Salinidad en plantas

Química agrícola. Agricultura de regadío. Síntomas. Aspectos fisiológicos. Estrés: salino interno, primario y de deficiencias nutritivas. Sales. Metabolismo del nitrógeno

  • Enviado por: Raúl Galán Andaluz
  • Idioma: castellano
  • País: España España
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1.-INTRODUCCIÓN.

La salinidad es, tal vez, el problema más importante que afecta a la agricultura de regadío en las zonas áridas y semiáridas. Se considera que actualmente una tercera parte de las áreas de regadío del mundo, que suponen unos trescientos millones de hectáreas, están afectadas por la salinidad. Y el problema tiende a crecer, ya que el aumento de la población mundial y el consiguiente incremento de la demanda de alimentos, ha determinado, por una parte, la extensión del regadío incluso a suelos marginales hasta ahora no cultivados y, por otra, la extracción intensiva de aguas subterráneas ( de contenidos cada vez más elevados en sales solubles ) para su utilización en el riego. Estas circunstancias se dan y de manera muy marcada, en el sureste español, donde las condiciones climáticas dominantes determinan un ecosistema semiárido en el que el potencial agrícola alcanza valores máximos en regadío, siendo muy bajo en secano.

Las diferentes especies vegetales difieren notablemente en sus respuestas de desarrollo frente a sales. Esto ha llevado a la división de las especies en dos grupos fisiológicos:

- halofitas ( planta salada ).- que toleran concentraciones de sales relativamente elevadas. Plantas capaces de soportar sin daños aparentes altas concentraciones de electrolitos en su ambiente.

- glicofitas ( planta dulce ).- que toleran sólo bajas concentraciones salinas.

Aunque se han establecido límites para separar ambos grupos ( hay autores que señalan que las halofitas son capaces de completar su ciclo vital con concentraciones de 100 a 200 mM de NaCl en el sustrato ), realmente las plantas cultivadas cubren un amplio espectro desde las muy sensibles a las claramente tolerantes.

La gama de tolerancia, sin embargo no varía solamente con las especies, sino también entre variedades y cultivares de una misma especie.

La mayoría de los estrés provocados por salinidad son debidos a sales de Na, principalmente NaCl.

.

2.-SÍNTOMAS DE SALINIDAD EN PLANTA.

El límite de tolerancia a la salinidad viene indicado en primer lugar por un cese en el crecimiento, seguido por la muerte de los tejidos, que comienza a manifestarse como zonas dispersas de aspecto quemado en la hoja ( zonas necróticas ). A continuación aparece inhibición de yemas, pérdida de turgor, caída de hojas y finalmente, marchitez irreversible de la planta.

Otro cambio típicamente inducido por la salinidad es la aparición de suculencia, mecanismo de dilución interna de sales por absorción de agua, lo que produce células con elevada relación volumen: superficie.

La salinidad también induce el adelgazamiento y la menor ramificación en las raíces de las plantas sensibles, provocando un aumento en el espesor de las paredes celulares.

A nivel subcelular parece que los orgánulos más afectados son los cloroplastos, observándose una cierta distorsión de su estructura, consistente en la desorganización del sistema lamelar, fenómeno que impide reconocer claramente los grana. Además, puede observarse una inusual acumulación de gotitas lipídicas. Las mitocondrias se hacen menos densas a los electrones y sus crestas se hinchan. El núcleo celular sufre un hinchamiento de su doble membrana, mientras que en el aparato de Golgi y en el retículo endoplasmático se detecta una acumulación de vesículas con un material denso a los electrones, posiblemente lípidos con destino a la reparación de estructuras dañadas por la salinidad.

3.-ASPECTOS FISIOLÓGICOS DE LA SALINIDAD.

En general la presencia de sales solubles en el medio de cultivo afecta negativamente al desarrollo de las plantas de tres formas:

1.- Disminuyendo el potencial hídrico del medio y restringiendo así la absorción de agua por las racies ( efecto osmótico ).

2.- Por la absorción de iones salinos específicos, que puede determinar su acumulación en los tejidos en concentraciones que lleguen a ser tóxicas e induzcan desórdenes fisiológicos ( toxicidad iónica específica ).

3.- Las concentraciones elevadas de iones salinos también pueden modificar la absorción de los nutrientes esenciales determinando desequilibrios nutricionales (efecto nutricional ).

Hay controversia entre los diferentes autores sobre la importancia relativa de estos efectos potencialmente perjudiciales, pues unos consideran que la mayor parte de los efectos negativos de la salinidad se deben a la disminución del potencial osmótico del medio radicar, mientras que otros, por el contrario consideran que son debidos básicamente a la acción tóxica de iones específicos.

Desde 1958, los efectos de la salinidad sobre la fisiología de los vegetales han sido clasificados como osmóticos, nutritivos y de toxicidad. Los dos primeros son efectos secundarios inducidos por el estrés salino, mientras que el de toxicidad constituye un efecto primario debido a las sales.

1.- Efectos osmóticos.- si la salinidad disminuye el potencial hídrico externo por debajo del de la célula expone a la misma a un estrés hídrico secundario. Para distinguirlo del estrés por falta de agua en el suelo y ya que ambos conducen a una tensión de deshidratación osmótica se le conoce como sequía fisiológica. La principal evidencia de este estrés hídrico es la depresión del crecimiento y de la producción de muchas glicofitas producidas por las altas concentraciones de electrolitos, con independencia del tipo de sal.

2.- Efecto nutritivos.- aún cuando se eliminase el efecto osmótico, una elevada concentración de sales repercute sobre los niveles de absorción de algunos elementos nutritivos, principalmente porque disminuye la absorción de agua por las raíces, y por tanto de solutos, y por los fenómenos de antagonismo en la absorción y transporte de los iones. Altas concentraciones de Na+ y Cl- y otros iones encontrados en medios salinos, como Mg2+ o SO2-, pueden inducir deficiencias con iones esenciales; especialmente K+, fosfatos o nitratos. Han sido señaladas deficiencias en K+ en numerosas glicofitas sometidas a salinización con NaCl, debido a la dificultad en el transporte de este ion por su competencia con el Na+. Igualmente, cloruros y sulfatos en exceso pueden provocar una disminución en el contenido de P total en muchas especies.

3.- Efectos de toxicidad.- el daño inducido por el estrés primario o de toxicidad puede ser directo, de rápida aparición ( minutos u horas ) e identificado con daño a membranas; o indirecto. que requiere exposiciones más prolongadas al estrés ( días o semanas ) para que se desarrolle y que se traduce en la alteración de diversos procesos metabólicos

El efecto general de una gran variedad de sales es una disminución en la tasa de fotosíntesis neta por unidad de área foliar, excepto en el caso de las halofitas. En algunas ocasiones el principal responsable de esta disminución parece ser el cierre de estomas causado por la alteración del balance hídrico. En otras, sin embargo, la reducción parece debida a daños en la reacciones luminosas y bioquímicas de fijación del CO2, aunque se conoce poco acerca de los mecanismos celulares implicados.

La salinidad incrementa el nivel de respiración oscura en función de la concentración de la sal. Este fenómeno probablemente constituye una reacción adaptativa y no una respuesta patológica, destinándose la energía así producida al bombeo de iones contra el gradiente termodinámico de potencial y a la reconstrucción de orgánulos y unidades proteicas cuyo nivel de desorganización aumenta bajo condiciones de salinidad.

También ha sido señalado un mecanismo defectuoso del nitrógeno como posible fuente del daño indirecto por estrés salino, ya que la dismunición en el crecimiento podría conducir a una acumulación inusual de sustancias en la célula vegetal. En muchas especies, la sal deprime la síntesis de proteínas, mientras que aumenta la hidrólisis de las existentes. Como resultado se produce una acumulación de aminoácidos libres y también de sus desrivados, alguno de los cuales puede ser tóxico. Así, bajo condiciones de salinidad se encuentra acumulación de oxiprolina, leucina, alanina, tirosina, metionina, fenilalanina, radicales sulfóxido y sulfonas. También se registra un aumento de la cantidad de amoníaco, que llega a ser diez veces su valor normal en la célula, así como una acumulación de putrescina y cadaverina, diaminas altamente tóxicas para los vegetales. Igualmente ha sido señalado un aumento de la actividad en la enzima peroxidasa en hojas dañadas por NaCl, lo que conduce a la formación de melanina y melaoidinas por oxidación de tirosina en la áreas necróticas. La actividad de la enzima catalasa también parece aumentar, indicando una posible formación de H2O2.

Asimismo, ha sido encontrada una ruptura de clorofilas y otros pigmentos, tales como carotenos y antocianinas, en presencia de elevadas concentraciones de sal. Ello puede conducir a la formación de carotenos oxidados y radicales tóxicos para la célula, además de otras sustancias que colorean las necrosis.

4.-RESISTENCIA A LA SALINIDAD.

La resistencia de los vegetales a un estrés ambiental puede deberse a:

1.- Evitación.- desarrollo de una barrera química o fisiológica que impida a

las células sufrir una alteración en el equilibrio termodinámico en presencia

del estrés.

2.- Tolerancia.- cuando la célula es capaz de soportar ese desequilibrio termodinámico por largos periodos sin daños aparentes.

Ambos tipos de resistencia pueden ser encontrados tanto en el estrés primario de toxicidad como en el secundario osmótico o nutritivo.

5.-EVITACIÓN DEL ESTRÉS SALINO INTERNO.

La planta puede utilizar uno o varios de los métodos siguientes para evitar el estrés salino interno:

1.- Puede excluir la sal de sus células pasivamente, impidiendo su entrada.

2.- Puede expulsar la sal en forma activa una vez que ha entrado.

3.- Puede diluir la sal entrante.

1.- Exclusión de sales.

Por disminución de la permeabilidad selectiva de la membrana a los iones sodio y cloruro. La permeabilidad diferencial de la célula vegetal depende de un balance ( normalmente alrededor de 10:1 ) entre cationes monovalentes ( K+, Na+ ) y divalentes

( principalmente Ca2+ ). El ion Ca2+, por tanto, puede actuar como un agente protector de la membrana, garantizando su impermeabilidad a elevadas concentraciones exteriores de NaCl ( 50 mM o más ). Bajo estas condiciones habría una adsorción preferencial de ion Ca2+ sobre la membrana modificando sus propiedades y disminuyendo la permeabilidad para los cationes monovalentes y otros iones.

De esta forma, al menos teóricamente podría mantener el balance iónico normal en presencia de concentraciones moderadamente altas de electrolitos, siempre que en el medio radical exista suficiente Ca2+ .

2.- Expulsión activa de sales.

Existen dos sistemas diferentes de ATPasas activadas por Na+ y K+ en las células de plantas haloresistentes.

Uno de óptima actividad a elevadas concentraciones de K+ y que se localiza en el plasmalema celular y otro localizado en el tonoplasto y que requiere altas concentraciones de Na+. De este modo existiría un sistema de transporte que tomaría Na+ del citoplasma expulsándolo al medio circundante e intercambiándolo por K+, y otro que también tomaría Na+ del citoplasma y lo vertiría a la vacuola. Por lo tanto está bien documentado que las bombas de expulsión de iones, reconocibles bioquímicamente como ATPasas de membrana, desempeñan un papel muy importante para mantener las funciones celulares en las plantas haloresistentes, contribuyendo a que la concentración de Na+ libre en el citoplasma sea lo más baja posible.

Relacionadas con la expulsión de iones se encuentran las glándulas salinas excretoras de sal, las cuales pueden estar constituidas por una o varias células rodeadas de cutícula, pero siempre con una gran cantidad destinada a recoger y dar salida a la secreción salina.

3.- Dilución de sales.

