Ciencia de los Pastos y otros Cultivos

Efecto de la edad de crecimiento en el contenido de polifenoles de materiales de Tithonia diversifolia (Hemsl.)

0000-0002-9516-7182Idania Scull^{2  *}  , 0000-0001-9880-0310Lourdes Savón²  , 0000-0002-1690-1140T. E. Ruiz²  , 0000-0002-2641-1815Magaly Herrera² 

²Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

RESUMEN

Se evaluó el efecto de la edad de crecimiento (30, 60 y 90 días) en el contenido de polifenoles de materiales de Tithonia diversifolia (Hemsl.), recolectados en la zona oriental de Cuba. Se aplicó un diseño completamente aleatorizado con 10 repeticiones. Se determinaron los polifenoles totales y los taninos condensados totales en siete materiales de tithonia (2, 3, 12, 14, 17, 23 y 24) en las épocas lluviosa y poco lluviosa. Se realizó análisis de varianza, según diseño completamente aleatorizado en arreglo factorial 3 x 7. Los factores fueron la edad de crecimiento (30, 60 y 90 días) y los materiales de T. diversifolia (2, 3, 12, 14, 17, 23 y 24). Hubo incremento de compuestos fenólicos con la edad de crecimiento y los mayores valores se alcanzaron a los 90 días. El material 3 mostró el contenido más elevado de polifenoles totales (4.62 % MS) en el período poco lluvioso, y el 12 alcanzó la mayor concentración de taninos condensados totales (2.33 % MS) en las lluvias. Los materiales estudiados mostraron diferencias en el contenido y clase de compuestos fenólicos en ambas épocas del año. Este experimento contribuirá a seleccionar los materiales de mayor potencial biológico para la alimentación animal. Se sugiere realizar investigaciones futuras, que puedan identificar la actividad biológica de estas sustancias y su relación con los efectos beneficiosos en los animales.

Palabras-clave: metabolitos secundarios; taninos; botón de oro; composición fitoquímica

Tithonia diversifolia es un arbusto de rápido crecimiento, oriundo de Centroamérica, con características agronómicas apropiadas para su explotación y uso en las condiciones edafoclimáticas de Cuba (^{Ruiz et al. 2014}). Su forraje, de alto valor nutritivo, es objeto de investigaciones fisiológicas, bioquímicas, productivas y de salud para propiciar su uso como alimento animal (^{Rodríguez et al. 2018} y ^{Rodríguez et al. 2019}).

Numerosos compuestos secundarios, que se consideran esenciales para prevenir enfermedades y otros daños zootécnicos, se informan en su composición (^{Rivera et al. 2018} y ^{Ladeska et al. 2019}). Sin embargo, estos pueden limitar el uso de la planta cuando se encuentran en cantidades elevadas. ^{Chagas-Paula et al. (2012)}, ^{González et al. (2019)} y ^{Ladeska et al. (2019)} indicaron los compuestos fenólicos entre los grupos mayoritarios de esta especie.

Los compuestos fenólicos, también nombrados polifenoles, son un grupo extenso de metabolitos secundarios que se encuentran en la mayoría de los alimentos de origen vegetal. La literatura actual refiere que dietas ricas en polifenoles pueden mejorar la salud y disminuir la incidencia de enfermedades en animales y humanos (^{Prescha et al. 2018} y ^{Scull et al. 2020}). A estos compuestos se le atribuyen propiedades antioxidantes, antimicrobianas, antiinflamatorias y antivirales (^{Rejeki et al. 2017} y ^{Omokhua et al. 2018}).

El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de la edad de crecimiento en el contenido de polifenoles de materiales de Tithonia diversifolia, recolectados en la zona oriental de Cuba.

Materiales y Métodos

Localización, suelo y clima. El estudio se desarrolló de 2017-2018, en el Centro Experimental Miguel Sistachs Naya, del Instituto de Ciencia Animal de Cuba (ICA), ubicado en los 22°,81ʼ de latitud Norte y 82°,01ʼ longitud Oeste, en San José de las Lajas, en la provincia Mayabeque (^{Academia de Ciencias de Cuba 1989}). Las muestras de los materiales de tithonia estudiados se encuentran en el banco de germoplasma del propio Instituto. El suelo del área es ferralítico rojo, de rápida desecación, arcilloso y profundo sobre calizas (^{Hernández et al. 2019}), moderadamente ácido con pH=6.1. El contenido de Ca, Mg y K fue de 7.86, 0.70 y 1.38 cmol/kg. Asimismo, el de P₂O₄ fue de 81.64 kg/ha y la MO, de 1.38 %. Según los datos de la Estación Meteorológica del ICA, las precipitaciones en el período experimental promediaron 84.3 mm, con valor mínimo mensual de 0 mm en diciembre y valor máximo de 231 mm (julio). En las figuras 1 y 2 se muestra la distribución mensual de las lluvias y los días con lluvia en la etapa experimental, así como la media histórica.

