REVIEW             

 

Effect of biotic and abiotic factors on the content of flavonoids in leaves of Passiflora sp. L.: A systematic review

 

Efecto de factores bióticos y abióticos en el contenido de flavonoides en hojas de Passiflora sp. L.: Una revisión sistemática

 

Juan Felipe Mateus-Maldonado1, † ; Sergio Alberto Díaz-Gallo1, † ; Andrea Juliet Albornoz-Molano1, † ; Aura Marina Pedroza-Rodríguez3 ; Geison Modesti Costa2 ; Lucía Ana Díaz-Ariza1, *

 

1 Grupo de investigación en Agricultura Biológica, Pontificia Universidad Javeriana, Colombia.

2 Grupo de investigación en Fitoquímica (GIFUJ), Pontificia Universidad Javeriana, Colombia.

3 Unidad de Investigaciones Agropecuarias (UNIDIA), Pontificia Universidad Javeriana, Colombia.

 

† Los autores contribuyeron de igual forma al trabajo.

 

* Corresponding author: luciaana@javeriana.edu.co (L. A. Díaz-Ariza).

 

Received: 12 May 2023. Accepted: 13 November 2023. Published: 29 November 2023.

 

 

Abstract

The genus Passiflora accounts for 17% of global flavonoid production, and several strategies have been explored to increase their production in these plants, given the growing demand for these metabolites. The aim of this study is to examine the published literature on the correlation between flavonoid concentrations in Passiflora genus leaves and factors such as microorganism presence, soil fertility, fertilizer use, soil conditioners, agronomic practices, weather patterns, and plant phenology. The search was conducted across nine databases. Web of Science, Nature, Agris, Dialnet, SciELO, Science Database-ProQuest, Scopus (Elsevier), Springer, and EBSCOhost and two search engines: Google Scholar and Semantic Scholar, obtaining 19 indexed articles. The results indicate that treatments incorporating a single biotic or abiotic factor in the crop lead to a 380% increase in the production of flavonoids at the leaf level, while the combination of different biotic and abiotic factors leads to a 491% increase in the production of this group of metabolites at the leaf level. It is essential to assess the integrated agronomic management of Passiflora sp. to increase the concentration of these metabolites in the leaves of productive branches with fully ripened fruits ready for harvest (BBCH code 89), without losing the possibility of using the current main product of the crop.

 

Keywords: Flavonoids; fertilization; microorganisms; Passiflora; arbuscular mycorrhizal fungi.

 

 

Resumen

El género Passiflora aporta el 17% a la producción mundial de flavonoides, por lo cual, dada la creciente demanda de dichos metabolitos, se han estudiado diversas estrategias para aumentar su producción en estas plantas. El objetivo de este trabajo fue analizar la información publicada sobre la relación del contenido de flavonoides en hojas de plantas del género Passiflora, la presencia de microorganismos, la fertilidad del suelo, el uso de abonos y acondicionadores edáficos, el manejo agronómico, factores climáticos y el estado fenológico de la planta. La búsqueda se realizó en nueve bases de datos: Web of Science, Nature, Agris, Dialnet, SciELO, Science Database-ProQuest, Scopus (Elsevier), Springer y EBSCOhost y dos motores de búsqueda: Google Académico y Semantic Scholar, obteniendo 19 artículos indexados. Los resultados obtenidos indican que los tratamientos que incluyen un solo factor biótico o abiótico en el cultivo aumentan la producción de flavonoides a nivel foliar hasta un 380%, mientras que la combinación de diferentes factores bióticos y abióticos aumentan la producción de este grupo de metabolitos hasta en un 491% a nivel foliar. Es entonces necesario evaluar el manejo agronómico integral del cultivo de Passiflora sp. para incrementar la concentración de estos metabolitos en hojas de ramas productivas con frutos en maduración plena listos para recolección (código BBCH 89), sin perder la posibilidad de uso del producto principal actual del cultivo, los frutos.

 

Palabras clave: Flavonoides; fertilización; microorganismos; Passiflora; Hongos formadores de micorriza arbuscular.

 

 

DOI: https://doi.org/10.17268/sci.agropecu.2023.039

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Cite this article:

Mateus-Maldonado, J. F., Díaz-Gallo, A. S., Albornoz-Molano, A., Pedroza-Rodríguez, A. M., Modesti Costa, G., & Díaz-Ariza, L. A. (2023). Efecto de factores bióticos y abióticos en el contenido de flavonoides en hojas de Passiflora sp. L.: Una revisión sistemática. Scientia Agropecuaria, 14(4), 465-478.

