ISSN 0123 - 3068 bol.cient.mus.hist.nat. 15 (2): 19 - 39
Boletín CientífiCo
Centro de Museos
Museo de Historia natural
CaraCteriZaCiÓn eColÓGiCa Y fitoQuíMiCa de la
Batatilla IPOMOEA PURPUREA l. rotH (solanales,
ConVolVulaCeae) en el MuniCiPio de ManiZales*
Héctor Mauricio Arias Ortiz1, Albeiro López Bedoya2, María Elena Bernal Vera3
y Elmer Castaño Ramírez4
resumen
Con el propósito de realizar una caracterización ecológica (insectos asociados, flora
acompañante), fitoquímica (sustancias presentes en semillas) y la realización de ensayos
preliminares del efecto biocida del extracto de las semillas de batatilla (Ipomoea purpurea
L. Roth), se seleccionaron dos agroecosistemas en el municipio de Manizales (veredas Bajo
Tablazo y Aguabonita). Se ubicaron focos silvestres de la planta y se establecieron parcelas
de observación con plantas obtenidas de un germinador para caracterizar, a través de su
ciclo de vida, su interacción con el ecosistema cafetero. Se realizó un análisis bromatológico
de las semillas para identificar sus compuestos fitoquímicos. Se realizó extracción de sus
componentes alcaloides a nivel de laboratorio y se probó su utilidad agrícola preliminar
mediante aplicaciones sobre un insecto de interés agronómico, Cosmopolites sordidus
Germar (picudo negro del plátano), bajo condiciones controladas. Se pudo determinar que
las arvenses acompañantes más representativas son plantas dicotiledóneas que pertenecen
a la familia Asteraceae. Los insectos asociados más representativos fueron en su mayoría
hemípteros y coleópteros y destacándose insectos de las familias Thripidae, Staphylinidae,
Acrididae, Chrysomelidae, Cicadellidae y Noctuidae. Los grandes contenidos de metales
pesados Hierro, Zinc, Manganeso y Cobre, arrojados por el análisis bromatológico sugieren
una posible detoxificación del suelo al acumular estos compuestos en las semillas de Ipomoea
purpurea L. Roth. La efectividad del extracto sobre la plaga (picudo negro), y los cambios de
comportamiento, definieron la utilidad biocida de las sustancias contenidas en las semillas
de Ipomoea purpurea, planta considerada agresiva y con pocas utilidades reportadas.
Palabras clave: arvenses acompañantes de I. purpurea, insectos asociados a I. purpurea,
fitoquímica de I. purpurea.
eColoGiCal and PHYtoCHeMiCal CHaraCteriZation
of tHe tall MorninG GlorY IPOMOEA PURPUREA l. rotH,
order: (solanales, faMilY: ConVolVulaCeae)
ManiZales - ColoMBia
abstract
With the purpose of carrying out an ecological characterization (associated insects and
accompanying flora), a phytochemical evaluation (substances present in seeds) and preliminary
testing of biocidal effect,of Tall Morning Glory (Ipomoea purpurea) seeds extract, two agroecosystems (El tablazo and Agua Bonita Districts) located in the municipality of Manizales
*
Fr: 1-V-2010. FA: 1-VIII-2011.
Ingeniero Agrónomo e mail: penumbra_hmao@yahoo.com
2
Ingeniero Agrónomo e mail: albeirolopezb@hotmail.com
3
Ingeniera Agrónoma Profesora catedrática universidad de Caldas e mail: marielberve@hotmail.com
4
Ingeniero agrónomo. Profesor titular universidad de Caldas e mail: elmercr@ucaldas.edu.co
1
20
Arias, López, Bernal y Castaño
were selected. Wild areas of Ipomoea purpurea were established and observation plots of land
with plants obtained from a seed germinator were established to characterize, through their
lifecycle, their interaction with the coffee-growing ecosystem. Seed bromatological analyses
were carried out to identify their phytochemical compounds. Extractions of the alkaloids was
performed in a controlled manner in the lab, and their preliminary agricultural use was proved
on Cosmopolites sordidus Germar (black weevils in plantain), an agronomic interest insect It
was determined that the most representative accompanying weeds near Ipomoea purpurea are
dicotyledonous plants belonging to the Asteraceae family. The most representative associated
insects were Hemiptera and coleopterae, being highlighted Thripidae Staphylinidae, Acrididae,
Chrysomelidae, Cicadellidae and Noctuidae families. The high contents of heavy metals, iron,
zinc, manganese and copper left by the bromatological analisys suggest a soil detoxification
by accumulation of those compounds in Ipomoea purpurea L. Roth seeds. The effectiveness
of the extract and the behaviour changes on the plague (black weevils in plantain) defined
the biocidal utility of substances contained in the Ipomoea purpurea seeds, a plant which is
considered aggressive with few reported utilities.
Key words:, accompanying Ipomoea purpurea weeds, associated Ipomoea purpurea insects,
Ipomoea purpurea phytochemistry
introduCCiÓn
L
a batatilla (Ipomoea purpurea L. Roth) es una planta de enredadera que rodea
la vegetación, la envuelve y gana altura trepando sobre las plantas cultivadas lo
cual se considera una adaptación a la baja intensidad de luz y la predetermina
como una de las 10 peores malezas, ya que su competencia reduce el rendimiento
e interfiere con la cosecha (GÓMEZ de E. et al., 2003). En cultivos como algodón
y café por ejemplo, el manejo de las especies de batatilla es crítico en todas las
etapas de crecimiento del cultivo, desde la emergencia hasta las etapas más tardías
en donde se enredan en los tallos, hacen difícil su control, limitan la calidad de la
recolección y deterioran la producción final.
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Para la zona cafetera se han reportado varias especies de batatilla asociadas a los
cultivos de café: Ipomoea hederifolia, I. purpurea, I. tiliácea e I. trífida (GÓMEZ &
RIVERA, 1987). A pesar de que la literatura agronómica del país ha informado
problemas relacionados con la presencia y manejo de batatillas, se deben tener en
cuenta estudios fitoquímicos de estas arvenses para descubrir las sustancias que
sintetizan y su potencial aplicación biotecnológica.
Como planta acompañante de los cafetales caldenses, la Ipomoea purpurea, se
adapta a cualquier sistema de cultivo siempre y cuando las temperaturas sean
suficientemente cálidas. Siguiendo a RICHARSON (2000 citado por GUILLOT, 2006),
es considerada arvense invasora en la medida que es una planta naturalizada que
se reproduce abundantemente a considerable distancia de sus plantas parentales
y posee potencial para extenderse sobre áreas considerables. Si el medio ambiente
es frío o la luz es insuficiente, las plantas no enredarán y florecerán tan pronto
como uno o dos pares de hojas verdaderas se hayan desenrollado [por eso es
que las plántulas pueden producir flores tan precozmente 20 o 15 días después
de siembra (d.d.s.)]. Si la temperatura es cálida y el ambiente húmedo o bajo
óptimas condiciones, la enredadera se volverá más larga y no florecerá antes
de tiempo (BARKER, 1917). Esta especie puede crecer con facilidad en climas
tropicales y subtropicales, y para las condiciones de Manizales se desarrolla en
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
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ambientes cálidos y en clima frío moderado. Se reproduce tanto por semillas como
vegetativamente, los suelos ricos o fertilizados tienden a favorecer el crecimiento
vegetativo sobre la floración (GÓMEZ de E. et al., 2003). Son plantas con alto grado
de autofecundación (BARKER, 1917), pero al mismo tiempo tienen gran éxito en
la polinización cruzada.
Ipomoea purpurea se destaca por ser ornamental, melífera, forrajera, por su hábito
trepador compite por espacio y luz con el cafetal y otras plantas, dificulta las
labores propias de los cultivos, interfiere con el eficiente desarrollo de las cosechas
e indirectamente (o directamente), puede incidir en la dinámica de insectos plaga y
el desarrollo de enfermedades (PINILLA, 2002 citado por PLAZA & PEDRAZA, 2007).