Figura 1 Comportamiento de las precipitaciones en el período experimental 

Figura 2 Comportamiento de los días con precipitaciones en el período experimental 

Tratamientos y diseño de colección del material vegetativo. Los tratamientos consistieron en la evaluación de siete materiales (2, 3, 12, 14, 17, 23 y 24) de Tithonia diversifolia (Hemsl.) Gray (tithonia), pertenecientes a la familia Asteraceae, recolectados en la zona de Granma, en el oriente de Cuba, mediante un diseño completamente aleatorizado, con diez repeticiones. Dichos materiales se seleccionaron de la evaluación de 24 de ellos, según sus características promisorias, respuesta agronómica, composición química y capacidad para activar los procesos fermentativos (^{Ruiz et al. 2018}).

Procedimiento experimental. La siembra se efectuó en las lluvias, a una distancia entre surcos de 3.0 m y 50 cm entre estacas. Para la plantación se utilizaron estacas, tomadas de la parte media del tallo, con edad de 80 d, diámetro de 2 cm y de 50 cm de largo, en surcos de 15 cm de profundidad. El área se mantuvo limpia de malezas mediante azadón y en condiciones de secano.

Para iniciar el experimento, el corte de la plantación se efectuó a 15 cm de altura, transcurridos 120 d de la siembra. Se muestrearon 10 plantas (hojas y peciolos) al azar para cada una de las edades (30, 60 y 90 d). Los materiales se secaron en estufa de aire forzado a 60 °C, durante 48 horas. Luego, se molinaron a un tamaño de particula de 1 mm. La harina de forraje de cada material se guardó en frascos de cristal de color ámbar, que se cerraron herméticamente hasta el momento de realizar los análisis químicos.

Determinación de polifenoles totales. La extracción de los compuestos fenólicos se efectuó en baño ultrasónico (marca Randelin Sonorlex, serie 2000) durante 15 min., con una disolución de acetona al 70 % v/v. El contenido de polifenoles totales (PT) se determinó mediante el uso del reactivo de Folin-Ciocalteu, según el método de ^{Makkar (2003)}. Los análisis se realizaron por triplicado. Para determinar la concentración de PT, se utilizó una disolución de referencia de ácido tánico (Sigma Aldrich) de concentración (0.5 g/L). En la preparación de la curva de calibración se utilizaron concentraciones de 10 a 30 g/L de la disolución de referencia.

Cuantificación de los taninos condensados totales. Los taninos condensados totales (TCT) se cuantificaron a partir del extracto de compuestos fenólicos, según la metodología de ^{Makkar (2003)}. Para la determinación se empleó el reactivo butanol/HCl 95:5 v/v en presencia de calor. La absorbancia de la solución se leyó en un espectrofotómetro a 550 nm, usando como referencia la mezcla sin calentar.

Análisis estadístico. Para el análisis de los resultados, se utilizó el sistema estadístico Infostat (^{Di Rienzo et al. 2012}). Se realizó análisis de varianza, según diseño completamente aleatorizado en arreglo factorial 3 x 7. Se consideraron como factores la edad de crecimiento (30, 60, 90 d) y los materiales de T. diversifolia (2, 3, 12, 14, 17, 23, 24). Se aplicó la dócima de Duncan para comparar las diferencias entre medias (^{Duncan 1955}). En los casos en que la interacción fue no significativa, se informaron los efectos principales.

Resultados y Discusión

El contenido de polifenoles totales en el período poco lluvioso (tabla 1) mostró interacción entre los factores edad de crecimiento (30, 60, 90 d) y materiales de T. diversifolia (2, 3, 12, 14, 17, 23, 24). Sin embargo, en los taninos condensados totales no se encontraron dichas interacciones. Los efectos principales se muestran en las figuras 3 y 4.

Tabla 1 Contenido de polifenoles totales en la harina de forraje de T. diversifolia en el período poco lluvioso 

Indicadores, % MS	Edad de crecimiento Materiales	30	60	90	EE (±) Signif.
Polifenoles totales	2	0.95^r	2.15^h	2.43^f	0.01 P < 0.0001
	3	1.14^p	1.99^i	4.62^a
	12	1.67^l	1.85^j	2.21^g
	14	1.02^q	1.82^k	2.58^e
	17	1.60^m	1.65^l	4.04^c
	23	1.21^o	1.84^jk	3.57^d
	24	1.26^n	1.66^l	4.35^b

Letras distintas indican diferencias significativas para P < 0.05, según ^{Duncan (1955)}

En el período poco lluvioso, el contenido de PT difirió entre los materiales. Se incrementó (P < 0.0001) con la edad de crecimiento y los mayores valores se alcanzaron a los 90 d. El material 3 dejó ver las mayores concentraciones.

