Author: HIPÓLITO HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ

Nanopartículas de cobre en hidrogeles de quitosán-pva para la Inducción de tolerancia a estrés salino, capacidad antioxidante y expresión génica en solanum iycopersicum l

HIPÓLITO HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ (2017)

"La nanotecnología está innovando el uso de los materiales debido a que mejora sus propiedades fisicoquímicas. Esto se debe a la alteración en los átomos lo cual desarrolla una mayor potencia magnética, posee una mayor área de superficie y se exhibe más activo (Prasad et al., 2017). En los sistemas agrícolas se están evaluando el uso de diferentes nanomateriales como nanofertilizantes, nanopesticidas, nanosensores y nanoestimulantes del crecimiento. Prasad et al. (2017) reporta que en el año 2016 se enumeraron unos 14,000 documentos y alrededor de 2707 patentes sobre nanotecnología en alimentos o agricultura. Estos estudios se han enfocado principalmente en los efectos toxicológicos, fisiológicos, bioquímicos y genómicos en las plantas. Los principales nanomateriales (NMs) que se están evaluando en plantas son a base de metales y óxidos metálicos como el Cu, Zn, Fe, Ti, Ce y Ag. Estos NMs han demostrado que a concentraciones altas (> 100 ppm) causan toxicidad, por el contrario a una concentración baja (< 100 ppm) promueven el crecimiento, aumentan la tasa fotosintética y enzimas de respuesta antioxidante (Du et al., 2017; Reddy et al., 2016). Las plantas perciben a los NMs como estrés oxidativo, por lo que el principal mecanismo de señalización es la producción de especies reactivas de oxigeno (ROS) y Ca2+ (Sosan et al., 2016). Aguas abajo se activa el óxido nítrico para mitigar el estrés oxidativo. Las hormonas como el ácido abscísico (ABA), ácido salicílico, ácido jasmónico y etileno también juegan un papel importante como señalizadoras (Vankova et al., 2017). La absorción de los NMs en las plantas depende de las propiedades fisicoquímicas como el tamaño, la morfología y composición química. Además la interacción con microorganismos en el suelo, ácidos húmicos, materia orgánica e iones de sales interfieren en la absorción (Alharby et al., 2016; Dimkpa et al., 2015; Feng et al., 2013; Grillo et al., 2015; Wang et al., 2016). Las plantas pueden absorber a los NMs de forma intacta o mediante una disolución en la superficie radicular cuando se aplican en el suelo (Wang et al., 2017a; Zhang et al., 2017). Cuando se aplican de manera foliar se absorben de manera intacta a través de los estomas y después se crea una disolución dentro de la planta en el apoplasto (Schymura et al., 2017). Las nanopartículas (NPs) pueden penetrar 2 mediante endocitosis, formación de poros o plasmodesmata, después de internalizarse se pueden transportar vía simplástica y apoplástica (Pérez-de-Luque, 2017). Se ha observado que las NPs de cobre promueven el crecimiento e inducen respuestas de defensa en las plantas. También se ha demostrado que las NPs de cobre recubiertas son menos tóxicas que las NPs libres y que el sulfato de cobre (Aruna et al., 2015; Pradhan et al., 2015). En plantas de tomate las NPs de cobre aumentan el vigor de las plantas y el contenido de licopeno de los frutos (Juárez-Maldonado et al., 2016). El quitosán es uno de los polímeros que se está utilizando para el recubrimiento de NMs debido a su gran capacidad de reticulación e intercambio catiónico en soluciones ácidas y gran afinidad hacia a los iones metálicos (Guibal et al., 2014). Este polímero se utiliza como bioestimulante y para inducir respuestas de defensa contra patógenos en las plantas mediante la producción de H2O2 y óxido nítrico que regulan la expresión de genes relacionados a estrés biótico y abiótico, respectivamente (Ali et al., 2011; Zhang et al., 2011). En las superficies agrícolas, el estrés salino es uno de los diferentes tipos de estrés abiótico de gran importancia a nivel mundial, ya que se estima que alrededor del 6% de la superficie es afectada por éste tipo de estrés (Parihar et al., 2015). El sodio ingresa a la célula a través de los canales catiónicos no selectivos, después se desencadenan cascadas de señalización de Ca2+, ROS y hormonas. Aguas abajo se activan mecanismos de desintoxicación celular como el intercambiador de Na+/H+, mecanismos de transporte de Na+ a través de la vía extremadamente sensible a la sal (SOS) y estrategias de protección osmótica (Deinlein et al., 2014). Algunos nanomateriales han mostrado efectos positivos en combinación con el estrés salino, mejoran la tasa fotosintética, el crecimiento, modifican las barreras apoplásticas de las raíces para controlar la entrada de Na+ y reducen el contenido de malondialdehido (MDA), H2O2 y fuga de electrolitos (Khan et al., 2017; Rossi et al., 2017). Por lo tanto, se desarrolló este trabajo de investigación con los siguientes objetivos planteados."

