Sandía

Sandía de mesa (Citrullus lanatus).
Sandía (Citrullus) — cultivo agrícola de cucurbitáceas de valor alimentario y forrajero, especialmente en China, África, India, EE. UU. y otras regiones con un período vegetativo largo y cálido.
Dependiendo del destino, se divide en sandía de mesa y sandía forrajera.
Importancia económica
La sandía se cultiva en todo el mundo y es la hortaliza de consumo fresco más frecuente. Una porción de 280 g proporciona 80 cal de energía y 0 cal de grasas, con diversos valores nutricionales potenciales. En distintas partes del mundo se elaboran jugos, postres, encurtidos, dulces y cestas. La fruta es una buena fuente de carbohidratos (6,4 g/100 g, rango 6-12 % de azúcares), vitaminas A (590 UI) y C, licopeno (4100 pg/100 g, rango 2300-7200), potasio, aminoácidos y citrulina. Además, los frutos de sandía de mesa contienen 1-2 % de sustancias pécticas, 1,5 % de fibra, vitaminas B1, B3, B9, PP, minerales (hierro), ácidos cítrico, málico, succínico y nicotínico. El contenido de proteínas es pequeño, pero está representado por todos los aminoácidos esenciales.
La sandía de mesa también puede servir como planta medicinal. Se utiliza para fortalecer el sistema inmunitario y tratar problemas cardiovasculares en personas, y el aceite de las semillas posee propiedades antihelmínticas. Gracias a su contenido de hierro es útil en casos de anemia, enfermedades hepáticas, gastroenterocolitis y aterosclerosis, en trastornos metabólicos y circulación sanguínea insuficiente. Es uno de los mejores diuréticos. Se recomienda en enfermedades como nefritis, cistitis, estreñimiento y sobrepeso. De las semillas de sandía se produce aceite que se utiliza para tratar el raquitismo.
Los frutos se consumen frescos y se utilizan en la industria conservera y confitera para elaborar miel (nardek), frutas confitadas, melaza, mermelada y pastilla.
De los frutos de sandía se obtiene un postre sabroso y refrescante, especialmente apreciado en tiempo caluroso. Durante siglos, la sandía y sus parientes, como el melón limón, sirvieron como fuente importante de agua en el desierto de Kalahari y otras zonas áridas de África. Las sandías se comen principalmente frescas, pero en África también se cocinan. La cáscara se puede encurtir o confitar. En los países meridionales de la antigua URSS, el jugo de los frutos de sandía se transforma en una bebida fermentada o se hierve hasta obtener un jarabe espeso y dulce.

(a) Tamaño de las semillas de sandía (Citrullus lanatus); se muestra el tamaño de la semilla de tomate; tamaño corto, medio y largo de las semillas (de izquierda a derecha). (b) Semillas de sandía (Citrullus lanatus), que muestran semillas grandes verdes sobre pulpa de color amarillo canario.
En la India, las semillas de sandía se muelen hasta obtener polvo y se hornean como pan. Las semillas tostadas se consumen en Oriente y Oriente Medio. Algunas variedades chinas utilizadas para este fin se obtuvieron para producir semillas muy grandes. Sin embargo, las semillas grandes pueden ser inaceptables para las sandías consumidas como postre, por lo que los fitomejoradores japoneses seleccionaron con éxito semillas de tamaño pequeño (fig.).
Las variedades forrajeras de sandía se utilizan para alimentar al ganado y poseen propiedad lactógena. 100 kg de frutos de sandía forrajera corresponden a 9-10 unidades forrajeras y contienen 40-200 g de proteína digestible. Se utilizan para alimentación en fresco, ensiladas y congeladas. Los frutos de sandía forrajera se caracterizan por una buena capacidad de conservación.
Para el ensilado también sirven los tallos rastreros, normalmente en mezcla con maíz, paja y paja menuda de cultivos de cereales y de plantas semilleras de gramíneas. 100 kg de tallos rastreros corresponden a 19 unidades forrajeras. 100 kg de ensilado de una mezcla de sandía y maíz corresponden a 13,5-14,2 unidades forrajeras y contienen 1,1-1,8 kg de proteína digestible; de la mezcla con paja — 12,5 unidades forrajeras y 0,8 kg, respectivamente.
El consumo mundial de frutos de sandía y de sus semillas es mayor que el consumo de cualquier otro cultivo de cucurbitáceas.
Historia y origen
Todas las especies del género Citrullus spp. proceden de África Central y Meridional, donde se encuentran en estado silvestre, pero Citrullus colocynthis también crece silvestre en la India. El melón limón (Citrullus amarus) crece en África meridional y central, la sandía de mesa en el noreste de África y la sandía egusi en África occidental. La sandía de mesa crece silvestre en Sudán, así como en Egipto, Etiopía y Kenia. El antepasado de la sandía de mesa puede estar relacionado con Citrullus rehmii o Citrullus colocynthis.
La sandía tiene una larga historia de cultivo en África y Oriente Medio. En Egipto fue una hortaliza importante durante al menos 4000 años. Más tarde, la sandía comenzó a cultivarse en la península arábiga, Palestina, Siria y Asia Central.
La sandía adquirió gran importancia en el norte de África y el suroeste de Asia hacia el 6000 a. C. La Biblia (Números 11:5) dice que los judíos añoraban las sandías y los pepinos de Egipto durante el Éxodo en el siglo XII a. C. Probablemente este pasaje no se refiere al pepino, sino al melón serpiente, también conocido como pepino armenio. Un pariente de la sandía, el coloquíntido (Citrullus colocynthis), es probablemente el fruto venenoso mencionado en la Biblia en II Samuel.
Hacia el siglo X d. C., este cultivo se cultivaba en la India, China y el sur de Rusia.
La producción comercial de semillas de sandía negra se realiza en el noroeste de China desde hace más de 200 años.
El cultivo de la sandía se extendió gradualmente desde el África tropical a la India y China hacia el siglo X, y a los países europeos hacia el siglo XVII.
La sandía fue introducida en el Nuevo Mundo por los españoles en el siglo XVI y rápidamente se hizo popular entre los indígenas americanos. Sin embargo, según otras fuentes, en los países europeos la sandía comenzó a cultivarse solo en el siglo XVII (probablemente el proceso de difusión duró varios siglos, y en el sur de Europa, en particular en España, era conocida antes). En el territorio de los actuales EE. UU. se empezó a cultivar por primera vez en Florida en el siglo XVI; más tarde el cultivo se extendió rápidamente a otros territorios hasta Hawái y las islas del Pacífico (David y Donald, 2012). Actualmente, los principales estados productores de sandía son Florida, Georgia, California, Texas, Carolina del Norte y del Sur, Indiana y Arizona.
En Rusia, este cultivo era conocido en los siglos VIII-X. Se cultivaba en la región del Volga, pero se generalizó a principios del siglo XVII. La sandía se cultivaba como cultivo de invernadero incluso en zonas septentrionales, por ejemplo, en Moscú, Vladimir, Kazán y San Petersburgo.
Zonas de cultivo
En 2012, China es el principal productor mundial de sandías, con 70 000 000 t. La producción en EE. UU. es de 1 771 720 t en 54 100 ha (USDA, 2014). El consumo per cápita de sandías en EE. UU. fue de 7,03 kg en 2010. Las sandías constituían más de la mitad de las exportaciones estadounidenses de cucurbitáceas (principalmente a Canadá), con un promedio de más de 357 millones de dólares, lo que representa casi 1/10 del volumen mundial (ERS.USDA.gov).
En Rusia, la sandía se cultiva en la región del Volga Medio y Bajo, el Cáucaso Norte, así como en Ucrania y Moldavia.
Rendimiento
El rendimiento de la sandía de mesa en tierras no irrigadas es de 20-30 t/ha; en tierras irrigadas, de 40-50 t/ha.
El rendimiento de la sandía forrajera es de 30-60 t/ha.
Composición química
Composición química por 100 g de masa cruda de la parte comestible (Rahman, A.H.M.M. et al., J. Appl. Sci. Res., 4(5), 555, 2008):
- agua — 92 %;
- proteínas — 1 g;
- carbohidratos — 6,5 g;
Vitaminas:
- A — 599 UI;
- tiamina — 0,05 mg;
- riboflavina — 0,05 mg;
- C — 6 mg;
Minerales:
- calcio — 7 mg;
- fósforo — 7 mg;
Valor energético — 35 cal.
Descripción botánica
La sandía (Citrullus) es una planta anual, xerófita, con fotosíntesis de tipo C3, perteneciente a la familia Cucurbitaceae, al orden Cucurbitales y a la tribu Benincasinae.
El género Sandía está representado por siete especies:
- Citrullus lanatus (Thumb.) Matsum. & Nakai (sin. Citrullus edulus Pang., anteriormente Citrullus vulgaris Schrad.) (2n = 22, x = 11) — es la sandía dulce, de postre o de mesa;
- Citrullus mucosospermus (Fursa) Fursa. — sandía egusi, pariente cercana.
- Citrullus amarus Schrad. (anteriormente Citrullus lanatus var. citroides) — melón limón, tsamma o melón de conserva;
- Citrullus ecirrhosus Cogn., melón sin zarcillos, tsamma de Namibia;
- Citrullus rehmii De Winter;
- Citrullus colocynthis (L.) Schrad. (sin. Citrullus colocynthoides Pang.) — coloquíntida, también sandía forrajera o confitada;
- Citrullus naudinianus — pepino gemsbok.
Las últimas tres especies son parientes más lejanos de la sandía de mesa (en orden decreciente).
Tres especies, Citrullus ecirrhosus, Citrullus rehmii y Citrullus naudinianis, no se cultivan. Todas las especies del género son, en mayor o menor medida, compatibles de forma cruzada entre sí. Citrullus lanatus y Citrullus ecirrhosus están más estrechamente relacionados entre sí que con la coloquíntida, Citrullus colocynthis (Navot and Zamir, 1987).
Bailey (1930) clasificó las variedades comerciales como Citrullus lanatus var. lanatus, y los especímenes silvestres como Citrullus lanatus var. citroides (melón de conserva). Las especies también se clasificaron según el contenido de cucurbitacina en dos grupos: (1) especies con cucurbitacina E, que incluyen Citrullus lanatus, Citrullus colocynthis y Citrullus ecirrhosus, y (2) especies con cucurbitacinas E y B, que incluyen Citrullus naudinianus. Estas cuatro especies eran compatibles de forma cruzada, tenían diferencias evidentes en el hábito de floración, cambios genéticos y estructurales en los cromosomas y estaban aisladas geográficamente (Wehner, 2003).
La sandía de mesa y la forrajera son las más cultivadas en Rusia.
La sandía de postre y la sandía egusi se han cruzado para añadir caracteres de egusi, con mayor éxito cuando la sandía de postre se utilizó como progenitor femenino. El cruce entre el melón limón y la sandía de postre puede dar lugar a una descendencia con segregación preferencial (y fertilidad reducida del polen). Esto dificulta, aunque no excluye, la obtención de nuevas combinaciones (no parentales) en los programas de mejora vegetal.
En general, las especies del género Sandía se diferencian de otros representantes económicamente importantes de la familia de las cucurbitáceas por la presencia de hojas pinnatilobuladas, aunque existe un mutante con hojas sin lóbulos (fig.).
Citrullus colocynthis es el ancestro silvestre de la sandía cultivada Citrullus lanatus. La especie silvestre de sandía, Citrullus lanatus L. var. caffer, fue descubierta en el desierto de Kalahari, en África. Existían otras dos especies cercanas: Praecitrullus fistulosus (India y Pakistán) y Acanthosicyos naudinianus (sur de África). Actualmente el género Citrullus incluye Citrullus lanatus (var. lanatus, var. caffer, var. citroides), Citrullus ecirrhosus, Citrullus colocynthis, Citrullus naudinianus y Citrullus rehmii. Las especies cultivadas y silvestres de Citrullus proceden de Citrullus ecirrhosus de Namibia (Dane and Liu, 2006). Citrullus ecirrhosus está más estrechamente relacionado con Citrullus lanatus que con Citrullus colocynthis.