Dado que lo esencial del efecto de las sales no es su cantidad absoluta, sino su concentración una absorción de agua en cantidad suficiente puede prevenir un incremento peligroso en el líquido tisular. Así, en numerosas halofitas cuando la concentración de solutos alcanza un determinado valor, la célula ( especialmente las del parénquima ) se alargan permitiendo un mayor contenido de agua que previene la concentración excesiva del jugo celular y conduce a la suculencia de la hoja.

Una respuesta característica a la salinidad consiste en la reducción de la transpiración por incremento tanto de las resistencias del mesófilo como estomática a la pérdida de vapor de agua, lo que limita la absorción pasiva de iones por las raices. Esto se encuentra bien relacionado con el aumento de la síntesis de ácido abscisico en plantas sometidas a estrés salino.

6.-TOLERANCIA AL ESTRÉS PRIMARIO.

Existen dos posibles mecanismos de tolerancia al daño producido por el estrés primario:

- La planta puede amortiguar el cambio en el balance iónico, excretando la sal absorbida en la vacuola, evitando así el daño directo e indirecto.

- La planta puede tolerar el cambio en el balance iónico.

7.-RESISTENCIA AL ESTRÉS DE DEFICIENCIAS NUTRITIVAS.

Las elevadas concentraciones de Cl- y Na+ pueden inducir deficiencias en otros elementos esenciales. Sin embargo, las halofitas son capaces de mantener unos buenos niveles de absorción de nutrientes aún bajo condiciones de alta salinidad. Los factores que lo hacen posible son:

- Una rápida conversión de los nutrientes aniónicos a compuestos orgánicos, lo que facilita un elevado gradiente de concentración.

- Existencia de un gran número de lugares específicos de absorción en el plasmalema de las células radicales y foliares.

- Funcionamiento de un mecanismo de absorción pasiva relacionado con la creación de un gradiente de potencial electroquímico, bien mediante la actividad de las bombas de iones o por producción de ciertos iones orgánicos desde sustratos no iónicos dentro de la célula.

Todos estos son mecanismos que evitan la deficiencia nutritiva, pero también los hay de tolerancia como es la capacidad de sustitución de unos iones por otros en procesos no demasiado específicos. Así sucede con el Na+ y K+, por ejemplo en la activación de ciertos enzimas, como la malato deshidrogenasa. Sin embargo el Na+ no parece ser capaz de sustituir el papel del K+ en la síntesis de clorofila o proteína ( aunque todavía quedan muchas incógnitas acerca de los factores que condicionan la especificidad de un determinado ion).

8.-INFLUENCIA DE LA SALINIDAD EN EL METABOLISMO DEL NITRÓGENO.

Plantas de judías fueron tratadas bajo estrés salino ( NaCl ) y con una disolución nutritiva control.

Se analizó el 15 N en NO3-, NH4+, aminoácidos, N total soluble y N proteico en los brotes de la planta después de que las plantas fueran tratadas con ( 15 NH4)2SO4 y

K 15 NO3 en la disolución nutritiva y se tomaron muestras a las 6, 12, 24 y 48 horas.

Usamos como técnica el marcaje isotópico con 15 N para posteriormente mediante un análisis isotópico poder seguir la pista de ese isótopo de nitrógeno.

En este trabajo de investigación se obtuvieron los siguientes datos:

1.- Nitratos.

La acumulación de NO3- es debida solamente al efecto osmótico.

Una reducción en la actividad tanto de la nitrato como de la nitrito reductasa podría ser el factor responsable de la acumulación de NO3-.

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo (mg 15N/g m.s.)

NaCl ( mg 15N/ g m.s. )

6

0.2

0.4

12

0.5

0.7

24

1.1

1.4

48

2.1

3.3

Nitrato- 15N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, tratados con disoluciones de 15 N.

2.- Amonio.

La planta testigo acumula significativamente menos ion NH4+ en los brotes que la planta tratada con NaCl, independientemente de la fuente de N. Las plantas tratadas con NaCl acumulan significativamente más NH4+ cuando el 15N es suministrado como sulfato de amonio que como nitrato potásico, excepto en las muestras recogidas a las 24 horas.

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15N/ g m.s. )

NaCl ( mg 15N / g m.s. )

6

2.0

3.4

12

4.5

6.7

24

9.2

16.1

48

18.6

28.7

Amonio- 15N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15NH4+.

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m.s. )

NaCl ( mg 15 N/ g m.s. )

6

1.8

2.6

12

3.5

4.7

24

9.9

13.2

48

17.5

22.5

Amonio- 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15NO3-.

3.- Aminoácidos libres.

Cuando la fuente de 15N fue NH4+, se hallaron más aminoácidos libres en el tratamiento con NaCl que en la planta testigo.

Las plantas tratadas con KNO3 acumularon menos aminoácidos en la planta testigo en 6 y 48 horas que en las sometidas a estrés salino con NaCl, pero no se observaron diferencias significativas en las muestras de 12 y 24 horas.

La acumulación de aminoácidos, NO3- y NH4+ en plantas sometidas a salinidad indica el deterioro en otras etapas del metabolismo del nitrógeno ( incorporación de aminoácidos en proteínas ).

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m.s. )

NaCl ( mg 15 N/ g m.s. )

6

24

38

12

53

74

24

116

141

48

263

331

Aminoácidos- 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15 NH4+.

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m.s. )

NaCl ( mg 15 N/ g m.s. )

6

25

38

12

66

57

24

125

120

48

239

325

Aminoácidos- 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15 NO3-.

4.- Nitrógeno total soluble.

Generalmente las plantas tratadas con NaCl acumulan más nitrógeno en forma soluble que la planta testigo. Esto era de esperar por cuanto que las plantas sometidas a estrés salino acumularon más NO3-, NH4+ y aminoácidos libres.

La reducción en el contenido de clorofila podría ser la responsable de parte de la variación del nitrógeno total soluble.

El nitrógeno total soluble aumenta con el tiempo desde las 6 a las 48 horas y consecuentemente la proporción de NO3-, NH4+ y aminoácidos libres también aumenta.

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m.s. )

NaCl ( mg 15 N/ g m.s. )

6

246

287

12

321

381

24

435

487

48

747

860

Nitrógeno total soluble - 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15 NH4+.

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m.s. )

NaCl ( mg 15 N/g m.s. )

6

237

273

12

337

400

24

498

603

48

806

935

Nitrógeno total soluble - 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15 NO3-.

5.- Proteínas.

Se observa un significativo descenso en el contenido en proteínas en plantas tratadas con NaCl en comparación con la planta testigo, independientemente del tipo de fuente de nitrógeno. Esto es debido a que el exceso de iones Na+ y/o Cl- inhibe la síntesis de proteínas.

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m. s. )

NaCl ( mg 15 N/ g m. s. )

6

353

67

12

909

159

24

1198

418

48

2830

877

Proteínas - 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15NH4+.

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m. s. )

NaCl ( mg 15 N/ g m. s. )

6

322

63

12

1136

118

24

1993

292

48

3440

1283

Proteínas - 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15NO3-.

Una mayor evidencia en el descenso del contenido en proteínas en plantas sometidas al estrés salino se presenta en las siguientes tablas:

Tiempo de muestreo (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m. s. )

NaCl ( mg 15 N/ g m. s. )

6

1.4

0.2

12

2.8

0.4

24

2.7

0.9

48

3.8

1.0

Relación proteína- 15 N / noproteina- 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15 NH4+.

Tiempo de muestro (horas)

Testigo ( mg 15 N/ g m. s. )

NaCl ( mg 15 N/ g m. s. )

6

1.4

0.2

12

3.4

0.3

24

4.1

0.5

48

4.3

1.4

Relación proteína- 15 N / noproteína- 15 N en brotes de judía, después de 6, 12, 24 y 48 horas, en disolución de 15 NO3-.

Los datos de estas tablas muestran las relaciones proteico: no proteico ( N soluble ). La incorporación de 15 N en proteínas es altamente reducida por el estrés salino y si a esto le sumamos el efecto osmótico, el exceso de Na+ y Cl-, causa un descenso sustancial de los contenidos de proteína.

