Departamento de Producción Vegetal Programa de doctorado de Producción Vegetal y Ecosistemas Agroforestales Tesis Doctoral Evolución de los parámetros de calidad en frutos de pepino dulce (Solanum muricatum Ait.) durante las fases de crecimiento, maduración y post-cosecha Doctorando: Mª Guadalupe Solís Mateos Directores: Dr. Bernardo Pascual España Dra. Núria Pascual Seva Valencia, noviembre de 2015 Resumen El pepino dulce (Solanum muricatum Ait.) es una planta originaria de la región andina, donde ya era un cultivo importante antes de la llegada de los conquistadores. Se cultiva por su fruto, comestible y jugoso, de aspecto atractivo. Aunque hasta ahora comercialmente se cultivaba de forma casi exclusiva en su área de origen, en la actualidad se ha incrementado el interés por su cultivo fuera de las zonas de cultivo tradicional. En España, y particularmente en Valencia, se han realizado distintos estudios con el objetivo de introducir este cultivo en la horticultura local, como una de las posibilidades de diversificación de la horticultura valenciana. En estudios anteriores se obtuvieron varios clones que se comportaron adecuadamente desde el punto de vista productivo, constatándose que existían diferencias importantes en el sabor de los frutos, y que cabría profundizar en el conocimiento de la evolución de los carbohidratos en los procesos de crecimiento, maduración y post-cosecha de los frutos. Con esta finalidad la presente tesis doctoral aborda tres estudios, utilizando material vegetal previamente obtenido por el equipo de investigación en el que se realiza la misma: i) Evolución de los parámetros morfológicos, físico-químicos y bioquímicos de los frutos durante su crecimiento y maduración. ii) Influencia de la conservación post-cosecha, en cámara frigorífica, sobre los parámetros morfológicos, físico-químicos y bioquímicos de los frutos. iii) Estudio de la respiración y producción de etileno de los frutos, mediante cromatografía de gases, en respuesta al tratamiento con etefón. Se han determinado las curvas que representan las evoluciones del peso, tamaño y forma de los frutos, así como las relaciones entre los mismos. Se han determinado los valores de las funciones de color Croma, Hue e Índice de color de los frutos en los estados de madurez “Verde pálido”, “Premaduro” y “Maduro”. Se ha determinado el contenido en sólidos solubles, la acidez, la firmeza de los frutos y el índice de madurez, en los tres estados anteriormente citados. Se ha analizado la evolución de los contenidos en fructosa, glucosa y sacarosa, observándose que en la última fase de la maduración aumenta el contenido en sacarosa y la relación entre azúcares monosacáridos y disacáridos. Se han determinado los coeficientes de correlación entre los valores de los parámetros analizados, entre los que destacan por su elevado valor, los correspondientes a las funciones de color, entre ellas y con el contenido en sacarosa. Todos los parámetros indicados se han obtenido durante dos años con el clon CH-VIII, durante cuatro años con los clones 806-PV y 821-PV, y durante un año con las accesiones M1, M2 y M3. Aunque todos los clones y accesiones estudiados tienen un adecuado valor agronómico, por las características de sus frutos merecen ser destacados el clon 821-PV y la accesión M3. Del estudio post-cosecha se deduce que los frutos de pepino dulce pueden conservarse a 10ºC manteniendo todas sus propiedades, como consecuencia de la reducida evolución que presentan los azúcares. El tratamiento de los frutos con etefón en post-cosecha aumentó ligeramente la tasa respiratoria y la producción de etileno, pero la ausencia de picos en las citadas evoluciones indica que los frutos de pepino dulce presentan un comportamiento no climatérico. i Resum El “pepino” dolç (Solanum muricatum Ait.) és una planta originària de la regió andina, on era ja un cultiu important abans de l’arribada dels conqueridors. Es cultiva pel seu fruit, comestible i sucós, d’aspecte atractiu. Encara que fins ara comercialment es cultiva de forma quasi exclusiva a la seua àrea d’origen, a l’actualitat s’ha incrementat l’interès pel seu cultiu fora de les zones de cultiu tradicional. A Espanya, i particularment a Valencia, s’han realitzat distints estudis amb l’objectiu d’introduir aquest cultiu a l’horticultura local, com a una de les possibilitats de diversificació de l’horticultura valenciana. A estudis anteriors s’obtingueren diversos clons que es comportaren adequadament des del punt de vista productiu, constatant-se que existien diferències importants al sabor dels fruits, i que s’hauria de aprofundir al coneixement de l’evolució dels carbohidrats als processos de creixement, maduració i post-collita dels fruits. Amb aquesta finalitat la present tesi doctoral aborda tres estudis, utilitzant material vegetal prèviament obstés per l’equip d’investigació al qual es realitza aquesta tesi: i) Evolució dels paràmetres morfològics, físico-químics i bioquímics dels fruits durant el seu creixement i maduració. ii) Influència de la conservació post-collita a càmera frigorífica, sobre els paràmetres morfològics, físico-químics i bioquímics dels fruits. iii) Estudi de la respiració i producció d’etilé dels fruits, mitjançant cromatografia de gasos, com a resposta al tractament amb etefó. S’han determinat les corbes que representen les evolucions del pes, dimensions i forma dels fruits, així como les relacions entre ells. S’han determinat els valors de les funcions de color Croma, Hue i Índex de color dels fruits als estats de maduresa “Verd pàl·lid”, “Premadur” i “Madur”. S’ha determinat el contingut en sòlids solubles, l’ acidesa, la fermesa dels fruits i l’índex de maduresa, als tres estats anteriorment citats. S’ha analitzat l’evolució dels continguts en