Forma de las hojas de la sandía (Citrullus lanatus), se muestra la normal (izquierda) y la sin lóbulos (derecha).
Los tallos vellosos son delgados, angulosos y surcados, con zarcillos ramificados. Se han obtenido variedades enanas de sandía con entrenudos acortados, pero la mayoría de las variedades comerciales son lianas muy ramificadas de hasta 10 m de longitud. El sistema radicular es relativamente ramificado, pero bastante extenso. El sistema radicular es relativamente extenso, pero poco profundo.
Las variedades de sandía suelen ser unisexuales, pero aquellas que son reproductivas a menudo florecen de forma andromonoica. Las flores solitarias de color amarillo claro son menos llamativas que las de muchas otras cucurbitáceas (fig.).

Flor femenina de sandía.
Los frutos grandes, redondos, oblongos o cilíndricos alcanzan 60 cm de longitud. La corteza, de 1-4 cm de grosor, es dura pero no resistente; el exocarpo es de color verde claro u oscuro, uniforme, rayado o marmolado. La pulpa de sabor dulzón suele ser roja o rosada, pero puede ser naranja, amarillo salmón, amarillo canario, blanca o verde en algunas variedades o formas varietales (fig.).

Color de la pulpa del fruto de sandía (Citrullus lanatus), de izquierda a derecha: rojo escarlata, amarillo canario, rojo coral, naranja y amarillo salmón.
Las sandías varían considerablemente en el color de las semillas (por ejemplo, negras, marrones, tostadas, blancas, rojas o verdes), así como en la forma y el tamaño, y las características de las semillas pueden ayudar a identificar las variedades.
Sandía de mesa (Citrullus lanatus)
La raíz es pivotante, muy ramificada, penetra en el suelo hasta 1-5 m y se extiende lateralmente hasta 7 m; se distingue por su gran capacidad de absorción. La formación del sistema radicular finaliza en la fase de floración.
El tallo es rastrero, postrado, con guías largas de hasta 2-5 m, con 5-10 ramas (hasta 50), cubiertas de pelos rígidos, de sección redondeada-pentagonal.
Las hojas están divididas en lóbulos pinnatisectos, de color gris verdoso, con pubescencia rígida y pecíolos largos.
Las flores son de tipo quíntuple, amarillas, unisexuales, a veces hermafroditas. La planta es monoica. La polinización es cruzada, con ayuda de insectos (entomófila). En una planta puede haber hasta 150 flores masculinas; las femeninas son aproximadamente 5 veces menos. La floración de las flores masculinas comienza antes que la de las femeninas.
El fruto es una baya falsa polisperma (pepónide) sobre un pedúnculo largo, esférica, ovalada o alargada, de color blanco verdoso o verde oscuro, generalmente con dibujo marmolado. La corteza del fruto es coriácea, frágil, de 0,5 a 2 cm de grosor. La pulpa es de consistencia variable, de color carmín rojo, rosado, a veces blanco o amarillo, de sabor dulce o poco dulce. El contenido de azúcar en la pulpa es del 5,7-13%. La masa de los frutos varía de 2 a 20 kg.
Las semillas son planas, ovadas, de 0,5-2 cm de longitud, hasta 10 mm de ancho y hasta 3 mm de grosor, con un hilo en el borde y una cubierta dura, de color blanco, crema, amarillo, gris, rojo, marrón o negro, a veces con un dibujo manchado de forma variable. La masa de 1000 semillas es de 60-150 g.
Sandía forrajera (Citrullus colocynthis)
La sandía forrajera, o coloquíntida, Citrullus colocynthis, es una planta perenne que rara vez se cultiva para utilizar con fines medicinales la pulpa seca de frutos inmaduros pero de tamaño completo. Aunque los frutos de la coloquíntida tienen una pulpa blanca amarga, las semillas no amargas se consumen como alimento y se utilizan para preparar aceite en África. Esta especie crece en estado silvestre en el norte de África y el suroeste de Asia, y existe como escapada de cultivo en otras áreas, incluida Australia y el sur de Europa.
El sistema radicular de la sandía forrajera es más potente que el de la sandía de mesa; penetra en el suelo hasta 2-5 m de profundidad. Con suficiente humedad de la capa superior del suelo, a partir de los nudos de las guías pueden formarse raíces adventicias.
El tallo es pentagonal, rastrero, con guías de hasta 2-5 m de longitud, muy ramificadas, cubiertas de pelos rígidos.
Las hojas son profundamente divididas, con lóbulos más grandes y acortados, con pubescencia rígida.
Las flores son grandes, unisexuales, con corola de color amarillo pálido o amarillo. Las flores masculinas se disponen sobre pedicelos largos; las femeninas, sobre pedicelos acortados.
Los frutos son de forma esférica a ovalada-alargada, de color verde o verde claro con rayas oscuras de dibujo marmolado y corteza gruesa. La pulpa es de color verde pálido, densa, no dulce; el contenido de azúcar es del 1,2-2,6%. La masa del fruto es de 10-15 a 25-30 kg.
Las semillas no tienen hilo. La masa de 1000 semillas es de 100-200 g.
Sandía egusi (Citrullus mucosospermus)
La sandía egusi (Citrullus mucosospermus (Fursa) Fursa) es la especie más cercana a la sandía de postre. Las sandías egusi, que crecen en el oeste de África, suelen ser esféricas, con pulpa algo amarga y una cubierta mucilaginosa blanda de las semillas. Se cultivan para el consumo de sus semillas, que varían en tamaño y forma.
Diversidad genética

Forma del fruto y patrón de la corteza de la sandía (Citrullus lanatus):
corteza dorada, corteza manchada y rayas interrumpidas (primera columna); corteza gris, rayas estrechas, rayas de anchura media y rayas anchas (segunda columna); corteza clara continua, media continua y oscura continua (tercera columna).
La falta de diversidad en general contrasta con la gran variación morfológica observada en el color de la pulpa, el tamaño y color de las semillas y el patrón de la corteza de los frutos (tratado en detalle en la sección anterior) (fig.). La sandía, que apareció en África hace no menos de 4000 años, fue domesticada como fuente de nutrientes (semillas y pulpa) y agua en climas semiáridos y áridos (Paris, 2015). Desde África, la sandía de postre fue introducida en el Mediterráneo en el siglo II d. C., alcanzando Italia y Francia en los siglos V y VI. A medida que se difundía, este cultivo fue mejorado constantemente por los agricultores.
Tras popularizarse en el Mediterráneo, la sandía de postre se extendió a Europa y luego a China (centro secundario de diversidad) a través de la Ruta de la Seda (McCreight et al., 2013). El centro terciario de diversidad es Asia Central. India se consideraba un centro secundario de dispersión de la sandía debido a la presencia allí de la tinda. Sin embargo, desde entonces la tinda (anteriormente Citrullus) ha sido clasificada como Praecitrullus. Probablemente la sandía apareció en India durante las conquistas islámicas en el período medieval.
La corteza de los frutos del melón limón (Citrullus amarus, anteriormente Citrullus lanatus var. citroides) se utiliza para preparar encurtidos o conservas, y los frutos también se dan al ganado. El citrón tiene una pulpa dura, blanca o verde pálido, insípida o algo amarga. Las semillas grandes tienen color variado, incluido el verde claro (por ejemplo, «Colorado Preserving Melon»). En producción comercial, más de 100 frutos por planta y hasta 200 semillas por fruto dan un rendimiento de semillas de 500-700 kg/ha.
El citrón crece en estado silvestre en África y como escapada en otros lugares. Es una mala hierba en las zonas de cultivo de sandía de América del Norte, causando graves problemas en los campos de algodón y sorgo en Texas, donde existen tres especies distintas de citrón. El citrón se cruza fácilmente con la sandía, por lo que los campos de producción de semillas deben aislarse y estar bajo vigilancia.
Particularidades biológicas
La sandía de mesa, en comparación con la forrajera, es más exigente respecto a las condiciones de crecimiento.
Requisitos de temperatura
La sandía es una planta amante del calor y resistente al calor.
En suelo húmedo las semillas comienzan a germinar a una temperatura de 15-17 °C; los nacimientos aparecen a los 8-10 días. Los nacimientos mueren a una temperatura de -1 °C.
La temperatura óptima para el crecimiento de tallos y hojas es de 20-22 °C; para la fecundación, de 18-25 °C; para el desarrollo de los frutos, de 25-30 °C. A una temperatura inferior a 15 °C se retardan la fotosíntesis y los procesos de crecimiento.
La suma de temperaturas activas superiores a 10 °C es de 2200-2500 °C.
Requisitos de humedad
La sandía es una planta muy resistente a la sequía gracias a su potente y desarrollado sistema radicular; sin embargo, responde al riego.
Requisitos de luz
La sandía es una planta amante de la luz, de día corto; soporta mal el sombreado.
Requisitos de suelo
Son óptimos los suelos chernozémicos arenosos y franco-arenosos.
Son poco adecuados los suelos franco-arcillosos y arcillosos, ya que retienen firmemente la humedad y se calientan mal.
La acidez del suelo óptima es pH 6,5-7,5.
Las propiedades del suelo influyen también en la calidad de los frutos y en el contenido de azúcar en los frutos.
Fisiología
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Fases de vegetación:
- nacimientos;
- primera hoja verdadera;
- 5-6 hojas;
- floración;
- madurez de recolección de los frutos.
Germinación, nacimientos y crecimiento de las plántulas
Las semillas de las cucurbitáceas no son endospérmicas, y la germinación es epigea. Si las semillas permanecen demasiado tiempo en los frutos, germinan en el lugar. Las semillas recolectadas pueden sembrarse al día siguiente, ya que las semillas de sandía no tienen período de reposo. La germinación de las semillas tarda de 2 días a 2 semanas y depende de la temperatura, la actividad del agua en el medio y la edad de las semillas. La temperatura óptima de germinación de las semillas de sandía triploide es de 29-32 °C. La germinación máxima de las semillas de sandía se ha observado a una temperatura de 18 a 22 °C (Milotay et al., 1991; Singh et al., 2001) y a una temperatura óptima de 25 °C (Jennings and Saltveit, 1994).
Las semillas no germinan a una temperatura inferior a 15 °C, y en condiciones prolongadas de baja temperatura, a pesar de la humedad disponible del suelo, la germinación disminuye debido al efecto de microorganismos patógenos sobre las semillas en germinación (Singh et al., 2001). La germinación de las semillas de sandía mejoró a 15 °C tras el acondicionamiento con un osmótico inorgánico (Sachs, 1977).
La germinación correlacionó positivamente con la actividad del agua a una temperatura determinada. El tratamiento de las semillas con fungicidas y bactericidas es útil y mejora la germinación y la aparición de los nacimientos. La aparición de nacimientos fue alta en semillas cultivadas en suelos esterilizados.
La sandía tetraploide tiene mala germinación y baja viabilidad de las plántulas, principalmente debido a la gruesa cubierta seminal y a la adherencia de la cubierta seminal a los cotiledones emergidos. El tratamiento de las semillas, como el corte y el remojo previo en agua destilada o H2O2, aumentó la germinación de las semillas tetraploides, pero mostró diferencias genotípicas (Muhammad et al., 2006). Al sembrar semillas colocadas con la radícula hacia arriba, disminuyó la adherencia de la cubierta seminal a los cotiledones. La siembra de semillas de sandía humedecidas con agua aumentó el porcentaje de germinación de las semillas (Hall et al., 1989).