 


1. Introducción

 

El mercado de pasifloras a nivel mundial moviliza más de un millón de toneladas de frutos, con Brasil como el mayor exportador seguido por Colombia e Indonesia (Altendorf, 2018). El género Passiflora comprende 573 especies ampliamente distribuidas a lo largo del trópico (POWO, 2023).

De acuerdo con Da Silva et al. (2020), la producción comercial de ciertos tipos de cultivos se enfoca principalmente en la utilización de frutos y en algu­nos casos de hojas, lo que lleva a valores de hasta el 75 % de la biomasa vegetal sin aprovechamiento. Con el fin de disminuir la generación de residuos y valorar subproductos agrícolas a partir de varios cultivos, diferentes industrias, como la farmacéutica, están explorando nuevas posibilidades para su incorporación como materias primas, para lo cual se han implementado estrategias de extracción y comercialización de metabolitos secundarios a partir de hojas (Zhang et al., 2023).

En la industria farmacéutica, los flavonoides repre­sentan una alternativa para el manejo de diversos tipos de cáncer con acciones sinérgicas en trata­mientos con enfoque combinatorio (Kiyohara et al., 2004; Li & Weng 2017; Thomford et al., 2018). Estos metabolitos secundarios, son moléculas fenólicas de bajo peso molecular, que presentan una amplia diversidad química (Liu et al., 2021). En Passiflora son el grupo fenólico con mayor abundancia y di­versidad, de los cuales se han reportado antinfla­matorios, analgésicos, neuroprotectores, antiproli­ferativos, citotóxicos, antidepresivos, ansiolíticos y sedantes (Gosmann et al., 2011; Pedone et al., 2015; Dzobo, 2022; Murillo et al., 2023). Algunas molécu­las asociadas con estos efectos son: quercetina, isoquercitrina, rutina, apigenina, luteolina, kaem­pferol, orientina, isoorientina, vitexina e isovitexina (Dhawan et al., 2004; Sharan et al., 2011; Rey et al., 2020; He et al., 2020; Liu et al., 2021; Rai et al., 2022) (Figura A1, Anexo). Además, en varias especies de Passiflora se han reportado más de 70 flavonoides y derivados con diversos patrones de glicosilación (Cruz et al., 2022; Hernández-Martínez et al., 2023; Murillo et al., 2023; Zhang et al., 2023).

A nivel químico, los flavonoides se clasifican en ocho subtipos principales: flavonas, flavonoles, flavanonas, flavanonoles, flavanos, flavanoles, isoflavonas y chalconas (Nabavi et al., 2020; Hodaei et al., 2018). Su biosíntesis es mixta, es decir, son producidos en las plantas a partir de la unión de dos rutas biosintéticas distintas que se combinan para formar nuevos metabolitos (Figura A2, Anexo). El ácido shikímico junto con la Acetil Coenzima A dan origen a la Fenilalanina, la cual ingresa a la vía fenilpropanoide dando origen a la p-Cumaroil CoA. En este punto la Chalcona Sintasa (CHS, EC 2.3.1.74) transforma el cu­maroil en naringenina chalcona y se da inicio a la vía de los flavonoides (Hodaei et al., 2018; Nabavi et al., 2020).

La biosíntesis y acumulación de flavonoides en algunos tejidos vegetales, está influenciada por diversas condiciones ambientales, tipo de estrés, condiciones de manejo agronómico, disponibilidad de agua y de nutrientes en el suelo (Reimberg et al., 2008; Sesan et al., 2020; Shah & Smith, 2020). Algunos de los nutrientes que se relacionan con la concentración de flavonoides en hojas de Passiflora son el fósforo disponible, la saturación de magnesio y la relación calcio-magnesio (Ca/Mg) (Hernández-Martínez et al., 2023).

La disponibilidad de nutrientes puede alterar la bio­síntesis de metabolitos secundarios por el aumento del estrés en la planta debido a la deficiencia de fósforo o magnesio o generar cambios en la seña­lización y regulación génica en concentraciones adecuadas de calcio (Hernández-Martínez et al., 2023). También influye sobre la actividad enzimá­tica, como lo reportan Li et al. (2021), quienes en­contraron correlación positiva del carbono y nega­tiva del nitrógeno con las enzimas Fenilalanina Amonio Liasa (PAL, EC 4.3.1.24), Cinamato 4-Hidroxilasa (CH4, EC 1.14.13.11), 4-Cumarato-CoA Ligasa (4CL, EC 6.2.1.12).

Las condiciones bióticas que pueden alterar los perfiles y el contenido de flavonoides incluyen la presencia de insectos, nemátodos, mamíferos her­bívoros y microorganismos fitopatógenos (Shah & Smith, 2020). Tikhonovich & Provorov (2007), en­contraron que la colonización por hongos forma­dores de micorriza arbuscular y con microorganis­mos patógenos modula positivamente la expresión de las enzimas Chalcona Isomerasa (CHI, EC 5.5.1.6) y de la Isoflavona Reductasa (IFR, EC 1.6.4.2).

