Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del ipn, Unidad Irapuato
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| IDENTIFICACIÒN DE MATERIALES CON MEJORES CARACTERÌSTICAS NUTRIMENTALES EN FRIJOL (11-2005-3356) Fundación Guanajuato Produce A.C. Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, Unidad Irapuato Responsable: Dr. Andrés Cruz Hernández Participantes Dr. Octavio Paredes López MC. Maribel Valdez Morales Dra. Laura Gabriela Espinosa Alonso IBQ. Veremundo Hernández Zequinely Presupuesto autorizado: Presupuesto ejercido: Periodo: Julio 2006 a Junio, 2007 Avance del proyecto: 100% Cracterísticas del frijol común El fríjol es un alimento con un gran potencial nutricional y nutracéutico; es una fuente importante de proteína, calorías, vitaminas del complejo B, minerales, fibra dietaria y antioxidantes. Su carácter nutricional se favorece al ser consumido en combinación con el maíz en forma de tortillas, complementándose el valor de la proteína consumida. El fríjol ha sido uno de los alimentos básicos desde tiempos prehispánicos y en la actualidad continúa siendo un alimento consumido ampliamente en América Latina; sin embargo, los países desarrollados enfocan su interés hacia esta leguminosa debido a que aporta importantes beneficios a la salud (Guzmán-Maldonado, y Paredes-López, 1998). Por otro lado, el fríjol contiene ciertos componentes tales como taninos, oligosacáridos, ácido fítico e inhibidores de proteasas que reducen su valor nutritivo así como su aceptación en la dieta debido a la flatulencia que provoca; estos componentes pueden inactivar o remover en buena proporción durante el remojo y la cocción. Sin embargo, se ha propuesto que tales componentes aportan un efecto positivo a la salud ya que pueden actuar en el organismo como antioxidantes y prebióticos. El fríjol común ha sido reconocido por sus numerosos efectos benéficos sobre la salud, incluyendo la reducción del contenido de colesterol en sangre, el aporte de tolerancia a la glucosa, disminución de enfermedades cardiovasculares y prevención de ciertos tipos de cáncer (Messina, 1999). El fríjol es un alimento de gran importancia en la dieta en nuestro país, es parte de la dieta básica de los mexicanos y posee un sin numero de características que lo hacen un alimento completo en la dieta, ya que brinda un importante contenido de proteína, carbohidratos, minerales tales como hierro, calcio y zinc, vitaminas del complejo B, fibra, y antioxidantes. Sin embargo, considerando la problemática de salud debido a una mala nutrición así como la obesidad resultado de los malos hábitos alimenticios y la falta de actividad física, se considera necesario incrementar el aporte nutricional y nutracéutico de este cultivo, que ayudaría en gran medida a la prevención de los problemas antes mencionados. Para lograr tal objetivo es fundamental conocer el aporte brindado por los frijoles silvestres, que se consideran un gran acervo genético con el cual mejorar las propiedades nutricionales y nutracéuticas del fríjol cultivado que se consume en la actualidad. En cuanto a su valor nutricional las leguminosas no contienen colesterol y son buenas fuentes de carbohidratos y fibra contienen además cantidades razonables de proteínas, vitaminas y ciertos minerales, además de ácidos grasos libres poli-insaturados. Por su alto contenido de lisina, las proteínas del fríjol muestran un efecto complementario cuando se consumen con proteínas de cereales, los cuales aportan parte de los aminoácidos azufrados (metionina y cistina) deficientes en las leguminosas. Así, la combinación de maíz y fríjol consumida en México y de fríjol con arroz en Brasil constituyen excelentes mezclas en términos de requerimientos de aminoácidos esenciales. Los hidratos de carbono representan el principal constituyente del fríjol (60-70%). Como se señalo antes, el fríjol es una excelente fuente de proteínas, contiene poca grasa (1-3%) y cantidades apreciables de minerales. El almidón y la fibra dietética constituyen la masa principal de los carbohidratos del fríjol. Las proteínas del fríjol son deficientes en aminoácidos azufrados, pero son ricos en lisina. La metionina en siempre el primer aminoácido limitante; existe un rango muy amplio en los niveles de este aminoácido, de 0.4 a 3.2 g /16 g N. La proporción relativa en fríjol de albúminas es de 11-31% y globulinas de 46-81%. Las prolaminas y gluteninas aparecen en menor proporción, se encuentran en un 4 y 2% respectivamente. La clase predominante de lípidos en fríjol son los lípidos neutros, principalmente