Fotosíntesis
El tratamiento con ácido 5-aminolevulínico (ALA) (50-200 mg/l) aumentó la velocidad neta de fotosíntesis, la conductancia estomática y la velocidad de transpiración de las hojas de plántulas de sandía (Kang et al., 2006) y aumentó significativamente la fluorescencia máxima (Fm), la fluorescencia variable (Fv), la eficiencia fotoquímica máxima del PS II (Fv/Fm), la eficiencia fotoquímica potencial del PS II (Fv/F0) y la capacidad del centro de reacción del PS II para captar energía del pigmento antena (1/F0-1/Fm) en hojas de plántulas de sandía adaptadas a la oscuridad. Las mediciones de las curvas de respuesta a la luz mostraron que la eficiencia fotoquímica del PS II (Fv»/Fm»), la eficiencia fotoquímica real del PS II (OPS II), el quenching fotoquímico (qP) y la fotoquímica (P) de las hojas adaptadas a la luz disminuyeron al aumentar la intensidad de la luz actínica. El quenching no fotoquímico (NPQ), la velocidad de transporte de electrones (ETR), la velocidad de la fotoquímica (PCR), la disipación térmica de la antena (D) y la no fotoquímica en el centro de reacción del PS II (E) aumentaron a medida que aumentaba la intensidad de la luz actínica.
A una intensidad de luz actínica de alrededor de 40 µmol/m2/s en las curvas de respuesta a la luz de los parámetros de fluorescencia de la clorofila, incluidos Fv»/Fm», OPS II, qP, NPQ, P, D y E, se detectó una inflexión, que posiblemente está relacionada con el punto de compensación luminosa de la fotosíntesis. Además, el tratamiento con ALA exógeno aumentó significativamente Fv»/Fm», OPS II, P, PCR y ETR. Cuando la intensidad de la luz actínica superaba alrededor de 1500 µmol/m2/s, la NPQ era mayor en las hojas tratadas con ALA que en el control, lo que indica que la fotoinhibición provocada por el tratamiento con ALA era útil para disipar energía y proteger la fotosíntesis de las hojas. El análisis de la distribución de energía en el centro de reacción del PS II mostró que el tratamiento con ALA condujo a una disminución del nivel de D y a un aumento de los niveles de E y P, lo que indica que el ALA refuerza la captación de energía por los pigmentos antena en el centro de reacción del PS II, donde parte de la energía se disipa de forma no fotoquímica, lo cual es importante para mantener un nivel más alto de fotoquímica del PS II (Kang and Wang, 2008).
El mecanismo protector contra el fotodaño durante la fotosíntesis en la sandía fue inducido por el tratamiento con ALA mediante la reducción de la fluorescencia mínima (Fo) y el aumento de Fm, lo que condujo a un aumento del nivel de Fv/Fm en las hojas adaptadas a la oscuridad y a un aumento de la eficiencia fotoquímica real del fotosistema (phiPS II), ETR, qP y NPQ en las hojas adaptadas a la luz. Así, la energía fotónica irradiada sobre las hojas de sandía era captada más fácilmente por el PS II, convertida en energía bioeléctrica en el centro de reacción y transferida por las cadenas electrónicas de la fotosíntesis en las plantas tratadas con ALA (Wang et al., 2010).
El tratamiento con ALA aumentó la actividad de enzimas antioxidantes como SOD y POD, pero prácticamente no afectó la actividad de CAT y APX en las hojas de plántulas de sandía, lo que indica que el tratamiento con ALA reforzó el metabolismo de las especies reactivas de oxígeno mediante el aumento de la actividad de SOD y POD en las plantas de sandía, manteniendo así la capacidad fotosintética celular. A los 30 días del tratamiento con ALA, el peso seco, el contenido de almidón y de azúcar soluble en las plantas de sandía tratadas aumentaron en un 42-54%, 62,2-207,0% y 32,0-87,1%, respectivamente. Así, el tratamiento con ALA puede aumentar la actividad de las enzimas antioxidantes en las plántulas de sandía a baja temperatura y con poca luz, así como estimular la fotosíntesis y la acumulación de fotosintatos, y también el crecimiento de las plantas (Kang et. al., 2006).
Crecimiento vegetativo
La sandía es una liana rastrera con hojas grandes, vellosas y pinnatilobuladas, y flores blancas o amarillas. La sandía se cultiva por sus frutos, bayas conocidas con el nombre botánico PEPO. El fruto tiene una corteza lisa y dura, generalmente verde con rayas verde oscuro o manchas amarillas, y una pulpa interna jugosa y dulce, generalmente rojo oscuro o rosada, pero a veces naranja, amarilla o blanca, con gran cantidad de semillas. Los tallos son delgados, vellosos, angulosos, surcados, con zarcillos ramificados en cada nudo. Los tallos están muy ramificados y alcanzan 30 pies de longitud en las variedades comunes, y son más cortos y menos ramificados en las variedades enanas. Las raíces son extensas pero poco profundas, con una raíz principal y numerosas raíces laterales.
La inoculación del hongo micorrícico arbuscular Glomus versiforme puede activar la actividad de enzimas defensivas (fenilalanina amoníaco liasa radicular [PAL], catalasa [CAT], peroxidasa [POD], 0-1,3-glucanasa y quitinasa) de plántulas de sandía no injertadas e injertadas, permitir que las raíces de las plántulas respondan rápidamente a condiciones desfavorables y mejorar la capacidad de las plántulas de sandía para resistir los obstáculos del cultivo continuo (Chen et al., 2013).
Fase generativa
La sandía es un cultivo de estación cálida. Requiere un período vegetativo largo. La floración y el desarrollo de los frutos se ven favorecidos por una alta intensidad luminosa y una temperatura elevada.
La sandía es anual. La floración comienza aproximadamente 8 semanas después de la siembra. Las flores nacen en orden: estaminadas (masculinas), perfectas (hermafroditas) o pistiladas (femeninas). Existen tipos andromonoicos (estaminados y perfectos), observados principalmente en variedades antiguas o variedades recolectadas de la naturaleza. Las flores pistiladas tienen un ovario incompleto, y el tamaño y la forma del ovario correlacionan con el tamaño y la forma finales del fruto. En muchas variedades, las flores pistiladas o perfectas aparecen en cada séptimo nudo, y las flores estaminadas en los nudos intermedios. La proporción de flores en las variedades típicas de sandía es de 7:1 estaminadas/pistiladas, pero varía de 4:1 a 15:1.
El fruto de la sandía tiene forma redonda o cilíndrica, hasta 60 cm de longitud y una corteza de 1-4 cm de grosor. La parte comestible del fruto es el endocarpo (placenta). Los frutos suelen pesar 3-16 kg; la excepción son los frutos de hasta 120 kg y los más pequeños, en el rango de 0,9-3,6 kg. La corteza de los frutos varía de fina a gruesa y de frágil a dura. Las semillas continúan madurando a medida que madura el fruto, y la corteza se aclara.
La cosecha comienza de julio a agosto. Los índices de recolección son una combinación de los siguientes indicadores, que pueden variar según la ubicación, la variedad y el crecimiento de las plantas (Crop profile, VA2003):
- Las ramas o zarcillos de las guías más cercanas a los frutos se marchitan y cambian de color de verde a marrón.
- La mancha de tierra en el vientre del fruto cambia de blanco a amarillo claro. Reacción típica de la sandía a estrés biótico y abiótico.
- El sonido al golpear cambia de un tintineo metálico en estado inmaduro a un sonido suave y apagado en estado maduro.
- Las rayas verdes (variedades rayadas) se descomponen gradualmente cuando se cruzan en el pedúnculo de la sandía.
Las semillas se extraerán más fácilmente del fruto si el fruto se mantiene en un almacén (a la sombra o en una sala de procesamiento de semillas) durante varios días después de la cosecha. La temperatura óptima de almacenamiento es de 16 °C.
Agrotécnica del cultivo
Página principal: Cultivo de cucurbitáceas
Las recomendaciones generales sobre la agrotécnica del cultivo de sandía son similares a las recomendaciones para todos los cultivos de cucurbitáceas.
Fertilización
Bajo la sandía, en el laboreo profundo de otoño del suelo, se aplican 15-20 t/ha de estiércol. Dosis más altas pueden provocar un retraso de la maduración de los frutos y un deterioro de su calidad.
Bajo la sandía se recomienda aplicar N90P135K60 o, por separado, N60P45K50 bajo el laboreo de otoño y N10P15K10 en las hileras durante la siembra. La aplicación de fertilizantes minerales aumenta la cosecha de frutos en un 25-30% y el contenido de azúcar en un 2-3%. (Estación Experimental de Hortalizas y Melones de Donetsk).
También se recomienda realizar un abonado de cobertera con N30P45K45 en la fase de floración.
Siembra
El calentamiento de las semillas contribuye a aumentar el rendimiento de las sandías en un 11-20% (Estación Experimental de Hortalizas y Melones de Donetsk, IIC de Ucrania de Horticultura y Cultivo de Melones).
La fecha óptima de siembra de las semillas de sandía es cuando se establece una temperatura del suelo a 10 cm de profundidad de 12-14 °C. Los nacimientos aparecen entonces a los 9-10 días.
Esquemas de siembra recomendados:
- 2,5 x 1,5-1,7 m;
- 2,1 x 2,1-1,4 m;
- 1,8 x 1,8-1,4 m;
- 1,8-2,4 x 0,9-1,2 m.
Norma de siembra: 1,5-3 kg/ha (2,3-4,6 mil/ha de semillas). Profundidad de siembra de las semillas: 6-8 cm. En un nido se plantan 1-2 plantas.
Riego
Tabla. Influencia de los riegos sobre el rendimiento de las sandías, promedio de 3 años (Instituto Agrícola de Crimea).
| Variante del ensayo | Rendimiento, t/ha | Incremento, t/ha |
|---|---|---|
| Sin riego ni fertilización | 20,6 | — |
| Riego de recarga hídrica | 23,8 | 3,2 |
| Riego de recarga hídrica + N40P60 | 32,6 | 12,0 |
| Riego de recarga hídrica + 1 riego vegetativo | 29,1 | 8,5 |
| Riego de recarga hídrica + N40P60 + 1 riego vegetativo | 38,7 | 18,1 |
| Riego de recarga hídrica + N40P60 + 2 riegos vegetativos | 41,3 | 20,7 |
La realización únicamente de riegos conduce a una disminución de la sacarosidad de los frutos en un 1%, mientras que la realización conjunta de riegos con aplicación de fertilizantes la aumenta sustancialmente, en comparación con las variantes sin riego y sin fertilización.
Cosecha
La cosecha de la sandía de mesa se realiza en 2-3 pasadas a medida que madura; la forrajera, en una sola pasada, antes de la llegada de las heladas.
Los signos de maduración de los frutos de sandía son: secado del pedúnculo, endurecimiento de la corteza, aparición en ella de un dibujo nítido (el más fiable), secado del zarcillo más cercano al fruto (menos fiable), cambio de color de la mancha donde el fruto estaba sobre la tierra de blanco a amarillo claro. El ritual probado por el tiempo de golpear el fruto se realiza para determinar si el sonido es agudo, resonante o metálico, lo que indica inmadurez, o apagado y resonante, cuando el fruto está maduro. A diferencia del melón, la sandía al madurar no se desprende de las guías ni emite olor.
Las sandías tienen la mayor calidad si la recolección se retrasa hasta que los frutos contengan un 10% o más de sólidos solubles.
Las sandías no deben recolectarse temprano por la mañana, cuando están más túrgidas y propensas a agrietarse. Para cortar los frutos de la guía se utiliza un cuchillo afilado, dejando unos 3 cm de pedúnculo unido al fruto para evitar la putrefacción del extremo del tallo. Las sandías arrancadas de la guía pueden rajarse. El pedúnculo puede tratarse con pasta o cera para limitar aún más el acceso de microorganismos.
En la última recolección completa de frutos de sandía, en la recolección única para semilla, está económicamente justificada la recolección mecanizada de frutos en hileras con el formador de hileras UPV-8, con posterior recogida de las hileras con el recogedor PBV-1 y su colocación suave en los medios de transporte. La tecnología reduce los costos de mano de obra en 5-8 veces en comparación con la recolección de frutos con acarreo al borde del campo.