Así, el objetivo de este trabajo fue recopilar y anali­zar evidencia científica publicada sobre el efecto de diferentes factores bióticos y abióticos sobre el contenido de flavonoides foliares en Passiflora sp.

 

2. Metodología

 

En este estudio se realizaron búsquedas de litera­tura científica y procesos de revisión que se resumen en la Figura 3. El proceso de recopilación y estructuración de documento fue dividido en: 1) Selección de términos clave con sus respectivos sinónimos y redacción de ecuaciones de búsqueda, 2) Selección de artículos científicos, 3) Creación de tabla de conocimiento y 4) Análisis de la información recopilada.

La estrategia de búsqueda estableció como palabras claves: producción, biótico, abiótico, factores ambientales, hongos, bacterias, virus, medio ambiente, flavonoides y Passiflora. En el planteamiento de las ecuaciones de búsqueda se utilizó el siguiente código booleano: “Passiflora AND Flavonoid* AND (Biotic AND Abiotic) factor*”.

A partir de 823 títulos y resúmenes obtenidos en la búsqueda se escogieron los trabajos que cumplieran con los parámetros de inclusión y exclusión establecidos en la Figura 1, excluyendo principalmente documentos que abarcan patentes, estandarización y desarrollo de técnicas de detección de flavonoides, estudios realizados en cultivos celulares, flavonoides presentes en órganos diferentes a hojas, organismos y microorganismos recombinantes, biosíntesis química de flavonoides y producción heteróloga de metabolitos.

 

 

Figura 1. Secuencia metodológica para la revisión sistemática del efecto de factores bióticos y abióticos sobre el contenido de flavonoides en Passiflora sp.

 

Creación tabla de conocimiento

Para la elaboración de la Tabla 1 se utilizaron 16 artículos indexados que tuvieran en cuenta las siguientes categorías: especie vegetal, país de estudio, tipo de flavonoide, tipo de extracción, técnica de cuantificación, variables bióticas (microorganismos, virus), variables abióticas (estrés oxidativo, acondicionadores orgánicos, intensidad lumínica, manejo agronómico, daños mecánicos, deficiencia de nutrientes), tratamiento con mayor contenido de flavonoides, relación entre el control y los tratamientos, cálculo del incremento del contenido de flavonoides.

 

Análisis y síntesis de la información revisada

Se realizó la normalización de las unidades de medida para la comparación de la influencia del tratamiento en el contenido de flavonoides expre-sado en porcentaje (FP) (Ecuación 1):

 

   Ecuación 1

 

Donde FPBT es la producción de flavonoides en el mejor tratamiento y FPCT corresponde a la produc-ción de flavonoides en el tratamiento de control.

 

3. Resultados y discusión

A partir de la línea de comando se obtuvieron 10 artículos en Web of Science, 13 en Nature, 1290 en Google Académico, 49 en Semantic Scholar, 6 en Agris, 43 en Scielo, 34 en Science Database-ProQuest, 47 en Scopus, 368 en Springer y 43 en EBSCOhost, en este estudio se incluyeron 19 documentos.

Se identificaron limitaciones relacionadas con el tipo de extracción del metabolito secundario y su respectiva cuantificación, pues los artículos repor­tan análisis cromatográficos y/o colorimétricos (Tabla 1). Esta variación no permite la comparación directa entre los estudios, sin embargo, al aplicar la Ecuación 1 se normalizaron los datos. Además, la cuantificación colorimétrica que usa Cloruro de Aluminio presenta variaciones en la absorbancia que dependen de la solución estándar (equivalen­tes de rutina o equivalentes de quercetina) (Shraim et al., 2021).

En plantas del género Passiflora existen cambios en el contenido de flavonoides por efecto de condiciones bióticas y abióticas (Tabla 1), así como en otras especies vegetales (Yang et al., 2018; Shah y Smith, 2020). Sin embargo, aún se desconocen los mecanismos por los cuales se producen estos cambios. Solamente dos artículos estudiaron la interacción de dos o más factores bióticos y abióticos simultáneamente, lo cual es fundamental para entender y estandarizar los procesos de producción de este metabolito en campo (Oliveira et al., 2015; Oliveira et al., 2019a). Otra limitación encontrada fue la metodología empleada para la detección y cuantificación de flavonoides, pues hay diferencia entre las sensibilidades de las técnicas cromatográficas y colorimétricas (Huang et al., 2018; Shraim et al., 2021).