Los meristemas apicales, hojas y cápsulas-semilla de I. purpurea son dañadas
por varios herbívoros como lepidópteros y ortópteros (RAUSHER & SIMMS, 1989),
coleópteros de las familias Alticinae, Chrysomelidae (JONES et al., 1978; ROSENTHAL,
1985), Curculionidae y otras larvas de lepidópteros (TIFFIN & RAUSHER, 1999). Por
otra parte, los Himenópteros (Apis sp., Bombus sp.) son visitantes regulares de I.
purpurea lo que ratifica su importancia en los procesos de polinización naturales
y agrícolas (GALETTO & BERNARDELLO, 2004).
Las flores, semillas, raíces y tallos de las plantas se han usado como laxantes.
Las semillas contienen alcaloides alucinógenos que son tóxicos (GÓMEZ de E. et
al., 2003). 50 especies de plantas de la familia Convolvulaceae son usadas con
propósitos medicinales en Asia y el Pacífico (GARCÍA & GUTIÉRREZ, 2006).
En varios géneros de la familia Convolvulaceae, donde Ipomoea es uno de los más
grandes, se han descubierto síntesis bioquímicas exclusivas como la producción,
y posterior acumulación de alcaloides ergolínicos, de naturaleza similar a los
producidos por el ergot del centeno (Claviceps purpurea), considerados tóxicos
para el ser humano. Hay fuertes indicaciones de que Ipomoea asarifolia Roem. et
Schult planta Convolvulácea, es colonizada por un hongo clavicipitaceo productor
de alcaloides ergolínicos que sería el responsable de la acumulación de dichas
sustancias dentro de la planta. Este hongo está equipado con material genético
esencial para la síntesis de alcaloides ergolínicos y es transmitido a las semillas.
Así, ambos organismos simbióticos (planta y hongo) están en contacto con los
alcaloides (AHIMSA-MÜLLER et al., 2007).
Los limitados aportes a la investigación de plantas denominadas “malas hierbas”
existentes en Colombia y la escasa conciencia sobre su uso potencial, han llevado
a una marcada y generalizada tendencia a erradicar drásticamente plantas
acompañantes que pueden ser útiles por sus contenidos químicos. Vegetales de
estas características se pueden convertir en materia prima para la agro-industria de
productos dirigidos a la protección de cultivos, los que por su naturaleza orgánica
causan poco impacto en el ambiente, aspecto importante dentro de la investigación,
conservación y manejo de la biodiversidad (LIEBMAN et al., 2001).
Autores como FERGET (1994) y HENAO et al. (2001), mencionan que con el fin de
encontrar nuevas alternativas de manejo de plagas tendientes a racionalizar el uso
de agroquímicos, disminuir los costos de producción y obtener productos sanos, el
uso de plantas con potencial insecticida es una herramienta valedera y eficiente para
disminuir problemas sanitarios en varios cultivos. Más de 2.000 especies vegetales
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Arias, López, Bernal y Castaño
en el mundo poseen propiedades insecticidas (RODRÍGUEZ, 1998), a lo que habría
que añadir muchas otras que permanecen todavía sin ser estudiadas (PASCUALVILLALOBOS, 1998). La interacción de los insectos con las plantas ha dado lugar a
una enorme variedad de metabolitos secundarios con actividad insecticida y estas
propiedades han sido utilizadas por el hombre desde tiempos remotos para el
control de plagas (YANG & CHANG, 1988 citados por PASCUAL-VILLALOBOS, 1998).
El propósito de este trabajo es caracterizar los aspectos ecológicos y fitoquímicos
relevantes en la batatilla (Ipomoea purpurea L. Roth) e identificar preliminarmente
la aplicación agrícola de sus componentes bioquímicos; complementariamente se
describe la ecología y comportamiento de esta especie y se identifica la presencia
de sustancias fitoquímicas importantes en sus semillas. Este trabajo se realizó
durante los años 2008 y 2009
Materiales Y MÉtodos
etapa de campo (caracterización ecológica)
selección de las zonas de muestreo. Se seleccionaron en campo dos zonas donde
se encontrara I. purpurea establecida representativamente (poblaciones silvestres).
En sendas fincas de las veredas Bajo Tablazo y Agua Bonita (caracterizadas por
temperatura mínima de 16°C, y máxima de 27°C, humedad relativa 81%, altura
sobre el nivel del mar entre 1800 y 1900 m, precipitación anual 1860 mm anuales),
se midieron las relaciones ecológicas. Se seleccionaron tres focos naturales para
reconocer las arvenses asociadas y se instalaron tres parcelas de observación de
insectos asociados (P01: N 05o01.873’ - W 075o32.292’, 1898 m; P02: N 05o01.465’ W 075o32.353’, 1877 m; P03: N 05o00.965’ - W 075o32.672’, 1798 m). Igualmente se
sembraron plantas a 1,5 m entre surcos y 1,5 m entre plantas (20 plantas en total
por parcela), para la siembra de las tres parcelas. Se preparó un germinador de 2
m x 3 m con 300 semillas obtenidas de poblaciones silvestres de I. purpurea de la
zona cafetera de Manizales. Las plantas de cada parcela contaron con un sistema
de tutorado, como única labor agronómica realizada para guiar su crecimiento
trepador.
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flora acompañante. Se realizó un inventario de las especies vegetales acompañantes
encontradas dentro del área de influencia de 2 x 2 metros. Las plantas no reconocidas
en campo se colectaron y fueron herborizadas e identificadas posteriormente
en el herbario Facultad de Agronomía de la Universidad de Caldas (FAUC) por
comparación y con ayuda suministrada por especialistas en botánica. El inventario
de cada foco se realizó a través de tres épocas diferentes (noviembre, enero y
marzo) con el fin de registrar la variación de la diversidad vegetal durante todo el
ciclo de vida de la Ipomoea purpurea, de acuerdo con el clima, a través del tiempo.
insectos asociados. A través de las fases de crecimiento, desarrollo y establecimiento
de la I. purpurea sembrada se obtuvieron inventarios de los insectos más
representativos definiendo su papel o función ecológica (plaga, polinizador,
depredador, etc.) dentro del agroecosistema cafetero. Los muestreos se realizaron
dos veces por semana, en las horas de la mañana durante cuatro meses, para
lo cual se hizo seguimiento a varias plantas escogidas al azar dentro de cada
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
23
parcela de observación por 30 minutos en cada planta, se registraron los insectos
visitantes y los habitantes naturales. Se cuantificó la frecuencia de cada una de las
especies vistas durante el tiempo de muestreo. Se tomaron registros fotográficos
y colectas de insectos para su identificación en el Laboratorio de Entomología de
la Universidad de Caldas.
Los resultados de flora acompañante e insectos presentes en los focos naturales
y las parcelas establecidas, se presentan de forma agregada por la homogeneidad
de las distribuciones poblacionales.
recolección de semillas. Después del seguimiento y monitoreo de las plantas de
Ipomoea purpurea en cada una de las parcelas de estudio, y una vez se observó
una masiva producción de semillas al final del ciclo productivo, se procedió a su
recolección, caracterización, selección y pesado para enviar muestras al laboratorio
para efectuar las pruebas de fitoquímica.
etapa de laboratorio
análisis bromatológico. La muestra representativa de semillas (100 g) colectada
en la zona de estudio se llevó al Laboratorio de Nutrición Animal y Vegetal de la
Universidad de Caldas5 para ser sometida a un análisis bromatológico completo.
Protocolo de extracción de componentes alcaloidales. WITTERS (1975), FESTER
(1995), HOFMANN et al. (2001) y AHIMSA-MÜLLER et al. (2007), muestran estudios
relacionados con la extracción de alcaloides de semillas de batatillas. Para el
desarrollo de este trabajo se enfatizó en la búsqueda de alcaloides ergolínicos en las
semillas ya que son los componentes más importantes reportados en la literatura.
Se asumió el método práctico de extracción de alcaloides de semillas de Ipomoea
spp. propuesto por FESTER (1995), que es específico para este tipo de sustancias.
Se utilizaron 100 gramos de semillas seleccionadas y limpias de Ipomoea purpurea,
para la extracción en laboratorio, se pulverizaron mediante un licuado y se protegió
el material molido de exposición a la luz. Con este material se inició la extracción
mediante el siguiente procedimiento:
1. Desgrasado:
Se colocaron 100 gramos de polvo de semillas dentro de una bureta protegida de
la luz.
Se adicionó poco a poco el solvente (416 ml de hexano), que se encargó de eliminar
las grasas presentes en el material vegetal. Este se dejó filtrar a través del polvo de
semillas hasta que se extrajeron totalmente las grasas (hora y media).
Se evaporó el exceso de hexano de la muestra vegetal.
5
Laboratorio de Nutrición Animal y Vegetal. Instituto de Biotecnología Agropecuaria. Vicerrectoría de
Investigaciones y Postgrados. universidad de Caldas. director: Julián estrada Álvarez. Analista: Juan Manuel
salgado Vargas. octubre 14/2009.
24
Arias, López, Bernal y Castaño
2. Basificación:
Se preparó una solución basificadora con amonio (amonio fuerte 5,7 ml) como
agente basificante, cloroformo (510 ml) como solvente y metanol (51 ml) como
anti-emulsificante. Esta solución se dejó fluir lentamente a través del material
vegetal colectado en una bureta y el extracto fue recogido en un balón volumétrico
protegido de la luz.
Evaporación del exceso de solvente (se redujo el volumen del extracto en el balón
volumétrico a la quinceava parte). Esto se logró mediante la intercalación de
evaporación en estufa a menos de 40°C y una evaporación acelerada mediante un
roto-evaporador al vacío a menos de 40°C.
3. Redilución:
El volumen obtenido fue diluido en una solución de éter (113 ml), alcohol (7,6 ml) y
agua destilada (60 ml) para reemplazar el solvente anterior (cloroformo) y permitir
más eficiencia en el paso siguiente.
4. Extracción de alcaloides en ácido tartárico:
A la solución obtenida se le adicionó una solución de ácido tartárico en agua (24
ml) para favorecer la formación de sales entre los alcaloides y el ácido dejando los
componentes extraños en el éter.
El procedimiento anterior se repitió cuatro veces con volúmenes iguales (96 ml
totales), dejando reposar 5 minutos en cada extracción.
5. Basificación de la solución de ácido tartárico:
El pH de la solución debe subir hasta un rango de 8-8,5 (no por encima) y para ello
se adicionó muy lentamente amonio hasta lograr dicho valor
6. Redilución en éter:
Luego de alcanzar este valor de pH, los alcaloides fueron extraídos en dilución con
éter/agua (1:1) (repetida cuatro veces).
7. Evaporación del éter al vacío:
bol.cient.mus.hist.nat. 15 (2): 19 - 39
Finalmente para obtener los alcaloides resultantes se evaporó el solvente (éter)
bajo vacío en un roto-evaporador, produciendo el extracto que se debió proteger
de la luz y refrigerarse rápidamente.
Se hizo un inventario de los componentes fitoquímicos presentes en las semillas
de Ipomoea purpurea. Se realizaron comparaciones entre sus contenidos relativos,
seleccionándose los componentes más relevantes en esta especie para la elaboración
de formulaciones que podrían ser útiles en agricultura. Se caracterizó el extracto
obtenido en laboratorio por las propiedades observadas.
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
25
Preparación de extractos para la etapa de validación. Del proceso de extracción en
laboratorio a partir de las semillas de Ipomoea purpurea se obtuvo 2,5 ml de extracto
puro, y para realizar las pruebas del efecto del extracto diluido en agua destilada
sobre el comportamiento en picudos negros (Cosmopolites sordidus Germar), se
formularon cuatro tratamientos (bajo cuatro diluciones del extracto). Asumiendo
una concentración de 100% al producto proveniente de la extracción en laboratorio,
este volumen (2,5 ml) fue llevado a 5 ml por la adición de un volumen igual de agua
destilada, con lo que se llevó la solución a una concentración de 50% de extracto
puro. De este volumen se utilizan 2,5 ml para aplicar en cada tratamiento, y se
recuperó el volumen inicial aforando con agua destilada hasta los 5 ml. De esta
manera se prepararon diluciones a 25 y 12,5% de extracto puro.
etapa de validación (estudio preliminar)
Bioensayos. Se valoraron los efectos generales del extracto puro a concentraciones
de 50, 25 y 12,5% de acuerdo con los diferentes tratamientos sobre adultos de
Cosmopolites sordidus que se colectaron de cultivos del plátano ya establecidos
en la granja Montelindo. Con 5 individuos por caja petri se aplicaron 2,5 ml de las
concentraciones del extracto de Ipomoea purpurea y se compararon con un testigo
absoluto (2,5 ml de agua destilada), midiéndose el porcentaje de mortalidad de los
picudos a través del tiempo y haciendo observaciones de la reacción de los insectos
al contacto con estas sustancias.
tratamientos
T0:
T1:
T2:
T3:
Aplicación de 2,5 ml de agua destilada. (Testigo).
Aplicación de 2,5 ml de dilución del extracto puro a 50%.
Aplicación de 2,5 ml de dilución del extracto puro a 25%.
Aplicación de 2,5 ml de dilución del extracto puro a 12,5%.
Por cada tratamiento se realizaron 2 repeticiones. Las aplicaciones se hicieron
mediante un aspersor hasta agotar el volumen, procurando siempre impregnar
completamente los insectos.
resultados
Caracterización eco-biológica de Ipomoea purpurea l. roth en cafetales
arvenses acompañantes. El total de especies asociadas a las poblaciones de Ipomoea
purpurea en las veredas Bajo Tablazo y Aguabonita del municipio de Manizales
(Caldas) fue de 83 especies, 81% de las arvenses halladas fueron Dicotiledóneas
(Magnoliópside), 17% Monocotiledóneas (Liliópside), también se hallaron dos
Pteridofitas: un licopodio y un helecho.
Las arvenses de las familias Asteraceae (veinte especies, 24%) y Poaceae (ocho
especies, 9,7%) tuvieron la más alta contribución al total de especies asociadas,
seguidas por las familias Solanaceae (cuatro especies, 4,8%), Euphorbiaceae,
Caryophyllaceae, Malvaceae, Convolvulaceae y Polygonaceae (tres especies, 3,6%,
cada una de las familias).
26
Arias, López, Bernal y Castaño
El venadillo Erigeron bonariensis L., la guasca Galinsoga ciliata (Raf.) Blake, y el
cadillo Bidens pilosa L., fueron las especies arvenses más asociadas a la batatilla
Ipomoea purpurea, ya que fueron vistas y registradas en más del 60% del área total
estudiada. También son de destacar arvenses como clavelillo o socialista Emilia
sonchifolia (L.) D.C., coquito o cortadera Cyperus flavus (Vahl) Nees, conejas o
canutillos Commelina diffusa Burm. f. & Commelina virginica L., arracachuelo o
culantrillo Spananthe paniculata Jacq., helecho marranero Pteridium aquilinum (L.)
Kuhn., moradita o sanalotodo Cuphea sp. y yuyo quemado Siegesbeckia jorullensis
H.B.K., entre todas las arvenses asociadas a este ecotipo de batatillas en diferentes
cultivos de café en etapa de levante y de primeras cosechas.
insectos asociados. Para las condiciones agro-ecológicas del municipio de Manizales
la diversidad de insectos asociados a Ipomoea purpurea (visitantes y relacionados) es
grande. La distribución porcentual de los órdenes de insectos según su abundancia
es Hemiptera (23%), Coleoptera (23%), Thysanoptera (16%) y Orthoptera (12%), en
conjunto representan 74% de la población total de insectos asociados a la batatilla
Ipomoea purpurea. El Gráfico 1 evidencia la distribución de los órdenes y señala
las familias más representativas en cada uno de ellos.
bol.cient.mus.hist.nat. 15 (2): 19 - 39
Gráico 1.
Familias de mayor participación asociadas a Ipomoea purpurea L. Roth en
cafetales (Manizales - Caldas).
La presencia de estados inmaduros comparado con la de adultos, es un indicador
que permite diferenciar a nivel de campo si cierto grupo de insectos son visitantes
ocasionales o están directa y ecológicamente relacionados con las plantas
estudiadas. Según los datos colectados, 77% de los reportes son de insectos en
estado adulto y el porcentaje restante de insectos inmaduros (larvas o ninfas), que
indican una dinámica biológica y poblacional de las especies asociadas ligadas a
la dependencia de la fuente alimenticia para el desarrollo completo de sus ciclos
de vida (p.e., Acrididae, Noctuidae, Pentatomidae, Cicadellidae).
Teniendo en cuenta que la interacción con los insectos dentro del sistema cultivoarvense es determinante al pensar en las medidas de control dentro del sistema
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
27
productivo, es necesario conocer su composición funcional. De acuerdo con las
observaciones en campo y la población de insectos particular del área de estudio, se
determinó que la principal función de estos insectos es fitófaga (60%); interacción
que resulta perjudicial desde la pérdida del área fotosintética hasta la disminución
de la eficiencia en el uso de los recursos por parte de la planta. Considerando el
sistema cultivo-arvense como un ecosistema de múltiples relaciones, también
se identificó la participación de varios grupos de insectos en otras funciones
importantes [polinizadores (2%), depredadores (30%), parasitoides, etc.], aportando
elementos para asegurar que se produzca equilibrio entre el impacto de las plagas
y el éxito competitivo de las arvenses, consolidando de esta forma un ecosistema
dentro de un sistema agrícola con algunos ejes centrales; el Gráfico 1 muestra las
disposiciones relativas de estos hábitos dentro de la población de insectos asociados
a Ipomoea purpurea L. Roth.
Caracterización itoquímica
análisis bromatológico. Las pruebas que hacen parte del análisis bromatológico
completo al que fueron sometidas las semillas de la batatilla Ipomoea purpurea
L. Roth. arrojaron los resultados que se muestran en la Tabla 1. Se destaca la
presencia (por posible bioacumulación o traslocación hacia las semillas) de metales
pesados como Hierro (59,83 mg/kg), Cobre (15,95 mg/kg), Manganeso (17,34 mg/
kg) y Zinc (39,03 mg/kg).
tabla 1.
Análisis bromatológico de semillas de Ipomoea purpurea L. Roth.
anÁlisis
Humedad
Materia seca
Nitrógeno total
Proteína bruta
Grasa total
Fibra bruta
Cenizas totales
Fósforo
Potasio
Calcio
Magnesio
Sodio
Hierro
Cobre
Manganeso
Zinc
unidades
Muestra
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
%
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
7,53
92,47
3,33
20,81
7,03
12,08
6,47
0,20
1,33
0,16
0,22
0,02
59,83
15,95
17,34
39,03
Fuente: Laboratorio de Nutrición Animal y Vegetal, Universidad de Caldas, 2009. Métodos de análisis:
Humedad y Materia Seca (Gravimetría). Nitrógeno y Proteína (Kjeldahl). Fibra (Digestión Ácidoalcalina). Grasa (Soxlhet). Cenizas (Calcinación). Fósforo (Colorimétrico). Ca, Mg, K, Na, Fe, Mn, Zn,
Cu (Absorción atómica). Los resultados se dan en base seca.
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Arias, López, Bernal y Castaño
Extracción de componentes alcaloidales a partir de semillas de Ipomoea purpurea
mediante el protocolo adaptado de FESTER (1995). El extracto obtenido después del
proceso y luego de la evaporación de los solventes utilizados, estuvo representado
en un volumen final de 2,5 ml de una sustancia de color verde-oscuro, turbia, sin
diferenciación de fases, inodora, no grasosa y de apariencia un poco densa, a lo
que se llamará en adelante extracto puro de semillas de Ipomoea purpurea.
resultados del efecto insecticida del extracto de semillas de batatilla (ipomoea
purpurea l. roth) sobre picudo negro (cosmopolites sordidus germar)
Los datos del efecto o mortalidad a las 5 horas de aplicación de las diferentes
diluciones del extracto de semillas, se muestran en el Gráfico 2.
Cinco horas después de aplicadas las diluciones del extracto puro obtenido de
las semillas de batatilla sobre los insectos, se encontró mortalidad de 100% en
los tratamientos T1.1, T1.2, T2.1 y T3.1. En los tratamientos restantes (T2.2 y T3.2), solo
murieron 60% (3) y 50% (2) de picudos, respectivamente. La sobrevivencia de los
insectos se produjo en los tratamientos con menor porcentaje de concentración
del extracto de semillas de Ipomoea purpurea
bol.cient.mus.hist.nat. 15 (2): 19 - 39
Gráico 2.
Efecto de la aplicación del extracto de semillas de Ipomoea purpurea L. Roth. al
picudo negro Cosmopolites sordidus Germar. 5 horas después.
Observaciones hechas diez horas después de la aplicación, no mostraron cambios
significativos en el resultado anterior, solo el aumento en la mortalidad en el
tratamiento T2.2, lo que podría indicar un efecto retardado del extracto en algunos
casos. Es de anotar el comportamiento de los picudos negros luego de estar
expuestos a la acción de la dilución del extracto puro de semillas de Ipomoea
purpurea. Se observó, inmediatamente se aplicó el extracto, la repulsión de los
insectos hacia la sustancia aplicada, esto se evidencia en el movimiento del insecto
como acto reflejo por escapar del líquido que quedaba dentro de las cajas, y la
tendencia a ocupar las partes altas de las mismas y permanecer allí. La inmediata
movilidad de los insectos posterior a la aplicación va disminuyendo por minutos,
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
29
hasta el punto en que ya no se desplazan, se quedan moviendo las patas en un
mismo lugar y finalmente se quedan quietos. Para saber si estaban vivos o muertos,
se les estimuló con una aguja para inducir respuesta.
disCusiÓn
fase de CaMPo
arvenses asociadas a Ipomoea purpurea l. roth.
A nivel taxonómico hay que resaltar varios aspectos de estas plantas que suelen
obviarse en muchos trabajos agronómicos, pero que a nivel ecológico son de mucha
importancia al momento de entender su adaptación, nicho ecológico, interrelaciones
vegetales dentro de las comunidades y desempeño ambiental en los sistemas
productivos. Dentro del orden Solanales, comparte antepasados evolutivos con las
familias Solanaceae, Cuscutaceae y Polemoniaceae que usualmente tienen hojas
alternas, flores actinomorfas, pétalos unidos, cinco estambres, y un ovario súpero
que no está partido en cuatro (MOHLENBROCK, 1990), características que, además
de ser compartidas taxonómicamente, podrían sugerir afinidad en los hábitos de
arvenses agresivas comunes a varias especies de estas familias y con un reconocido
y marcado éxito en la adaptación a ambientes variados, disturbados y agrestes.
Ipomoea purpurea L. Roth en la región cafetera de Manizales, tiene como unas
de las plantas más relacionadas las especies de su mismo género, de las cuales
se identifican: Ipomoea hederifolia L., Ipomoea trifida (H.B.K.) G. Don., Ipomoea
tiliacea (Willd) Choisy como las especies más relevantes (GÓMEZ & RIVERA, 1987).
Estos vegetales comparten las características generales del género Convolvulacea
(volubles, trepadoras, flor campanulada) y al tiempo tienen características que las
diferencian tanto a nivel botánico como desde sus hábitos: la Ipomoea hederacea
posee flores rojas pequeñas, hojas sagitadas, tallos oscuros, lisos y delgados; es
la más rastrera de las especies Convolvuláceas en los cafetales y ocasionalmente
trepa a los cafetos para acceder a la luz.
Ipomoea tiliacea presenta flores muy grandes de color morado intenso generalizado
sin centros claros, hojas sagitadas grandes y alargadas, y está asociada más a los
bordes de los cultivos de café, a bordes de caminos y en especial se halla trepando
a árboles altos que conforman los sombríos de los cafetales o los árboles de los
linderos, es buena atrayente de polinizadores grandes (himenópteros).
Ipomoea trifida es la convolvulácea más abundante y limitante en los cafetales de
la zona de estudio, dispone de flores claras color crema con bordes púrpura claro,
tallos oscuros con pocos tricomas, hojas sagitadas, presencia de látex y hábito
trepador envolvente, es la batatilla más limitante en los sistemas productivos
cafeteros ya que tiende a estrangular las plantas que le sirven de apoyo, incluidas
arvenses arbustivas de porte medianamente alto, y especialmente en café se apodera
completamente de la planta rodeándola, crece rápidamente, cubre la planta con sus
tallos, hojas, inflorescencias y frutos, merma la producción y la captación de luz
del cafeto, limita la fotosíntesis, crea microclimas húmedos e impide las labores
culturales propias del cafeto desde fertilización hasta cosecha.