"The encapsulation of copper nanoparticles (Cu NPs) in chitosan hydrogels could improve the yield and quality of fruit of horticultura) crops due to the physicochemical properties of the NPs. The objective of this research was to evaluate different concentrations of Cu NPs in Chitosan-polyvinyl alcohol (Cs-PVA) hydrogels and their effects on the growth, productivity and fruit quality in tomato. The treatments were applied to the substrate as follows: 0.02, 0.2, 2 and 10 mg of Cu NPs in Cs-PVA hydrogel, Cs-PVA hydrogel alone and a control. The Cu NPs had significant effects on growth, productivity and fruit quality. They increased the numbers of leaves and clusters, fresh biomass of roots, and dry biomass of stem-leaves and roots of the plants. They also increased the soluble solid content, titratable acidity, lycopene content and total antioxidant capacity in the fruits. The concentration with the best effect on the growth and yield of tomato plants was 10 mg Cu NPs, which increased the stem diameter, dry biomass of stem-leaves (13%) and roots (30%) and the yield (17%), whereas the concentration of 0.02 mg Cu NPs increased the lycopene content (37%) and the total antioxidant capacity of the fruit (10%). The Cu NPs in Cs-PVA hydrogels helped to increase the yield and nutraceutical properties of the tomato fruits."

Doctoral thesis

Fisicoquímicas Metales CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Aspectos fisiológicos, rendimiento y calidad de semilla de genotipos experimentales de Chile jalapeño

HIPÓLITO HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ (2014)

El cultivo de chile es uno de los más importantes en México, por ello, se necesitan de materiales genéticos que sean productivos. El objetivo del presente trabajo de investigación fue conocer el comportamiento fisiológico de genotipos experimentales de chile jalapeño, bajo condiciones de invernadero y campo abierto; así, como evaluar los aspectos de fenología, rendimiento de fruto y la calidad de semilla. Se utilizaron 6 genotipos experimentales (8x4, Chipo, Apache, Isabel, M y 3x4). El trabajo se realizó en tres etapas: La primera se efectuó en el invernadero del INIFAP- Saltillo, la segunda se llevó a cabo en la UAAAN bajo condiciones de campo abierto y la tercera se realizó en el Laboratorio de Producción de Semillas del CCDTS. Se utilizó el Sistema Analizador de Gases Infrarrojo LI-COR 6400, para medir la tasa de asimilación neta de CO2 (μmol CO2 m-2 s-1), conductancia estomática (mol H2O m-2 s-1), concentración de CO2 intercelular (μmol CO2 mol aire-1), tasa de transpiración (mmol H2O m-2 s-1), temperatura de la hoja (ºC), humedad relativa (%) y el índice de relación CO2 intercelular/CO2 atmosférico (Ci/Ca), en invernadero y campo abierto. En invernadero se midió la altura de planta (cm), diámetro de tallo (mm), diámetro polar y ecuatorial del fruto, número de frutos y rendimiento (t ha-1). En la semilla extraída de los frutos cosechados, producidos en invernadero, se estimó el peso de mil semillas (g), así, como la germinación estándar (%), longitud de plúmula y radícula (cm) y el peso seco de plántulas (mg) , se aplicaron 3 tratamientos pregerminativos (AG3, KNO3 y Testigo). Se utilizó un diseño experimental en bloques completamente al azar con tres repeticiones, la parcela experimental fue de cinco plantas por genotipo, tanto para invernadero como para campo abierto. Así mismo, se hizo un análisis de correlación entre la tasa neta de asimilación de CO2 y rendimiento, para las plantas producidas en invernadero. En invernadero se encontraron diferencias significativas para la tasa neta de asimilación de CO2 y rendimiento, indicando que los genotipos se comportaron fisiológicamente de forma diferente, mostrando la variabilidad genética de los materiales utilizados. También se encontró diferencia significativa entre genotipos para humedad relativa, misma que fue afectada por el microambiente de la planta y fue reflejada en la tasa neta de asimilación de CO2. En campo abierto no se encontraron diferencias significativas entre genotipos, sin embargo, la tasa fotosintética es mucho más alta en campo abierto (31.79 μmol CO2 m-2 s-1) en relación a la de invernadero (13.44 μmol CO2 m-2 s-1), lo anterior debido principalmente a las diferencias en radiación fotosintéticamente activa. Se encontraron diferencias significativas entre genotipos para altura de planta, diámetro polar de fruto, número de frutos, diámetro de tallo y diámetro ecuatorial, demostrando que los genotipos se comportaron de forma diferente bajo condiciones de invernadero. En cuanto a calidad de semilla, se observó que los genotipos 8x4, 3x4 e Isabel presentaron mayor peso de semilla, germinación, tamaño de plántula y acumulación de materia seca que el resto de los genotipos. El AG3 y el KNO3 influyeron en la germinación, peso seco, longitud de plúmula y longitud de radícula con respecto al testigo, incrementando el porcentaje de germinación y el vigor de la semilla. El peso de mil semillas, así, como la aplicación de tratamientos pre-germinativos son importantes en la producción de semillas, ya que permiten mejorar el establecimiento y producción de los cultivos agrícolas