Las variables abióticas fueron las más estudiadas con 52,1% del total de las investigaciones, seguidas por las variables bióticas con 34,7% y, por último, la interacción de variables con un 13,1%, mostrando que las variables pueden genera efectos positivos en la producción de flavonoides en plantas del género Passiflora (Tabla 1).

Autores como Mendonça et al. (2007), Guimaraes et al. (2012) y Ming et al. (2012), reportan que el contenido de flavonoides totales varía de acuerdo con el estadio de desarrollo de la planta e indican diferencias entre la etapa de desarrollo de las hojas, la floración (ramas secundarias) y la maduración de frutos (escala 1, 6 y 8 de BBCH, respectivamente) (Rodríguez-León et al., 2015).

 

Variables Bióticas

 

Estado fenológico del cultivo

Las plantas en las etapas de desarrollo vegetal escala BBCH 3 (elongación del tallo principal), 5 (aparición y desarrollo del órgano floral en ramas secundarias), 6 (floración), 7 (formación del fruto) y 8 (maduración de frutos), presentan diferencias en el contenido de flavonoides totales (Mendonça et al., 2007; Guimaraes et al., 2012; Ming et al., 2012) (Tabla 2). Ming et al. (2012), reportan rangos de aumento de diferentes tipos de flavonoides entre 272% al 914% durante la maduración del fruto, indicando este estado fenológico como el de mayor acumulación de estos metabolitos.

 

Inoculación de hongos saprófitos y simbióticos

La inoculación foliar de un consorcio de hongos promotores de crecimiento vegetal del género Trichoderma, produjo un incremento del 50% en la concentración de flavonoides foliares, resultados que se relacionan con la inducción de resistencia sistémica en la planta (Dini et al., 2020). También se reporta que las plantas inoculadas con Acaulospora longula, hongo formador de micorriza arbuscular, producen entre el 29% y el 64% más de flavonoides que las plantas no inoculadas (Oliveira et al., 2019b). Las características químicas del sustrato de siembra de esas plantas fueron pH 4,7; P 4,5 mg kg-1; K 0,071 mg kg-1; Al 0,68 mg kg-1; Ca 0,45 mg Kg-1. En otro trabajo utilizando Entrophospora etunicata, Gigaspora albida y A. longula, se observó un aumento del 29%, 55% y 64%, respectivamente, de la concentración de vitexina a nivel foliar (Oliveira et al., 2019b). En este estudio, las caracte-rísticas químicas del suelo fueron: pH 6.1; P 2,7 mg kg-1; K 0,21 mg kg-1; Ca 3,18 mg kg-1. Las diferencias significativas en la producción de flavonoides se pueden asociar a un proceso de reconocimiento específico entre el hongo y la planta (Ming et al., 2012; Chagnon et al., 2013), como se demostró en los estudios realizados en plantas de Arabidopsis sp. en donde se identificó que diferentes hongos formadores de micorriza activaban diferentes grupos de genes asociados a la ruta metabólica de fenilpropanoide, mecanismo no nutricional en la modulación de metabolitos secundarios (Oliveira et al., 2018). En relación con el aspecto nutricional, los hongos formadores de micorriza tienen la capacidad translocar agua y nutrientes, lo que influye positivamente en metabolismo vegetal (Amani-Machiani et al., 2022).

 

Infección viral

La infección con el virus del mosaico del pepino (CMV) mostró resultados promisorios al aumentar un 58% la producción de flavonoides, pero se reportan algunas dificultades técnicas, económicas y fitosanitarias al utilizar este tratamiento a nivel industrial (Lan et al., 2020). La principal, es que en la actualidad la extracción de flavonoides se realiza a partir de material seco que se obtiene de plantas que ya dieron fruto, por lo cual las empresas reciben beneficios económicos de la producción de la fruta y de la extracción de flavonoides. Si se infectan las plantas sanas con un virus, la fruta ya no se podrá comercializar por motivos fitosa-nitarios, siendo una limitación en la rentabilidad del cultivo (Lan et al., 2020).

 

Variables Abióticas

 

Fertilizantes minerales

El estado nutricional de las plantas tiene un efecto directo sobre el contenido de flavonoides (Deng et al., 2019). La disponibilidad de nitrógeno en la planta genera competencia entre las rutas biosintéticas de proteínas y compuestos fenólicos, fenilpropanoides y derivados como flavonoides, taninos y lignina (Haukioja et al., 1998; Taiz et al., 2015; Ranjan et al., 2023). Mendonça et al. (2008), encontraron un aumento del 46% en el contenido de vitexina en plantas cultivadas en suelo con deficiencia del elemento. De otra parte, en suelos con bajas concentraciones de fósforo y potasio se presentó un incremento del 16% y 18% de los flavonoides totales, mientras que la deficiencia de calcio y boro afectan negativamente la concen-tración de la vitexina disminuyéndola en un 22% y 33%, respectivamente (Mendonça et al., 2008). De otra parte, existen otros elementos que para pasifloras no presentan efecto en la concentración de vitexina, éstos son el magnesio, el azufre, el hierro, el manganeso, el zinc y el cobre (Freitas et al., 2008; Deng et al., 2019).


 


Tabla 1

Factores bióticos y abióticos reportados para incrementar la producción de flavonoides específicos en plantas de género Passiflora. Las convenciones utilizadas en la tabla son: NA) No aplica, VC) vermicompost, P) fósforo. K) potasio, Cu) cobre, B) boro, N) nitrógeno, Fe) hierro, B) biótico, y Ab) abiótico

 

Especie

vegetal

País del estudio

Tipo de flavonoide

Tipo de extracción

Técnica de cuantificación

Factor Biótico (B)

Factor Abiótico (Ab)

Tratamiento con mayor contenido de flavonoides

Incremento en el contenido de flavonoides (%)

Referencia

P. edulis

Italia

Flavonoides totales

100 mg de hoja congelada con 80% de metanol a 70 °C por una hora

Espectrofotometría

NA

Estrés oxidativo por cambios en la concentración de O3

Atmósfera generadora de estrés oxidativo intermedio por O3 a 1,5

319,32

Fernandes et al. (2019)

P. alata

Brasil

Orientina

500 mg de hojas secas en 20 mL de etanol 95% por 12 días

Cromatografía líquida

Gigaspora albida

Vermicompost (VC)

Adición de 0,2 g de vermicompost por kg de suelo e inoculación de G. albida

224,44

Oliveira et al. (2015)

P. alata

Brasil

Flavonoides totales

500 mg de hojas secas en 20 mL de etanol 96% por 12 días

Espectrofotometría

Control

NA

Inoculación de G. albida

-13,01

Muniz et al. (2021)

Acaulospora longula

Gigaspora albida

P. caerulea

Rumanía

Flavonoides totales

Hojas secas en etanol al 70% por 10 días

Espectrofotometría

Consorcio con Trichoderma asperellum y Trichoderma harzianum

NA

Suspensión de Trichoderma 108 UFC mL-1:

50

Sesan et al. (2020)

P. edulis

China

Flavonoides totales

0,1 g de hoja congelada en 20 mL de 1% HCl-metanol a 4 °C por 20 minutos

Espectrofotometría

NA

Irradiancia con luz LED, filtros y ciclos de luz y oscuridad

Intensidad lumínica de100 µmol m−2 s−1; Filtro de luz roja 30% y luz azul 70%, en ciclo de 14 h/10 h

128,57

Liang et al. (2021)

P. alata

Brasil

Flavonoides totales

500 mg de hojas secas en 20 mL de etanol 95% por 12 días

Espectrofotometría

Gigaspora albida

Vermicompost (VC)

Adición de vermicompost 0,2 g de vermicompost por kg de suelo e inoculación de G. albida

491,55

Oliveira et al. (2014)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P. edulis f. flavicarpa

Brasil

Vitexina

500 mg de hoja seca con 20 mL de etanol 95% por 12 días a 20 °C

Cromatografía líquida

Control

NA

Inoculación con A. longula

63,63

Oliveira et al. (2019a)

Acaulospora longula

Gigaspora albida

Claroideoglomus etunicatum

Flavonoides totales

500 mg de hojas secas en 20 mL de etanol 95% por 12 días

Espectrofotometría

Control

Inoculación con A. longula

29,18

Acaulospora longula

Gigaspora albida

Claroideoglomus etunicatum

P. quadrangularis

Malasia

Flavonoides totales

10 g de hojas secas en 100 mL de metanol al 80% por tres días

Espectrofotometría

NA

Convencional

Manejo de fertilización orgánica con gallinaza

27,15

Ramaiya et al. (2021)

Orgánico

P. incarnata

Brasil

Vitexina

200 mg de hoja seca con 8 mL de etanol al 60%, agitado en vórtex por 15 segundos y en ultrasonido por 30 minutos

Cromatografía líquida

NA

Concentración de silicio y daño mecánico

Adición de 3 Mm de dióxido silicio y daño mecánico foliar

380

Pagassini et al. (2021)

P. edulis f. flavicarpa

Taiwan

Flavonoides totales

1 g hoja seca en 10 mL de agua a 90 °C por 15 minutos

Cromatografía líquida

NA

Intensidad lumínica

Intensidad lumínica del 100% equivalente a 1396 µmol m−2 s−1 sin sombra

28,88

Ni et al. (2020)