fructosa, glucosa i sacarosa, observant-se que a la última fase de la maduració augmenta el contingut en sacarosa i la relació entre sucres monosacàrids i disacàrids. S’han determinat els coeficients de correlació entre els valors dels paràmetres analitzats, entre els que destaquen pel seu elevat valor, els corresponents a les funcions de color, entre elles i amb el contingut en sacarosa. Tots els paràmetres indicats s’han obtingut durant dos anys amb el clon CH-VIII, durant quatre anys amb els clons 806-PV i 821-PV, i durant un any amb les accessions M1, M2 i M3. Encara que tots els clons i accessions estudiats tenen un adequat valor agronòmic, per les característiques dels seus fruits mereixen ser destacats el clon 821-PV i l’accessió M3. De l’estudi post-collita es dedueix que els fruits del “pepino” dolç poden conservar-se a 10ºC mantenint totes les seues propietats, com a conseqüència de la reduïda evolució que presenten els sucres. El tractament dels fruits amb etefó en post-collita augmentà lleugerament la taxa respiratòria i la producció d’etilé, però l’absència de pics a les citades evolucions indiquen que els fruits de “pepino” dolç presenten un comportament no climatèric. ii Abstract Pepino (Solanum muricatum Ait.) is a native plant of the Andean region, where it was an important crop before the arrival of the conquistadors. It is grown for its fruits, which are edible, juicy and with an attractive appearance. Although until now commercially it has been almost exclusively grown in its area of origin, currently there is an increasing interest in its cultivation beyond these areas of traditional cultivation. In Spain, and particularly in Valencia, different studies have been conducted with the aim of introducing this crop in local horticulture, as one of the potential crops to diversify the Valencian horticulture. In previous studies, several clones behaved properly from the point of view of production, stating that there were significant differences in the taste of the fruit, therefore it would be advisable to explore in depth the evolution of carbohydrates with the growth, maturation and post-harvest stage of the fruits. With this purpose the herein presented thesis discusses three studies using plant material previously obtained by the research team, in which this thesis is developed: i) Evolution of morphological, physico-chemical and biochemical parameters of the fruits during their growth and maturation. ii) Influence of post-harvest preservation, stored in cold condititons, on the morphological, physico-chemical and biochemical parameters of the fruits. iii) Study of respiration and ethylene production of the fruit, by gas chromatography, in response to the treatment with ethephon. It has been determined the curves representing the evolution of the weight, size and shape of the fruits, and the relationships between them. The values of the colour features Chroma, Hue and colour index of fruits have been determined in three different maturity stages: "pale green", "pre-ripe" and "mature". It has been determined the soluble solids content, acidity, fruit firmness and maturity index in the three stages mentioned above. The evolution of the contents of fructose, glucose and sucrose have been determined, noting that in the last phase of maturation the sucrose content increases, and the relationship between monosaccharides and disaccharides sugars. Being determined the correlation coefficients between the analysed parameters, the colour features stand out for their high values, among themselves and with the sucrose content. All indicated parameters were obtained for two years with clone CH-VIII, for four years with the clones 806-PV and 821-PV, and for one year with the M1, M2 and M3 accessions. Although all studied accessions and clones have adequate agronomic value, clone 821-PV and M3 accession are worth highlighting because of the properties of their fruits given. Postharvest study shows that fresh pepino fruits can be stored at 10 ° C keeping all its properties, due to the low evolution of their sugars. Treatment of the fruits with ethephon in post-harvest increased respiratory rate and ethylene production, but the absence of peaks in these developments indicates that the fruits of pepino do not have a climacteric behaviour. iii iv ÍNDICE GENERAL 1.- INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 1 1.01.- GENERALIDADES ........................................................................................... 1 1.02.- ETIMOLOGÍA ................................................................................................... 1 1.03.- VALOR NUTRITIVO ........................................................................................ 2 1.04.- USOS E IMPORTANCIA ECONÓMICA ........................................................ 4 1.05.- MORFOLOGÍA Y FISIOLOGÍA ...................................................................... 6 1.05.1.- Morfología ................................................................................................... 6 1.05.2.- Procesos fenológicos .................................................................................... 9 1.05.2.1.- Floración ............................................................................................... 9 1.05.2.2.- Polinización ......................................................................................... 10 1.05.2.3.- Fructificación ...................................................................................... 10 1.05.2.4.- Partenocarpia ....................................................................................... 12 1.06.- CULTIVO ......................................................................................................... 12 1.06.1.