Pepper crop is one of the most important in Mexico, this is why there is a demand for highly productive genotypes. The objective of this research work was to know the physiological aspects of experimental genotypes under greenhouse and field conditions; also, to evaluate the phenology aspects, yield of the fruit and seed quality, of the different experimental genotypes of Jalapeño pepper, under greenhouse conditions. Six experimental genotypes were used (8x4, Chipo, Apache, Isabel, M and 3x4). The research was performed in three stages: The first one was conducted in the greenhouse of the NIFAP-Saltillo, the second under field conditions in the Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro and the third was performed in the Seed Production Laboratory at the CCDTS. The infrared gas analyzer system (LI-COR 6400), was used to measure the net assimilation rate of CO2 (μmol CO2 m-2 s-1), stomatal conductance (mol H2O m-2 s-1), intracellular CO2 concentration (μmol CO2 mol air-1), transpiration rate (mmol H2O m-2 s-1), leaf temperature (ºC), relative humidity (%) and the CO2 intercellular/CO2 atmospheric ratio (Ci/Ca) under greenhouse and field environments. In the greenhouse, plant height (cm), stem diameter (mm), polar and equatorial fruit diameter, number of fruits and yield (t ha-1) were measured. Seed extracted from the harvested fruits, grown under greenhouse conditions, were used to estimate thousand seeds weight (g); as well as the standard germination (%), plumule and radicle length (cm) and seedling dry weight (mg) in seeds treated with pregerminative applications of GA3, KNO3 and a Control. A randomized complete block design was used, with three replications, the experimental plot were five plants per genotype, for both greenhouse and field environments. Also, a correlation analysis between net CO2 assimilation rate and yield under greenhouse conditions was made. In the greenhouse, significant differences were found for the net CO2 assimilation rate and the yield, indicating that the genotypes performed physiologically different, showing the genetic variability. Significant differences were also found among genotypes for relative humidity, which was affected by the plant’s microenvironment, and it was reflected on the net CO2 assimilation rate. In field environment no significant differences between genotypes were found, however, the photosynthetic rate is much higher in open field (31.79 mol CO2 m2 s-1) in relation to the greenhouse (13.44 mol CO2 m-2 s-1), mainly due to the differences in photosyntetically active radiation. Significant differences between genotypes for plant height, fruit polar diameter, number of fruits, stem diameter and equatorial diameter, were also found, showing that the genotypes behaved differently under greenhouse conditions. For seed quality it was observed that 8x4, 3x4 and Isabel genotypes had significantly greater seed germination percentage, seedling length and dry matter accumulation than the other genotypes. GA3 and KNO3 improved the germination, dry weight, plumule and radicle length, in comparison to the check, improving the seed vigor. Thousand seeds weight as well the application of pre-germination treatments are important in seed production, and to improve the establishment and production of crops.

Master thesis

Capsicum annuum germinación invernadero CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Cu nanoparticles in chitosan-pva hydrogels as promoters of growth, productivity and fruit quality in tomato

HIPÓLITO HERNÁNDEZ HERNÁNDEZ ADALBERTO BENAVIDES MENDOZA HORTENSIA ORTEGA ORTÍZ ALMA DELIA HERNÁNDEZ FUENTES ANTONIO JUAREZ MALDONADO (2017)

"The encapsulation of copper nanoparticles (Cu NPs) in chitosan hydrogels could improve the yield and quality of fruit of horticultural crops due to the physicochemical properties of the NPs. The objective of this research was to evaluate different concentrations of Cu NPs in Chitosan-polyvinyl alcohol (Cs-PVA) hydrogels and their effects on the growth, productivity and fruit quality in tomato. The treatments were applied to the substrate as follows: 0.02, 0.2, 2 and 10 mg of Cu NPs in Cs-PVA hydrogel, Cs-PVA hydrogel alone and a control. The Cu NPs had significant effects on growth, productivity and fruit quality. They increased the numbers of leaves and clusters, fresh biomass of roots, and dry biomass of stem-leaves and roots of the plants. They also increased the soluble solid content, titratable acidity, lycopene content and total antioxidant capacity in the fruits. The concentration with the best effect on the growth and yield of tomato plants was 10 mg Cu NPs, which increased the stem diameter, dry biomass of stem-leaves (13%) and roots (30%) and the yield (17%), whereas the concentration of 0.02 mg Cu NPs increased the lycopene content (37%) and the total antioxidant capacity of the fruit (10%). The Cu NPs in Cs-PVA hydrogels helped to increase the yield and nutraceutical properties of the tomato fruits."

Article

Antioxidants Chitosan Cu nps Solanum lycopersicum Yield CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA