Contenido de iones y su relación con la tolerancia a la salinidad en los primeros estadios del desarrollo del trigo (página 2)

Ca = 13.95 A665 – 6.68 A649

Cb = 24.96 A649 – 7.32 A665

Cx+c = (1000 A470 – 2.05 Ca – 114.8 Cb) / 245

donde A470 , A649, A665 – absorbancia a 470, 649 y 665 nm.

Se determinaron, además las relaciones Ca/Cb , Ca/Cx+c y Ca+b

El contenido de iones se determinó por fotometría de llama mediante un fotómetro de alta resolución y absorción atómica Future,3000 UK.

Se determinó la media y su error estándar para todos los indicadores evaluados en ambas condiciones, y se establecieron las diferencias entre el tratamiento control y de estrés para cada variedad, mediante la prueba de comparación múltiple de medias de MDS para un nivel de significación de 1%.

Resultados y discusión

Figura 1: Contenido de clorofila a en las fenofases de plántula y floración en condiciones de estrés salino.

El contenido de clorofilas disminuyó en la medida que se incrementaron las concentraciones salinas. Las investigaciones sobre el efecto que provoca la salinidad sobre la concentración de pigmentos fotosintéticos son abundantes y coincidentes y tienden a revelar que tales afectaciones son fundamentalmente debidas a la destrucción de los cloroplastos y a un aumento de la actividad de la enzima clorofilasa, afectando la síntesis de clorofilas (16).

En condiciones salinas, también pueden surgir problemas con la disponibilidad de micronutrientes, aunque la influencia de la salinidad sobre las concentraciones de los mismos en las plantas depende, tanto de la planta como del micronutriente considerado. Distintos estudios muestran que la concentración de hierro aumentaba con la salinidad en plantas de guisante (Singh, y Singh, (1981), tomate, soja y calabaza (Maas, 1986), arroz (Scott, Jones y Wiliams, 1984) y disminuía en cebada y maíz (Kobata y col, 1992a, b). La concentración de manganeso aumentaba en cebada, arroz, remolacha azucarera, tomate y disminuía en calabaza, guisante y maíz. Por otra parte, la concentración de cinc aumentaba en cebada, judía, soja, tomate y calabaza y disminuía en maíz. La salinidad incrementa los efectos de la toxicidad del micronutriente en plantas de trigo cultivadas en soluciones nutritivas con alta concentración del micronutriente (Maas, et. al. 1994). Mediante el análisis de correlación se determinó la relación entre el contenido de clorofila y diversos elementos químicos implicados en funciones metabólicas y fisiológicas de las plantas evaluados en los estadíos de plántulas y floración (Tabla 1) y se observó que en la mayoría de los tratamientos las relaciones no fueron estadísticamente significativas.

Tabla 5.2.5. Relación entre el contenido de clorofila (Unidades SPAD) y concentración de diversos iones en el follaje en las fenofases de plántula y floración.

Desde décadas anteriores ha sido reportado que el estrés por salinidad durante la etapa vegetativa suprime el crecimiento de todos los órganos de la planta, aunque el crecimiento de la raíz es menos afectado que el crecimiento de la parte aérea (Bernstein y Hayward, 1958; Strogonov, 1964). Al incrementarse la concentración de sales el peso seco de la raíz disminuyó significativamente con la salinidad, esta reducción se acentuó significativamente en las plantas cultivadas con 12 dS.m-1 de NaCl (Fig. 2).

Figura 2. Efecto de la concentración de NaCl en el peso seco de la raíz de la variedad de trigo Cuba-C-204.

Las plantas generalmente mantienen una proporción característica entre raíz/follaje. Cuando esta proporción es afectada, ya sea por la perdida de parte del follaje por el pastoreo, o de alguna forma se pierde parte de la raíz, la respuesta inmediata de la planta es disminuir la acumulación de materia seca en ambas partes, y mucha veces trata de compensar la perdida mediante un rápido crecimiento de la parte afectada para restablecer la proporción raíz/follaje que la caracteriza (Klepper, 1991).