La concentración de TCT no difirió entre los materiales estudiados en este período. Sin embargo, la evaluación del factor edad de crecimiento mostró variaciones entre los días. Los mayores valores (P = 0.0008) se registraron a los 90 d.

Figura 3 Contenido de taninos condensados totales en los materiales de T. diversifolia en el período poco lluvioso 

Figura 4 Contenido de taninos condensados totales de los materiales de T. diversifolia con diferentes edades de crecimiento en el período poco lluvioso 

En el período lluvioso se encontraron interacciones entre los materiales de tithonia y los días de crecimiento para los PT y los TCT (tabla 2).

Tabla 2 Contenido de polifenoles totales y taninos condensados totales presentes en la harina de forraje de materiales T. diversifolia en el período lluvioso 

Indicadores, % MS	Edad de crecimiento Materiales	30	60	90	EE (±) Signif.
Polifenoles totales	2	0.35l^m	0.45^k	0.49^j	0.01 P < 0.0001
	3	0.45^k	0.64^i	0.74^fg
	12	0.74^fg	0.78^de	0.92^a
	14	0.34^m	0.47^jk	0.75^efg
	17	0.21^n	0.39^l	0.77^def
	23	0.77^ef	0.87^b	0.83^c
	24	0.68^h	0.73^g	0.81^cd
Taninos condensados	2	0.18^n	0.38^m	0.42^l	001 P < 0.0001
	3	0.52^k	0.74^i	1.22^e
	12	0.33^m	0.88^h	2.33^a
	14	0.40^l	0.63^j	0.98^g
	17	0.34^m	1.02^f	1.34^d
	23	0.62^j	1.45^c	1.67^b
	24	0.65^j	1.23^e	1.44^c

Letras distintas indican diferencias significativas para P < 0.05, según ^{Duncan (1955)}

En la etapa lluviosa, las concentraciones de PT y TCT difirieron entre los materiales y se incrementaron (P < 0.0001) con la edad de crecimiento. Los mayores valores se alcanzaron a los 90 d. En el material 12 se encontraron los mayores niveles de estos metabolitos (0.92 y 2.33 % MS).

El contenido de PT y TCT en este experimento mostró incremento con la edad de crecimiento, independientemente del período del año. ^{Boukhris et al. (2015)} estudiaron el efecto del estado fenológico en la composición química de aceites esenciales de plantas de la especie Pelargonium graveolens. Estos autores señalaron que la expresión y actividad de los genes y enzimas involucrados en el metabolismo secundario varían con los diferentes estados de desarrollo de la planta. ^{Verdecia et al. (2018)}, al estudiar la composición química de T. diversifolia refirieron que este comportamiento se puede relacionar con el incremento de la síntesis de compuestos fenólicos durante la etapa de maduración de la planta. Estos autores encontraron aumento de la concentración de PT y TCT hasta los 180 d (0.64 y 1.45 % MS) en el período lluvioso. El contenido de PT fue inferior al obtenido en este estudio. Mientras que los niveles de TCT resultaron inferiores a los hallados en la estación lluviosa, y superiores a los registrados en la poco lluviosa. ^{Omokhua et al. (2018)} evaluaron el potencial fitomedicinal de la T. diversifolia cultivada en África, y hallaron concentraciones de PT de 1.49 % MS. Estos resultados fueron superiores a los obtenidos en este estudio en el período lluvioso e inferiores a los de la época poco lluviosa. Estas diferencias pudieran estar controladas por otros factores, que también afectan el desarrollo de la planta en el ecosistema: variaciones ambientales, genotipo, velocidad de crecimiento, condiciones nutricionales del suelo y depredación (^{Sampaio y Da Costa 2018}).

En este estudio, la variabilidad en la concentración y clase de compuestos fenólicos que presentaron los materiales entre los períodos experimentales, se puede atribuir a las condiciones ambientales en que se desarrollaron las plantas y a sus particularidades genéticas.

