Tolerancia a la salinidad inducida por el regulador osmótico StresSal A. Botta 1, A. Muñoz-Mayor 2, M. Bolarín 2, C. Marín 1 y R. Piñol 1 1 Departamento I+D Fisiología Vegetal, BIOIBERICA, S.A.; Pol. Ind. Mas Puigvert ; Ctra. N-II, Km.680,6; 08389 Palafolls; Barcelona 2 Departamento de Biología del Estrés y Patología Vegetal, CEBAS-CSIC. Apdo. 164, 30100 Murcia Palabras clave: estrés salino, ajuste osmótico, absorción, solutos compatibles, tomate, Lycopersicum esculentum Resumen Con el objetivo de evaluar los cambios fisiológicos determinantes de la tolerancia a la salinidad inducidos por StresSal y profundizar en el posible mecanismo de acción del producto se ha realizado en cámara de cultivo un experimento con plantas de tomate (Lycopersicum esculentum) desarrolladas a diferentes niveles de salinidad (50, 100 y 150mM NaCl). La finalidad del estudio fue examinar la respuesta de las plantas a corto-medio plazo, más relacionada con el efecto osmótico debido a la reducción del potencial osmótico del medio de cultivo, a través de 3 muestreos efectuados a los 15, 30 y 45 días del tratamiento. Los resultados muestran como la aplicación de StresSal tiene un claro efecto positivo en el desarrollo de la biomasa aérea, en todos los niveles de salinidad estudiados. También se observa una mayor absorción de agua y nutrientes y un mayor contenido foliar de agua en las plantas tratadas con StresSal frente al control sin tratar. Por otra parte, la reducción de los valores de potencial osmótico a nivel foliar que muestran las plantas tratadas corrobora que la mayor tolerancia a la salinidad se debe a la mayor capacidad de ajuste osmótico que ejerce el producto StresSal en la planta. A la vista de estos datos, se puede concluir que el principal efecto de StresSal es el de favorecer el restablecimiento del equilibrio funcional de la planta en medio salino y por lo tanto aumentar la capacidad de absorción de agua por la raíz y transportarla a la parte aérea, induciendo a un mejor desarrollo y a una mayor suculencia de la hoja. Con tal de verificar este efecto en campo, se han realizado ensayos agronómicos en diferentes cultivos bajo condiciones de estrés salino. Los datos obtenidos en pimiento, lechuga y judía muestran como la aplicación de StresSal consigue mitigar los efectos dañinos de la salinidad permitiendo obtener altos rendimientos en estos cultivos, incluso bajo condiciones tan restrictivas. INTRODUCCIÓN El estrés salino es actualmente uno de los mayores factores ambientales limitantes de la producción agrícola (Parida y Das, 2005). Lejos de remitir, las áreas de cultivo afectadas por salinidad tienden a aumentar debido a los prolongados periodos de sequía y a la mala calidad del agua de riego. Ante esta creciente problemática, el Departamento de I+D de Bioibérica ha desarrollado un nuevo producto específico para hacer frente a los daños causados por una alta concentración de sales en los suelos agrícolas. StresSal actúa directamente en la planta potenciando su tolerancia a la salinidad y aumentando los rendimientos de los cultivos bajo condiciones salinas. 370
El objetivo de este trabajo ha sido estudiar los cambios fisiológicos inducidos por StresSal en plantas de tomate regadas con agua salina, así como verificar sus efectos en campo en varios cultivos de interés agronómico y afectados por estrés salino. MATERIAL Y MÉTODOS Estudio de los respuesta en condiciones controladas. 1. Material vegetal y condiciones del experimento El experimento para estudiar los cambios fisiológicos inducidos por StresSal en plantas de tomate regadas con agua salina ha sido desarrollado por el CEBAS-CSIC en Murcia. El material vegetal utilizado ha sido tomate de la variedad comercial Jaguar (Ramiro Arnedo S.A). El experimento se ha realizado en una cámara de cultivo de ambiente controlado, con un fotoperiodo de 16 horas de luz y 8 horas de oscuridad, programando el día en tres fases de diferente intensidad lumínica con el fin de tratar de reproducir el ciclo natural. Las plantas se han cultivado en macetas, utilizando como sustrato inerte una mezcla de turba y perlita. Al estado de desarrollo de 7-8 hojas, se seleccionaron plantas homogéneas y se adicionaron los tratamientos salinos a la disolución de riego: 50, 100, y 150mM NaCl, con conductividades aproximadas de 6, 11 y 16 ds/m respectivamente. A la mitad de las plantas se las trató con StresSal a la dosis de 1mL/L de disolución, y al resto se dejaron como control sin tratar (sin StresSal). Además se incluyó un tratamiento control de plantas regadas sin NaCl (sólo con la disolución nutritiva) y un control sin NaCl pero con la aplicación del producto para dilucidar su efecto en condiciones no salinas. 