Para el almacenamiento son aptos los frutos no dañados. Las sandías no están adaptadas al almacenamiento prolongado. Normalmente el límite superior de aptitud para el almacenamiento es de alrededor de 3 semanas. Sin embargo, este plazo puede variar de una variedad a otra. El almacenamiento de más de 2 semanas provoca la pérdida de la pulpa crujiente. La temperatura de almacenamiento de las sandías es de 2-3 °C y la humedad máxima del aire del 75-85%. Según otras recomendaciones, deben almacenarse a una temperatura de 10-15 °C y una humedad relativa del 90%; el daño por frío se produce después de varios días por debajo de 5 °C.
El contenido de azúcar no cambia después de la cosecha, pero el sabor puede mejorar debido a la disminución de la acidez de las sandías ligeramente inmaduras. La pulpa de las sandías pierde su color rojo si se mantiene demasiado tiempo a una temperatura inferior a 10 °C.
Estrés abiótico
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El estrés abiótico incluye sequía, inundación, salinidad, calor, enfriamiento, congelación (temperaturas altas o bajas), radiación, deficiencia de nutrientes y estrés por metales pesados. Los cambios en la duración de la estación de lluvias predominante debido al cambio climático y la degradación de la tierra debido al uso intensivo de fertilizantes para aumentar la productividad por unidad de superficie han sido las principales causas de estos estrés. La gravedad de estos estrés causa graves daños celulares, lo que provoca alteraciones del crecimiento, desarrollo, reproducción y fructificación, con una disminución significativa del rendimiento de la sandía.
La producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) se intensifica durante los estrés abióticos e incluye radicales libres, como el anión superóxido (⋅O2-), el radical hidroxilo (⋅OH), así como moléculas no radicales, como el peróxido de hidrógeno (H2O2) y el oxígeno singlete (1O2). Las ROS se forman como resultado de la inevitable fuga de electrones hacia el O2 de la actividad de transporte electrónico de cloroplastos, mitocondrias, pared celular y membranas plasmáticas, o como subproducto de diversas rutas metabólicas localizadas en diferentes compartimentos celulares (Sharma et al., 2012).
El exceso de ROS provoca peroxidación lipídica, cambios irreversibles en la secuencia de aminoácidos de las proteínas, mutaciones en los ácidos nucleicos, inhibición de enzimas y activación de la vía de muerte celular programada (PCD), lo que finalmente conduce a la muerte celular. Los mecanismos de defensa de las plantas contra estos estrés ambientales incluyen SOD, que cataliza la disociación del superóxido en peróxido de hidrógeno y oxígeno; CAT, una enzima que contiene grupo hemo que cataliza la disociación del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno; ascorbato, tocoferol, glutatión (GSH) y carotenoides, que actúan como antioxidantes, eliminando los radicales libres de oxígeno (McKersie, 1996). A continuación se presentan las reacciones predominantes de la sandía al estrés abiótico.
La sandía es un producto frutícola económicamente viable y nutricionalmente valioso, preferido por los consumidores de todo el mundo. Se espera que para 2030 aumente la demanda de agua para la agricultura, por lo que la sandía experimentará dificultades cada vez mayores en condiciones de estrés abiótico. Actualmente se realizan investigaciones sobre resistencia al estrés con el objetivo de transformar las sandías y crear variabilidad y enfoques que mejoren la capacidad de los cultivos para resistir estrés biótico y abiótico. Se ha realizado mucho trabajo en la selección para la calidad del fruto, la mejora de los caracteres morfológicos y la resistencia a estrés biótico (Wehner, 2012). Serían útiles investigaciones intensivas para mejorar los cultivos en relación con caracteres metabólicos, bioquímicos y fisiológicos identificados para los principales estrés bióticos y abióticos, incluida la calidad de conservación poscosecha de los frutos, y que actualmente faltan.
Estrés por deficiencia de nutrientes
La productividad es óptima en suelos bien drenados, irrigados y con nutrición equilibrada (kg/ha: 135-200 N, 170 P2O5, 135-170 K2O). La deficiencia de nitrógeno en la sandía se observa habitualmente en los suelos de Arizona. Si la deficiencia de nitrógeno se detecta después del cuajado de los frutos, no puede eliminarse. El análisis del suelo antes de la plantación es más valioso, ya que la deficiencia de nitrógeno afecta el crecimiento, el vigor y el rendimiento de la sandía. El nivel de nitratos en los pecíolos suele ser alto en la etapa temprana de crecimiento y disminuye gradualmente hacia el inicio de la fructificación. La concentración de nitratos en el pecíolo debe mantenerse por encima de 4000 ppm NO3-N durante toda la estación. Si se produce una disminución hasta 2000 ppm NO3-N, aparecen síntomas visuales, como follaje verde pálido o disminución del crecimiento de la guía (Anonymous, 2015).
El rendimiento temprano correlacionó positivamente con la aplicación de fertilizantes fosfatados (P), y el rendimiento máximo se alcanzó con una pequeña cantidad de fertilizante P (Hoschmuth et al., 1993). El K+ es necesario para la floración, el desarrollo de los frutos y la mejora de su calidad. La deficiencia de K y la podredumbre apical asociada por falta de calcio se han observado con frecuencia en sandías cultivadas en suelos donde previamente se cultivaron variedades con fructificación prolongada y/o con menor riego, como en Florida. Niveles más altos de N y K aumentaron la necesidad de absorción de P en banda, y la absorción de P no afectó al rendimiento (Hochmuth and Hanlon, 2015).
El genotipo de sandía «YS» fue más resistente a la deficiencia de K+ y mostró un crecimiento radicular menos suprimido que el genotipo «8424»; los resultados del análisis del transcriptoma mostraron que la supresión de las respuestas defensivas y de estrés puede ahorrar energía para un mejor crecimiento radicular en YS, lo que puede facilitar la absorción de K+ y aumentar la eficiencia de uso de K y la resistencia a la deficiencia de K+ (Fan et al., 2013).
El cobre es vital para el metabolismo de las plantas superiores y los procesos fisiológicos y bioquímicos, especialmente el transporte de electrones durante la fotosíntesis (componente de la plastocianina) y la acumulación de carbohidratos y proteínas. En un suelo muy ácido y arenoso fino Leon en Gainesville, Florida, la deficiencia de cobre (Cu) provocó una reducción del crecimiento, con hojas de forma correcta curvadas hacia arriba y quemadura marginal de las hojas jóvenes en desarrollo y muerte en los puntos de crecimiento. No hubo fructificación en plantas con deficiencia grave de Cu. El aumento de la cosecha mediante fertilización con Cu elevó el nivel de Cu en los tejidos foliares (Locascio et al., 1964). El fertilizante nitrogenado orgánico hizo que el Cu y el zinc (Zn) estuvieran disponibles para la sandía en crecimiento (Fiskell et al., 1964).
La deficiencia de manganeso (Mn) comienza antes del inicio de la floración de la sandía, se caracteriza por amarilleamiento de las hojas con clorosis intervenal con manchas blancas después del cuajado de los frutos y con el tiempo se extiende desde las hojas inferiores a las superiores. Los suelos con alto pH y nivel de manganeso fácilmente reducible inferior a 100 mg Mn/kg (extraído con 2% de hidroquinona + 1 M de acetato de amonio) suelen tener deficiencia de Mn. Los compuestos orgánicos de bajo peso molecular, el abono verde y los biorresiduos añadidos al suelo con alto contenido de Mn aumentan la fitotoxicidad del Mn.
La sandía es sensible a la deficiencia de molibdeno (Mo). La deficiencia de Mo se caracteriza por plantas achaparradas con clorosis intervenal blanquecina-purpúrea y quemadura marginal de las hojas en casos graves. Se ven afectadas en primer lugar las hojas más viejas.
Estrés por salinidad
Las sandías crecen mejor en suelos franco-arenosos, resistentes a una ligera acidez (pH 6-7). La inhibición del desarrollo de brotes y raíces es la reacción principal al estrés por salinidad. El crecimiento radicular en longitud se suprime fuertemente con altas concentraciones de NaCl en el medio de crecimiento en comparación con la formación de raíces laterales (Bernstein and Kafkafi, 2002).
La velocidad de enraizamiento de las plántulas trasplantadas disminuyó significativamente al aumentar la salinidad de la solución nutritiva, y se registraron valores significativamente más altos de velocidad relativa de crecimiento (RGR), velocidad neta de asimilación (NAR) y relación de área foliar (LAR) en plántulas con poda radicular e injertadas sobre esquejes (Balliu et al., 2014).
Estrés por sequía
La agricultura depende principalmente del riego. La sequía es el estrés abiótico más destructivo, que provoca pérdidas económicas de cosecha. En condiciones normales de crecimiento, las raíces absorben agua y nutrientes del suelo para mantener la actividad vital de la planta y un sistema equilibrado. En condiciones de estrés hídrico, todo el sistema de la planta cambia, lo que provoca diversos cambios estructurales, moleculares, celulares, metabólicos, funcionales y fenotípicos, como el endurecimiento de la pared celular y la reducción o alargamiento de las raíces para adaptarse a las condiciones ambientales cambiantes (Atkinson and Urwin, 2012; Ghosh and Xu, 2014).
En las etapas tempranas de la sequía, el desarrollo radicular de la sandía silvestre (Citrullus lanatus sp.) se intensificó, lo que indica la activación del mecanismo de prevención de la sequía para absorber agua de las capas profundas del suelo, mientras que en las etapas más tardías de la sequía se intensificó la resistencia a la desecación física mediante la regulación del proteoma radicular (Yoshimura et al., 2008). La sandía silvestre mostró un crecimiento radicular activo, y la variedad domesticada, un crecimiento radicular retardado bajo estrés por sequía (Kajikawa et al., 2010). En condiciones de déficit hídrico, en la sandía silvestre se observó una disminución de la transpiración foliar y un aumento simultáneo de la temperatura foliar (Akashi et al., 2011).
En condiciones de sequía en presencia de luz fuerte, la sandía silvestre acumula altas concentraciones de citrulina en sus hojas (Kawasaki et al., 2000), glutamato, arginina y DRIP-1, un péptido inducido por sequía (DRIP) (Yokota et al., 2002). La comparación del proteoma de plantas estresadas con el proteoma de plantas no estresadas reveló 23 proteínas inducidas por estrés y 6 proteínas reprimidas por estrés, y confirmó que 15 de las 23 proteínas con regulación aumentada eran proteínas de choque térmico (HSP), y 10 de las 15 HSP eran HSP pequeñas (sHSP). La respuesta defensiva de la sandía silvestre incluye varias proteínas funcionales relacionadas con la protección celular y el metabolismo para proporcionar protección contra el estrés por déficit hídrico (Akahsi et al., 2011), y estos caracteres pueden utilizarse para obtener nuevas variedades de sandía cultivada con resistencia a la sequía.
Estrés térmico
La temperatura óptima para el crecimiento de la sandía oscila entre 20 y 32 °C (Bates and Robinson, 1995). Los estrés por baja temperatura (< 5 °C) son más comunes en regiones de clima templado, como América del Norte y Europa, y los estrés por alta temperatura (>45 °C) son extremos en regiones tropicales y subtropicales del mundo, como China, India, África, así como en las regiones meridionales y centrales de países de clima templado, como Europa y América, lo que provoca hambre debido a la ausencia total de cosecha.
La altura de las plantas, el contenido relativo de clorofila, el peso seco de hojas y tallos de sandía disminuyeron linealmente con la disminución de la temperatura diurna de 25 a 15 °C (Inthichack et al., 2014). La temperatura alta suele afectar el crecimiento reproductivo de las plantas, y no el vegetativo, debido a la esterilidad del polen, lo que finalmente reduce la cosecha (Bita and Gerats, 2013).
Estrés por alta temperatura
El estrés por alta temperatura suele retardar o suprimir completamente la germinación de las semillas, dependiendo de la variedad y la intensidad del estrés (Singh et al., 2001). En etapas posteriores del crecimiento, se vieron afectados la fotosíntesis, la respiración, las relaciones hídricas y la estabilidad de las membranas, y los niveles de hormonas, metabolitos primarios y secundarios (Bita y Gerats, 2013).
Diversos daños fisiológicos incluyen quemadura de hojas y tallos, absceso y senescencia de hojas, inhibición del crecimiento de brotes y raíces o daño a los frutos (Vollenweider and Gunthardt-Goerg, 2005).