- Exigencias en clima y suelo ....................................................................... 12 1.06.2.- Propagación y plantación ........................................................................... 13 1.06.3.- Riego .......................................................................................................... 17 1.06.4.- Transpiración y consumo de agua ............................................................. 18 1.06.5.- Control de la vegetación arvense ............................................................... 18 1.06.6.- Cultivo hidropónico ................................................................................... 19 1.06.7.- Rendimientos ............................................................................................. 19 1.06.8.- Plagas, enfermedades y problemas fisiológicos ........................................ 20 1.06.9.- Recolección ................................................................................................ 20 1.06.9.1.- Aspectos generales .............................................................................. 20 1.06.9.2.- Momento adecuado de recolección ..................................................... 21 1.06.9.3.- Índices de madurez .............................................................................. 21 1.06.9.4.- Tratamientos para adelantar y agrupar la maduración ........................ 22 1.07.- ACUMULACIÓN Y MOVILIZACIÓN DE RESERVAS .............................. 22 1.07.1.- Carbohidratos de reserva ........................................................................... 22 1.07.1.1.- Sacarosa ............................................................................................... 22 1.07.1.2.- Almidón ............................................................................................... 24 v 1.08.- DESARROLLO DEL FRUTO ......................................................................... 25 1.08.1.- Crecimiento inicial de los frutos ................................................................ 25 1.08.2.- Expansión celular ....................................................................................... 27 1.09.- MADURACIÓN DEL FRUTO ....................................................................... 28 1.09.1.- Transformaciones químicas durante la maduración .................................. 30 1.09.2.- Madurez fisiológica y madurez comercial ................................................. 31 1.09.3.- Parámetros de calidad en el fruto de pepino dulce .................................... 34 1.09.3.1.- Parámetros morfológicos .................................................................... 34 1.09.3.2.- Parámetros físico-químicos ................................................................. 34 1.09.3.3.- Parámetros bioquímicos ...................................................................... 39 1.09.3.4.- Parámetros fisiológicos ....................................................................... 39 1.10.- LA RESPIRACIÓN ......................................................................................... 40 1.10.1.- Tasa Respiratoria ....................................................................................... 42 1.10.2.- Métodos de determinación de la Tasa Respiratoria ................................... 43 1.10.2.1.- Método Dinámico ................................................................................ 43 1.10.2.2.- Método Estático .................................................................................. 44 1.10.2.3.- Método Estacionario ........................................................................... 44 1.11.- ETILENO ......................................................................................................... 45 1.12.- CLIMATERIO ................................................................................................. 48 1.12.1.- Controversia sobre la clasificación del fruto de pepino dulce como climatérico o no climatérico ................................................................................ 50 1.12.2.- Aplicación exógena de etefón .................................................................... 51 1.13.- POST-COSECHA ............................................................................................ 52 1.13.1.- Conservación y almacenamiento ............................................................... 55 1.13.2.- Enfermedades y problemas fisiológicos en post-cosecha .......................... 56 1.13.2.1.- Enfermedades fúngicas ....................................................................... 56 1.13.2.2.- Desórdenes fisiológicos ...................................................................... 56 1.13.2.2.1.- Daños por bajas temperaturas ..................................................... 56 1.13.2.2.2.- Descomposición interna ................................................................ 57 2.- OBJETIVOS ............................................................................................................ 59 vi 3.- MATERIAL Y MÉTODOS ................................................................................... 61 3.1.- LOCALIZACIÓN DE LOS EXPERIMENTOS ................................................ 61 3.2.- MANEJO DEL CULTIVO ................................................................................. 62 3.3.- PARTICULARIDADES DE LOS EXPERIMENTOS REALIZADOS EN LAS DIFERENTES CAMPAÑAS. ................................................................................. 64 3.4.- EVOLUCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL FRUTO EN LA FASE CRECIMIENTO Y MADURACIÓN. .................................................................... 68 3.4.1.