Aunque en algunos tratamientos la relación raíz/follaje disminuyó con la salinidad en las tres especies, estas reducciones no fueron significativas (Tabla 5.2.1). El efecto negativo del estrés salino en la reducción del crecimiento de la raíz y el follaje, y de la relación raíz/follaje es conocido desde tiempo atrás (Hanson y Hitz, 1982). Según Gilbert et al (1997), la reducción del crecimiento de las plantas bajo estrés salino es debido a una alteración en la tasa fotosintética y modificación en el metabolismo de los carbohidratos. La producción de biomasa y la relación raíz/follaje son criterios comúnmente utilizados para seleccionar individuos con tolerancia a la salinidad ya que el efecto inhibitorio que causa el estrés salino sobre estas variables de crecimiento son mas notables en los cultivares sensibles a la salinidad que en los tolerantes de la misma especie (Alian et al, 2000; Yeo et al, 1990).

Tabla 5.2.1. Efecto de la salinidad inducida por NaCl en la relación raíz/follaje e índice de crecimiento (IC) del follaje fresco y seco después de 20 días de tratamientos.

IC= Peso en tratamiento salino*100/peso en control.

Letras diferentes en cada columna indican diferencias significativas para p<0.05 de acuerdo a la prueba de MDS.

El índice de crecimiento del follaje disminuyó significativamente con el incremento de NaCl en los tratamientos. Es bien conocido que el crecimiento de las plantas es el resultado directo de una masiva y rápida expansión de las células jóvenes producidas por las divisiones meristemáticas (Lira-Saldívar, 2007). Sin embargo, la expansión celular tanto en raíces como en hojas puede ser inhibida por la salinidad (Kurth et al, 1986; Zidan et al, 1990; Neumann, 1995) reduciendo el crecimiento como sucedió en este estudio.

Contenido de cationes en las raíces de la variedad de trigo Cuba-C-204 y su relación con la tolerancia a la salinidad.

El contenido de Ca2+ , Mg2+, en las raíces no mostraron diferencias significativas entre las diferentes variantes experimentadas (figura3), sin embargo el contenido de K+ y Na2+ si varió estadísticamente produciéndose correlación negativa entre ellos. Este resultado está muy acorde con lo planteado por diferentes autores sobre los efectos nutricionales de la salinidad en las plantas. Generalmente se producen una interferencia por parte del sodio en la absorción de otros cationes como el K+. Este efecto es propuesto por varios autores (Chavez, González y Ramírez, 1999, González y Ramírez, 2006, Argentel, 2007) como defensa para el organismo vegetal como vía de elevar la concentración de solutos en las células y como consecuencia mantener un potencial hídrico más bajo que el del suelo y así garantizar la absorción de agua pero tiene como resultados que si se incrementa la concentración de Na+ incluido se producen la toxicidad iónica. Como consecuencia de estos efectos primarios, a menudo ocurren otros estreses secundarios, como el daño oxidativo (Acevedo, 2003). Ha sido comúnmente reportado que cuando las plantas se desarrollan en un suelo salino, la elevada concentración de iones Na+ y Cl- en el medio produce una interferencia en la absorción de nutrientes (K+, Ca2+, NO-3) e impide la absorción de los mismos (Niu et al, 1995; Maathuis y Amtmann, 1999).

Figura 3. Contenido de cationes en las raíces expuesto a diferentes tratamientos de NaCl.

El papel del ión Ca2+ en la respuesta de las plantas a salinidad resulta esencial, por su función estructural en la membrana y su efecto sobre la actividad de algunos trasportadores iónicos (Rengel, 1992; Bressan et al, 1998). Aunque con los resultados de este experimento no puede ser señalado, diversos investigadores han reportado que la presencia de Ca2+ puede reducir la magnitud del efecto negativo de la salinidad en el crecimiento, (Marschner, 1995).

En la presente investigación la reducción de la absorción de K+ por el estrés salino coincide con lo reportado por Niu et al (1995) y Maathuis y Amtmann (1999). La toxicidad que sufren las plantas por sales de sodio es causada por el reemplazo de K+ por Na+ en reacciones bioquímicas (Chinnusamy et al, 2005).

Contenido de cationes en el follaje de la variedad de trigo Cuba-C-204 y su relación con la tolerancia a la salinidad.

En la Figura 4 se presenta el contenido de Ca2+, Mg2+, K+ y Na+ en follaje cada uno de los tratamientos. El contenido de K+ disminuyó significativamente con el incremento de NaCl en los tratamientos, mientras que el Na+ se acumuló mayormente en los tratamientos de 80 y 120 mM de NaCl. El contenido de K+ disminuyó y también se observó que se redujo en los tratamientos de mayor contenido de NaCl aunque estas diferencias no fueron significativas.

Figura 4. Contenido de cationes en las raíces a diferentes tratamientos de NaCl en estadío de plántula.

Se encontró que el contenido de Ca2+ y Mg2+ disminuyó ligeramente con el incremento de NaCl para un nivel superior a 8dS.m-1 sin embargo para niveles menores hubo un ligero incremento de su concentración aunque estadísticamente estos no fueron significativos. Uno de los primeros resultados que revelaron desequilibrios nutricionales en las plantas, como consecuencia de la presencia de los iones salinos, se alcanzaron en estudios de nutrición del Ca2+, comprobándose en judías que la absorción de Ca2+ depende de la relación Na+/Ca2+ (Yeo, 1983). A su vez, numerosos estudios muestran que la concentración de K+ en la planta, disminuye al aumentar la salinidad o la relación Na+/Ca2+ en el medio (Subbarao et al. 1990).

El contenido de Na+ en las raíces se incrementó significativamente conforme se elevo la concentración de NaCl en los tratamientos. La disminución del contenido de potasio pudo haberse producido por la desestabilización de la bomba Na+/K+. las variaciones que se producen en la concentración Na+/K+ en las células en la actualidad es muy discutido por diferentes autores (Yeo, 1983, Acevedo, 2003, González y Ramírez, 2006) por su relación con la tolerancia varietal a la salinidad. En los programas de mejora genética para la tolerancia a este tipo de estrés se trabaja en la introgresión de genes que confieran tolerancia basado en la estabilización de la bomba Na+/K+. Una de las aproximaciones a estos estudios ha sido con el empleo de métodos estadísticos y mapeo genómico, con lo que se consigue asociar el fenotipo de un carácter cuantitativo con marcadores genéticos. Esto se consigue con el análisis de loci de caracteres cuantitativos o QTL (quantitative trait locus) (Quarrie, 1996). El análisis genético por QTL permite emplear un número manejable de variables asociadas a un carácter fisiológico complejo (por ejemplo, absorción, selectividad y compartimentación iónica) (Prioul et al., 1997). En arroz, cultivo en el que la tolerancia se asocia con la exclusión de Na+ y a una mayor capacidad de absorción de K+, la capacidad de mantener una alta relación K+/Na+ está regida por la acción de genes aditivos y dominantes (Gregorio y Senadhira, 1993). Recientemente se encontraron QTL asociados a la absorción de K+ y Na+ y la selectividad K+/Na+ que podrían emplearse como marcadores en la mejora genética por tolerancia a salinidad en cebada y centeno (Flowers et al., 2000). Se encuentra en estudio el trigo ( Koyama et al., 2007).

Flowers y Hajibagheri (2001) encontraron que la concentración de Na+ y K+ en las células corticales de la raíz de Hordeum vulgare fue 1.5 veces mayor en la variedad sensible que en la tolerante, reduciéndose la turgencia y, en consecuencia, el crecimiento de los tallos. Aunado a esto, la capacidad de intercambio de la pared celular fue mayor en el material tolerante; por lo que estos autores consideraron que la habilidad de la planta para trasladar los iones a compartimentos de la célula en donde no causen daño, determina la sensibilidad o tolerancia de un material a la salinidad.