P. suberosa

Flavonoides totales

21,66

P. edulis f. flavicarpa

Taiwan

Orientina

1 g hoja seca en 10 mL de agua a 90 °C por 15 minutos

Cromatografía líquida

100,01

P. suberosa

Orientina

17,49

P. edulis f. flavicarpa

Taiwan

Isovitexina

1 g hoja seca en 10 mL de agua a 90 °C por 15 minutos

Cromatografía líquida

20

P. suberosa

Isovitexina

366,66

P. edulis

China

Flavonoides totales

100 g de hojas congeladas en 75% metanol y 0,18 N de HCl

Espectrofotometría

Infección con virus del mosaico del pepino

NA

Infección con virus del mosaico

58

Lan et al. (2020)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P. edulis f. flavicarpa

Brasil

Vitexina

100 mg de hoja seca en 50 mL de agua a 85-90 °C por 30 min

Cromatografía líquida

NA

Control

Fertilización con polvo de coco

97,2

Oliveira et al. (2019b)

Polvo de coco

Vermicompost

Acaulospora longula

Control

Control

86,8

Polvo de coco

Vermicompost

Flavonoides totales

500 mg de hoja seca en etanol 95% por 12 días

Espectrofotometría

NA

Control

Fertilización con vermicompost

141,61

Polvo de coco

Vermicompost

Acaulospora longula

Control

Fertilización con vermicompost

137,39

Polvo de coco

Vermicompost

P. alata

Brasil

Vitexina

1 g hoja seca con 10 mL metanol por 24 h

Cromatografía líquida

NA

Control

Condición de deficiencia nutricional de nitrógeno

46,14

Mendonça et al. (2008)

Deficiencia en N

Deficiencia en P

Deficiencia en K

Deficiencia en Ca

Deficiencia en Mg

Deficiencia en S

Deficiencia en B

P. incarnata

Brasil

Quercetina

Hojas secas en acetona 50% y ultrasonido por 20 minutos

Espectrofotometría

NA

Control

Manejo de fertilización orgánica comercial

38,32

Campos et al. (2015)

Cal

Cal + materia orgánica

Cal + materia orgánica + estiércol

Cal + materia orgánica + estiércol + Yoorin®

Orgánico comercial 1

Orgánico comercial 2

P. alata

Brasil

Flavonoides totales

500 mg de hoja seca con etanol (95%) durante 12 días a 20 °C

Espectrofotometría

N.A.

Turba + Arena + Fibra de coco (1:1:1)

Sustrato de turba y arena (1,5:1,5:1)

-41,49

Muñiz et al. (2023)

Turba + Arena + Fibra de coco (1,5:1,5:1)

Control: Turba + Arena (1:1)

P. alata

Brasil

Flavonoides totales

500 mg de hoja seca con etanol (95%) por 12 días a 20 °C

Espectrofotometría

Acaulospora longula

N.A.

Inoculación con A. longula

-10,22

Muñiz et al. (2022)

Control

N.A.

Polvo de coco

Adición de 10% polvo de coco en el sustrato

10,93

Control

 

 

Tabla 2

Relación del estado fenológico y la producción de flavonoides en plantas de género Passiflora

 

Especie vegetal

País del estudio

Tipo de flavonoide

Tipo de extracción

Técnica de cuantificación

Factor Biótico (B)

Estado fenológico escala BBCH (Rodríguez-León et al., 2015)

Tratamiento con concentración de flavonoides más alta (%)

Referencia

P. alata

Brasil

Quercetina

Extracción metanólica por 40 minutos

Cromatografía líquida

Preflorecimiento

5

Aparición y desarrollo del órgano floral

6

Floración en ramas laterales

7

Formación del fruto

8

Maduración del fruto

Post-fructificación: Quercetina = 272

Ming et al. (2012)

Florecimiento

Fructificación

Post-fructificación

Isoquercetina

Preflorecimiento

Post-fructificación: Isoquercetina = 673

Florecimiento

Fructificación

Post-fructificación

Vitexina

Preflorecimiento

Post-fructificación: Vitexina = 689

Florecimiento

Fructificación

Post-fructificación

Rutina

Preflorecimiento

Post-fructificación: Rutina = 914

Florecimiento

Fructificación

Post-fructificación

P. edulis f. flavicarpa

Brasil

Flavonoides totales

1 g hoja seca en 10mL metanol agitación por 24h, concentración del extracto

Cromatografía líquida

Fenología foliar

3

Elongación del tallo principal

Hojas basales: 56,25

Mendonça et al. (2007)