- Parámetros morfológicos. Peso, tamaño y forma. ....................................... 68 3.4.2.- Parámetros físico-químicos .......................................................................... 68 3.4.2.1.- Color de la piel ...................................................................................... 68 3.4.2.2.- Firmeza .................................................................................................. 70 3.4.2.3.- Contenido en sólidos solubles totales ................................................... 70 3.4.2.4.- Acidez titulable ..................................................................................... 71 3.4.2.5.- Índice de madurez ................................................................................. 71 3.4.3.- Parámetros bioquímicos ............................................................................... 72 3.4.3.1.- Contenido en carbohidratos .................................................................. 72 3.5.- EVOLUCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL FRUTO EN LA FASE DE POST-COSECHA ................................................................................................... 74 3.6.- EVOLUCIÓN DE LA RESPIRACIÓN Y PRODUCCIÓN DE ETILENO EN RESPUESTA AL TRATAMIENTO CON ETEFÓN EN POST-COSECHA ....... 75 3.6.1.- Determinación de la tasa respiratoria. .......................................................... 76 3.6.2.- Determinación de la producción de etileno. ................................................ 77 3.7.- ANÁLISIS SENSORIAL ................................................................................... 78 3.8.- ANÁLISIS DE LOS DATOS ............................................................................. 79 4.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................................. 81 4.1.- Evolución de las características del fruto en la fase crecimiento y maduración 81 4.1.01.- Experimentos realizados en las campañas de 2000-01 a 2003-04 ............. 81 4.1.01.1- Parámetros morfológicos ..................................................................... 81 4.1.01.1.1- Clones 806-PV y 821-PV ............................................................... 81 4.1.01.1.2.- El clon CH-VIII ............................................................................. 93 4.1.01.2.- Parámetros físico-químicos ................................................................ 95 4.1.01.2.1- Clones 806-PV y 821-PV ............................................................... 95 vii 4.1.01.2.2.- El clon CH-VIII ........................................................................... 106 4.1.01.3.- Parámetros bioquímicos ................................................................... 109 4.1.01.3.1- Clones PV-806 y PV-821 ............................................................ 109 4.1.01.3.2- El clon CH-VIII .......................................................................... 115 4.1.01.4.- Correlación entre parámetros físico-químicos y bioquímicos .......... 117 4.1.02.- Experimento realizado en el año 2006 ..................................................... 125 4.1.02.1.- Parámetros morfológicos .................................................................. 125 4.1.02.2.- Parámetros físico-químicos .............................................................. 128 4.1.02.2.1.- Color ........................................................................................... 128 4.1.02.2.2. - Sólidos Solubles Totales ............................................................ 130 4.1.02.2.3. - Firmeza ...................................................................................... 132 4.1.02.2.4.- Acidez titulable ............................................................................ 132 4.1.02.3.- Parámetros bioquímicos ................................................................... 132 4.1.03. Análisis sensorial ...................................................................................... 134 4.1.04.- Consideraciones generales de los clones ................................................. 137 4.2.- EVOLUCIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL FRUTO EN LA FASE DE POST-RECOLECCIÓN ........................................................................................ 139 4.2.01.- Clones 806-PV y 821-PV ....................................................................... 139 4.2.01.1.- Parámetros morfológicos .................................................................. 139 4.2.01.2.- Parámetros físico-químicos ............................................................... 140 4.2.01.2.1.- Color de la piel ........................................................................... 140 4.2.01.2.2.- Contenidos en Sólidos Solubles Totales...................................... 142 4.2.01.2.3.- Firmeza ....................................................................................... 143 4.2.01.2.4.- Acidez titulable ............................................................................ 143 4.2.01.3.- Parámetros bioquímicos ............................................................... 144 4.2.02.- Accesiones M1, M2 y M3 ........................................................................ 147 4.2.02.1.- Parámetros morfológicos .................................................................. 147 4.2.02.2.- Parámetros físico-químicos .............................................................. 147 4.2.02.2.1.- Color .......................................................................................... 147 4.2.02.2.2.- Contenidos en Sólidos Solubles Totales .................................... 148 4.2.02.2.3.- Firmeza ...................................................................................... 149 viii