El metabolismo de nitrógeno sometido al estrés salino se altera independientemente de la fuente de nitrógeno. Acumulaciones de NO3-, NH4+ y aminoácidos libres tienen lugar en plantas estresadas con NaCl, de todos modos, esto es más debido a un efecto osmótico que a un efecto iónico. Además la incorporación de 15 N en proteínas es inhibida por el estrés salino y la síntesis de proteínas es disminuida. La presencia de iones Na+ y/o Cl- también reduce el contenido en proteínas en adición al efecto osmótico. La actividad de la nitrato reductasa se ve influenciada por iones específicos o estrés osmótico, aunque no es el principal factor que causa la reducción en la síntesis de proteínas.

Otros trabajos publicados, demuestran que al aumentar la concentración de NaCl se va produciendo un descenso en el peso seco de la parte aérea, siendo distinta su influencia según la variedad del cultivar ( ver figura 1 ).

Así mismo se aprecia un descenso en el número de frutos según se van aumentando las concentraciones de NaCl que se suministra a la planta, lógicamente esto es algo irreversible. No ocurre así cuando se evalúa el peso medio del fruto, pues aunque también se ve disminuido según se va aumentando la concentración de sal, si puede ser reversible ( ver figura 2 ).

SALINIDAD EN PLANTA: ASPECTOS FISIOLÓGICOS Y

SU INFLUENCIA EN EL METABOLISMO DEL NITRÓGENO.

9.-BIBLIOGRAFÍA:

CHOW W.S., BALL M.C. y ANDERSON J.M. 1990. Growth and photosynthetic responses of spinach to salinity: implications of K+ nutrition for salt tolerance. Aust. J. Plant Physiol. 17: 563-578.

EHRET D.L., REDMANN R.E., HARLEY B.L. y CIPYWNYK A. 1990. Salinity-induced calcium deficiencies in wheat and barley. Plant and Soil 128: 143-151.

FRONTA J.N.E. y TUCKER T.C. 1978. Salt and water stress influences nitrogen metabolism in red kidney beans. Soil Sci. Soc. Am. J. 42: 743-746.

GARCIA DEL MORAL L.F. 1989. Respuestas fisiológicas de los vegetales a la salinidad. Ars Pharmaceutica. Tomo XXX, Núms. 1-2. 103-116.

KATERJI N., VAN HOORN J.W., HAMDY A., KARAM F. y MASTRORILLI M. 1994. Effect of salinity on emergence and on water stress and early seedling growth of sunflower and maize. Agricultural Water Management 26: 81-91.

LYNCH J. y LÄUCHLI A. 1985. Salt stress disturbs the calcium nutrition of barley ( Hordeum Vulgare L. ). New Phytol. 99: 345-354.

LYNCH J., THIEL G. y LÄUCHLI A. 1988. Effects of salinity on the extensibility and Ca availability in the expanding region of growing barley leaves. Botanica Acta 101: 355- 361.

MUNNS R. y TERMAAT A. 1986. Whole-plant responses to salinity. Aust. J. Plant Physiol. 13: 143-160.

CANO E. A. 1992. Evaluación y caracterización in vivo e in vitro, de la tolerancia a la salinidad en Lycopersicon Spp. Ed. Universidad de Murcia.

MARSCHNER H. 1995. Mineral Nutrition of higher plants. Academic Press. London.

INDICE:

1. Introducción..............................................................................................1

2.- Síntomas de salinidad en planta.............................................................2

3.- Aspectos fisiológicos de la salinidad.......................................................2

4.- Resistencia a la salinidad.........................................................................4

5.- Evitación del estrés salino interno...........................................................4

6.-Tolerancia al estrés primario....................................................................6

7.- Resistencia al estrés de deficiencias nutritivas.......................................6

8.- Influencia de la salinidad en el metabolismo del nitrógeno...................7

9.- Bibliografía................................................................................................14