constituidos por triacilgliceridos y pequeñas porciones de ácidos grasos libres, esteroles y sus esteres. Los fosfolipidos y glucolipidos, que son los componentes esenciales de las membranas están siempre presentes en cantidades apreciables. Los lípidos neutros y fosfolipidos varían entre un 32 a 50% y de 24 a 35% del total de los lípidos, respectivamente. Los glucolipidos constituyen la menor parte, un 10%. Los principales ácidos en los lípidos de algunas leguminosas estudiadas son el ácido palmitito, oleico y linoleico. La composición mineral del fríjol sugiere que es una buena fuente de algunos elementos como Ca, Cu, Fe, K, Mg, Mn, P y Zn. En el fríjol se encuentran principalmente vitaminas solubles en agua, en especial complejo B. se estima que una taza de fríjol cocido (170 G aproximadamente) con 65 de humedad puede proporcionar los requerimientos diarios de minerales y vitaminas en las siguientes cifras: 10% Ca y Zn, 20% de Cu y K, 22% de Mg y Mn, 30% Fe, 10% niacina y riboflavina, 10-12% de piridoxina, 25% tiamina y 30% de ácido fólico. Biodiversidad La diversidad biológica se refiere a la variabilidad existente entre los organismos vivos en función de los genes dentro de una misma especie, a la variación entre especies diferentes que integran los diversos ecosistemas, constituyendo los tres niveles fundamentales de organización biológica (Moreno, 2001). La variación biológica es sumamente importante ya que determina la forma en que una población interactúa con su ambiente y con otras especies, cómo evoluciona y persiste a través del tiempo (Tilman, 2006). La diversidad genética surge a nivel molecular y consiste en los cambios que ocurren en los ácidos nucleicos que pueden repercutir en el fenotipo y puede darse a nivel de organismos independientes y de poblaciones. La estructura genética de una población Mendeliana puede describirse por medio de las frecuencias alélicas de cada locus, así como de las frecuencias de los diferentes genotipos en una población. Las diferencias en las frecuencias alélicas miden la cantidad de variación en una población y las frecuencias genotípicas muestran como la variación genética de una población está distribuida entre sus miembros. Sin embargo, existen fuerzas evolutivas que pueden cambiar la estructura genética de una población. El flujo génico implica la introducción de alelos nuevos en la población y generalmente aumenta la diversidad genética. Los cambios en las frecuencias génicas se producirán ya sea por la presencia de mayor número de copias de un alelo ya presente en la población o por introducción de nuevos alelos. La deriva génica se refiere a las fluctuaciones en las frecuencias alélicas que ocurren por casualidad (en particular en las poblaciones pequeñas) como resultado del muestreo al azar entre los gametos. La deriva disminuye la diversidad dentro de una población porque tiende a causar la pérdida de alelos poco usuales, reduciendo el número total de alelos dando lugar a la formación de los llamados cuellos de botella. El apareamiento dirigido puede alterar también la frecuencia alélica, pudiendo sobre expresar los homocigotos dejando a los heterocigotos poco representados en la población y por tanto una disminución de la variabilidad genética. Finalmente, la selección natural es el mecanismo por el cual los individuos o las poblaciones con los alelos más exitosos logran adaptarse a las nuevas condiciones ambientales, trayendo como resultado un cambio en la frecuencia alélica. La selección natural puede ser estabilizante, si se conserva el promedio de las características de una población; direccional cuando unos individuos contribuyen más en la descendencia y las características de la nueva generación se mantienen a un extremo; o disruptiva cuando dos grupos de individuos a ambos extremos de la población contribuyen más con la descendencia y se producen dos picos en la distribución de los alelos en la población (Purves et al., 2004). Además de los mecanismos evolutivos antes mencionados que varían la frecuencia alélica y que en algunos casos provocan la pérdida de la diversidad, también existen otros mecanismos que contribuyen con el aumento de la diversidad. Las mutaciones son las principales responsables de la variación genética ya que de manera aleatoria pueden originar un cambio en el ADN. Son ventajosas cuando restauran alelos que fueron removidos en las poblaciones por algún agente evolutivo y neutrales cuando no afectan la región de un locus y por tanto la capacidad del individuo o su adaptabilidad. Por otro lado, la recombinación