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CARACTERIZACIÓN FISIOLÓGICA DEL EFECTO DEL ESTRÉS SALINO EN
FRIJOL (Phaseolus vulgaris)
González Alejos R.Ma., Floresvillar M.J.Fa., Jiménez Bremont J.Fb. Rangel Lucio
J.Aa. y Ramírez Pimentel J.Ga.
a
b
Instituto Tecnológico de Roque, C.P. 38110. [email protected]
Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica, C.P. 78216
RESUMEN
En los sistemas agrícolas, el estrés salino afecta el crecimiento, desarrollo y productividad de las plantas; la
gran mayoría de las variedades comerciales son sensibles a bajas concentraciones de sal. En el centro y norte
de México, incluyendo el estado de Guanajuato; el agua se extrae a grandes profundidades del subsuelo,
resultando aguas más duras, es decir, con mayor concentración de sales. Esta agua es la misma que irriga los
cultivos ocasionando un serio problema de salinización del suelo. Se considera que aproximadamente 13000
km2 del suelo de México es de tipo salino, correspondiendo a una parte importante del territorio nacional
dedicado a la agricultura; según datos de la FAO, una de las zonas afectadas se localiza en el centro del país.
El objetivo de este proyecto fue llevar acabo la caracterización fisiológica de la respuesta de Phaseolus
vulgaris al estrés por salinidad. Se cuenta con dos variedades de fríjol una tolerante y otra sensible, Pinto
Villa y Canario-60 respectivamente, para evaluar la caracterización morfológica y fisiológica de la respuesta
al estrés salino, se germinaron y crecieron en distintas concentraciones de cloruro de sodio (0-500mM),
monitoreando los diferentes parámetros afectados durante el estrés que se han reportado, como son:
porcentaje de germinación, velocidad de germinación, crecimiento de la raíz, longitud de hipocotilo, perdida
de agua, tiempo de floración y acumulación de proteínas. Se determinó que el mecanismo por el una de las
variedades presenta tolerancia no tiene está relacionado con la toma de sales del medio, sino por mecanismos
netamente celulares.
1. INTRODUCCIÓN
La salinidad es uno de los factores que ha limitado el establecimiento de las poblaciones humanas. En los
sistemas agrícolas, el estrés salino afecta el crecimiento, desarrollo y productividad de las plantas; en
condiciones severas, origina la muerte de cultivos enteros1. El estrés salino afecta directamente el rendimiento
de los cultivos, inhibe su óptimo desarrollo y frecuentemente conduce a la muerte de la planta 2. El efecto más
común de la salinidad en las plantas es la reducción del desarrollo debido a: 1. una disminución del potencial
osmótico del medio y, en consecuencia, del potencial hídrico del suelo, 2. una toxicidad especifica,
normalmente asociada con la absorción excesiva de Na+ y Cl- ; 3. un desequilibrio nutricional a la
interferencia de los iones salinos con los nutrimentos esenciales, y la combinación de los elementos antes
indicados3. Como consecuencias de estos efectos primarios, a menudo ocurren otro tipo de estrés secundarios
como el daño oxidativo6. Las plantas disponen de mecanismos complejos moleculares de respuesta a estos
efectos de salinidad, incluyendo biosíntesis de solutos compatibles, control, de flujo hídrico y transportes de
iones para restablecer la homeostasis5. En los últimos años, el estrés salino en plantas considera dos
componentes principales: un componente osmótico y uno iónico. El primero se refiere a la privación del agua
y constituye un factor común tanto para estrés salino como por estrés por sequía y frío. El segundo se
relaciona con el efecto tóxico que provoca la disminución de la relación de Potasio (K +)/Sodio (Na+) a nivel
celular y es propio de este tipo de estrés7. El aumento en los niveles de NaCl en el medio lleva consigo un
incremento en la entrada de Na+ a las raíces y su distribución por toda la planta.
2.
OBJETIVOS
General: caracterizar la respuesta de Phaseolus vulgaris al estrés por salinidad.
Específicos:
1. Evaluar el efecto del estrés sobre la germinación mediante la caracterización anatómica y análisis
químico de las plántulas.
2. Identificar el efecto de la salinidad sobre el desarrollo de la planta y determinar las condiciones
contrastantes para posteriores estudios genéticos
3.
HIPÓTESIS
La salinidad afecta la germinación y el desarrollo de las plantas; las variedades de frijol tolerantes pueden ser
capaces de contrarrestar estos efectos por mecanismos de expresión genética a nivel celular y por lo tanto
podrían identificarse los genes responsables de la tolerancia.
4.
MATERIALES Y METODOS
Este proyecto se realizó en el Laboratorio de Sanidad de Semillas ubicado en el Instituto Tecnológico de
Roque. Se cuenta con dos variedades de frijol: Pinto Villa (tolerante) y Canario-60 (sensible). Se realizaron
estudios preliminares: (1) evaluando el efecto del estrés salino en frijol; realizando pruebas de germinación en
charolas; (2) análisis químico para determinar la entrada de la sal en la planta; y (3) caracterización anatómica
de las plántulas considerando la longitud de la raíz, hipocotilo y epicotilo. Para establecer las pruebas de
germinación se colocó una capa de sustrato (vermiculita) de 5cm sobre la cual se colocaron las semillas de
frijol uniformemente, después se agregó otra capa de sustrato para cubrir la semilla y se suministró agua a
capacidad de campo, posteriormente se regó con solución nutritiva (sales de MS 0.1X). Cuando las plántulas
tuvieron 6 hojas verdaderas, se transplantaron por separado, colocando cada plántula en vaso de unicel con
sustrato; con el objeto de establecer los tratamientos con cuatro concentraciones de sal de 0, 50, 100, 250 y
500mM, después se colocaron en una cámara de crecimiento con fotoperiodo, a una temperatura de 25-30 ºC
durante cuatro días. En el laboratorio de análisis de suelos, agua y plantas del mismo Instituto se realizaron
los análisis químicos pertinentes para determinación de Sodio por Espectrometría de Absorción Atómica.