El estrés térmico indujo la acumulación de compuestos fenólicos mediante la activación de su biosíntesis y la inhibición de su oxidación (Rivero et al., 2001).
El estrés térmico condujo a una mayor expresión de diversas HSP, proteína quinasas y otras proteínas relacionadas con el estrés, así como a la producción de antioxidantes y ROS, que representan las principales reacciones de las plantas al estrés térmico (Wahid et al., 2007). La SOD peroxisomal de los cotiledones de sandía tiene similitud con la SOD cloroplástica y citosólica y posee alta estabilidad térmica y resistencia a la inactivación por peróxido de hidrógeno, lo que protege del efecto tóxico de los radicales superóxido formados dentro de la célula durante el estrés (Bueno et al., 1995). Las sandías de color verde claro y gris verdoso son menos susceptibles al daño por quemadura solar que las variedades de color verde oscuro y rayadas (Roberts et al., 1914).
Faltaba información sobre caracteres importantes para la resistencia a alta temperatura, como la saturación de lípidos de membrana y la acumulación de osmoprotectores (prolina, glicina-betaína, azúcares solubles), para las sandías.
Estrés por baja temperatura/helada
Los fracasos de cosecha en regiones tropicales con estrés térmico extremo hicieron posible la expansión del cultivo de nuevos cultivos en regiones no tradicionales con bajas temperaturas, como América del Norte y Canadá. Aunque el grado de resistencia al estrés variaba de una planta a otra de cada variedad o genotipo, los científicos lograron avances significativos en la determinación de las reacciones al estrés por baja temperatura para obtener variedades de sandía con resistencia al enfriamiento.
Debido a las fluctuaciones de las temperaturas primaverales, las plantaciones tempranas de sandía sufrieron en la germinación y los nacimientos (Singh et al., 2001). La variabilidad varietal en caracteres de germinación y resistencia al frío en las variedades «Blackstone» y «Starbrite», debido a su mayor porcentaje de germinación (90-95%) a 14 °C, puede utilizarse para la selección de variedades con mejor germinación y emergencia temprana (Singh et al., 2001).
La variedad Carnaval puede ser tolerante al estrés por frío (2 °C) durante el trasplante y el rendimiento sin consecuencias nocivas a largo plazo en Carolina del Sur, EE. UU. (Korkmaz and Dufault, 2002). El PI 244018, más resistente, y los NH Midget y Golden, más susceptibles, se identificaron como resultado de investigaciones realizadas con una intensidad luminosa controlada de 500 mmol/m2/s y densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) y condiciones óptimas para el tratamiento con frío de 36 h a 4 °C o 24 h a 2 °C (Kozik and Wehner, 2014).
El estrés por frío provocó la acumulación de sustancias fenólicas solubles y la mayor actividad de fenilalanina amoníaco liasa y la menor actividad de POD y PPO, y redujo la masa del brote (Rivero et al., 2001).
El remojo de semillas con 0,5 mM de ácido salicílico (SA) fue eficaz para proteger las plántulas de sandía del efecto dañino del estrés por frío en las etapas tempranas de crecimiento. Gracias a la inhibición de la acumulación de prolina y la fuga de electrolitos de las hojas (Mohammad et al., 2013), y la concentración de SA de 1,0 mmol/l mostró el tratamiento más eficaz para la resistencia al enfriamiento (hasta 5°) en la etapa de 3 hojas (Lu and Yu, 2004).
La actividad de tres enzimas defensivas, como POD, CAT y adenosina trifosfatasa, aumentó, y el contenido de MDA disminuyó en las hojas de plantas tratadas con SA. La disminución del contenido de clorofila en las hojas pretratadas con SA a temperatura de enfriamiento disminuyó (Lu and Yu, 2004).
Cuando las plántulas están en la etapa de cuatro hojas, la actividad de POD y APX (ascorbato peroxidasa) aumentó bajo estrés de 15 °C y disminuyó bajo estrés de 10 °C, y la APX cambió menos que la POD (Guang et al., 2006). Las variedades de sandía Zao-Jia 8424, variedades n.º 4 y n.º 6 son sensibles al frío; Wan-Fu-Lai es moderadamente resistente al frío, y la sandía silvestre, las variedades n.º 2 y n.º 5, son resistentes al frío. La fuga de electrolitos, el contenido de prolina y la actividad de POD aumentaron a medida que se prolongaba el tratamiento a baja temperatura. La actividad de SOD de la sandía Wan-Fu-Lai y de la sandía silvestre aumentó, y el azúcar soluble de la sandía silvestre tuvo tendencia a disminuir-aumentar. En las variedades de sandía Zao-Jia 8424 y WanFu-Lai se observó una tendencia al aumento al prolongar el tratamiento a baja temperatura (Peng et al., 2006).
El autotetraploide y el triploide tuvieron una resistencia al frío menor que las variedades diploides a una temperatura de (12 ± 1) °C y una iluminación de 1000 lx. Con el aumento del tiempo de estrés, la actividad de SOD y POD en las variedades triploides aumentó gradualmente. La actividad de SOD y POD de los diploides primero aumentó y luego disminuyó gradualmente, mientras que el contenido de MDA primero disminuyó y luego aumentó con el aumento del estrés. El aumento inicial de la actividad de SOD y POD fue mayor en los diploides que en las variedades triploides y tetraploides. El contenido de proteína soluble (PRO) en diploides y triploides primero aumentó y luego disminuyó (Liu et al, 2003).
El tratamiento con ALA mejoró la resistencia de la sandía al frío mediante la regulación de la acumulación de asimilados, lo que condujo a un aumento de la velocidad neta de fotosíntesis (34-44%) y del contenido de azúcar soluble (32-87%) y almidón (70-227%) en las hojas en condiciones de baja luz y estrés por frío (Kang et al., 2006; Wang et al., 2010).
Radiación ultravioleta B
El flujo de fotones ultravioleta B fotoquímicamente activos (UV-B) (longitud de onda, λ < 315 nm) hacia la troposfera está limitado por la cantidad de O3 estratosférico (Cicerone, 1987). La disminución de la cantidad de ozono estratosférico (O3) y, como consecuencia, el posible aumento de UV-B es un problema crítico. El efecto de UV-B, CO2 y O3 sobre las plantas se ha estudiado en cámara de crecimiento, invernadero y campo. La reacción de la biomasa de las plantas al aumento de UV-B puede ser negativa (efecto desfavorable), positiva (efecto estimulante) o neutra (tolerancia). Existen discrepancias entre los resultados obtenidos en condiciones controladas y los resultados de observaciones de campo. Sobre la base de mediciones de acumulación de biomasa, la sandía resultó muy sensible a la radiación UV-B aumentada (Krupa and Kickert, 1989).
Estrés por metales pesados
La toxicidad por metales pesados (TM) es uno de los principales estrés abióticos que provocan consecuencias peligrosas para las plantas. Una consecuencia común de la toxicidad por metales pesados es la acumulación excesiva de ROS y metilglioxal (MG), que pueden causar peroxidación lipídica, oxidación de proteínas, inactivación de enzimas, daño al ADN y/o interacción con otros componentes vitales de las células vegetales. Las plantas superiores han desarrollado un complejo sistema de defensa antioxidante y un sistema de glioxalasa para eliminar ROS y MG. Además, los MG que entran en la célula pueden ser absorbidos por aminoácidos, ácidos orgánicos y GSH o ligandos específicos que unen metales.
Al ser la molécula central tanto del sistema de defensa antioxidante como del sistema de glioxalasa, el GSH participa tanto en el control directo como indirecto de ROS y MG y de los productos de su reacción en las células vegetales, protegiendo así a la planta del daño oxidativo inducido por TM. Recientes estudios moleculares de plantas han mostrado que el GSH mismo y sus enzimas metabolizadoras —en particular, glutatión S-transferasa, glutatión peroxidasa, dehidroascorbato reductasa, glutatión reductasa y glioxalasas I y II— actúan de forma aditiva y coordinada para una protección eficaz contra el daño inducido por ROS y MG, además de la detoxificación, complexación, quelación y compartimentación de TM.
El nivel de cobre en el suelo de 50 mg/kg fue favorable para el crecimiento de las plantas de sandía, mientras que un nivel superior a 100 mg/kg resultó tóxico. El papel fitorremediador de la sandía en suelo contaminado con cobre es bajo (Vijayarengan and Jose, 2014). Se ha demostrado que los genes Mt2 y PCS actúan como potentes eliminadores de radicales hidroxilo en la sandía (Citrullus lanatus) bajo exposición a TM (Akashi et al., 2004). Varios estudios han mostrado que algunos rizomas son capaces de limitar la absorción y/o el transporte de metales pesados (por ejemplo, Cd, Ni, Cr) y microelementos (por ejemplo, Cu, B y Mn) al brote, mitigando así el estrés causado por su concentración externa excesiva (Savvas et al., 2010).
Estrés por contaminación
El ozono se forma en el aire durante las horas de luz a partir de sustancias químicas emitidas por los escapes de automóviles y la combustión de combustibles fósiles (petróleo y carbón). El ozono o la capa de ozono en la estratosfera (principalmente el 90% del O3) sirve de protección contra la radiación ultravioleta solar biológicamente dañina, inicia reacciones químicas clave en la estratosfera y convierte la radiación solar en calor y energía mecánica de los vientos atmosféricos. El 10% restante de O3, que se encuentra en la troposfera, es dañino para el hombre, los animales y la vegetación (Krupa and Kickert, 1989; Cicerone, 1987).
El daño por contaminación se observó en primer lugar en las plantas polinizadoras. El ozono es el contaminante atmosférico más fitotóxico, que daña las hojas de melones y sandías cultivados en campo en varios estados del medio oeste y este de EE. UU. y Europa. El daño a las hojas de sandía consiste en clorosis prematura (amarilleamiento) de las hojas viejas. Posteriormente aparecen en las hojas manchas marrones o negras con una capa blanca. Las sandías en general son más susceptibles al daño por ozono que otras cucurbitáceas. Los daños son más comunes durante la maduración de los frutos o cuando las plantas están bajo estrés. Los daños se manifiestan primero en las hojas de la corona y luego se extienden hacia fuera.
La cosecha otoñal de sandía (variedad Sugar Baby) en cámaras abiertas en Indiana, tratada con carbón vegetal filtrado o aire no filtrado, mostró una reducción significativa de la cosecha comercial en peso y cantidad (21%) en comparación con la cosecha cultivada en aire limpio (Synder et al., 1991). En dos estudios con cámaras de techo abierto en campos comerciales en España, el contenido de sólidos solubles en las sandías disminuyó en un 4-8% debido al nivel estacional de ozono en el medio ambiente (Gimeno et al., 1999).
Los síntomas causados por la contaminación atmosférica son muy similares a los causados por estrés biótico o nutricional. Por lo tanto, al examinar los daños causados por la contaminación atmosférica por ozono, deben verificarse los tejidos foliares en busca de toxicidad por Mn; deficiencia de N, P, Mg, B y Fe; estrés hídrico; daño por ácaros e trips; toxicidad por pesticidas e infección viral. Si la contaminación es causada por dióxido de azufre, los tejidos foliares deben verificarse en busca de deficiencia de N, K, Mn, Mg y Ca, estrés hídrico, alta temperatura, toxicidad por pesticidas y otros organismos causantes de enfermedades foliares (Lacasse and Treshow, 1976; Simon et al., 1988).
La clave para prevenir el daño por contaminación atmosférica es plantar variedades tolerantes para limitar el estrés de las plantas. Las variedades sin semillas de sandía, por regla general, son más resistentes a la contaminación atmosférica que las variedades con semillas, y las variedades tipo «caja de hielo» son las más susceptibles. Los fungicidas, como el tiofanato-metilo (Topsin), proporcionan cierta protección contra el daño por ozono. Las variedades de sandía se clasificaron como resistentes (Charleston Gray, Jubilee, Picnic y Supersweet), intermedias (Chilean Black, Mirage, Delicate Sweet y Orange Flesh) y susceptibles (Crimson Sweet, Madera, Sugar Baby, Moran, Petite Sweet y Blue Belle) a la contaminación ambiental sobre la base de evaluaciones realizadas en el Centro de Investigación Agrícola del Suroeste de Purdue, Vincennes, estado de Indiana, en 1984-1985.