El K+ es uno de los principales solutos empleados para el ajuste osmótico celular (Greenway y Munns, 1980; Wyn Jones y Gorham, 1983b) y por esta razón uno de los factores mas evaluados para determinar tolerancia a la salinidad es la capacidad de las plantas para mantener una elevada relación K+/Na+ que le permita llevar a cabo funciones fisiológicas y bioquímicas que perturba el exceso de Na+.

La reducción en la absorción de K+ en la planta por el Na+ es un proceso competitivo. Aunque las plantas tienen una selectividad alta de K+ con respeto a Na+, cantidades excesivas de K+ pueden tener un efecto negativo sobre las plantas (Yeo, 1983). Quizás por ello, a pesar de los numerosos estudios, que indican la disminución en la absorción y traslocación de K+ en las plantas cultivadas en sustratos donde predomina el Na+, hay pocos datos que demuestren que la adición de K+ en dichas condiciones mejore el desarrollo de las plantas (los estudios de Wyn Jones y Gorham, (1983), son algunos de los pocos existentes). Sin embargo, la disminución de la relación Na+/Ca2+ por adición de Ca2+ a la solución nutritiva si recupera eficazmente los niveles de K+  intracelular, aumentando la tolerancia de la planta a la salinidad (Egan, Ungar y Meekins, 1987) Además de este clásico desequilibrio iónico, una disminución de la concentración de NO3-, en la planta en condiciones salinas, ha sido ampliamente documentada en distintas condiciones experimentales y con diferentes especies de plantas (Martínez y Cerdá, 1989). Sin embargo, a pesar de la drástica reducción de la concentración de NO3- en la hoja como respuesta a la salinidad, aumentan o al menos no disminuyen  diversas fracciones nitrogenadas, como el contenido en prolina, betaínas y aminoácidos o proteínas solubles totales (Gorham y col, 1986). Estos resultados, también apoyados por Munns y Termaat (1991), contradicen que la deficiencia de nitrógeno per se sea un efecto tóxico de la salinidad.

Por otra parte, se ha comprobado que el NaCl puede también inducir toxicidad de fósforo en algunas especies como maíz (Kumar y Yadav, 1983), en sésamo y en ciertas variedades de soja (Maas, 1986).

Los estudios de la tolerancia al estrés salino basado en indicadores fisiológicos tales como la absorción, retención o exclusión de iones es una de las vías más efectivas para la exploración del germoplasma disponible y esto se contribuye a agilizar las investigaciones que pueden dar respuestas a las crecientes necesidades de alimentación humana y animal. Los estudios de mejora genética, por su parte, aunque son muy precisos e importantes tardan un tiempo considerable pero al ser expandidas en nuestras áreas de cultivo los niveles de salinidad se han incrementado dado por la alta variabilidad espacial de la misma y los rendimientos merman.

Bibliografía

• 1. Royo. A y R. Aragues. Establecimiento de nuevos índices de tolerancia de los cultivos a la salinidad: la cebada como caso de estudio. Investigación Agraria. Producción y Producción Vegetal, 2002. Vol. 17, no. 3, 410- 421.

• 2. Plana, R y Moreno, I, R. Comportamiento agronómico y Agrícola de 49 cultivares de triticale en condiciones de clima de Cuba. Memorias. Cultivos Tropicales. 2002. Pag 47.

• 3. Royo. A y R. Aragues (2002) Establecimiento de nuevos índices de tolerancia de los cultivos a la salinidad: la cebada como caso de estudio. Investigación Agraria. Producción y Producción Vegetal. 17 (3): 410- 421.

• 4. González, L. M y R. Ramírez. Respiración, relaciones hídricas y concentración de pigmentos en plántulas de arroz cultivadas en condiciones salinas. Cultivos Tropicales, 1999, vol. 20, no. 1, p. 35-37.

• 5. Gonzalez, L.M. análisis de la tolerancia a la salinidad en variedades de Vigna unguiculata (L) sobre la base de caracteres agronómicos, la acumulación de iones y el contenido de proteínas. . Cultivos Tropicales, 2000, vol. 21, no. 1, p. 47-52.