^{Sampaio et al. (2016)}, al investigar la influencia de diferentes factores ambientales en el perfil de metabolitos de la T. diversifolia, argumentaron que las plantas en las condiciones de estrés, inducidas por los factores climáticos, pueden causar cambios en la producción de diferentes clases de metabolitos. Además, los autores citados señalan que el estrés por radiación solar, específicamente UV-B (280-320 nm), afecta la producción de compuestos fenólicos: taninos, antocianinas, flavonoides y derivados del ácido cinámico. Estos compuestos contribuyen a disipar la energía solar y protegen de los efectos deletéreos de las radiaciones UV.

^{Herrera et al. (2020)}, al estudiar los metabolitos secundarios de T. diversifolia relacionados con el clima, encontraron altas correlaciones de los compuestos fenólicos con las temperaturas (máxima, mínima y media). Las mejores correlaciones se obtuvieron en los taninos condensados totales y los taninos condensados libres, con las temperaturas, las lluvias y su distribución.

Durante el desarrollo del experimento disminuyó considerablemente el volumen de lluvia caída, así como la cantidad de días de lluvia con respecto a la media histórica (figuras 1 y 2), lo que innegablemente tuvo efecto en el desarrollo de las plantas.

El estrés hídrico pudo causar reducción de la tasa fotosintética y, en consecuencia, aumento en la producción de especies reactivas del oxígeno (EROs). Para superar las limitaciones del estrés, las plantas adoptaron mecanismos alternativos. Estos implicaron el incremento en la producción de sustancia fenólicas (antioxidantes naturales) para eliminar las EROs, mantener el equilibrio redox y poder sobrevivir en condiciones adversas (^{Khare et al. 2020}). Según ^{Morales et al. (2017)}, las antocianinas, sustancias con elevada actividad antioxidante, se acumulan en los tejidos de las plantas y proporcionan resistencia ante las condiciones de sequía.

Los compuestos fenólicos son metabolitos que se caracterizan por poseer en su estructura molecular uno o más anillos aromáticos, unidos al menos a un grupo hidroxilo (^{Huajun et al. 2016}). Esta configuración es lo que le confiere su alta capacidad antioxidante, por lo que pueden eliminar los radicales libres mediante la donación de átomos de hidrógeno y proteger a la planta de los daños que le ocasionan (^{González et al. 2019}). Sin embargo, concentraciones relativamente altas de estos metabolitos pueden obstaculizar el crecimiento, en respuesta a diferentes tipos de estrés (^{Khare et al. 2020}). Los resultados de este experimento corroboran esta hipótesis. El material 3 presentó la mayor concentración de PT en el período poco lluvioso. ^{Ruiz et al. (2018)}, al evaluar el crecimiento de estos materiales de T. diversifolia, indicaron que el material 3 se destacó en el grupo de lenta recuperación, a los 30 d. Además, no cambió en su crecimiento durante el tiempo (30, 60 y 90 d), y siempre formó parte del grupo de menor crecimiento.

Las diferencias que se encontraron en las respuestas de cada material vegetal en iguales condiciones ambientales apuntan a que las características genéticas también influyeron en la composición de estos compuestos. La variación química en una especie puede influir en su adaptación climática y en la protección contra diferentes factores de estrés. Esto respalda su capacidad de sobrevivencia y resistencia (^{Del Val-Días et al. 2017}).

La paridad en el contenido de TCT, que se apreció en los materiales en el período poco lluvioso, pudiera indicar que reaccionaron de forma semejante ante el estrés ambiental en esta estación climática. Los materiales emitieron respuestas similares ante alteraciones fisiológicas, asociadas a las condiciones ambientales adversas, que conllevaron a la síntesis de concentraciones parecidas de TC (^{Valares 2011}). Los niveles de TC encontrados en este trabajo no excedieron los límites en los que se puede afectar el consumo y la digestibilidad (^{García et al. 2008}). Al considerar los efectos beneficiosos que se asocian a estos compuestos, la incorporación de los forrajes en las dietas de los rumiantes podría reducir las emisiones de metano, así como mejorar la ganancia de peso, algunos parámetros de calidad de carne y la producción de leche de los animales productivos (^{Jenko et al. 2018} y ^{Ku-Vera et al. 2020}).

Conclusiones

Los materiales de T. diversifolia mostraron diferencias en el contenido y clase de compuestos fenólicos en ambas épocas del año con el aumento de sus concentraciones, a medida que avanzó el crecimiento de las plantas. Estos estudios contribuirán a seleccionar los materiales de mayor potencial biológico para la alimentación animal. Se recomiendan investigaciones futuras, que puedan dilucidar la actividad biológica de estas sustancias y su relación con los efectos beneficiosos en los animales.

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Recibido: 15 de Diciembre de 2021; Aprobado: 29 de Abril de 2022

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