30
Arias, López, Bernal y Castaño
La Ipomoea purpurea L. Roth, es la más vistosa de las batatillas de los cafetales ya
que es la única especie con un marcado polimorfismo en la forma de las hojas y en
el color de la flor, mostrando individuos rosa, púrpura, azules, blancos y blancos
con flecos de colores rosas y púrpura claro; es una planta imponente en los cafetales
especialmente en la fase de levante donde la disponibilidad de luz y espacio estimula
su diseminación, utiliza los árboles como soporte y se enreda en ellos limitando su
óptimo desarrollo, pero al mismo tiempo dispara las poblaciones de insectos en los
cafetales. Tradicionalmente ha sido de difícil manejo ya que por su hábito trepador
y la gran cobertura de una sola planta hace tedioso su control manual, más aún
cuando se ha registrado poca sensibilidad a la aplicación de productos químicos
como el Glifosato (PAPA, 2005; TRUCCO, 2007). Otra característica importante es
que I. purpurea es una planta autocompatible (COBERLY & RAUSHER, 2003).
De acuerdo con los resultados de este estudio, la Ipomoea purpurea puede ser
considerada, aparte de una maleza trepadora limitante, como un eje biológico
que permite el desarrollo de una diversidad florística sin precedentes (83 especies
arvenses asociadas y más de 8 órdenes de insectos), que alberga una serie de
interacciones ecológicas de vital importancia en el desempeño equilibrado del
ecosistema cafetero. La batatilla, tan repudiada por los agricultores dentro de sus
cultivos, se torna en una arvense de relevante importancia ecológica para el correcto
desempeño de sistemas productivos en armonía con el medio ambiente gracias
a su nicho particular y las múltiples funciones de relación que ha desarrollado
con plantas vecinas y con la fauna que aprovecha sus beneficios de protección y
alimento.
bol.cient.mus.hist.nat. 15 (2): 19 - 39
Agronómicamente, se dispone de poca información acerca de los efectos de la
interferencia de las arvenses sobre otras arvenses para la determinación de umbrales
y métodos eficaces de manejo, períodos críticos de competencia y densidad de
arvenses útiles y nocivas. En la agrupación de arvenses de mayor interferencia
asociadas a Ipomoea purpurea sobresalen las familias Asteraceae (24%), Poaceae
(9,7%), Solanaceae (4,8%), Cyperaceae (3%) y Convulvulaceae (3,6%), familias que
por lo general presentan especies de porte arbustivo que sirven de soporte para
que la batatilla ejerza su hábito trepador. La diversidad florística ligada a Ipomoea
purpurea está representada por algunas especies de plantas alelopáticas como
las Cyperáceas, otras de hábito de crecimiento trepador como batatillas y otras
enredaderas, unas de estructura leñosa o semileñosa de raíz pivotante profunda
como las escobaduras y verbenas, y otras notorias por su difícil manejo como el
helecho marranero, entre muchas otras más.
Como ocurre con la Ipomoea purpurea y flora acompañante, la competencia
entre plantas, cuando existe un clima apropiado y suficiente disponibilidad de
nutrientes, agua y bióxido de carbono, se hacen determinantes en su crecimiento,
ya que tanto las plantas cultivadas como las arvenses, tienden a alcanzar en
conjunto rendimientos máximos, con desarrollo de cada una de las especies a
expensas de la otra, y llegan a formar una asociación característica entre varios
tipos de plantas (VEGA, 1976 citado por GARCÍA DE S. et al., 2000). No obstante,
cuando existen condiciones adversas, las arvenses compiten con el cultivo y con
otras arvenses acompañantes por cada uno de estos elementos, provocan efectos
negativos en el crecimiento y la producción; la mayor competencia entre arvenses
y cultivo generalmente ocurren cuando las especies que compiten son similares en
sus hábitos vegetativos, métodos de reproducción y demanda del medio ambiente
(MARZOCCA et al., 1976 y KOCH et al., 1982 citados por GARCÍA DE S. et al., 2000).
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
31
En café las especies de malezas varían de acuerdo con el sistema de cultivo utilizado.
Así, en plantaciones a plena exposición solar predominan especies gramíneas o
plantas de hojas angostas, y en cultivos bajo sombra, especies que en su mayoría
son dicotiledóneas o de hojas anchas (BELLAVITA et al., 1967 y MEJÍA, 1976 citados
por GARCÍA DE S. et al., 2000); de acuerdo con los resultados, la gran mayoría de
arvenses asociadas a Ipomoea purpurea son dicotiledóneas (81%) características
de sistemas productivos de café en pendiente y mediano sombreamiento. En
Brasil se han reportado pérdidas en rendimiento del café de 60% debido al manejo
inadecuado y desyerbas inoportunas (BLANCO et al., 1978 citados por SALAZAR
& HINCAPIÉ, 2005). Además, mantener el suelo libre de ellas además de resultar
oneroso puede ocasionar problemas de erosión considerables [RODRÍGUEZ &
MARTELL (1987), BELLAVITA et al. (1967) y KOCH et al. (1982) citados por GARCÍA
DE S. et al. (2000)].
El agrupamiento taxonómico a nivel de familia, género y especie permitió,
igualmente, categorizar la comunidad de arvenses en la zona de estudio, además,
la revisión de las características biológicas y ecológicas de las especies dominantes
aporta elementos a la explicación de su nivel poblacional (número de individuos)
en el área bajo análisis. La importancia del conocimiento de la estructura de las
comunidades es distinguir cómo los miembros de la comunidad se relacionan o
interactúan, evaluando mediante el número de especies (riqueza) la dominancia
y diversidad ecológica. Algunos factores que inciden en las bajas frecuencias de
algunas especies son sus propias características como el hábito de crecimiento,
altura de planta, arquitectura y desarrollo foliar y la distribución poco homogénea
dentro del sistema, logrando ubicarse solo en sitios particulares de las áreas en
producción (distribución en parches), permitiendo el predominio de algunas
especies (dominantes) en detrimento de otras.
La presencia intermedia de arvenses de porte alto (cadillo, venadillo, batatilla,
amaranto, etc.), impiden la captación de luz a las plantas del estrato inferior, en
general esta población es fácilmente controlada con herbicidas, lo que facilita a
su vez el control de áfidos, nematodos o virus, que utilizan estas plantas como
hospedero alterno y que son reportados como plagas en los cultivos. Las prácticas
propias del manejo del sistema productivo como fertilización, control de arvenses,
insectos plaga, enfermedades, y la preparación del suelo, suponen cambios en el
hábitat en el que se desarrollan las especies, promoviendo o inhibiendo cambios en
la cantidad de individuos de una población de la flora acompañante al diseminar de
forma continua las semillas por las áreas cultivadas y remover constantemente el
banco de semillas; esto favorece la germinación de semillas en estado de latencia al
encontrar condiciones aptas para surgir y desarrollarse. Se ha comentado la relación
entre el aumento de la germinación de semillas y el disturbio de los hábitats. Estos
factores unidos a las condiciones de clima favorables que se presentan en la zona
del Bajo Tablazo y Agua Bonita, representativas de la zona cafetera de Manizales,
explican las frecuencias de las especies encontradas en este trabajo.
Las especies de arvenses más relacionadas con la batatilla (venadillo, Erigeron
bonariensis L.; guasca, Galinsoga ciliata (Raf.) Blake; y cadillo Bidens pilosa L.) son
plantas de la familia Asteraceae, abundantes arvenses dicotiledóneas que alcanzan
un porte semiarbustivo por encima de las cuales la batatilla se abre camino para
trepar y alcanzar mayor disponibilidad de luz. Las observaciones hechas en campo
del porte de estas plantas acompañantes podría sugerir un efecto estimulante de
la presencia de batatilla sobre el porte y altura que pueden alcanzar, observación
32
Arias, López, Bernal y Castaño
que necesitaría confirmación, pero que como característica general permite valorar
el papel eco-biológico de la Ipomoea purpurea sobre su entorno. También son de
destacar especies como el clavelillo o socialista, Emilia sonchifolia (L.) D.C., coquito o
cortadera, Cyperus flavus (Vahl) Nees, siemprevivas o canutillos Commelina diffusa
Burm. f. & Commelina virginica L., moradita Spananthe paniculata Jacq., y helecho
marranero Pteridium aquilinum (L.) Kuhn., entre todas las arvenses asociadas a
este ecotipo de batatillas, ya que son arvenses hospederas de plagas, nematodos y
enfermedades, aparte de ser arvenses de difícil manejo al presentar fenómenos de
resistencia o tolerancia a herbicidas; sin embargo, son plantas que han encontrado la
forma de convivir con las batatillas en un equilibrio natural aunque no agronómico.