Rutina

Hojas basales: 50

Vitexina

Hojas basales: 85,71

Brasil

Flavonoides totales

Extracto etanólico por 72 horas

Espectrofotometría

Estado fenológico de la planta

8

Maduración del fruto

Fructificación: 63,83

Guimaraes et al. (2020)

 

 


Aunque los resultados obtenidos con los fertilizan­tes minerales muestran menores valores a los obtenidos con otros factores presentados en la Tabla 1, se destaca la necesidad de suplementar los sustratos de siembra de futuros experimentos con boro en concentraciones cercanas a 6,7 mg kg-1 que no son tóxicas para la planta o el microbioma (Barp et al., 2006; Goulart et al., 2019). Este microelemento es el más limitante en producción de flavonoides en Passiflora sp., ya que, aunque ningún flavonoide reportado en la actualidad lo tenga en su estructura o en sus sustituciones (Julkunen et al., 2015), es un microelemento esencial en varias vías metabólicas (Lewis, 2019). Finalmente, otro aspecto que se ha evaluado es el daño mecá­nico, con aumento de 380% en la concentración de flavonoides totales respecto a plantas sin ningún tipo de daño (Pagassini et al., 2021).

 

Fertilizantes orgánicos

 

Cuando se utilizó el vermicompost se obtuvo un aumento del 491% en el contenido de flavonoides totales en la planta. Es probable que el resultado se deba a la combinación de la concentración de materia orgánica (20,5 g kg-1), de fósforo (27,27 mg kg-1), de potasio (0,97 mg kg-1), de hierro (62,3 mg kg-1) y al pH (6,4) (Oliveira et al., 2014). Se ha reportado que este abono orgánico puede aumentar la sucesión bacteriana en el suelo generando una sobreexpresión de flavonoides como mecanismo de control de colonización de la planta por diferentes microorganismos rizosféricos (Antognoni et al., 2007; Ghasemzadeh et al., 2016).

 

Exposición a Luz UV

 

Desde hace más de 50 años se viene estudiando en diferentes modelos vegetales el efecto que puede tener la exposición a ciertas longitudes de onda en la biosíntesis de metabolitos segundarios, en la reducción en tiempos de cultivo y en la protección contra patógenos (Sesan et al., 2020). En el caso de Passiflora sp., solamente se ha realizado un experi­mento con luz UV-B que aumentó la producción de vitexina y quercetina en 60% (Ni et al., 2020). En presencia de luz LED, la concentración de flavonoides totales en P. edulis aumentó 229% respecto al control (Ni et al., 2020). Estos hallazgos se comparan con los obtenidos en plantas de Zea mays, Guadua angustifolia, Hordeum vulgare y Solanum lycopersicum, en donde la exposición de la planta a luz UV aumentó la biosíntesis de alcaloides, terpenos y flavonoides en un 400% (Pedone et al., 2015; Silva et al., 2019; Yang et al., 2018). Se sabe que los metabolitos de naturaleza flavonoide absorben a nivel foliar las diferentes lon­gitudes de onda asociadas con la radiación UV para proteger y reducir la producción de especies reac­tivas de oxígeno que puede desencadenar daño del material genético y activar procesos apoptóticos en las células vegetales (Silva et al., 2019). Aunque se acepta actualmente que la síntesis de flavonoides es uno de los mecanismos de protección de las plantas a luz UV, aún no se conoce el efecto que generan las diferentes longitudes de onda en las comunidades microbianas rizosféricas ni cómo es­tos cambios se reflejan en la producción de flavo­noides indispensables en la señalización molecular en la biota del suelo (Reimberg et al., 2008).

 

Condiciones ambientales

 

El incremento de 1,5 veces en la concentración de ozono en condiciones controladas produce un au­mento del 319% en el contenido de flavonoides totales, agentes antioxidantes que evitan la fotoxi­dación y daño en las macromoléculas celulares (Shen et al., 2022). También, a lo largo de las 20 primeras semanas de establecimiento del cultivo, las variaciones van desde el 0,02% hasta el 4,89%, siendo el último valor el dato correspondiente a la semana 20 (Reimberg, et al., 2009).