2. Muestreo y análisis de las plantas. A lo largo del experimento se han realizado 3 muestreos, a los 15, 30 y 45 días de iniciados los tratamientos. Se midió durante los primeros 30 días de tratamiento la cantidad de agua absorbida por la planta cada día. Para ello, se ponía un recipiente de agua a cada maceta y se medía la cantidad inicial y final de disolución por día. Paralelamente, se analizó el contenido de agua en hoja y raíz y el potencial osmótico foliar para cada uno de los muestreos. En los dos últimos muestreos se controló el desarrollo vegetativo de las plantas en base al peso fresco de la parte aérea. La hoja muestreada fue siempre la cuarta hoja completamente desarrollada (empezando a contar desde el ápice), incluyendo solamente los foliolos de la hoja. En raíz se tomaba una parte que incluyera tanto la raíz principal como las secundarias. Verificación de la eficacia en campo de StresSal. Para la comprobación de la eficacia en campo del producto se realizan varios ensayos en campo en distintos cultivos regados con aguas de diferente grado de salinidad (entre 3 y 9 ds/m CE según el caso), de los cuales presentamos 3 ensayos hechos en pimiento cv. Infante (Capsicum annuum L.), lechuga cv. Focea (Lactuca sativa L.) y judía cv. Contender (Phaseolus vulgaris L.) en el sur-este español. El producto StresSal se adicionaba a la dosis de 0.8ml /L de agua en cada riego. Todos los resultados se compararon frente a un testigo y a un corrector estándar del mercado, realizándose un análisis ANOVA utilizando el test de comparación de medias LSD con un nivel de confianza del 95%. 371
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Primeramente, se estudió la capacidad de absorción de agua y su acumulación en la planta a través de la medida del contenido de agua en hoja y raíz, dado que uno de los primeros efectos observados por la salinidad es la reducción de la capacidad de absorción de agua debido a la disminución del potencial osmótico del medio de cultivo (Rus et al. 1998). En cuanto a los resultados a nivel de hoja, se observa en general un incremento del contenido de agua en las plantas tratadas con StresSal, especialmente en condiciones de baja salinidad donde se producen los mayores incrementos (Fig. 1). Estos valores se mantienen a lo largo de los 3 puntos de muestreo, siendo algo más reducidos en aquellas salinidades más elevadas (100 y 150mM NaCl). Respecto a los contenidos de agua en raíz, a los 30 días no se observan diferencias significativas entre tratamientos, aunque a los 45 días sí destaca un incremento del 44% en 50mM NaCl en las plantas tratadas con el producto (datos no mostrados). Los mayores contenidos de agua en las hojas de las plantas tratadas con StresSal están de acuerdo con la mayor absorción de agua por estas plantas, en relación con las no tratadas, lo que permite concluir que el primer efecto provocado por StresSal es aumentar la capacidad de absorción de agua por la raíz y transportarla a la parte aérea, es decir, inducir una mayor suculencia en la hoja. Por lo que se refiere al efecto sobre el potencial osmótico, vemos que éste se reduce con la salinidad desde el primer muestreo, siendo las reducciones mayores al aumentar el tiempo de tratamiento (Fig. 2). El efecto del StresSal se refleja en una mayor reducción del potencial hídrico en las hojas de las plantas tratadas con StresSal respecto las sin tratar. Este efecto se observa ya a los 15 días en las plantas desarrolladas a 150mM NaCl, mientras que en las desarrolladas a 50mM NaCl sólo se observa a los 45 días. Estos resultados se correlacionan con los datos anteriores referentes al mayor contenido de agua en hoja, lo que vendría condicionado por una mayor acumulación activa de solutos compatibles en aquellas