Así por ejemplo, las commelinas y el helecho marranero aprovechan el estrato
bajo y sombrío que proporcionan las batatillas para desarrollarse aprovechando la
reserva de humedad de estos microclimas, mientras que el coquito y la socialista
no entran a competir en espacios ocupados por batatillas, sino que van ocupando
su espacio a cierta distancia de estas. Aunque todas son consideradas malezas
limitantes, a nivel ecológico son el hábitat y el alimento de grandes poblaciones de
insectos plaga y controladores biológicos, que dependen de la diversidad florística
y no de sistemas productivos en monocultivo
insectos asociados a Ipomoea purpurea l. roth. La diversidad de insectos
bol.cient.mus.hist.nat. 15 (2): 19 - 39
asociados y visitantes de las batatillas es grande y de vital importancia ecológica
para los ecosistemas agrícolas cafeteros. Esta diversidad representada en valores
superiores de ocho órdenes, 40 familias y 60 especies, al igual que diversos nichos
ecológicos, convierten a la Ipomoea purpurea en un reservorio de insectos útiles
así como nocivos, de acuerdo con el criterio de quienes valoren su desempeño
dentro del ecosistema. De la gran cantidad de insectos es importante destacar
algunas observaciones generales y particulares que enfatizan el papel de la ipomoea
purpurea como eje integrador del ecosistema cafetero.
De acuerdo con los resultados y observaciones de este estudio, los hemípteros
asociados a las batatillas (23%), son insectos chupadores que dejan una mancha
blanca característica en las hojas, son el grupo más diverso asociado a plantas de
Ipomoea purpurea con diez familias, cada una en un nicho particular en relación
con esta fuente alimenticia destacándose los predadores y los transmisores de
enfermedades. Es de subrayar la abundancia de los trips asociados a una familia
(Thripidae, 15%), que se han especializado en flores marchitas y cápsulas secas,
por lo cual son considerados los insectos más relacionados directamente con las
semillas de Ipomoea purpurea de todos los que se haya podido encontrar en este
estudio. Los coleópteros por su parte (23%), con cuatro familias, están vinculados
con daños en el follaje propios de varios géneros de crisomélidos (8%) (Cerotoma
sp., Diabrotica sp., Systena sp. y Epitrix sp.); a una acción depredadora y de control
biológico por parte de Cycloneda sanguinea, único coccinélido (1,6%) que se
encontró asociado a las poblaciones de Ipomoea purpurea en la zona, e igualmente
cabe destacar el nicho ecológico de los estafilínidos (15%) encontrados casi siempre
en las flores de la batatilla, donde causan raspado en la corola y poseen una alta
afinidad con el polen sugiriendo un rol polinizador, al tiempo que son considerados
depredadores (de escolítidos, larvas de dípteros, etc.) útiles para el control biológico
dentro de los sistemas agrícolas.
El grupo de los ortópteros (12%) mostró gran afinidad hacia la batatilla, registrándose
cuatro familias representativas: Acrididae (9,57%), Tettigonidae (3,2%), Eumastacidae
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
33
(1,1%) y Gryllidae (0,53%) de los cuales los pequeños fueron los más abundantes al
alimentarse frecuentemente de las hojas de I. purpurea; mientras los tetigónidos
por su parte enseñaron afinidad estrecha con la planta, expuesta por la presencia
de diferentes estados de desarrollo que se encontraron posándose y alimentándose
sobre las hojas. Aparte de los insectos arriba referidos, vale la pena destacar los
áfidos (2,13%) como un grupo de importancia agronómica por la incidencia de sus
daños (insecto chupador y portador de virus) y por la gran facilidad de diseminación
gracias a los individuos alados que fueron los que más se notaron alimentándose
de los tejidos de Ipomoea purpurea y de varios hospedantes alternos registrados
como flora asociada a la batatilla.
Sin embargo, los órdenes con menor representación [Díptera (9%), Lepidóptera (9%),
Hymenóptera (7%) y Psocóptera (1%)] de acuerdo con la abundancia de especies, no
se pueden desechar ecológicamente en este estudio ya que, con las observaciones
de campo, insectos de estos órdenes tienen un papel importante en los ecosistemas
cafeteros donde se desarrolla Ipomoea purpurea. Ejemplo de ello son las mariposas
asociadas (Geometridae, Noctuidae, Nymphalidae, Ctenuchidae, Brassolidae,
Sphingidae y Pterophoridae) las que, como criterio general, se caracterizan por
presentarse en estados inmaduros como larvas fitófagas agresivas asociadas
directamente al fuerte daño por herbivorismo ejercido sobre las plantas y una
marcada atracción de los adultos hacia las flores de Ipomoea purpurea. Se hallaron
larvas alimentándose tanto de hojas como de flores,
Por su parte, dentro del orden Díptera se identificaron moscas de la familia
Lonchaeidae (4%) estrechamente asociadas a las flores ya sea como medio de
protección, sitio para deposición de huevos o como fuente de azúcares para su
alimentación. Igualmente se han observado larvas minadoras asociadas a las hojas
de Ipomoea purpurea formando galerías características. Otro de los órdenes que
registró poca abundancia pero gran importancia ecológica fueron los himenópteros,
entre los cuales se destacan los de la familia Ichneumonidae (4,78%), Braconidae
(1,06%), Apidae (1,06%), Formicidae (1,06%) y Vespidae (0,53%), insectos con
múltiples funciones: las hormigas son fitófagas y visitantes de los nectarios, los
ichneumónidos y los bracónidos son reconocidos parasitoides asociados a cultivos
de café, que durante el ejercicio de su control biológico, utilizan las hojas de las
batatillas como superficies de aterrizaje y de búsqueda de azúcares; las abejas son
polinizadores por excelencia de múltiples componentes de los ecosistemas, para
el caso de Manizales se encontró que no son grandes factores de diseminación de
las batatillas ya que sus poblaciones no son elevadas y este nicho es ocupado por
mariposas con largas espiritrompas para acceder al polen de las anteras ocultas
dentro de sus flores tubulares.
La presencia y supervivencia de estados inmaduros (23%) en las batatillas
Ipomoea purpurea sugiere un factor de protección suministrado por la planta. En
grupos específicos como Lepidoptera y ciertas especies de Diptera, los estados
inmaduros pueden ser mucho más agresivos y causan daño más grave que ciertos
adultos especialmente en las hojas. Entre los insectos en estado adulto (77%)
que producen impacto directo sobre la planta están ortópteros, hemípteros,
coleópteros, tisanópteros e igualmente lepidópteros e himenópteros que sirven
como polinizadores y en algunos casos, los dos estados, inmaduro y adulto afectan
indistintamente el desarrollo de la planta como es el caso de los ortópteros y
cicadélidos.
34
Arias, López, Bernal y Castaño
De acuerdo con la literatura y las observaciones de campo, en especies como
Ipomoea purpurea el herbivorismo es ubicuo y ha sido una de las principales fuerzas
selectivas en la evolución de las plantas. La herbivoría experimentada por este tipo
de organismos es detrimental para la calidad de la planta con pocas excepciones.
Sin embargo, la resistencia es solo una de dos estrategias que las plantas pueden
emplear para reducir el impacto potencial del herbivorismo, la segunda, es la
evolución hacia la tolerancia al herbivorismo (TIFFIN & RAUSHER, 1999).