Enfermedades
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Las sandías son susceptibles a varias enfermedades que afectan raíces, hojas y frutos. Las más comunes son el marchitamiento por fusarium, la antracnosis, el oídio y las enfermedades virales, seguidas de la mancha foliar por Cercospora, la fitóftora del tallo, el oídio, la mancha bacteriana del fruto, el marchitamiento, la podredumbre radicular/marchitamiento y el nematodo del nudo de la raíz (Parris, 1949).
Será útil un método preventivo con prácticas culturales y variedades resistentes. Ninguna de las variedades fue resistente a nematodos o insectos, pero mostró resistencia variable a los principales patógenos de fusariosis y antracnosis. Se encontró resistencia a antracnosis, mildiu velloso, oídio o virus del mosaico de la sandía (WMV) entre todos los grupos principales de introducciones de Citrullus, y entre las introducciones de Citrullus lanatus var. citroides puede existir resistencia a la lesión gomosa del tallo o al marchitamiento por fusarium (Levi et al., 2001).
Los mecanismos de defensa de las plantas incluyen:
- características estructurales, como una gruesa capa cerosa y pelos, cutícula y pared celular gruesas, así como la estructura y el comportamiento de los estomas;
- mecanismos de defensa químicos, como inhibidores presentes en la célula vegetal antes de la infección y liberados en respuesta a la exposición ambiental, ausencia de reconocimiento entre huésped y patógeno, ausencia de receptores del huésped y sitios sensibles para toxinas;
- mecanismos de defensa inducidos, como la reacción de hipersensibilidad (HR) y la resistencia sistémica adquirida (SAR).
La HR es la reacción de resistencia más común a virus, bacterias, hongos, nematodos e insectos. La SAR es la última línea de defensa, iniciada por moléculas señal (ácido salicílico, SA; ácido jasmónico — metil jasmonato, JA; etileno y saponinas), que involucran proteínas relacionadas con la defensa, genes R (resistencia) y compuestos fitoquímicos. Es importante comprender las reacciones bioquímicas relacionadas con la defensa, principalmente los cambios metabólicos complejos que se producen como resultado del ataque de patógenos y plagas a la sandía.
A continuación se analizan los principales patógenos e insectos plaga que causan pérdidas económicas de cosecha, así como los cambios estructurales y bioquímicos en estrés biótico, incluida la mejora de variedades de sandía.
Marchitamiento por fusarium
La enfermedad del suelo causada por Fusarium oxysporum f. sp. niveum (FON) es el principal problema de producción en todo el mundo y en EE. UU. Existen tres razas (0, 1 y 2); la raza 1 es la más común en todo EE. UU. y el mundo, y la raza 2 es agresiva y estaba presente en Delaware, Florida, Indiana, Oklahoma, Maryland y Texas en EE. UU. La enfermedad transcurre gravemente a una temperatura de 25-27 °C.
El marchitamiento puede ocurrir en plántulas jóvenes y pudrición en el suelo, donde el hipocótilo está rodeado de podredumbre acuosa y blanda, lo que provoca retraso del crecimiento de las plantas. Más tarde, el marchitamiento ocurre en plantas más maduras, lo que provoca su muerte. Las plantas infectadas estaban notablemente marchitas de un lado, las demás ramas estaban sanas, se observaban mustias, secas y tenían hojas marrones con tejidos vasculares marrones decolorados.
Las variedades de sandía Afternoon Delight, Crimson Sweet, Indiana, Calhoun Gray, Smokylee y Summit fueron altamente resistentes, y Sweet Princess, Jubilee, Charleston 76, Klondike R7 y Summerfield, poco resistentes a FON (Elmstrom and Hopkins, 1981). Las rotaciones de cultivos largas con siembras de gramíneas, el retraso del aclareo final y variedades resistentes son las mejores para el control de FON. El uso conjunto de abono verde, mantillo orgánico de veza vellosa (Vicia villosa Roth) y resistencia parcial de las variedades puede proporcionar una supresión adecuada de FON (Zhou and Everts, 2006). Esta combinación también redujo la gravedad del oídio (causado por Podosphaera xanthii) y la plectosporiosis (causada por Plectosporium tabacinum) en calabaza, hortaliza de la familia de las cucurbitáceas (Everts, 2002).
La capacidad de autorregulación y de retorno al estado normal de la variedad resistente de sandía «Kelunsheng» fue mayor que la de la susceptible «Zaohua» en cuanto al contenido de malondialdehído (MDA), conductividad eléctrica relativa, actividad de superóxido dismutasa (SOD) y CAT bajo infección por FON en la etapa de plántula. La capacidad de la variedad resistente para inhibir la destrucción de clorofila y mantener un contenido más alto de carotenoides fue significativamente mayor que la de la variedad susceptible. La variedad resistente mantuvo una mayor actividad de deshidrogenasa, un contenido relativamente más alto de vitamina C y un contenido relativamente más bajo de azúcar soluble con un alto contenido de proteína soluble que la variedad susceptible (Wang et al., 2002).
Se recomendó un procedimiento que combina la inoculación por inmersión de raíces en agua y el método de cultivo de esporas en la etapa de plántula, y la posterior prueba del material resistente en campo abierto, para obtener resultados precisos y consistentes en un período relativamente corto y acelerar el proceso de selección de sandías resistentes a FON (Zhang et al., 1991). El nivel de incidencia de FON de las variedades altamente resistentes Tianniu y Zaochunhongyu fue del 19,67% y 18,45%, respectivamente, y el nivel de incidencia de las variedades altamente susceptibles Tianshi y Heimeiren fue del 88,22% y 93,33%, respectivamente, y mostró claramente la raza fisiológica que infectó la sandía, proporcionó una base para la selección de variedades de sandía resistentes a FON y la selección de variedades de producción en Heilongjiang (An et al., 2009).
Actualmente se están desarrollando poblaciones genéticas que segregan para la raza 2 de FON. Se identificaron tres polimorfismos de nucleótido único (SNP) y un locus principal de caracteres cuantitativos (QTL) asociados con la resistencia a la raza 1 (Amnon, 2014), así como marcadores de loci de caracteres cuantitativos (QTL) para caracteres de frutos, semillas y flores, y grosor de la corteza (Cecilia, 2012).
Antracnosis
Dos razas del hongo de la antracnosis (Colletotrichum orbiculare) están extendidas en los cultivos de pepino. El tiempo cálido y húmedo favorece la infección y la propagación de la enfermedad. La mayoría de las variedades de sandía son resistentes a la raza 1, y ninguna posee resistencia a la raza 2. El hongo de la raza 2 afecta las partes aéreas de la sandía. La gravedad de la infección provoca numerosas lesiones en las hojas, y la defoliación de la guía provoca pérdida de cosecha y reducción de la calidad de los frutos.
El mejor momento para estudiar la resistencia a la antracnosis es 7-10 días después de la inoculación con un inóculo de 1 x 106 UFC/ml en la etapa de 2.ª hoja (Zhao-Ming et al., 2009). La proteína antifúngica aislada de la cepa bacteriana MET0908 actuó sobre la pared celular de Colletotrichum lagenarium, aislado de frutos, hojas y tallos de sandía infectados por antracnosis, y mostró actividad β-1,3-glucanasa (Kim and Chung, 2004).
La actividad de POD y polifenoloxidasa (PPO) y el contenido de clorofila fueron mayores en las variedades resistentes a la antracnosis (cv. Xinongbahao y Hongxiaoyu) en comparación con las variedades susceptibles (Linglongwang), y el valor máximo del contenido de proteína soluble se observó antes en las variedades resistentes en comparación con las susceptibles tras la inoculación de plántulas con una solución de esporas de Citrullus orbiculare 1 x 106 UFC/ml (Ting et al., 2009).
Mildiu velloso
Pseudoperonospora cubensis es un hongo que causa la aparición de manchas pequeñas, redondas, irregulares, cloróticas en la superficie superior de las hojas, que luego se vuelven marrones, necróticas y afectadas con una pubescencia púrpura o gris en el envés de las lesiones. Las lesiones no se limitan a las nervaduras (Lebeda and Cohen, 2011). La infección ocurre en invierno, y las hojas infectadas se enrollan hacia arriba por los bordes. Las temperaturas más altas y la humedad relativa del aire, predominantes en invierno bajo cubiertas cerradas, suelen favorecer el desarrollo del mildiu velloso en las sandías. La enfermedad está extendida en climas cálidos y húmedos de regiones templadas, como América, Europa, Japón, Australia y Sudáfrica, y en regiones tropicales y semiáridas, como Oriente Medio.
La reducción de la actividad fotosintética en las etapas tempranas del desarrollo de las plantas, plantas raquíticas, quemadura solar, reducción de la calidad de los frutos y del rendimiento debido a la defoliación prematura son algunos de los síntomas asociados con el crecimiento y desarrollo debido a esta enfermedad (Colucci and Holmes, 2010; Savory et al., 2011).
Lesión gomosa del tallo (podredumbre negra)
Didymella bryoniae (Phoma cucurbitacearum) causa lesión de la corona, defoliación extensa y podredumbre de los frutos de sandía en el sudeste de EE. UU. El hongo se transmite por aire, semilla y suelo. La infección se intensifica debido a la superficie húmeda de las plantas y la alta humedad relativa. La rotación de cultivos, diversos métodos de riego y la solarización resultaron eficaces en el control de la propagación de la enfermedad. La altura de las plantas, la longitud de la guía y el número de frutos aumentaron en parcelas con adición de col y solarización, mientras que la superficie afectada por la enfermedad disminuyó en comparación con siembras anuales solo de sandía (Keinath, 1996).
Entre las colecciones del USDA, los PI más resistentes se identificaron en 279461, 254744, 482379, 244019, 526233, 482276, 164248, 482284, 296332, 490383, 271771 y 379243, y los más susceptibles en 226445, 534597, 525084, 223764, 169286 y 183398 (Song et al., 2004).
Oídio
Los síntomas de infección de la sandía por oídio Podosphaera xanthii incluyen manchas redondas, de color tostado a marrón oscuro, que comienzan en los bordes de la hoja y se extienden a toda la hoja, formación de manchas, cancros en el tallo, defoliación extensa y afectación de cotiledones, hipocótilos y frutos (Antonia, 2008; Maynard and Hopkins, 1999). Las guías y frutos expuestos pueden caerse y arrugarse. Se reconocieron como más resistentes las siguientes variedades: PI 632755, PI 386015, PI 346082, PI 525082, PI 432337, PI 386024, PI 269365 y PI 189225 (Antonia, 2008).
Podredumbre por fitóftora
La fitóftora y la podredumbre son causadas por Phytophthora capsici Leon y Phytophthora drechsleri Tuck y se registraron por primera vez en Colorado y California, luego en los estados del norte y sudeste de EE. UU. y China. Phytophthora capsici causa secado de plántulas, manchas foliares, marchitamiento de hojas, podredumbre radicular y de la corona, lesión del tallo y podredumbre de frutos.
La podredumbre de la corona —síntoma inicial en la raíz en condiciones de campo— causa la destrucción completa y la muerte de toda la planta en un corto período. El tejido afectado de la guía adquiere color marrón, parece empapado en agua y a menudo se desintegra. En los frutos infectados se forman lesiones oscuras, empapadas en agua, que generalmente se cubren de moho blanco. Dos variedades resistentes a Phytophthora capsici (IT185446 e IT187904), identificadas durante la caracterización del germoplasma, pueden utilizarse como portainjerto y fuente de resistencia en la obtención de variedades de sandía resistentes a Phytophthora (Kim et al., 2013).