sexual genera una interminable combinación de alelos y por tanto una gran variedad de nuevos genotipos que incrementan el potencial evolutivo en las poblaciones. La obtención de nuevos genotipos incrementa la posibilidad de que éstos puedan ser más exitosos, aún en los ambientes más impredecibles (Purves et al., 2004). Para tratar de estimar la diversidad biológica se deben de considerar tres diferentes tipos de diversidad: α, β, y γ. La diversidad α se refiere a la riqueza de las especies, es decir, al número total y homogeneidad de especies distintas localizadas en un área geográfica determinada. El cambio gradual que presentan las especies entre las diferentes comunidades a través de un gradiente de hábitats se denomina diversidad β y los factores biogeográficos, topográficos y climáticos que influyen en la variación de los hábitats y que repercuten en la diversidad alfa y beta consituyen la diversidad γ (Moreno, 2000; Neyra González y Durand Smith, 1998). Se ha estimado que el número de especies en el mundo oscila entre dos y cien millones y sólo 1.4 millones han sido descritas. Por otro lado, entendiendo como población una especie contenida en una entidad geográfica, que puede ser distinguida ecológica y genéticamente de otras. Hughes et al., (1997) estimaron que el número de poblaciones del planeta puede ser de 1.1 hasta 6.6x109. Debemos tomar en cuenta que las estimaciones de la diversidad son aparentemente muy grandes; sin embargo, está expuesta a muchos factores que pueden ponerla en peligro. La mayor riqueza genética se localiza en los trópicos, donde coexisten las mejores condiciones climáticas para suministro de energía, alimento, establecimiento, estabilidad y heterogeneidad del hábitat, interacciones interespecíficas, equilibrio entre el tamaño de población y su espacio geográfico, etc., dando como resultando altas tasas de especiación y bajas probabilidades de extinción (Purvis y Hector, 2000). Importancia y usos de la biodiversidad Los recursos fitogenéticos para la alimentación y la agricultura constituyen la base biológica de la seguridad alimentaria mundial y sustentan directa o indirectamente la vida de toda la población mundial ya que proporcionan alimentos, medicamentos, forrajes para los animales domésticos, fibras, vestido, vivienda, energía y un gran número de otros productos y servicios que son el sustento de la vida. Son la materia prima utilizada para la producción de nuevos cultivares y especies. Constituyen la reserva de adaptabilidad genética que sirve de protección contra cambios ambientales y económicos que pueden ser nocivos. La diversidad genética de los cultivos comprende las variedades tradicionales, los cultivares modernos y las especies silvestres emparentadas con los cultivos modernos (www.ipgri.org). Pérdida y mantenimiento de la biodiversidad Uno de los principales problemas que atrajo la atención de la sociedad a finales del siglo XX fue la pérdida de los limitados recursos biológicos y genéticos como consecuencia de las actividades humanas que contribuyen directamente con la “erosión genética”, proceso continuo de pérdida de la biodiversidad. Dentro de las principales causas de reducción de la biodiversidad debido a la actividad humana tenemos: crecimiento desmedido de la población que trae como consecuencia destrucción de reservas naturales para su utilización como vivienda, extensión de áreas de cultivo a fin de abastecer los requerimientos de alimento; así mismo, cambios climáticos resultado de urbanización, industrialización y contaminación. Todo esto ha provocando la destrucción de hábitats y la reducción de los centros de origen y diversificación de los cultivos. Así mismo, la sustitución de cultivos tradicionales por cultivares mejorados, y por tanto, la distribución de pocos genotipos da lugar a los llamados “cuellos de botella”, donde la sub-utilización de materiales estrechamente relacionados con una base genética reducida provoca la disminución de la diversidad genética (Tanksley y McCouch, 1997). Por otro lado, no se ha dado la debida importancia al resguardo y utilización de las fuentes genéticas, y se sabe que la riqueza genética de los primeros ancestros ha sido descuidada y se ha perdido. Por muchos años, no se contemplaron en el mejoramiento; sin embargo, en la actualidad se sabe que cuando se transfieren genes de organismos primitivos hacia cultivados resurge un cultivo con mejores características, como ha sido demostrado en trigo, soya, avena, papa, tomate y cebada (Harlan, 1987). A lo largo de la historia, el ser humano ha