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Maíz luz láser Zea mays L. CIATEJ

Interacción Luz y Materia: Efecto en Maíz Nativo Pigmentado (Zea mays L.)

  • 04 diciembre 2019
  • Por Jesús Cervantes Martínez

Las interacciones de luz y materia están gobernada por leyes físicas tales como reflexión, absorción, transmisión, esparcimiento y emisión de luz. Todos los efectos de la luz, incluyendo  luz sobre tejidos vegetales, comienzan con la absorción de la radiación electromagnética (REM). La REM es una forma fundamental de energía que muestra las propiedades de las ondas debido a un campo eléctrico y magnético alternante, y las propiedades de las partículas ya que la energía se transporta en cuantos conocidos como fotones. Los fotones de las longitudes de onda más largas transportan menos energía que los fotones de las longitudes de onda más cortas, según la ley de Plank La absorción y la excitación son necesarias para todos los efectos fotobiológicos e interacciones tisulares.

La molécula que puede interactuar con los fotones de la porción visible del espectro electromagnético se llama pigmento. Cualquier proceso fotobiológico requiere una molécula o pigmento absorbente de luz. Las plantas y frutos contienen una variedad de pigmentos. Dado que los pigmentos absorben selectivamente ciertas partes del rango de longitud de onda visible, aparecen coloreados para el ojo humano. La absorción de fotones por la molécula del pigmento provoca un cambio de su estado más bajo de energía (estado fundamental) a un estado excitado. Una molécula de pigmento excitado tiene una vida muy corta (alrededor de 10 -9 s), y debe deshacerse del exceso de energía y volver al estado fundamental. Esta disipación del exceso de energía se logra de varias maneras.

Desactivación térmica: implica la pérdida de energía como calor.

Fluorescencia: implica la emisión de fotones de luz.

Transferencia de energía (resonancia inductiva): Esto implica la transferencia de energía a otra molécula.

Separación de carga (fotoquímica): una molécula excitada puede transferir energía (hv) a otra molécula.

Cambio al estado triplete: una molécula en estado singlete puede volver a otro estado excitado, llamado estado triplete. Permite la fotooxidación del pigmento (donante), y la molécula aceptora se reduce.

El fruto de la planta de maíz se llama comercialmente grano, botánicamente es un fruto o cariópside y agrícolamente se reconoce como semilla. El maíz (Zea mays L.) es la base de la alimentación mexicana. La mayoría de las razas conocidas de maíz de México han sido caracterizadas respecto a los componentes químicos del grano (1). Los resultados de ese estudio indican que existe gran variabilidad entre las razas para todos los parámetros estudiados (Triptofano, lisina, proteínas, almidón, aceite y el contenido de azúcar). Además de los compuestos químicos relacionados con la calidad del grano, en los últimos años se han investigado los compuestos relacionados con sus colores. Por ejemplo el maíz azul, contiene pigmentos de antocianinas que le dan el color; las antocianinas poseen propiedades químicas relacionadas con la reducción del colesterol y triglicéridos del torrente sanguíneo por lo que reducen las afecciones cardíacas.  En un estudio se analizaron 18 muestras de grano de maíz azul/morado de tres razas diferentes (Zea mays L.) para determinar su contenido de antocianinas (AT), fenoles solubles totales (FST) y actividad antioxidante (AA), así como su color y tamaño de grano. Reportando  que en el grano de maíz azul/morado existe variabilidad para antocianinas totales y actividad antioxidante entre estas tres razas de maíz (2). Las antocianinas del maíz también pueden ser la base en la elaboración de colorantes naturales de vinos, mermeladas y jugos de fruta.

Desde un punto de vista científico, la maduración de frutos es visto como un proceso en el cual la bioquímica y fisiología del órgano son alteradas para influir en la apariencia, textura, sabor, y aroma. Los pigmentos son esenciales para el atractivo de los frutos, acumulados más a menudo en la piel durante el proceso de maduración. Los pigmentos más importantes de frutos son los carotenoides y antocianinas. La acumulación fitoquímica en frutos y vegetales es significativamente afectada por el genotipo, las condiciones de luz y la temperatura ambiental. Como la única fuente de energía fotosintética, la luz desempeña un papel importante en la conducción de la biosíntesis fotosintética y la fotomorfogénesis. Por lo tanto, tres parámetros de la luz pueden influir en la fisiología y el desarrollo de frutos y plantas de muchas maneras. Estos son 1. intensidad, 2. Longitud de onda y 3. duración de la luz (fotoperíodo). Por ejemplo, se ha reportado que la producción de antocianinas en manzanas tuvo una fuerte dependencia tanto de la intensidad como de longitud de onda de la luz. La luz azul violeta y la ultravioleta fueron las más efectivas, y la roja lejana fue la menos efectiva o incluso inhibitoria (3).

Aunque se han hecho una gran cantidad de estudios reportando las características genéticas, botánicas y agronómicas del maíz nativo (Zea mays L), No se han realizado estudios sobre el efecto de luz UV-Vis en este maíz, no hay información disponible sobre el efecto de la luz con diferentes longitudes de onda sobre la acumulación de pigmentos, germinación y defensa de enfermedades del maíz nativo postcosecha.

En CIATEJ desde hace años hemos realizado investigación en esta área de la interacción luz y materia. Al irradiar jitomates verdes con un láser de longitud de onda de 632 nm (rojo), se incrementó el licopeno un 96% comparado con jitomates no irradiados (4). El contenido de timol y carvacrol en el aceite esencial de Lippia graveolens se estudió en respuesta a las variaciones en la calidad espectral de la luz mediante el uso de filtros específicos. Se utilizaron filtros rojos, azules y transparentes en el experimento. El porcentaje de timol + carvacrol aumentó del 34% al 69% en rojo y del 34% al 87% en el tratamiento azul (5).

Estamos por iniciar la investigación de los efectos de la luz en maíz nativo. Nuestros primeros resultados al irradiar maíz nativo purpura con una longitud de onda especifica durante 15 minutos indujo la producción de pigmentos (antocianinas) como muestra la figura 1. La idea de utilizar la luz como un inductor físico está aumentando de peso, ya que podemos obtener frutos y plantas con una mayor cantidad de metabolitos secundarios sin necesidad de modificarlos genéticamente. En el maíz nativo investigaremos el efecto de la luz en la acumulación de pigmentos, en la germinación y contra enfermedades fúngicas postcosecha.

 

Referencias

  1. Hernández Casillas, J.M. 1986. Estudio de caracteres químicos del grano de las razas mexicanas de maíz y clasificación racial. Tesis de Maestría. Colegio de Postgraduados, Montecillo Estado de México. 79 p.
  2. Salinas-Moreno, Y., Pérez-Alonso, J. J., Vázquez-Carrillo, G., Aragón-Cuevas, F., & Velázquez-Cardenas, G. A. (2012). Anthocyanins and antioxidant activity inmaize grains (Zea mays L.) of chalqueño, elotes cónicos and bolita races. Agrociencia, 46, 693 e 706.
  3. Saure, M. C. External control of anthocyanin formation in apple.Sci. Hortic., 42, 181−218. 1990. 
  4. Obledo-Vázquez, E. N., y Cervantes-Martínez, J. (2015) Patente 328905. Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial.
  5. Adela Y. Bueno-Durán, Jesús Cervantes-Martínez and Eva N. Obledo-Vázquez. Composition of essential oil from Lippia graveolens. Relationship between spectral light quality and thymol and carvacrol content. Journal of Essential Oil Research, (2014) Vol. 26, No. 3, 153–160, http://dx.doi.org/10.1080/10412905.2013.840808.

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