Estrés Salino

Hay 330’ ha suelos salinos 240’ ha muy salinos

Salinización del suelo produce pérdida de

fertilidad, perjudicando el cultivo agrícola.

Para frenar o revertir el proceso, se realizan

costosos lavados de los suelos para lixiviar las

sales

O cultivar plantas que toleren mejor la salinidad.

Distribución de Suelos Salinos en el

Mundo (FAO/UNESCO)

Región has (Millones)

África 69.5

Oriente Medio 53.1

Asia 19.5

América Latina 59.4

Australia 84.7

América del Norte 16.0

Europa 20.7

Mayor problema en gricultura: acumulación de sales en aguas de riego.

Pobre calidad del agua en regiones áridas y semiáridas.

Sales pueden alcanzar niveles que son dañinos para las especies sensibles a sales, cuando el agua de riego tiene alta concentración de solutos y no pueden ser eliminadas las sales acumuladas en un sistema de drenaje

1/3 de las regiones irrigadas en la Tierra es afectada por salinidad.

Altas [Na]: Sodicidad, y altas [sales totales]: Salinidad.

Ca2+, Mg2+, SO4= y NaCl contribuyen a la

salinidad en los suelos.

Alta [Na] en suelo sódico no solo daña a las

plantas sino también degrada la estructura del

suelo: disminuye la porosidad y la

permeabilidad.

Contenido de sales de un río puede llegar a 50

mg/L al inicio; y a 900 mg/L, a 2,000 Km abajo,

suficiente para impedir el crecimiento de cultivos

sensibles a las sales.

Agua de algunos pozos contiene 2,000-3,000

mg/L de sales. Un riego (1 m) con esta agua,

puede agregar 20-30 ton de sales al suelo por

hectárea.

Suelos Sódicos: degradan la estructura del suelo, disminuyendo

la porosidad; se vuelven impermeables al agua.

Efectos de la salinidad • Deprime el crecimiento • Afecta la fotosíntesis • Pérdida de la turgencia de las células • Expansión lenta de la pared celular Estrategias para evitar el estrés salino • Excretar sales por el meristema • Ajustar el potencial hídrico • Acumulación de iones en la vacuola y solutos compatibles (glicina, prolina, sorbitol y sacarosa) en el citosol

Potencial de agua del sustrato muy negativo: mayor esfuerzo de la planta para obtener agua

Yacón (Smallanthus sonchifolius)

+ sales

- sales

Plantas de anacardo de 21 días cultivadas con diferentes CE

Efecto de la salinidad sobre el crecimiento de plantas de anacardo

De Abreu, et al. 2008

De Abreu, et al. 2008

De Abreu, et al. 2008

Efecto de la salinidad sobre la senescencia de la hoja

en plantas de camote

Hsien-Jung Chen, et al., 2012

Efecto de la salinidad sobre el contenido de H2O2 en

hojas de camote

Hsien-Jung Chen, et al., 2012

Efecto de la salinidad sobre el contenido de Clorofila en

hojas de camote

Hsien-Jung Chen, et al., 2012

CCI: razón entre la Transmisión a 931 nm a 653 nm a través de una hoja

Salinidad Deprime el Crecimiento y

Fotosíntesis en Especies Sensibles

Plantas se dividen en respuesta a la [sales]:

HALOFITAS: nativas de suelos salinos y completan su ciclo de vida en estos ambientes.

GLICOFITAS (“plantas dulces”) o NO HALOFITAS, no son capaces de resistir altas [sales].

altamente sensibles a sales: maíz, cebolla, cítricos, pecana, lechuga, fréjol

moderadamente tolerantes: algodón, cebada.

altamente tolerantes a sales: betarraga, dátiles, coco

Especies altamente tolerantes a sales muestran estimulación del crecimiento a [Cl-] varias veces mayores que el nivel letal para especies sensibles.

Da Silva , et al., 2011

Halofita: Festuca rubra

Halofita: Puccinellia peisonis

Halofita: Spartina densiflora

Halofita: Sueda maritima

Halofita: Atriplex nummularia

Cl- (mM) en el medio externo

Cre

cim

ien

to

(% d

el C

on

tro

l a b

aja

co

ncen

tració

n d

e C

l-)

Crecimiento de Plantas Halofitas y No Halofitas

IA Halofitas

IB Halofitas

II Halofitas y No Halofitas

III No Halofitas Sueda maritima

Atriplex nummularia

Festuca rubra

Puccinellia peisonis

Algodón, cebada

Spartina sp

betarraga

Taiz y Zeiger, 2010

Alta [Na+] desplaza el Ca2+ de la membrana plasmática: cambio en la permeabilidad.

Se inhibe Fotosíntesis cuando se acumulan en cloroplastos alta [Na+] y/o Cl-: Metabolismo del C y la fotofosforilación son afectados.

Enzimas extraídas de especies tolerantes a sales son sensibles a la presencia de ClNa como lo son las enzimas de las glicofitas.

Tolerancia a salinidad en halofitas no es una consecuencia de una maquinaria metabólica resistente a las sales.

Daño por Sales Involucra Efectos

Osmóticos y de Iones Específicos

Solutos disueltos en la zona radicular generan un bajo π que disminuye el ψ del suelo. Efecto similar al de un déficit hídrico del suelo.