En un estudio reciente sobre I. purpurea, donde se consideró el éxito reproductivo
para los componentes femenino y masculino de la flor, se encontró que la depresión
por endogamia no es el mecanismo principal que contribuye a contra-balancear la
transmisión ventajosa de la autopolinización (CHANG & RAUSHER, 1998). Es decir,
I. purpurea tiene la capacidad de reproducirse por autogamia, pero aún no están
claros los mecanismos que impiden que este sea su único modo de reproducción
(GALETTO et al., 2002).
Entre las distintas especies del género Ipomoea existen diferencias entre los
polinizadores asociados, colores florales y sistemas de fecundación. Las flores de
estas plantas son visitadas por un diverso arreglo de animales, incluyendo abejas,
polillas, escarabajos, mariposas, moscas de lengua larga, colibríes y murciélagos
[p.e. VAN DER PIJL (1954), VOGEL (1954), SCHLISING (1970), SOBREIRA-MACHADO &
SAZIMA (1987) y MCDONALD (1991) citados por GALETTO y BERNARDELLO (2004)].
Estos visitantes buscan el néctar floral secretado por un nectario discoidal que
circunda la base del ovario (FAHN, 1979 y CRONQUIST, 1981 citados por GALETTO
& BERNARDELLO, 2004). Adicionalmente, el néctar extrafloral y los nectarios están
ampliamente extendidos en Ipomoea en pecíolos y sépalos que son principalmente
visitados por hormigas y sirven como un mecanismo de defensa a herbívoros (ELIAS,
1983 y KEELER & KAUL, 1984 citados por GALETTO & BERNARDELLO, 2004).
bol.cient.mus.hist.nat. 15 (2): 19 - 39
Sin hacer caso del polinizador, las especies de Ipomoea presentes en Suramérica
tienen el néctar predominante en azúcares tipo sucrosa. Este es un resultado inusual
para las especies polinizadas por abejas, las cuales comúnmente poseen néctar
predominante en azúcares tipo hexosa (GALETTO & BERNARDELLO, 2004), de este
modo, no puede mostrarse generalización alguna con respecto a la composición de
azúcares y la preferencia de los polinizadores. Para el caso de Ipomoea purpurea e
Ipomoea rubriflora (especies que tienen una cantidad más pequeña de néctar por
flor) secretan la mayoría del néctar durante la primera hora del tiempo de vida
de la flor (GALETTO & BERNARDELLO, 2004). Algunas evidencias indican que la
preferencia de solo unos pocos minutos por parte de las abejas en la deposición de
polen, da a éste una fuerte ventaja competitiva en plantas de Ipomoea purpurea.
Después de toda la interacción insecto-planta arriba descrita, el éxito adaptativo
de la Ipomoea purpurea le ha permitido convivir con sus enemigos naturales,
en un grado tal, que su desarrollo no es afectado drásticamente y logra cumplir
con su papel como arvense trepadora agresiva no solo en cafetales sino también
en otras zonas de explotación agrícola. Más importante aún, es su función como
reservorio de especies polinizadoras y controladores biológicos. Todo lo anterior
indica la importancia ecológica de una planta que para muchos es vista como de
alta interferencia productiva y que alcanza a disminuir los rendimientos de muchos
de los cultivos agrícolas tradicionales.
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
35
fase de laBoratorio
análisis bromatológico
Los resultados del análisis bromatológico, aunque hacen énfasis en las propiedades
digeribles o relacionadas a la alimentación animal, arrojan cifras acerca de la
composición fitoquímica de tejidos que caracterizan a la especie Ipomoea purpurea.
Vale la pena destacar los contenidos de varias formas de compuestos nitrogenados
[proteína bruta (20,81%), nitrógeno total (3,33%) y fibra bruta (12,08%)] que definen
las propiedades orgánicas de estos tejidos al tiempo que son moléculas de vital
importancia para la conformación de alcaloides. En especies del género Ipomoea se
han reportado contenidos de látex (BHATTACHARYYA & MIDYA, 1979 citados por
SHALTOUT et al., 2006) relacionado estrechamente con contenidos alcaloidales y de
otros metabolitos secundarios, y que se encuentra presente en varias batatillas de
la zona cafetera. Ipomoea trifida, posee una mayor cantidad de látex que Ipomoea
purpurea, el cual se halla en hojas y tallos en proporciones relativamente escasas
de acuerdo con las condiciones de humedad del suelo y el genotipo (para flor
rosada es más evidente que para flor morada o fucsia, etc.).
Algunos estudios adicionales reportados en la literatura, han mostrado que las hojas
secas de varias Ipomoeas contienen alcaloides, azúcares reductores, glucósidos y
taninos (TIRKEY et al., 1988 citados por SHALTOUT et al., 2006). Dentro de los
compuestos hallados en el látex hay insecticidas no identificados, sustancias como
el acacetin-7-galactósido, glucósidos de flavona, y saponinas de estructura química
desconocida llamadas ipomotoxinas, azúcares tipo galactosa a 1-2% (LEGLER, 1965
citado por SHALTOUT et al., 2006). Análisis de la composición química del néctar
han exhibido aminoácidos (alanina, arginina, asparagina, ácido glutámico, glicina,
isoleucina y serina) y azúcares (sucrosa, glucosa, fructosa, melibioasa y rafinosa),
en néctares peciolares, pediculares y florales (KEELER, 1977 citado por SHALTOUT
et al., 2006).
Los resultados más notorios del análisis bromatológico se relacionaron con los
contenidos de metales considerados pesados (Hierro 59,83 mg/kg, Cobre 15,95
mg/kg, Manganeso 17,34 mg/kg y Zinc 39,03 mg/kg), ya que estos contenidos
reflejarían la sensibilidad (o el papel como bio-indicador) de las plantas de batatilla
Ipomoea purpurea para las condiciones especiales de los suelos y los ambientes
disturbados donde se desarrolla, ya que estas plantas tendrían la cualidad de
acumular y movilizar estos elementos químicos desde el suelo hasta las semillas,
contribuyendo a la descontaminación de suelos agrícolas. Plantas acuáticas y
terrestres son conocidas por bioacumular metales pesados en sus tejidos, y
aunque representan una fuente potencial de estos químicos contaminantes dentro
de la cadena alimenticia humana, estas plantas podrían ser empleadas para la
restauración de sitios contaminados (MASSOL-DEYÁ et al., 2005). El fuego, la
descomposición de tejidos vegetales muertos, la dispersión aérea y el consumo
por parte de aves y herbívoros de frutos, hojas y semillas de este tipo de plantas
bioacumuladoras de metales pesados, podrían ser todas unas rutas históricas de la
movilización de estos elementos dentro de los ecosistemas naturales y perturbados
(MASSOL-DEYÁ et al., 2005).
El conocimiento de las dinámicas de bio-acumulación de elementos traza, metales
pesados y otros contaminantes de los ecosistemas en lugares determinados, podría
36
Arias, López, Bernal y Castaño
ayudar a establecer prácticas de manejo tendientes a prevenir futuras exposiciones
de los seres humanos y animales a estos elementos dentro de sus cadenas
alimenticias. A su vez, mecanismos de mitigación y de una mejor restauración del
medio ambiente también pueden ser desarrollados gracias a estos conocimientos.
Considerar a la batatilla Ipomoea purpurea como una planta bio-indicadora de
la calidad del suelo y bio-acumuladora de contaminantes, le asigna a este tipo
de especies unas funciones ecológicas y ambientales que muy pocas veces son
reconocidas a arvenses agresivas como estas.
extracción de componentes alcaloidales de semillas de Ipomoea purpurea
mediante el protocolo adaptado de fester (1995). En términos generales,
la cuantificación de alcaloides presentes en semillas de distintas especies de
Convolvuláceas muestra valores bajos. Se han comunicado determinaciones no solo
en las especies, sino también en variedades de cultivo, en diversas regiones y bajo
diferentes condiciones climáticas y culturales, con variaciones no muy notorias en
las concentraciones de este tipo de sustancias (MANDRILE & BONGIORNO DE P.,
1990). Según GARCÍA & GUTIÉRREZ (2006), la presencia de alcaloides es bastante
dudosa en varias especies Convolvuláceas, además de que hay escasas referencias de
estudios que confirmen la presencia de alcaloides en algunas de estas plantas; para
el caso de Ipomea purpurea, sin embargo, los resultados no son lo suficientemente
claros como para corroborarlo.
bol.cient.mus.hist.nat. 15 (2): 19 - 39
La ocurrencia única de alcaloides tipo ergolina en las Convolvuláceas representa un
interesante problema quimio-taxonómico. Hasta la fecha, los alcaloides ergolínicos
han sido reportados en 28 especies Convolvuláceas representando seis diferentes
géneros de la familia de las batatillas, para el género Ipomoea 11 especies han
sido positivas para alcaloides ergolínicos (CHAO & DERMARDEROSIAN, 1973). A la
fecha, 22 alcaloides ergolínicos han sido descritos dentro de las Convolvuláceas.