 

Combinación de factores

 

Dentro de la combinación de factores evaluados se encuentra el uso de fertilizantes orgánicos (vermi­compost) y de inoculantes de hongos formadores de micorriza arbuscular. Oliveira et al. (2015), reportan que el uso simultáneo del fertilizante con inoculantes que contienen Gigaspora sp. produjo un aumento de 492% en el contenido de flavonoi­des totales en hojas y con inoculantes que contie­nen Acaulospora longula, un aumento de 142%, mientras que bajo la aplicación de solo el último inoculante el incremento de vitexina fue del 63%. Lo anterior se atribuye a la capacidad del micelio externo de la micorriza de aumentar el área de exploración del suelo y de movilizar hacia la planta formas disponibles de nutrientes como el fósforo, que tiene efecto en la ruta fenilpropanoide. Es im­portante reconocer que este tratamiento fue repli­cado en dos experimentos por los mismos investi­gadores en los años 2014 y 2015, sin lograr los mismos resultados de aumento en la concentración de flavonoides (159% en el 2014 y 431% en el 2015). Una posible explicación de la diferencia en la biosíntesis de flavonoides es que el suelo no se esterilizó en ninguno de los ensayos, lo cual implica que las poblaciones de microorganismos en los sustratos de siembra eran altas y seguramente diversas (Campos et al., 2015; Guimaraes et al., 2020). Entendiendo que la biosíntesis de flavonoi­des es específica y se da también en respuesta a los microorganismos presentes en la rizosfera, la variación en la composición de estas comunidades microbianas puede alterar la producción de estos metabolitos (Pang et al., 2021).

 

4. Conclusiones

 

La evidencia científica muestra que diferentes factores bióticos, abióticos y sus interacciones tienen una incidencia en la concentración de flavonoides presentes en plantas del género Passiflora. Los factores bióticos, además del estado fenológico del cultivo, la inoculación con hongos de micorriza arbuscular induce aumento en el contenido de flavonoides totales. Los factores abióticos, la concen-tración de ozono, la estacionalidad y el tipo de manejo agronómico tienen efecto positivo en la producción de estos metabolitos. Finalmente, el mayor aumento en el contenido de flavonoides totales se produce con la interacción de varios factores, como lo reportado en el caso de los hongos de micorriza arbuscular y vermicompost.

Se resalta la necesidad de caracterizar, dentro de las condiciones de evaluación para producción de metabolitos, el estado fenológico del cultivo, las propiedades del suelo, las comunidades microbianas del suelo y de la rizosfera y las condiciones climáticas, geográficas y ambientales para establecer relaciones multiparamétricas que determinan la producción de metabolitos de interés a partir de Passiflora sp. con potencial uso en la industria farmacéutica. Otro de los aspectos que requiere mayor exploración, es la identificación de los grupos de flavonoides que producen diferentes especies de Passiflora y el efecto de las condiciones estudiadas en este trabajo sobre aquellos con mayor actividad biológica.

 

Agradecimientos

 

Los autores agradecen al Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación, al Ministerio de Educación Nacional, al Ministerio de Industria, Comercio y Turismo e ICETEX (792–2017) 2ª Convocatoria Ecosistema Científico – Colombia Científica para la Financiación de Proyectos de I + D + i), al Banco Mundial y a la Vicerrectoría de Investigaciones, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, Colombia (Contrato número FP44842-221-2018).

 

Contribuciones de los autores

Para este trabajo los autores desarrollaron las siguientes actividades: Conceptualización: Mateus-Maldonado, J. F.; Díaz-Gallo, S. A.; Pedroza, A. M.; Costa, G. M.; Díaz-Ariza, L.A. Adquisición de datos: Mateus-Maldonado, J.F.; Díaz-Gallo, S. A.; Albornoz-Molano. A. Análisis de datos: Mateus-Maldonado, J. F.; Díaz-Gallo, S. A.; Albornoz, Díaz-Ariza, L. A. Diseño de metodología: Mateus-Maldonado, J. F.; Díaz-Gallo, S. A.; Diaz-Ariza, L. A. Redacción y edición: Mateus-Maldonado, J. F.; Díaz-Gallo, S. A.; Albornoz-Molano. A.; Diaz-Ariza, L. A, Costa, G. M; Pedroza, A. M.

ORCID

 

J. F. Mateus-Maldonado  https://orcid.org/0000-0001-8271-7715

A. Marina Pedroza  https://orcid.org/0000-0002-1200-0265

S. A. Díaz-Gallo  https://orcid.org/0009-0000-4274-2983

A. J. Albornoz-Molano  https://orcid.org/0009-0008-3790-398X

G. Modesti Costa  https://orcid.org/0000-0003-2449-1986

L. A. Díaz-Ariza  https://orcid.org/0000-0001-5736-6335

 

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Annex

 

 

 

 

 

Figura A1. Estructura química de los flavonoides de uso frecuente en la industria farmacéutica. A) Quercetina, B) Isoquercitrina, C) Rutina, D) Apigenina, E) Luteolina, F) Kaempferol, G) Orientina, H) Isoorientina, I) Vitexina y J) Isovitexina. Las figuras se realizaron en chemdraw.com.

 


Figura A2. Vía metabólica para la producción de flavonoides. SUSy: Sacarosa sintasa

CGT: C-glicosiltransferasa. Las figuras se realizaron en chemdraw.com