Muchas plantas realizan ajuste osmótico cuando crecen en suelos salinos, previniendo la pérdida de turgencia.

Efectos de iones específicos ocurre cuando concentraciones dañinas de Na, Cl- o SO4

= se acumulan en las células.

Bajo condiciones no salinas, el citosol de células vegetales contiene 100-200 mM de K+ y, 1-10 mM de Na+, ambiente iónico donde las enzimas funcionan óptimamente.

Razón anormal de Na+ y K+ y altas [sales totales] inactivan enzimas e inhiben la síntesis de proteínas.

Plantas usan Diferentes Estrategias para

Evitar Daño por Sales

Minimizan daño por sales excluyendo sales desde los meristemas, principalmente en vástagos y desde las hojas que están activamente en expansión y fotosintetizando.

Halofitas tienen mayor capacidad para acumular iones en células de los brotes que Glicofitas.

Na+ entra a las raíces pasivamente; las células deben usar energía para su transporte activo de retorno hacia la rizosfera.

Cloruro es excluido por la baja permeabilidad de las membranas plasmáticas de la raíz.

Algunas plantas tienen glándulas salinas en la superficie de las hojas, donde los iones son transportados y las sales se cristalizan y no son dañinas.

Células vegetales ajustan su π en respuesta al estrés osmótico, disminuyendo el ψ:

acumulación de iones en vacuolas

síntesis de solutos compatibles en el citosol.

La cantidad de C usado para la síntesis de estos solutos orgánicos representa el 10% del peso de la planta.

Halofitas exhiben crecimiento óptimo a niveles moderados de salinidad. Tienen capacidad de acumular iones en vacuolas, sin dañar enzimas sensibles a sales.

El balance de agua es mantenido entre el citoplasma y las vacuolas por la síntesis de compuestos orgánicos (prolina, sacarosa) que se acumulan en el citosol.

Glándulas de sales en Diplachne uninervia

Apóstolo, N, 2005

Glándulas de sales en Atriplex oficcinalis

Tan, et al. 2010

cutícula (cu), células epidermis (epc). Células secretoras

(sc) célula base (st). Células colectoras (cc)

Barra = 20 μm.

Distichlis spicata

Extrusión de sales en Distichlis spicata

Kizes, J., 2003

Osmosis

Membrana

Semipermeable

Efecto del

estrés salino

en Arroz

Efecto del

estrés salino

en Durazno

Cierre de estomas

Potencial de Agua (MPa)

Agua pura Plantas

bien

regadas

Plantas clima

áridos,

desiertos

Plantas

bajo

estrés

medio

Cambios Fisiológicos debido a la deshidratación

Acumulación de ABA

Acumulación de

solutos

Fotosíntesis

Conductancia

Estomatal

Síntesis de Proteínas

Síntesis pared celular

Expansión celular

Propiedades del agua de mar y agua de

riego de buena calidad

[iones] (mM) Agua de mar Agua de riego

Na+ 457 <2.0

K+ 10 <1.0

Ca2+ 10 0.5-2.5

Mg2+ 56 0.25-1.0

Cl- 536 <2.0

SO4= 28 0.25-2.5

HCO3- 2.3 <1.5

Potencial Osmótico (MPa) -2.4 -0.039

Sales Totales Disueltas (ppm) 32,000 500

Invernaderos Hidropónicos del Perú, Lurín

Análisis de Agua (Pachacamac)

Agua 1 Agua 2 Agua 3

pH 6.49 6.36 6.61

CE dS/m 1.65 1.48 1.51

Ca2+ meq/L 8.35 8.05 8.20

Mg2+ meq/L 2.50 2.25 2.33

K+ meq/L 0.04 0.04 0.04

Na+ meq/L 4.65 3.74 4.26

Suma cationes 15.54 14.08 14.83

NO3- meq/L 0.25 0.17 0.25

CO3= meq/L 0.00 0.00 0.00

HCO3- meq/L 4.87 4.41 4.70

SO4= meq/L 2.24 2.41 2.23

Cl- meq/L 8.30 7.50 7.70

Suma Aniones 15.66 14.49 14.88

Sodio % 29.92 26.56 28.73

RAS 2.00 1.65 1.86

Boro ppm 0.56 0.51 0.45

Clasificación C3-S1 C3-S1 C3-S1

Análisis de Agua (Lurin)

pozo 1 pozo 2

pH 7.16 7.52

CE dS/m 0.84 1.24

Ca2+ meq/L 3.91 5.80

Mg2+ meq/L 1.15 2.16

K+ meq/L 0.09 0.50

Na+ meq/L 2.56 4.74

Suma cationes 7.71 13.20

NO3- meq/L 0.01 0.09

CO3= meq/L 0.00 0.00

HCO3- meq/L 3.83 3.46

SO4= meq/L 1.58 3.21

Cl- meq/L 2.50 6.40

Suma Aniones 7.92 13.16

Sodio % 33.20 35.91

RAS 1.61 2.38

Boro ppm 0.13 0.39

Clasificación C3-S1 C3-S1

Invernaderos Hidropónicos del Perú, Lurín