Para llevar acabo los análisis histológicos; se seleccionaron las plántulas mejor preservadas para fijación e
inclusión en parafina y se realizaron cortes histológicos que permitieran observar en microscopio las
estructuras y tejidos de las plántulas, así como los posibles cambios en estructura celular causados por el
estrés abiótico.
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Efecto de la salinidad sobre la germinación
Concentraciones superiores a 400mM de Cloruro de sodio inhibieron la germinación en las dos variedades y
se observó que se favoreció el desarrollo de hongos. Desde concentraciones cercanas a 100 mM se observó un
efecto inhibitorio más notorio en la germinación de la variedad Canario-60 (cuadro 1).
Cuadro 1. Porcentaje de germinación en semillas con cuatro concentraciones de NaCl de 0, 50, 100, 250 y
500.
Variedad
Pinto Villa
Canario-60
0mM
100%
100%
Porcentaje de germinación
Concentraciones de Na Cl
50 mM
100 mM
83%
83%
82%
67%
250 mM
50%
34%
500 mM
33%
0
Determinación de Entrada de Sodio a las plantas sometidas al estrés.
Se determinó que las dos variedades de Phaseolus vulgaris toman cantidades similares de sodio, de acuerdo
con la concentración presente en el medio; por lo tanto, la tolerancia a la salinidad presentada por la variedad
Pinto Villa no es debida a una exclusión de la sal como se ha reportado para otras especies adaptadas a
ambientes cercanos al mar, sino a un mecanismo accionado a nivel celular y probablemente regulado a nivel
genético. En el cuadro No. 2 se observa que las plantas sometidas a concentraciones de 250 mM de NaCl
acumulan Sodio en un rango superior a 16 veces el contenido en una planta crecida en condiciones normales,
mostrando rangos similares en ambas variedades.
Cuadro No. 2. Resultados de análisis químicos bajo estrés de Na y sin estrés en las variedades de
Pinto villa y Canario-60
Variedad
Repeticiones
I
II
III
IV
P-V*
976
976
1039.73
1013.37
P-V con estrés
18650
18650
18650
18650
Canario-60
1226.5
11247.5
1480.10
1480.10
Canario-60 con
18349.92
18349.92
18349.92
19049.92
estrés
*P-V= variedad Pinto Villa
**los resultados estan dados en ppm de Na+
Efecto de la Salinidad sobre el desarrollo de la plántula
Se observó a 5 días después de la germinación que conforme se incrementa la concentración de sal, se ve
afectada la elongación de raíces, hipocotilos y epicotilos en ambas variedades. Sin embargo en la variedad
canario-60 se puede observar un mayor efecto del estrés sobre las plantas (Cuadro No. 3). Al observar las
células epidérmicas al microscopio, se corroboró que la inhibición en el crecimiento de estos órganos en las
plántulas responde a un efecto inhibitorio de elongación celular, por lo que se puede asumir que la
proliferación celular, al menos durante las primeras etapas de desarrollo, permanece constante; posteriormente
ocurren procesos de muerte celular, ocasionados por el estrés.
Cuadro No. 3. Longitud de la raíz, hipocotilo y Epicotilo de Fríjol (Phaseolus vulgaris) variedad Pinto villa y
Canario-60 sometida a estrés en concentraciones de 50,100 y 250 mM de NaCl.
Longitud de la raíz en cm
Hipocotilo (cm)
Epicotilo (cm)
Concentraciones de NaCl
P-V
C-60
P-V
C-60
P-V
C-60
50 mM
2.3
.8
1.2
1.3
1.2
1.4
100 mM
3.5
1.7
3.5
1.2
1.7
0.9
250 mM
0.4
0.2
0.8
1
0.5
0.5
P-V variedad Pinto villa
C-60 variedad Canario-60
6. CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos de los estudios preliminares se puede concluir lo siguiente:
1. La presencia de concentraciones altas de cloruro de sodio inhibe la germinación de Phaseolus vulgaris,
siendo más dramático el efecto en la variedad Canario 60 y se favorece la proliferación de hongos.
2. Al cuantificar el contenido total de sodio en las plantas sometidas a los tratamientos se determinó que el
mecanismo por el que la variedad Pinto Villa presenta cierta tolerancia a salinidad no es de exclusión de
los iones en la rizósfera, sino que la sal penetra y pasa a los tejidos de la planta y por lo tanto, la
tolerancia a la sal es verdadera, puede estar controlada a nivel genético.
3. La inhibición del incremento de longitud de raíces, hipocotilos y epicotilos durante su desarrollo en
condiciones de estrés por salinidad, tiene su origen en una inhibición en la elongación celular.
7. BIBLIOGRAFÍA
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