaciones en todos los genotipos, excepto para el genotipo 160 que incrementó el contenido de aceite en semilla en cada generación y se propone como el de mejor genotipo para el carácter EE. Los caracteres número de semillas y peso de semillas por fruto, en los genotipos evaluados mostraron variación entre genotipos y generaciones sin evidenciar un único patrón en su comportamiento frente a la endocría. El carácter extracto etéreo en la semilla de zapallo puede mejorarse por selección de genotipos que expresen el mejor comportamiento para sus componentes en cada generación de endocría. El aceite de semillas de zapallo contiene ácidos grasos insaturados como el ácido oleico y ácido linoleico, esenciales para la salud humano y presenta un tipo de compuesto inusual, el escualeno.

CÓMO CITAR: Valdés, M., Ordoñez, G. y Ortiz, S. (2024). Extracto etéreo en semillas de zapallo (Cucurbita moschata Duchesne) en tres generaciones de endocría. Revista de Investigación Agraria y Ambiental, 15(2), 113 - 129. https://doi.org/10.22490/21456453.6908

CONTRIBUCIÓN DE LA AUTORÍA: Magda Piedad Valdés Restrepo: investigación, análisis de datos, escritura, revisión y edición. Ginna Alejandra Ordoñez Narváez: metodología, investigación, conceptualización, análisis de datos, escritura. Sanín Ortiz Grisales: logística, revisión y edición.

CONFLICTO DE INTERESES: Los autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.

https://hemeroteca.unad.edu.co/index.php/riaa/article/view/6908 (html)

https://hemeroteca.unad.edu.co/index.php/riaa/article/view/6908/7041 (pdf)

Los autores agradecen al programa de investigación de mejoramiento genético, agronomía y producción de semillas de hortalizas de la Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira.