Ecofisiología de la vainilla Vanilla planifolia Andrews

Abstract

Vanilla planifolia es una orquídea neotropical hemi-epífita con metabolismo CAM, que crece asociada a árboles, los cuales le sirven de apoyo y sombrío. De sus frutos se extrae la vainilla natural, un ingrediente fundamental para la industria alimenticia y cosmética. Por su importancia en el mercado mundial, se cultiva en varios países tropicales y recientemente se ha comenzado a cultivar en Colombia. La producción de vainilla en varias regiones tropicales del país, a diferentes escalas y niveles tecnológicos, podría constituirse en fuente importante de ingresos para empresarios agrícolas y campesinos. La introducción de este cultivo en Colombia genera una oportunidad para desarrollar investigación sobre la adaptación de esta planta a las condiciones ambientales del país, y su respuesta a distintos sistemas de manejo. En este trabajo, mediante diferentes experimentos, se evaluaron aspectos básicos de su fisiología, con el fin avanzar en la generación de estrategias de manejo del cultivo. Investigamos sobre los niveles de sombra más adecuados para el funcionamiento de su metabolismo fotosintético, sobre la respuesta de la planta a períodos de sequía prolongada, y sobre su desarrollo en varios sustratos y niveles de fertilización mineral y biológica, durante diferentes etapas de su ciclo de vida. En todos los tratamientos la mayor asimilación de CO2 de las plantas de vainilla ocurrió durante la noche y en proporciones superiores al 80%, lo cual hace de esta especie una planta CAM obligada. La cantidad total de CO2 absorbido durante el ciclo de 24 horas por plantas de vainilla que crecieron sin restricciones ambientales fue de 43,8 m mol m-2. La absorción instantánea máxima de CO2 de las plantas de vainilla bajo condiciones ambientales adecuadas, fue de 1,52 μmol CO2 m-2 s-1 y ocurrió durante la noche. Las plantas de vainilla alcanzaron mayor crecimiento (mayor longitud, área foliar y biomasa total) y fijaron mayor cantidad de CO2 en el ciclo de 24 h bajo condiciones de iluminación intermedias (IR de 17 - 31%). La cantidad de CO2 fijada fue inferior en el tratamiento de 67% de IR, equivalente a casi la mitad de la fotosíntesis en los tratamientos de 17 y 31%, lo cual coincide con la menor acumulación nocturna de ácidos en este tratamiento. La eficiencia fotoquímica del fotosistema II (Fv/Fm) mostró que en las plantas del tratamiento de 67 % IR ocurrió estrés por alta radiación, mientras que los mayores valores de clorofila a, b y total, y relación clorofila/carotenoides se obtuvieron en las plantas que crecieron en la sombra. Estos resultados sugieren que la alta radiación del tratamiento de 67% IR, altera el funcionamiento de las plantas de vainilla, pues inhibe su fotosíntesis y crecimiento. Los ambientes altamente sombreados no afectaron considerablemente la fotosíntesis CAM de la vainilla, pero tanto la fijación de CO2 como el crecimiento a largo plazo fueron inferiores bajo tales ambientes, por lo cual esta especie presentó mayor ganancia de biomasa y mejor aclimatación bajo niveles intermedios de radiación. La sequía prolongada produjo alteraciones del patrón de intercambio diario de CO2 pero no mortalidad de la vainilla; en las plantas sin riego el balance de absorción de CO2 durante las horas de luz fue negativo, y durante la noche, aunque fue positivo, disminuyó considerablemente en comparación con las plantas bien hidratadas. Así mismo, el rendimiento cuántico potencial (Fv/Fm) y la acumulación nocturna de ácidos disminuyeron en las plantas de vainilla sometidas a sequía. Sin embargo, la respuesta a la rehidratación fue rápida, con una fuerte tendencia a la recuperación de los parámetros fisiológicos. Puesto que el cultivo de vainilla en sistemas agroforestales puede ser una alternativa rentable para pequeños agricultores en el trópico, donde son comunes los suelos pobres en nutrientes, también se evaluó el efecto del tipo de sustrato y la fertilización sobre su crecimiento. En particular, se estudió la respuesta de plantas jóvenes de vainilla sembradas en dos tipos de sustratos (champiñonaza vs. hojarasca + chips de madera) y cinco tipos de fertilización e inoculación, los cuales consistieron en fertilización química al sustrato (Q) con el fertilizante grado 27-17-17; fertilización foliar (F) mensual con el fertilizante 10-4-7+micronutrientes (1 cm3/L); inoculación con microorganismos rizosféricos (I) al sustrato (mezcla de Pseudomonas fluorescens, Trichoderma sp., Bacillus sp., Penicillium sp.), y la combinación Q+I. Como referencia se incluyó un tratamiento control (C) no-fertilizado ni- inoculado. Las plantas exhibieron un crecimiento significativamente mayor (en longitud y biomasa) en el sustrato de hojarasca + chips de madera, comparado con el de champiñonaza. Por otro lado, la biomasa aérea, la biomasa total y la longitud a los 480 días fue mayor con el tratamiento Q+I que con estos tratamientos aplicados de manera individual, lo cual sugiere un efecto sinergístico de la fertilización e inoculación sobre el desarrollo de esta especie. No obstante, los tratamientos individuales también tuvieron efectos positivos en algunos de los parámetros evaluados. Así mismo, la concentración foliar de nutrientes también respondió de manera diferencial a algunos de los tratamientos de fertilización y sustrato aplicados. Estos resultados muestran el efecto positivo, tanto de la fertilización como de la inocuación, sobre algunos parámetros de crecimiento y/o nutrición de las plantas de vainilla. Finalmente, la evaluación de la aplicación de fertilizantes sobre la floración y producción de frutos de plantas de vainilla, mostró que con la aplicación de 100 g/planta de 10-20-20 por año a plantas de vainilla en estado reproductivo, se obtuvo mayor incremento en número de inflorescencias/planta, número de botones florales/planta, número de frutos y peso de frutos/planta, y disminución del aborto de flores y frutos inmaduros y se alcanzó una producción anual de 1,5 kg de frutos/planta. Así mismo, por efecto de la aplicación de fertilizantes a plantas de vainilla en estado reproductivo, se detectaron diferencias en el contenido foliar de N, P, K y Cu entre ramas vegetativas y reproductivas, por lo cual se sugiere la adición de fertilizantes que contengan estos nutrientes, entre las estrategias para mejorar la productividad del cultivo. En síntesis, los resultados de la presente investigación permiten concluir que V. planifolia es una especie CAM obligada, cuyo óptimo desarrollo ocurre bajo condiciones intermedias de iluminación; así mismo, a pesar de su alta tolerancia a la sequía, disminuye sustancialmente su metabolismo y fisiología bajo condiciones de estrés hídrico; no obstante, se recupera con gran rapidez ante la rehidratación. Su crecimiento vegetativo responde favorablemente tanto a la fertilización química como a la inoculación y es altamente sensible al tipo de sustrato de crecimiento. Finalmente, la fructificación también depende del estatus nutricional de la planta, por lo cual la producción de frutos responde favorablemente a la aplicación de fertilizantes.