Estos alcaloides incluyen: ergina, isoergina, chanoclavina-I, elimoclavina,
lisergol, agroclavina, festuclavina, penniclavina, cicloclavina, ergometrina
(ergonovina), ergometrinina, ácido lisérgico α-hidroxietilamida (ácido lisérgico
metilcarbinolamida), ácido isolisérgico α-hidroxietilamida (ácido isolisérgico
metilcarbinolamida), ergosina, y ergosinina (CHAO & DERMARDEROSIAN, 1973). La
chanoclavina-I, alcaloide indólico tricíclico, es uno de los principales compuestos
presentes en las semillas y está ampliamente distribuido a través de la familia
Convolvulaceae. La ergina y la isoergina constituyen un par isomérico y son los dos
principales compuestos de la mayoría de las especies de la familia Convolvulaceae.
No hay dos especies que posean exactamente los mismos patrones de alcaloides;
por lo tanto, los alcaloides tipo ergolina pueden ser útiles en estudios quimiotaxonómicos de las Convolvuláceas, particularmente para la distinción entre
especies (CHAO & DERMARDEROSIAN, 1973).
Muchos estudios han sido indicados en la quimio-taxonomía de las Convolvuláceas,
por ejemplo: distribución de alcaloides ergolínicos, constituyentes alcaloides no
ergolínicos, resinas, esteroles, pigmentos de la cubierta de las semillas, principios
volátiles, patrones de ácidos grasos en los lípidos, glicósidos, y otros tantos (CHAO
& DERMARDEROSIAN, 1973); sin embargo, aún son necesarias investigaciones
farmacológicas sobre las resinas purgativas, las sustancias psico-tomiméticas y
sedativas, las ergolinas uterotónicas, los principios antihistamínicos y las sustancias
hipotensivas, etc. (CHAO & DERMARDEROSIAN, 1973).
Caracterización ecológica y itoquímica de la batatilla Ipomoea purpurea L. roth
37
La ausencia de reportes sobre la ocurrencia de los otros alcaloides ergolínicos
comúnmente encontrados en la naturaleza, puede ser atribuida al hecho de que en
muchas instancias, los estudios fueron realizados sobre muy pequeñas cantidades
de semilla obtenida de especímenes de herbario. Razonablemente puede esperarse
que más alcaloides tipo ergolina, incluyendo nuevos alcaloides indólicos, puedan
ser encontrados en cuanto más especies y cantidades más grandes de materiales
convolvuláceos vayan siendo estudiados y vayan estando disponibles para la ciencia
(CHAO & DERMARDEROSIAN, 1973). El procedimiento seguido en esta investigación
para extracción de alcaloides garantiza la presencia de alcaloides ergolínicos en el
extracto, pero se hace menester definir la especie química detectada
Aplicación del extracto de semillas de batatilla (Ipomoea purpurea L. Roth) sobre
el picudo negro (Cosmopolites sordidus Germar) plaga importante en cultivos de
plátano y banano
Teniendo en cuenta que las plantas sintetizan metabolitos para defenderse del
ataque de herbívoros (HARBONE, 1997 citado por LIZARAZO et al., 2008), se ha
demostrado que la aplicación de extractos obtenidos a partir de ellas tiene la
capacidad de ocasionar algún efecto inhibitorio sobre una gran variedad de insectos
plaga (GRAINGE & AHMEDS, 1988 y PHILOGENE et al., 2004 citados por LIZARAZO
et al., 2008). Sin embargo, el uso de metabolitos secundarios ha ido más allá, ya
que algunos extractos vegetales pueden inhibir el desarrollo de otros organismos
vegetales, destacándose en este sentido las arvenses o malezas (ZÁRATEHERNÁNDEZ et al., 2006). Estos extractos se pueden obtener utilizando solventes
orgánicos de diferente polaridad, con el objeto de extraer una mayor cantidad
de metabolitos de las plantas y de esta manera potenciar los efectos repelente,
antialimentario, ovicida o insecticida de los extractos sobre las plagas a controlar
[MEJÍA (1995), AUGER & THIBOUT (2004) y DUCROT (2004) citados por LIZARAZO
et al. (2008)]. Los beneficios ecológicos del uso de compuestos orgánicos naturales,
mejor conocidos como aleloquímicos, para el combate de plagas en el procesos
de producción agrícola son muchos, ya que son biodegradables, persistentes en el
suelo, no causan daños en los mantos acuíferos y, sobre todo, no son perjudiciales
al ser humano (ZÁRATE et al., 2006).
El picudo negro, Cosmopolites sordidus, es una de las plagas más importantes a
nivel mundial por los graves impactos económicos ocasionados no solo al cultivo
del plátano sino también al de banano, ya que las galerías que forman las larvas en
la base del pseudotallo debilitan la planta, provocando su posterior volcamiento
con la ayuda del viento. Acorde con la literatura, según GARCÍA & GUTIÉRREZ
(2006), a los herbívoros los alcaloides les resultan desagradables por su sabor
amargo. Los efectos metabólicos del alcaloide son primariamente la inhibición
neuronal, produciendo agudos signos de toxicidad como convulsiones y parálisis
respiratoria (CHEEKE & KELLY, 1989 citados por GARCÍA & GUTIÉRREZ, 2006),
efectos que pueden explicar la mortalidad de C. sordidus con los tratamientos de
mayores concentraciones del extracto.
En la presente investigación, sería necesario identificar y aislar por diversos métodos
analíticos las moléculas que componen este tipo de extractos para determinar
cuál o cuáles son los que generan los efectos insecticida y si la acción se debe a
un efecto sinérgico entre los metabolitos presentes en el extracto (DUCROT, 2004
citado por LIZARAZO et al., 2008).
38
Arias, López, Bernal y Castaño
Alcaloides como las saponinas (encontrados en Ipomoea purpurea, según la
caracterización fitoquímica), solaninas, solanigrina, tienen un mayor efecto como
repelente que como insecticida o antialimentario; además, estos componentes
pueden presentar especificidad por algunos insectos como los dípteros y las
hormigas (GRAINGE & AHMEDS, 1988 citados por LIZARAZO et al., 2008). Calia
secundiflora, así como varias especies de Convolvuláceas, han sido consideradas
especies tóxicas por el alto contenido de alcaloides quinolizidínicos, principalmente
en las semillas y las hojas, al crecer en zonas perturbadas, en suelos con bajo
contenido de materia orgánica, nitrógeno y fósforo, y en grandes espacios sin
vegetación, lo cual se asocia al papel ecológico de los alcaloides que contienen
(ZAVALA-CHÁVEZ et al., 2006 citados por ZÁRATE et al., 2006). Sin embargo, el
efecto de los insecticidas vegetales es dependiente de algunos factores extrínsecos,
tales como la especie y variedad de la planta, época de recolección, parte cosechada
y forma de preparación, extracción y aplicación (RODRÍGUEZ, 1996 citado por
BOBADILLA et al., 2002).
Hasta la fecha se han llevado a cabo experimentos exitosos con extractos de plantas
Convolvuláceas para el control de hongos fitopatógenos [p.e., con Ipomoea carnea
Jacq., sobre Botrytis fabae (MAHMOUD et al., 2004)], extractos de hojas de Ipomoea
carnea-fistulosa con actividad intoxicante e inhibitoria del crecimiento de larvas de
dípteros para el control de larvas y pupas de Anopheles gambiae (OPS, 1999 citado
por BOBADILLA et al., 2002) y otros tantos ensayos con agentes fitosanitarios y
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