plantas tratadas con StresSal. Por otro lado, los resultados de desarrollo vegetativo muestran como el StresSal tiene un claro efecto positivo sobre el desarrollo de la parte aérea en las plantas tratadas, teniendo en cuenta que precisamente la reducción en la expansión foliar es una de las primeras respuestas de las plantas frente salinidad (Parida y Das, 2005). Según la Figura 3, todos los tratamientos muestran diferencias significativas de peso fresco respecto los controles sin tratar. Es más, las plantas tratadas en los diferentes niveles de salinidad estudiados presentaron a los 30 días el peso fresco que alcanzaron las plantas sin tratar a los 45 días, produciéndose un adelanto de unos 15 días en el desarrollo vegetativo. Como conclusión, la mayor tolerancia de las plantas tratadas con StresSal se debe a su capacidad para reducir el potencial osmótico de la hoja, y así mantener una mayor absorción de agua y nutrientes (Alarcón et al., 1993; Mansour, 2000), lo que explicaría el mayor desarrollo de la parte aérea encontrado en las plantas tratadas con StresSal. Referente a la verificación de la eficacia en campo del producto StresSal, en los 3 ensayos presentados se observa como el riego con aguas de elevadas conductividades eléctricas afecta al crecimiento vegetativo de pimientos (Fig. 4), lechugas (Fig. 5) y judías (Fig. 6). La aplicación de un corrector salino de los utilizados habitualmente en el mercado agrícola (estándar) consigue en la mayoría de los casos mitigar en parte el daño causado, sin embargo, la aplicación de StresSal presenta un efecto protector superior que se refleja en un mayor aumento del peso fresco foliar respecto al estándar. Los ensayos realizados muestran como la aplicación de StresSal, al aportar compuestos nitrogenados que actúan como solutos compatibles (Rai, 2002), regula el 372
ajuste osmótico de la planta, permitiendo obtener altos rendimientos en los cultivos bajo condiciones de riego con aguas salinas. Referencias Alarcón, J.J., Sánchez-Blanco, M.J., Bolarín, M.C. and Torrecillas, A. 1993. Water relations and osmotic adjustment in Lycopersicon esculentum and L. Penellii during a short-term salt exposure and recovery. Physiol. Plant. 89: 441-447. Mansour, M.M.F. 2000. Nitrogen containing compounds and adaptation of plants to salinity stress. Biol. Plant. 43(4): 491-500. Parida, A.K. and Das, A.B. 2005. Salt tolerance and salinity effects on plants: a review. Ecotoxicology and Environmental Safety 60: 324-349. Rai, V.K. 2002. Role of amino acids in plant responses to stresses. Biol. Plant. 45(4): 481-487. Rus, A.; Perez-Alfocea, F.; Caro, M.; Bolarin, M.C. 1998. Relación entre la tolerancia a la salinidad del tomate y la capacidad de absorción de agua a nivel celular. Actas 4º Simposium Hispano-Portugués de Relaciones Hídricas en las Plantas. p. 146-149. Fig. 1. Contenido de agua en las hojas de plantas de tomate desarrolladas a diferentes niveles de salinidad (desde 0 a 150mM NaCl) en los 3 puntos de muestreo (15, 30 y 45 días después del tratamiento) en los tratamientos sin StresSal y con StresSal. 373
Fig. 2. Potencial osmótico de hoja en las plantas desarrolladas a diferentes niveles de salinidad (desde 0 a 150mM NaCl) en los 3 puntos de muestreo (15, 30 y 45 días después del tratamiento) en los tratamientos sin StresSal y con StresSal. Fig. 3. Biomasa de la parte aérea de plantas de tomate desarrolladas a diferentes niveles de salinidad (desde 0 a 150mM NaCl) en 2 puntos de muestreo (30 y 45 días después del tratamiento) en los tratamientos sin StresSal y con StresSal (Tratamiento estadístico por punto de muestreo; Test LSD, 95%). 374
Fig. 4. Peso fresco foliar (g) de plantas de pimiento cv. infante (al momento de la cosecha) regadas con agua de 9 ds/m de CE, en los 3 tratamientos indicados (Test LSD, 95%). Fig. 5. Peso fresco foliar (g) de plantas de lechuga cv. focea (al momento de la cosecha) regadas con aguas de 6 y 9 ds/m de CE, más un control de agua de la parcela, en los 3 tratamientos indicados (Test LSD, 95%). Fig. 6. Peso fresco foliar (g) de plantas de judía cv. contender (a los 20 días tras iniciar el tratamiento) regadas con aguas de 3, 6 y 9 ds/m de CE, en los 3 tratamientos indicados (Test LSD, 95 %). 375