Rutas metabólicas que conducen a la senescencia de la hortaliza.
La cosecha y comercialización del brócoli se realiza en momentos en que la inflorescencia se encuentra en pleno desarrollo. La separación de la inflorescencia de la planta madre detiene el suministro de agua, hidratos de carbono provenientes de la fotosíntesis, otros nutrientes y hormonas, principalmente citocininas, las cuales regulan el proceso de senescencia en la planta, retardándolo. Estos factores, sumados a una alta tasa respiratoria conducen a una senescencia acelerada y rápido deterioro postcosecha del producto.
Entre los principales síntomas de la senescencia en brócoli se destaca la ocurrencia de un amarilleamiento de la inflorescencia, consecuencia del inicio del catabolismo de las clorofilas. Se produce degradación de proteínas, disminución del nivel de azúcares solubles y de reserva como el almidón, lo que conlleva al inicio de nuevas vías de obtención de energía como la proveniente de los ácidos grasos de membrana, por lo que las células van perdiendo la permeabilidad selectiva de sus membranas. Asimismo, aumenta el número de especies reactivas de oxígeno y disminuye el poder antioxidante.
El brócoli se caracteriza por poseer altos contenidos de glucosinolatos, compuestos del metabolismo secundario con S y N en su estructura. Los glucosinolatos son glucósidos que se encuentran localizados en vacuolas. Ante un daño en la planta –corte provocado por un insecto por ejemplo– los glucosinolatos son liberados de las vacuolas y se ponen en contacto con la enzima mirosinasa localizada en el citoplasma. La mirosinasa cataliza la hidrolisis del azúcar generando un compuesto inestable que se descompone en diversos volátiles, cuya función es repeler insectos. Entre estos volátiles se encuentran los isotiocianatos, metabolitos con capacidad anticarcinogénica particularmente activos frente a cáncer de colon/recto y próstata.
En brócoli, el glucosinolato más abundante es la glucorafanina, cuyas concentraciones son variables entre distintos genotipos. La hidrólisis de la glucorafanina conduce a la formación de sulforafano, un isotiocianato que ha sido objeto de estudio en numerosos trabajos debido a que es un potente inductor de enzimas detoxificantes y antioxidantes en mamíferos, protegiendo contra de la formación de tumores.
Los niveles de glucosinolatos disminuyen generalmente durante la postcosecha, debido a la pérdida de integridad de las membranas durante la senescencia, lo que provoca la mezcla de los glucosinlatos con la mirosinasa. Por ello, el almacenamiento en frío y una alta humedad relativa de 98‐100 %, así como las atmósferas controladas, CA, o atmósferas modificadas, MAP, son importantes para retardar dicha pérdida, por lo que se considera que las condiciones de almacenamiento necesarias para mantener la calidad del brócoli también lo son para mantener el contenido de glucosinolatos.
Condiciones de cultivo adecuadas que llevan a una cosecha exitosa
En el desarrollo del brócoli se pueden considerar las siguientes fases:
- Crecimiento, durante el cual la planta desarrolla solamente hojas
- Inducción floral: después de haber pasado un número determinado de días con temperaturas bajas la planta inicia la formación de la flor; al mismo tiempo que está ocurriendo esto, la planta sigue brotando hojas de tamaño más pequeño que aquellas desarrolladas en la fase de crecimiento.
- Formación de pellas: se desarrolla una pella en la yema terminal de la planta y, al mismo tiempo, en las yemas axilares de las hojas comienza la fase de inducción floral con la formación de nuevas pellas, que serán bastante más pequeñas que la pella principal.
- Floración: los tallos que sustentan las partes de la pella inician un crecimiento en longitud, con apertura de las flores.
- Fructificación: se forman los frutos –silicuas– y semillas.
El brócoli es un cultivo que se realiza fundamentalmente durante las estaciones de otoño e invierno. Para un desarrollo normal de la planta es necesario que las temperaturas durante la fase de crecimiento oscilen entre 20 y 24° C; para poder iniciar la fase de inducción floral necesita entre 10 y 15° C durante varias horas del día. En zonas donde las temperaturas bajan excesivamente, se cultivan variedades tardías, de recolección a finales de invierno o principios de primavera. La humedad relativa óptima oscila entre 60 y 75%. Como todas las crucíferas, el brócoli requiere suelos con tendencia a la acidez y no a la alcalinidad, estando el óptimo de pH entre 6.5 y 7, con suelos preferentemente de textura media. El cultivo parte de la siembra y producción de plántulas que luego se trasplantan a campo cuando la planta llega a 30‐35 días en invernadero, con 5 a 6 hojas verdaderas, tallo firme y volumen adecuado de raíces.
El momento de cosecha óptimo considerado para el mercado fresco es cuando la cabeza principal o inflorescencia tiene un tamaño ideal de 12 a 15 cm, con un grano fino y compacto. En el caso de la cosecha para mercado de proceso, se retrasa el corte hasta que la inflorescencia alcance mayor tamaño, antes del alargamiento del pedicelo.