Mancha bacteriana del fruto
Esta enfermedad es causada por Acidovorax avenae subsp. citrulli y puede destruir el 100% de las sandías comerciales si la infección se desarrolla temprano (Lewis et al., 2015). Los síntomas incluyen manchas angulosas oscuras en plántulas, hojas maduras y frutos. En caso de infección grave aparecen pequeñas manchas verde oscuro en la superficie superior de los frutos, que provocan el reventado del fruto y la podredumbre; aunque la enfermedad se limita a la corteza, causa graves daños económicos. Aún no se ha identificado resistencia a la enfermedad.
Enfermedades virales
Entre los diversos virus de las cucurbitáceas en el sur de EE. UU., los más comunes son los virus WMV-1 y WMV-2, el marchitamiento de la guía de la sandía (WVD), el virus de la mancha anular de la patata (PRSV-W), el virus del mosaico amarillo del calabacín (ZYMV), el virus de la mancha anular del tabaco (TRSV), el virus del rizado de la hoja de la calabaza (SLCV) y el virus del mosaico de la calabaza (SqMV) (Ali, 2011).
El PRSV-W causa mosaico, ampollas, arrugamiento y clorosis de las hojas infectadas de sandía. El PRSV-W y el WMV causan moteado, deformación de hojas y follaje en las sandías. El ZYMV causa amarilleamiento y mosaico. El WMV-2 afecta a diversas cucurbitáceas (melón, calabaza), provocando cambios fisiológicos y metabólicos en la síntesis de clorofila y carotenoides, la disponibilidad de nutrientes celulares (fósforo, nitrógeno) en las hojas y la reducción de la actividad fotosintética (Muqit et al., 2007).
El WMV-1 causó cambios en la clorofila de las hojas (14,4-54,9%) y los carotenoides (30,7-70,4%), reduciendo el rendimiento y la calidad de los frutos (Sandhu et al., 2007). El virus también causó la desintegración de los tejidos infectados de las hojas, hipertrofia, compactación de tejidos y reducción del número de cloroplastos en los tejidos, dependiendo de la virulencia. El virus también causó una reducción de la viabilidad de la guía y su longitud, y redujo el número de ramas por guía. El virus WVD se transmite por mosca blanca, lo que provocó graves pérdidas económicas en Florida debido al amarilleamiento y pardecimiento de la guía y la muerte de toda la guía (Baker et al., 2008).
Los virus se transmiten por pulgones y moscas blancas. Serán útiles las medidas de control de los insectos vectores, el uso de mantillo plástico plateado y variedades resistentes a insectos/virus. Se observó alta resistencia al virus del mosaico en las colecciones de sandía PI 595203 (ZYMV-CH y WMV) y PI 482261 (ZYMV-FL) y estaba controlada por un solo gen recesivo (Xu et al., 2004).
La resistencia a PRSV-W se registró en las variedades PI 244017, PI 244019, PI 485583 (Guner et. al., 2008) y PI 595203 (Strange et al., 2002). Estaba controlada por un solo gen recesivo prv (Guner et al., 2008). La resistencia a ZYMV estaba controlada por un solo gen recesivo zym-FL en Citrullus lanatus y zym-FL-2 (Wehner, 2012) y zym-CH (Xu et al. 2004).
Plagas
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Las películas de polietileno (PE) transparentes contribuyeron a reducir la población de pulgones alados y se recomiendan como mantillo para la plantación temprana de sandía en condiciones de clima mediterráneo. El crecimiento vegetativo de la sandía (número de hojas en la guía principal, longitud de la guía, diámetro de la guía y número de ramas) y el rendimiento temprano fueron altos y correlacionaron positivamente con el mantillo de polietileno transparente (Ban et al., 2009). No se identificó resistencia al pulgón del melón o a los virus transmitidos por pulgones en ninguna variedad comercialmente disponible. Los ácaros anchos (Polyphagotarsonemus latus) fueron plagas importantes de la sandía (Zang et al., 2003) en el oeste de Indiana en condiciones de sequía, cuando los ácaros succionaban la savia del envés de la hoja, lo que provocaba una reducción de la superficie de fotosíntesis, de los asimilados fotosintéticos para el crecimiento de la planta, una decoloración completa de la guía y frutos no comerciales.
El daño por ácaros se produjo principalmente en los terminales en crecimiento y en las hojas tiernas apicales, que adquirieron color bronce, se deformaron y se enrollaron hacia arriba. Los PI de las variedades Citrullus lanatus var. lanatus (PI 357708), Citrullus lanatus var. citroides (PI 500354), Citrullus colocynthis (PI 386015, PI 386016, PI 525082) y Parecitrullus fistulosus (PI 449332) tuvieron índices de daño por ácaro ancho y número de ácaros significativamente menores en comparación con la variedad comercial «Mickey Lee» (Chandrashekar et al., 2007). El trips del melón (Thrips palmi) es un problema cuando el cultivo de melón se planta junto a otros cultivos susceptibles, como el tabaco, y puede combatirse sacudiendo la guía y evitando la plantación junto a cultivos infectados (Webb et.al., 2001).
Uso de la sandía como cultivo de cobertura en condiciones de trópicos secos
Los cultivos de cobertura viva in situ, como la sandía (Citrullus lanatus), pueden suprimir las poblaciones de malas hierbas, lo que conduce a una reducción del uso de herbicidas, una disminución de la temperatura del suelo, un aumento de la humedad del suelo y la obtención de ingresos adicionales por la venta de productos recolectados en sistemas agrícolas mixtos en el África subsahariana. Investigaciones anteriores muestran que los cultivos de cobertura pueden suprimir las poblaciones de malas hierbas y reducir el consumo de herbicidas (Duppong, 2004; Saini et al., 2008; Pelosi et al., 2009; Anugroho and Kitou, 2011; Muleke et al., 2012; Hertwig et al., 2013; Isah et al, 2014) y que los cultivos de cobertura con mantillo vivo in situ dan un beneficio monetario a corto plazo por la cosecha recolectada, lo que hace su adopción por los agricultores más atractiva, fácil y rápida (Ali, 1999; Anyszka et al., 2006; Jodaugiene, 2006; Willard et al., 2008; Elzaki et al., 2013). Se supone que los cambios en la práctica del cultivo pueden estar relacionados con el control de malas hierbas, la temperatura, la humedad y la flexibilidad de los sistemas agrícolas en los trópicos húmedos de África. El amaranto paniculado (Amaranthus cruentus L.) es importante debido a su mayor contenido de proteína en comparación con otros cultivos principales, como el arroz, el maíz, el sorgo y el mijo (Bressani, 1988), en el África subsahariana, donde satisfacer las necesidades nutricionales diarias es una tarea compleja. Es resistente a la sequía y se adapta bien a los trópicos como cultivo potencial, contribuyendo así a la autosuficiencia alimentaria en la región. La sandía es más cara que los cultivos locales no exóticos, especialmente en las estaciones secas. Por lo tanto, en el presente estudio se plantea cuantificar la influencia de diferentes densidades de mantillo vivo de sandía in situ sobre el control de malas hierbas, el potencial de rendimiento y la estrategia de adaptación al cambio climático en el sistema de producción de amaranto en los trópicos húmedos.
El mantillo vivo in situ de cultivos como la sandía (Citrullus lanatus) puede suprimir las poblaciones de malas hierbas, lo que conduce a una reducción del uso de herbicidas, una disminución de la temperatura del suelo, un aumento de la humedad del suelo y la obtención de ingresos adicionales por la venta de productos recolectados en sistemas agrícolas mixtos en el África subsahariana. Por lo tanto, en el presente estudio se planteó el objetivo de cuantificar la influencia de diferentes densidades de mantillo vivo de sandía in situ sobre el control de malas hierbas, el potencial de rendimiento y la estrategia de adaptación al cambio climático en el sistema de producción de amaranto en los trópicos húmedos. Los procedimientos incluyeron tres densidades de siembra de sandía: 1,5 x 0,45 m; 1,5 x 0,90 m; y 1,5 x 1,50 m. El amaranto de grano como cultivo intercalado se trasplantó a una distancia de 0,75 x 0,75 m entre sí. La parcela control permaneció vacía sin cultivos, y la parcela control solo con amaranto de grano, formando cinco tratamientos en cada una de las cinco réplicas en un diseño de bloques completos al azar (RCBD). La escarda se realizó con un intervalo de 3 semanas, comenzando a las 3 semanas después de la plantación (WAP) de la sandía. Se utilizó una población natural de malas hierbas. En promedio de dos siembras consecutivas, el rendimiento de grano de amaranto y de frutos de sandía fue el más alto con una distancia entre plantas de sandía de 1,5 x 0,90 m. Todas las densidades de mantillo transmitieron menos PPFD en comparación con el control. El contenido de humedad del suelo fue significativamente mayor con el tratamiento de mantillo vivo en comparación con el suelo desnudo. Nuestras investigaciones mostraron que el mantillo vivo suprimió las malas hierbas, tuvo una mayor absorción de luz y una menor amplitud de la temperatura diaria del suelo, lo que explica la utilidad del mantillo vivo en los sistemas de cultivo, y consideramos que abre oportunidades para adaptar los sistemas de producción agrícola a los escenarios de cambio climático.
Materiales y métodos
El experimento se realizó en la sede del Instituto Nacional de Investigación Hortícola (NIHORT), Ibadan, Nigeria (3°54»E, 7°30»N, 213 m sobre el nivel del mar) desde octubre de 2009 hasta junio de 2010, utilizando riego suplementario en los períodos de bajas precipitaciones. Los procedimientos incluyeron tres densidades de siembra de sandía: 1,5 x 0,45 m; 1,5 x 0,90 m; 1,5 x 1,50 m. El amaranto de grano como cultivo intercalado se trasplantó con un intervalo de 0,75 x 0,75 m. La parcela control permaneció vacía sin cultivos, y la parcela control solo con amaranto de grano, formando cinco tratamientos en cada una de las cinco réplicas en un diseño de bloques completos al azar (RCB). La escarda se realizó manualmente con un intervalo de 3 semanas, comenzando a las 3 semanas después de la plantación (WAP) de la sandía. Se utilizó una población natural de malas hierbas, es decir, no se aplicó escarda adicional. El tamaño de la parcela neta era de seis filas de datos, de 15 m de longitud, a una distancia de 0,75 m entre sí (es decir, 15 m x 4,5 m), más una fila de borde a cada lado, para minimizar la interferencia de los medios de control de malas hierbas. Los tratamientos, el diseño y los métodos agronómicos utilizados se basaron en los resultados experimentales del Instituto Nacional de Investigación Hortícola (NIHORT) de 1985 a 1999 (NIHORT 1985-1999) y en los resultados obtenidos por David (1997). Los datos de temperatura máxima y mínima del suelo se recogieron instalando dos termómetros de cuadrante de máxima-mínima por parcela a una profundidad de 0,10 m durante 12 semanas, comenzando a las 3 semanas después del trasplante (WAT) del amaranto. Las lecturas se tomaron a las 3 semanas después de la plantación del amaranto, al 50% de antesis del amaranto y en la cosecha del amaranto. Las lecturas de los instrumentos en cada parcela se promediaron para su uso en el análisis de datos. El contenido de humedad del suelo en la superficie de 0,15 m se determinó gravimétricamente al 50% de cuajado del amaranto. Se tomaron cuatro muestras de suelo al azar de cada parcela y se combinaron en una bolsa de plástico hermética para su secado lo antes posible. El suelo se secó a 120 °C durante 3 días, y el contenido de humedad del suelo se expresó como el porcentaje de humedad perdida al secarse respecto al peso seco del suelo. La densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD) se midió con el modelo AccuPAR PAR 80 durante 1 h después del mediodía solar en tiempo despejado al 50% de antesis del amaranto, entre el centro de las filas de amaranto y sandía. El porcentaje de transmisión se determinó a partir de las lecturas bajo y sobre la vegetación después de corregir las diferencias entre sensores en las lecturas de luz solar sin obstáculos. Las muestras de malas hierbas en cuatro cuadrados de 0,50 m2 por parcela se tomaron a las 3 semanas del amaranto, al 50% de antesis del amaranto y en la cosecha del amaranto. Las malas hierbas en los cuadrados se cortaron al nivel del suelo y se secaron en estufa a 80 °C hasta peso constante para determinar la biomasa total de malas hierbas. Todos los datos se sometieron a análisis de varianza utilizando los procedimientos del software SAS. Los efectos de interacción se indican solo si son significativos a P = 0,05.
