Respuesta fisiológica y metabólica a la toxicidad por boro en plantas de tomate. Estrategias de tolerancia

Resumen

El B es un micronutriente esencial para las plantas superiores (Blevins y Lukaszewski, 1998), pero a elevadas concentraciones en el medio se convierte en un elemento tóxico, acarreando no sólo un problema medioambiental sino también un problema agrícola, puesto que reduce la calidad y el rendimiento de las cosechas (Nable et al., 1997). Éste puede adquirir una mayor relevancia en las zonas semiáridas, como en la región suroeste de la costa Mediterránea española, dónde existe un gran desarrollo agrícola y el agua constituye cada año un factor más limitante. Aquí, el uso de agua desalinizada para el riego se ha convertido en una alternativa cada vez más demandada, a pesar de que ésta puede contener niveles de B demasiado elevados para el desarrollo de algunos cultivos (Parks y Edwards, 2005; Vouthckow, 2005). Por esta razón se requiere un estudio más profundo de que fenómenos y respuestas tienen lugar en las plantas cuando se encuentran sometidas a exceso de B. Algunos de los procesos más importantes que permiten mantener el crecimiento y productividad de las plantas frente a condiciones de estrés todavía no se han estudiado a fondo y continúan siendo causa de debate en el caso de la toxicidad por B, como es el caso del metabolismo oxidativo y el metabolismo nitrogenado (Mahboobi et al., 2002; Gunes et al., 2006). De la misma forma, aunque recientemente se han empezado a caracterizar los mecanismos de exclusión que presentan ciertos genotipos de plantas tolerantes a la toxicidad por B, aun no se conocen bien los procesos que tienen lugar en la raíz bajo dicho estrés nutricional (Reid et al. 2004; Hayes y Reid, 2004). Por tanto, todavía es necesario una mayor caracterización y conocimiento de los parámetros fisiológicos inducidos por el exceso de B en la planta, los cuales nos permitan obtener herramientas aplicadas a la mejora de los cultivos, así como para prevenir a tiempo la aparición de los síntomas de toxicidad. Puesto que el tomate es uno de los cultivos más abundantes en las regiones españolas que pueden ser propicias a presentar problemas de toxicidad por B, en el presente estudio hemos decido utilizar dos cultivares comerciales de dicha planta. El uso de dos cultivares puede ser una forma de comparar dos líneas genéticas cercanas, pero también de duplicar la fiabilidad de los resultados. En vista de lo descrito anteriormente, en el presente trabajo hemos planteado los siguientes objetivos: 1)Determinar el posible efecto de niveles tóxicos de B sobre el metabolismo oxidativo y antioxidante, así como sobre el metabolismo nitrogenado de plantas de tomate. (Bloque Experimental I) 2)Estudiar en la raíz el papel de la membrana así como de diversos aspectos de la pared celular, como la lignificación y la expresión de proteínas presentes en ésta, bajo condiciones de exceso de B. (Bloque Experimental II) 3)Determinar bajo condiciones de exceso de B el comportamiento temporal de diferentes indicadores de estrés abiótico en hojas de plantas de tomate, y en tal caso seleccionar aquellos parámetros más indicativos de la presencia de niveles tóxicos de B en la planta. (Bloque Experimental III) En base a los resultados y discusión de este trabajo de investigación hemos obtenido las siguientes conclusiones: 1)La aplicación de niveles tóxicos de B al medio de cultivo induce la formación de ROS así como la peroxidación de lípidos en hojas de plantas de tomate. En respuesta al estrés oxidativo en hojas, la planta incrementa la actividad de enzimas y compuestos antioxidantes, entre los que destacan el ASA y algunos flavonoides como las antocianinas. Dicha respuesta podría considerarse un mecanismo de defensa que contribuyese, al menos en parte, a reducir los síntomas y por tanto a tolerar la toxicidad por B. 2)El estrés provocado por el exceso de B en el medio inhibe la capacidad de absorber y reducir el NO3- a NH4+, lo que disminuye el N orgánico y por tanto repercute directamente en el crecimiento de la planta. Sin embargo, bajo dichas condiciones, se induce la asimilación del NH4+ y una mayor producción de biomasa por unidad de N disponible. Esto, unido a la removilización del N, denota una respuesta específica de la planta cuya finalidad podría ser la de mantener el crecimiento y/o el desarrollo de regiones meristemáticas bajo condiciones de exceso de B. 3)El contenido de lignina en la pared celular no parece un factor implicado en la reducción del crecimiento radicular en plantas de tomate sometidas a elevados niveles de B. Sin embargo, la toxicidad por B induce pequeños cambios en la expresión de proteínas unidas iónicamente a la pared que podrían afectar a dicho crecimiento. Asimismo, un estudio más detallado podría determinar si un incremento de la lignificación de raíces, como mostró el cv. Kosaco, contribuye a que las plantas de tomate sean menos sensibles a la toxicidad de B. 4)Al contrario de lo que ocurre en hoja, el exceso de B no produce estrés oxidativo ni daños significativos en la membrana de raíces de tomate. En este sentido, bajo condiciones de toxicidad el flujo de B a través de la membrana es independiente de un transporte activo, lo que sugiere junto a la acumulación de B en hojas que las plantas de tomate analizadas no presentan mecanismos activos de exclusión de B. 5)Entre otros indicadores de estrés, los niveles de ROS y antocianinas son los que mejor se correlacionan con el incremento de la concentración de B en hoja, seguidos por otros parámetros como la GPOX, clorofila b y prolina. Estos parámetros podrían ser utilizados para evaluar el nivel de estrés así como para desarrollar modelos que ayuden a prevenir los daños producidos por la toxicidad de B en plantas de tomate. 6)A lo largo de este trabajo de investigación, el cv. Kosaco se mostró menos sensible a la toxicidad por B que el cv. Josefina. Las diferencias halladas entre ambos cultivares sugieren no sólo cierta variabilidad genética frente al exceso de B, sino también que pequeñas variaciones en la respuesta a dicho estrés nutricional pueden repercutir sobre el crecimiento, como el hecho de acumular menos B, incrementar los niveles de importantes moléculas antioxidantes como el ASA o mantener más estable la actividad NR.