Cambios metabólicos y transformación visible del brócoli cosechado
La senescencia es una de las posibles etapas finales del desarrollo de un vegetal o una parte del mismo. Habitualmente se puede evidenciar por el amarilleamiento que sufren los órganos verdes a causa de la pérdida de clorofila. Empiezan a darse cambios metabólicos que resultan en la removilización de nutrientes almacenados en los tejidos durante el desarrollo, para ser transferidos a otras partes de la planta. En consecuencia, el principal propósito de la senescencia en las plantas es la removilización y reciclado de nutrientes. La etapa final de este proceso es la muerte del órgano en cuestión, aunque la misma es activamente retrasada de modo tal que la planta logre reciclar la máxima cantidad posible de nutrientes.
Durante la senescencia foliar ocurre la expresión de numerosos genes similares a los del brócoli en postcosecha, lo que indica que en ambos casos estarían involucradas las mismas rutas metabólicas que conducen a la senescencia. La senescencia puede ocurrir naturalmente cuando un órgano o la planta entera ingresan en una determinada etapa fisiológica o puede ser inducida prematuramente debido a condiciones ambientales adversas, entre las que se cuenta la cosecha del vegetal.
El proceso de senescencia se encuentra finalmente regulado de manera tal que los elementos celulares sean desmantelados progresivamente, permitiendo la removilización de nutrientes. La degradación de clorofila es el primer síntoma visible, pero al momento del amarilleamiento, una gran parte del proceso ya fue llevado a cabo.
La degradación de proteínas y de ARN ocurre paralelamente a la pérdida de la actividad fotosintética. La degradación de ácidos nucleicos, especialmente el ARN, provee una importante cantidad de fósforo y se lleva a cabo por numerosas nucleasas cuya expresión se ve incrementada durante la senescencia. Degradación de clorofila. Una vez que la clorofila es liberada de los complejos tilacoidales debe ser rápidamente degradada para evitar su fotoactividad y consecuente generación de radicales libres y lesión tisular. Se ha postulado que la primera reacción es la eliminación del fitol catalizada por la clorofilasa. Posteriormente, se produce la remoción del ión central de Mg2+ por la Mg dequelatasa (MDS) para generar feofórbido. Sin embargo, recientemente se ha propuesto que en una primera etapa podría liberarse el Mg2+ de la clorofila por la acción de una enzima desconocida generando feofitina, y luego hidrolizarse el fitol por acción de una feofitinasa, conduciendo también a feofórbido. La enzima clave en la ruta de degradación parece ser la feofórbido a oxigenasa (PaO), que cliva el feofórbido para producir RCCs (Red Chlorophyll Catabolites), logrando de esta manera eliminar la fotoactividad de la clorofila pero también deverdizando el tejido.
Durante la senescencia hay una disminución en la integridad estructural y funcional de las membranas celulares, lo que es el resultado del metabolismo acelerado de los lípidos de membrana. En el momento de senectud de la hoja, el suministro de hidratos de carbono se ve disminuido por el desmantelamiento del aparato fotosintético y ante la escasez de producción de azúcares, toma importancia la vía del glioxilato para la obtención de energía necesaria para las restantes reacciones catabólicas. Los genes que codifican enzimas como fosfolipasas, ácido fosfatídico fosfatasa, y todas aquellas involucradas en la beta‐oxidación de los ácidos grasos aumentan su expresión durante la senescencia sugiriendo que dichas enzimas podrían estar involucradas en el metabolismo acelerado de lípidos.
Es por ello que las enzimas que llevan a cabo estas reacciones normalmente en los peroxisomas, están presentes también en hojas maduras. El control hormonal de la senescencia está dado por dos hormonas principales de acción antagónica: citocininas y etileno. Elevadas concentraciones de citocininas retrasan la senescencia, mientras que la presencia de etileno la acelera.
El efecto de las citocininas sobre la senescencia ha sido comprobado a través de aplicaciones exógenas de estas hormonas, o en plantas transgénicas con niveles aumentados de citocininas endógenas. En ambos casos, las inflorescencias de brócoli se mantienen verdes y no presentan síntomas de senescencia por un tiempo más prolongado. Se ha demostrado que si las cabezas de brócoli son sumergidas enteras en soluciones de 6‐BAP durante la postcosecha, se produce una clara inhibición del proceso de senescencia, produciéndose un retraso en la degradación de proteínas y una inhibición del incremento de asparagina, glutamina y amoníaco.
El tratamiento con 6‐BAP en brócoli inhibe la actividad clorofilasa, Mg‐ dequelatasa y peroxidasa y el aumento de la expresión de genes asociados a la degradación de clorofilas). Por otro lado, se ha demostrado que plantas expuestas al etileno presentan senescencia acelerada.
La producción de etileno puede ser suspendida, inhibiendo las actividades enzimáticas de ACS (ácido 1‐ aminociclopropano‐1‐carboxilico sintasa) y ACO (ácido‐1‐aminociclopropano‐1‐ carboxilico oxidasa), generando un retraso en la aparición de los síntomas de senescencia. Dentro de los tratamientos químicos postcosecha se destacan fuertemente las aplicaciones de 1‐MCP (1‐metil‐ciclopropeno). Este compuesto es un bloqueador selectivo de los receptores de etileno, y puede ser utilizado como tratamiento para retrasar la senescencia y la maduración de frutos. EL 1‐MCP es un gas y actúa ocupando los receptores de etileno, inhibiendo por lo tanto la señalización de etileno y su acción.