Resultados
En promedio de dos siembras consecutivas, el rendimiento de grano de amaranto y de frutos de sandía fue el más alto con una distancia entre plantas de sandía de 1,5 x 0,90 m. Estos valores se encuentran dentro del rango indicado por David (1997).
La aplicación de sandía como cultivo de cobertura redujo consistentemente la densidad y la biomasa de malas hierbas en comparación con el control en las siembras.
La menor transmitancia media de luz del mantillo vivo fue del 0,29% y 0,22% en la primera y segunda siembra, respectivamente. Todas las densidades de mantillo transmitieron menos PPFD en comparación con el control. Para activar la germinación mediada por fitocromo se requiere un nivel de transmisión de luz inferior al 0,1%, y para la reacción a muy baja intensidad de fluencia se requiere un nivel aún más bajo (Kronenberg et al., 1986). Esta conclusión se confirma con investigaciones anteriores, según las cuales el mantillo vivo reduce la penetración de luz en un cuarto o una vez y media en comparación con el suelo natural desnudo infestado de malas hierbas (Teasdale et al., 1993).
La temperatura máxima del suelo se redujo con el amaranto y el melón en cada siembra, y se observó una tendencia a un aumento significativo de la temperatura mínima del suelo bajo el mantillo vivo. Britow (1988) observó por primera vez esto bajo mantillo para modificar la temperatura del entorno edáfico, pero las consecuencias para la adaptación al cambio climático necesitaban aclaración (Challinor et al., 2007). La importancia práctica radica en que el mantillo vivo puede regular la temperatura del ambiente y del suelo reduciendo la temperatura en un entorno más cálido y elevándola en un entorno más frío y en períodos frescos del día. El melón puede tener un mayor efecto sobre la germinación de las malas hierbas al afectar la amplitud diaria entre las temperaturas máxima y mínima. Para la germinación de las semillas de algunas malas hierbas se requiere un cambio diario de temperatura de aproximadamente 10 °C (Taylorson, 1987), pero no se sabe si las especies (predominantemente hierba de elefante) en este experimento tienen un requisito de amplitud de temperatura.
El contenido de humedad del suelo fue significativamente mayor con el cultivo de cobertura en comparación con el suelo desnudo.
Mejora genética
La resistencia al marchitamiento por fusarium, obtenida de Citrullus amarus (citrón), se introdujo por primera vez en la variedad «Conqueror». Posteriormente se obtuvieron variedades resistentes con calidad mejorada, que se volvieron más valiosas comercialmente. La variedad «Klondike R-7», resistente al marchitamiento por fusarium, fue obtenida por la Universidad de California en Davis en 1937 y permaneció popular durante muchos años.
«Charleston Gray» tiene frutos de forma alargada, corteza gris (verde claro), pulpa rojo claro, textura crujiente y sabor dulce (10 °Brix) aromático. Fue obtenida en 1954 por el Ministerio de Agricultura de EE. UU. en Charleston, Carolina del Sur, y fue la variedad líder en EE. UU. durante décadas. En la Universidad Estatal de Kansas (C. V. Hall) se obtuvieron varias variedades que fueron importantes por sus frutos de alta calidad y su resistencia al marchitamiento por fusarium y a la antracnosis. Entre ellas se encuentran la de fruto redondo «Crimson Sweet» (obtenida en 1963), la de fruto alargado «Allsweet» (obtenida en 1973) y la de fruto pequeño «Petite Sweet» (obtenida en 1970). De la Universidad de Florida (J. Crall y G. Elmstrom), varias variedades fueron importantes por sus frutos de alta calidad, así como por su resistencia al marchitamiento por fusarium y a la antracnosis. Entre ellas se encuentran la de fruto alargado «Jubilee» (obtenida en 1963), la de fruto redondo «Dixielee» (obtenida en 1979) y la de fruto pequeño «Mickylee» (obtenida en 1986).
«Charleston Gray» y «Crimson Sweet» siguen siendo populares en los países de Asia y África. Las variedades locales en el África occidental tropical incluyen «Accra», «Anokye» y «Volta». «Arka Jyoti» es una variedad india, y «Zhongyu No. 1» es una variedad china. Algunas muestras tienen nombres como tarmuj, pero este es solo uno de los nombres comunes de la sandía en diversos idiomas de India, que incluyen tarbuj, kallangadi, he»nd wend, thannir mathan, kalingad, tarvuja, tarbuja, darbusini y puchakayi.
Las variedades sin semillas de sandía se obtuvieron como resultado del descubrimiento de Kihara (1951) de que las sandías triploides son principalmente sin semillas. Los híbridos triploides se obtienen cruzando dos líneas endogámicas: una femenina tetraploide y una masculina diploide (el cruce recíproco no tiene éxito). Entre las primeras variedades exitosas (de 6 kg) estaban «Tri-X-313» de O.J. Eigsti (American SunMelon, ahora parte de Syngenta) y «AC 5244» de W. Barham (Barham Seeds, ahora parte de Seminis). Posteriormente se obtuvieron variedades sin semillas (1,4-3,7 kg). Una de las primeras exitosas fue «Petite Perfection» de X.P. Zhang (Syngenta).
Los tetraploides se obtienen aplicando colchicina u orizalina a plántulas de líneas diploides y pueden mantenerse mediante autopolinización o polinización entre hermanos. Se utilizan como progenitores maternos al cruzarlos con diploides. Los híbridos triploides F1 resultantes, debido al número impar de cromosomas, son femenina y masculinamente estériles. Los granos de polen en germinación estimulan el aumento de los ovarios triploides. Los frutos no siempre son completamente sin semillas, pero pueden tener pequeñas cubiertas seminales vacías y a veces semillas duras. Solo unos pocos tetraploides producen con éxito híbridos triploides en el mercado, tanto con frutos pequeños (6,2-8,3 kg) como mini (1,4-3,7 kg).
Dado que las variedades sin semillas son masculinamente estériles, para obtener frutos los horticultores deben plantar un polinizador (variedad diploide). Normalmente en el campo se planta una fila de diploide por cada tres o cuatro filas de triploide. Las variedades diploides y triploides deben ser distinguibles, por ejemplo, que una tenga frutos redondos con rayas estrechas (sin semillas) y la otra frutos alargados con rayas anchas (con semillas), para poder separarlas en la cosecha. Se necesita una población suficiente de abejas (dos colmenas activas por hectárea) para un cuajado exitoso y para minimizar el porcentaje de frutos descartados. El segundo método de uso del polinizador consiste en plantar diploides en las filas de triploides, con una planta diploide por cada cuatro plantas triploides. Como polinizador puede utilizarse una variedad especializada con guía muy ramificada, gran cantidad de flores estaminadas (masculinas) y frutos pequeños que se aplastan fácilmente cuando la cuadrilla de recolección los pisa. El primer cultivador de este tipo fue «SP-1» de X.P. Zhang, de Syngenta.
La producción de semillas de variedades triploides es costosa, y las semillas germinan mal si las condiciones son menos que óptimas. Por eso los horticultores suelen utilizar trasplante en lugar de siembra directa. Algunos horticultores eliminan la cubierta de las semillas antes de la siembra para mejorar la germinación. La producción de semillas triploides y el trasplante, así como la necesidad de polinizadores, hacen que las variedades sin semillas sean significativamente más caras que las de siembra. Sin embargo, se han vuelto populares en América del Norte, Europa, Japón y África.
Además de la ausencia de semillas y la resistencia a enfermedades, los obtentores han seleccionado variedades para obtener maduración temprana, alto rendimiento, características mejoradas de la pulpa, como mayor contenido de azúcar, y corteza gruesa o fina pero dura y flexible, permitiendo esta última reducir los daños durante el transporte. Se han obtenido variedades enanas con guía (tipo arbustivo), útiles para horticultores domésticos con espacio limitado, pero las variedades comercialmente importantes son altas (tipo guía).
Para la obtención de variedades se utilizan normalmente genes de corteza dura (EE), rayas anchas (gWgW), forma alargada (OO), ovalada (Oo) o redonda (oo), color de pulpa rojo escarlata (YScrYScr) o rojo coral (YCrlYCrl), color de semilla negro (DD RR TT WW) y tamaño pequeño de semilla (ll ss). También existen genes de resistencia a enfermedades, a saber. La resistencia a la antracnosis está proporcionada por los genes Ar-1 para la resistencia a la raza 1 y Ar-2-1 para la resistencia a la raza 2. Los alelos db y Fo-1 proporcionan resistencia a la gomosidad del tallo y a la raza 1 del marchitamiento por fusarium, respectivamente. Sin embargo, la resistencia a la lesión gomosa del tallo, al parecer, no está determinada por un solo gen. La susceptibilidad al oídio está determinada por los genes pm. La resistencia a la cepa de sandía del virus de la mancha anular de la papaya está controlada por un solo gen recesivo prv. El nivel moderado de resistencia al virus del mosaico amarillo del calabacín está proporcionado por un solo gen recesivo zym-FL. El alto nivel de resistencia a la cepa de Florida del ZYMV está controlado por un solo gen recesivo zym-FL-2; no es lo mismo que zym-FL. La resistencia a la cepa china del ZYMV está controlada por un solo gen recesivo zym-CH. Finalmente, la resistencia al virus del mosaico amarillo del calabacín está proporcionada por un solo alelo dominante Zym. En China existe un gran mercado del tipo confitero (semilla comestible), y los obtentores seleccionan plantas para obtener altos rendimientos de semillas grandes. También procuran aumentar la resistencia de sus variedades al marchitamiento por fusarium, la antracnosis y el marchitamiento pegajoso del tallo (Zhang and Jiang, 1990).
Variedades
Variedades de sandía de mesa: Melitopolsky 142 (1940), Stokes 647/649 (Medovka), Lyubimets khutora Pyatigorska 286, Mramorny, Vesenniy, Ogonyok (1960), Roza Yugo-Vostoka (1969), Astrakhansky (1977), Tavriysky.
Variedades de sandía forrajera: Diskhim (1951, Volgogradsortsevoshch), Yaksatovsky, Bogarny 112 (Milyutinsky 112), Brodsky 37-42.
Tipos de variedades
Las sandías alcanzan tamaños de 159 kg, pero la mayoría de las variedades dan frutos de 1-15 kg. Los frutos pueden ser micro (< 1,4 kg), mini (1,4-3,7 kg), caja de hielo (3,8-6,1 kg), pequeños, a veces llamados pee-wee (6,2-8,3 kg), medianos (8,4-11,1 kg), grandes (11,2-14,5 kg) y gigantes (> 14,5 kg). La variedad «Sugar Baby», obtenida por M. Hardin en 1956, da frutos pequeños, esféricos y verde oscuro. Es popular entre los horticultores domésticos y se cultiva ampliamente en Asia. Además, existen variedades que maduran en zonas de producción con estación corta.
Lista de fuentes
- Vavilov P. P., Gritsenko V. V., Kuznetsov V. S. et al. (1986). Cultivo de plantas. Ed. de Vavilov P. P. 5.ª ed., revisada y ampliada. Moscú: Agropromizdat.
- Kolomeychenko V. V. (2007). Cultivo de plantas/Manual. Moscú: Agrobiznestsentr.
- Niklyaev V. S. (2000). Fundamentos de la tecnología de la producción agrícola. Agricultura y cultivo de plantas. Moscú: «Bylina».
- Wehner, T.C., Naegele, R.P., Myers, J.R., Dhillon, N.P.S., Crosby, K. (2020). Cucurbits. 2nd ed. USA.
- Pessarakli, M. (2016). Handbook of Cucurbits. Growth, Cultural Practices, and Physiology. The University of Arizona. School of Plant Sciences. Tucson, Arizona, USA.
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