Selección y mejora de ecotipos de pimiento (Capsicum sp.) para agricultura sostenible y calidad nutricional y organoléptica

Abstract

[ES] La actual problemática medioambiental está demandando sistemas de producción más sostenibles, como los de la agricultura ecológica. Una buena alternativa para estos sistemas son las variedades tradicionales de pimiento, con rasgos de calidad característicos y de amplia variabilidad genética, fundamental en los programas de mejora, concretamente para la adaptación a la producción ecológica.

En la presente tesis se ha estudiado la calidad nutricional y organoléptica del cultivo del pimiento (Capsicum sp.) en los dos estados de madurez comercial y bajo diferentes prácticas culturales (sistemas ecológico y convencional). Se han analizado los principales compuestos nutricionales de los frutos de pimiento: el ácido ascórbico, los compuestos fenólicos y los carotenoides; así como la fracción volátil, y se ha estudiado su variación en una amplia colección varietal. Adicionalmente, se ha estudiado la fertilidad biológica del suelo a través de las actividades enzimáticas de la fosfatasa alcalina y la catalasa en interacción con el cultivo del pimiento bajo los sistemas de cultivo convencional y ecológico.

El estudio de la calidad nutricional mostró amplios rangos de variación según el factor genotipo, aunque el estado de maduración y el sistema de cultivo también contribuyeron a las diferencias observadas. En general, los frutos maduros presentaron niveles superiores de compuestos bioactivos, especialmente para el ácido ascórbico. Asimismo, el cultivo ecológico proporcionó, en general, niveles más altos de ácido ascórbico y compuestos fenólicos en estado maduro. La notable interacción genotipo × sistema de cultivo para el contenido en ácido ascórbico y fenoles totales, y en menor intensidad para el contenido en flavonoides individuales, permitió la selección de varias accesiones con alto rendimiento en estos compuestos, bajo condiciones de cultivo ecológico en ambos estados de maduración. Por el contrario, los efectos del sistema de cultivo y la interacción genotipo × sistema de cultivo no resultaron significativos en los niveles de carotenoides, cuya variación se debió principalmente al factor genotipo.

El estudio de la composición volátil permitió encontrar amplias diferencias cuantitativas y cualitativas para este factor de calidad organoléptica en los frutos de pimiento, dependiendo principalmente del factor genético y del estado de maduración, mientras que el sistema de cultivo afectó en menor medida y significativamente a algunos compuestos volátiles individuales. Se encontraron un total de 124 y 122 volátiles en estado inmaduro y maduro, respectivamente. Los cambios en el perfil volátil con la maduración fueron evidentes y muy diversos según el genotipo. En general, el sistema de cultivo ecológico favoreció la acumulación de compuestos volátiles en ambos estados de maduración y durante el proceso de maduración.

Las actividades enzimáticas fosfatasa alcalina y catalasa aumentaron durante la fase de cultivo, con actividades máximas generales en la fase intermedia, especialmente para la fosfatasa alcalina. El sistema de cultivo tuvo una mayor contribución a la variación, resultado significativo y superior para el sistema convencional en fase intermedia para ambas actividades y estando generalmente seguido del factor genotipo, significativo para la fosfatasa alcalina en fase intermedia. La interacción genotipo × sistema de cultivo permitiría seleccionar variedades, con capacidad para que los suelos acumularan mayores valores de las actividades enzimáticas fosfatasa alcalina y catalasa, en el sistema de cultivo ecológico.

En definitiva, los resultados de este trabajo proporcionarán información de especial utilidad para programas de investigación en hortalizas de alto valor añadido y programas de mejora de la calidad en agricultura ecológica, así como para el control de autenticidad de variedades tradicionales.

[CA] L'actual problemàtica mediambiental està demandant sistemes de producció més sostenibles, com els de l'agricultura ecològica. Una bona alternativa per a aquests sistemes són les varietats tradicionals de pebrot, amb trets de qualitat característics i d'àmplia variabilitat genètica, fonamental en els programes de millora, concretament per a l'adaptació a la producció ecològica.

En la present tesi s'ha estudiat la qualitat nutricional i organolèptica del cultiu del pebrot (Capsicum sp.) en els dos estats de maduresa comercial i sota diferents pràctiques culturals (sistemes ecològic i convencional). S'han analitzat els principals compostos nutricionals dels fruits de pebrot: l'àcid ascòrbic, els compostos fenòlics i els carotenoides; així com la fracció volàtil, i s'ha estudiat la seva variació en una àmplia col·lecció varietal. Addicionalment, s'ha estudiat la fertilitat biològica de terra a través de les activitats enzimàtiques de la fosfatasa alcalina i la catalasa en interacció amb el cultiu del pebrot sota els sistemes de cultiu convencional i ecològic.

L'estudi de la qualitat nutricional mostrar amplis rangs de variació segons el factor genotip, encara que l'estat de maduració i el sistema de cultiu també van contribuir a les diferències observades. En general, els fruits madurs van presentar nivells superiors de compostos bioactius, especialment per a l'àcid ascòrbic. Així mateix, el cultiu ecològic va proporcionar, en general, nivells més alts d'àcid ascòrbic i compostos fenòlics en estat madur. La notable interacció genotip × sistema de cultiu per al contingut en àcid ascòrbic i fenols totals, i en menor intensitat per al contingut en flavonoides individuals, va permetre la selecció de diverses accessions amb alt rendiment en aquests compostos, sota condicions de cultiu ecològic en els dos estats de maduració. Per contra, els efectes de el sistema de cultiu i la interacció genotip × sistema de cultiu no van resultar significatius en els nivells de carotenoides, la variació es va deure principalment al factor genotip.

L'estudi de la composició volàtil va permetre trobar àmplies diferències quantitatives i qualitatives per aquest factor de qualitat organolèptica en els fruits de pebrot, depenent principalment del factor genètic i de l'estat de maduració, mentre que el sistema de cultiu va afectar en menor mesura i significativament a alguns compostos volàtils individuals. Es van trobar un total de 124 i 122 volàtils en estat immadur i madur, respectivament. Els canvis en el perfil volàtil amb la maduració van ser evidents i molt diversos segons el genotip. En general, el sistema de cultiu ecològic va afavorir l'acumulació de compostos volàtils en els dos estats de maduració i durant el procés de maduració.

Les activitats enzimàtiques fosfatasa alcalina i catalasa van augmentar durant la fase de cultiu, amb activitats màximes generals en la fase intermèdia, especialment per a la fosfatasa alcalina. El sistema de cultiu va tenir una major contribució a la variació, resultat significatiu i superior per al sistema convencional en fase intermèdia per a ambdues activitats i estant generalment seguit del factor genotip, significatiu per a la fosfatasa alcalina en fase intermèdia. La interacció genotip × sistema de cultiu permetria seleccionar varietats, amb capacitat perquè els sòls acumulessin grans valors de les activitats enzimàtiques fosfatasa alcalina i catalasa, en el sistema de cultiu ecològic.

En definitiva, els resultats d'aquest treball proporcionaran informació d'especial utilitat per a programes d'investigació en hortalisses d'alt valor afegit i programes de millora de la qualitat en agricultura ecològica, així com per al control d'autenticitat de varietats tradicionals.

[EN] The current environmental problem is demanding more sustainable production systems, such as organic farming. A good alternative for these systems are the traditional varieties of pepper, with characteristic quality traits and wide genetic variability, essential in breeding programs, specifically for adaptation to organic production.

In this thesis, the nutritional and organoleptic quality of the pepper crop (Capsicum sp.) at the two ripening stages and under different cultural practices (ecological and conventional systems) has been studied. The main nutritional compounds of pepper fruits have been analysed: ascorbic acid, phenolic compounds and carotenoids; as well as the volatile fraction, and its variation has been studied in a wide varietal collection. Additionally, the biological fertility of the soil has been studied through the enzymatic activities of alkaline phosphatase and catalase in interaction with pepper cultivation under conventional and ecological growing systems.

The study of nutritional quality showed wide ranges of variation according to the genotype factor, although the ripening stage and the growing system also contributed to the differences observed. In general, fully ripe fruits presented higher levels of bioactive compounds, especially for ascorbic acid. Also, organic farming provided, in general, higher levels of ascorbic acid and phenolic compounds at the fully ripe stage. The remarkable genotype × growing system interaction for the content of ascorbic acid and total phenolics, and to a lesser extent for the content of individual flavonoids, allowed the selection of several accessions with high yield in these compounds, under organic farming conditions at both ripening stages. On the contrary, the effects of the growing system and the genotype × growing system interaction were not significant in carotenoid levels, whose variation was mainly due to the genotype factor.

The study of the volatile composition allowed to find wide quantitative and qualitative differences for this organoleptic quality factor in pepper fruits, depending mainly on the genetic factor and the ripening stage, while the growing system affected to a lesser extent and significantly some individual volatile compounds. A total of 124 and 122 volatiles were found at unripe and fully ripe stages, respectively. The changes in the volatile profile with ripening were evident and very diverse depending on the genotype. In general, the organic growing system favoured the accumulation of volatile compounds at both ripening stages and during the ripening process.

Alkaline phosphatase and catalase enzymatic activities increased during the growing phase, with overall peak activities in the intermediate phase, especially for alkaline phosphatase. The growing system had a greater contribution to variation, a significant and superior result for the conventional system in the intermediate phase for both activities and being generally followed by the genotype factor, significant for alkaline phosphatase in the intermediate phase. The genotype × growing system interaction would allow the selection of varieties, with the capacity for soils to accumulate higher values of the enzymatic activities alkaline phosphatase and catalase, in the organic growing system.

In conclusion, the results of this work will provide information of special use for research programs in vegetables with high added value and quality breeding programs in organic farming, as well as for the authenticity control of traditional varieties.