• 6. González, L. M y R. Ramírez. La absorción de agua por las semillas de arroz a altas concentraciones salinas como posible indicador de la tolerancia varietal. Cultivos Tropicales, 1999, vol. 20, no. 1, p. 31-34.

• 7. Villagra, P. E. Germination of Prosopis argentina and P. Alpataco seeds under saline conditions. Journal of Arid Enviroments, 1997, vol. 37, p. 261- 267.

Chávez, L; LM. González y R. Ramírez. Efecto de la salinidad sobre la absorción de agua por las semillas de Vigna unguiculata (L) y su relación con la tolerancia varietal. Alimentaria, 2002.Publicación mensual. Dic. Vol. 339, p. 99- 102.

• 8. Mesa, D. Obtención de plantas resistentes a la salinidad para los suelos salinos cubanos. Revista Cubana de Ciencia Agrícola,2003, vol. 37, no. 3, p. 217-226.

• 9.  Argentel, L., González, L.M y Plana, R. Efecto de altas concentraciones salinas sobre la germinación y el crecimiento del trigo, variedad CubaC-204. Memorias. Cultivos Tropicales. 2004. Pag 53.

• 10.  González, L. M. Aspectos generales sobre la tolerancia a la salinidad en las

plantas cultivadas. Cultivos Tropicales, 2002, vol. 23, no. 2, p. 27-37.

• 11.  Kumar, D y J.S.P. Yadav. Salt tolerance of mutants from wheat veriety HD 1553. Indian Journal of Agricultural Science. 1983,vol. 53, no. 12, p. 1009- 1015.

13. Bosque, H.D., Ecophysiological analysis of Drought and salinity stress of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Science of Agricultural and Applied Biological Sciences. 1998.. vol. 2 no. 4. 122 p.

14. Jacovy, B,. Mechanism involved in salt tolerance of plants. In: Handbook of plant and crop stress. Second edition 2001. Edited by Pessarakli M. Ed. Marcel Dekker, Inc., Nueva York. E.U.A. 97 – 123 p.

15. Prado, F.,. Fisiología y Bioquímica del estrés: respuestas de las plantas al ambiente. En: Fisiología de la resistencia a sequía en quinua (Chenopodium quinua Willd.). 1° Curso Internacional. 1999. Proyecto quinua, CIP-DANIDA-UNA-INIAP-PROIMPA-KVL. Editores, Jacobsen S., Mujica A. 21 – 29 p.

16. Acevedo, E.. Morphophysiological traits of adaptation of cereals to Mediterranean environments. In: Proceedings of an International Symposium on Improving Winter CerealsUnder Temperature and Salinity Stresses. Cordoba, Spain 26-29 October1991.

17. Acevedo, E., SILVA, H. y SILVA, P. 1998. Tendencias actuales de la investigación en la resistencia al estrés hídrico de las plantas cultivadas. Boletín Técnico Estación Experimental Agronómica N°49 :1-28.

18. Plana, R; M. Alvarez,A Ramírez, I. Moreno.El triticales, nuevo cultivo en Cuba. Evaluación de 49 cultivares en el occidente del país. Cultivos tropicales congreso científico. Noviembre 12-15, 2002.

19 González, L.M, A. Zamora y N. Céspedes. Tolerancia a la salinidad en cultivares de Vigna unguiculata (L.) Walp durante las etapas iniciales del crecimiento de las plantas. Alimentaria, 314: 105-108, 2000.

Autor:

MSc. Idalmis Fonseca Reyna

M Sc. L. Argentel

Dr.C. R. C. López

Ing. E. Gómez

R. Girón

Profesores de Matemática y Estadística de la Universidad de Granma

Bayamo. Cuba.

Dr. C. R. López.

Profesor e investigador Titular del Centro de Investigaciones Biológicas del Noreste México

Dr. C. L. M. González

Investigador y Profesor Titular del Instituto de Investigaciones Agropecuarias "Jorge Dimitrov". Bayamo. Cuba.