utilizado miles de especies vegetales para su alimentación; sin embargo, en la actualidad sólo 150 especies de plantas se cultivan y sólo 12 proporcionan alrededor del 75% de los alimentos consumidos. Arroz, maíz, trigo y papa producen más de la mitad de nuestros alimentos, por lo que muchos cultivos locales tradicionalmente importantes para alimentar a los sectores más pobres de la sociedad han sido descuidados o abandonados, incrementado así la vulnerabilidad de la agricultura y empobreciendo la alimentación humana (www.ipgri.org). Aunque la mayor parte de la diversidad biológica se encuentra en las zonas tropicales y subtropicales cuyos países son los más ricos en genes, paradójicamente son muchas veces los más pobres en términos económicos. A pesar de la importancia vital que tienen para la supervivencia humana, los recursos genéticos se están perdiendo a una velocidad alarmante debido a la falta de incentivos para desarrollarlos y conservarlos. El Instituto internacional de fuentes genéticas de plantas (IPGRI) ha planteado diferentes estrategias para conservar la biodiversidad, una de ellas se basa en el compromiso internacional de reconocer la enorme contribución de los agricultores, las comunidades locales e indígenas, y exhorta a los gobiernos a salvaguardar y promover los derechos de los agricultores. Estos incluyen la protección de sus conocimientos tradicionales, el derecho a la participación equitativa en la distribución de beneficios por el uso de los recursos, así como el derecho a participar en la toma de decisiones relativas a recursos filogenéticos y a la conservación in situ y ex situ. De forma particular, los recursos genéticos o semillas de los cultivos de interés en la alimentación del hombre, representan una fuente importante de variabilidad que garantiza la seguridad alimentaria. Estos materiales desde hace un siglo han sido colectados y preservados en bancos de germoplasma. El principal objetivo de los bancos de germoplasma ha sido recolectar, mantener, evaluar y utilizar la diversidad genética de las semillas como fuente genética para el mejoramiento de los cultivos, sin embargo, ha sido una tarea difícil (Tanksley y McCouch, 1997). Uno de los organismos internacionales que supervisan los esfuerzos que en el mundo se están realizando para recolectar y conservar la diversidad genética es el Instituto Internacional de Recursos Genéticos Vegetales, y hasta 1997 se reportaron más de 700 bancos de germoplasma que contienen más de 2.5 millones de accesiones de importancia económica, entre ellas frijol, arroz, maíz, algodón, soya, papa, trigo y jitomate (Tanksley y McCouch, 1997). Para que un banco de germoplasma se mantenga funcional se requiere de ciertas estrategias de conservación in situ y ex situ. Las estrategias in situ mantienen la biodiversidad en su entorno natural y en estado silvestre. En el caso de los cultivos de interés nutricional, se considera una estrategia de conservación in situ el hecho de que muchos campesinos cultivan desde hace muchas generaciones materiales criollos, manteniendo una parte de la diversidad genética contenida en éste tipo de materiales. Para el caso de los materiales silvestres resulta complicado el mantenimiento in situ, debido a su amplia distribución y a que generalmente se localizan en zonas poco frecuentadas por el hombre, de tal manera que la conservación de éstos materiales se hace de manera ex situ. Las estrategias ex situ se emplean sobre todo en la recuperación y rehabilitación de especies amenazadas con el fin de introducirlas nuevamente a sus hábitats naturales. La conservación se realiza fuera de su hábitat natural mediante el uso de invernaderos, jardines botánicos y bancos de germoplasma (CONABIO, 2002). El Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) cuenta con un banco de germoplasma de frijol con más de 38,000 accesiones domesticadas y más de 1,500 accesiones silvestres. En México se ha estimado que el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) cuenta con cerca de 12,000 colectas del género Phaseolus, la mayoría frijol común cultivado, aunque también posee un poco más de 500 accesiones de frijol silvestre y enmalezado; sin embargo, tales materiales no han sido caracterizadas y no se puede asegurar que se haya recopilado toda la diversidad existente en nuestro país. De ahí resurge el interés para analizar sistemáticamente las colectas existentes y definir si existen materiales duplicados y encontrar materiales con buenas características para un posteriormente usarlas en programas de mejoramiento. |
