Efecto de la técnica agrícola del injerto en las respuestas fisiológicas de resistencia ante un estrés hídrico moderado en plantas de tomate cherry

Resumen

Debido a la disponibilidad limitada de zonas de cultivo, la alta demanda de vegetales fuera de temporada, y las prácticas agrícolas intensivas que conllevan a una rotación de cultivos muy limitada, los vegetales son a menudo cultivados bajo condiciones desfavorables que inducen estrés. Para hacer frente a estos problemas, se intentan desarrollar por parte de las empresas de reproducción cultivos más tolerantes a estréses abióticos. Sin embargo, debido a la necesidad de seleccionar marcadores genéticos, resulta un proceso demasiado costoso y lento. Por ello, el uso de injertos se ha convertido en una herramienta rápida alternativa a la metodología convencional, y que permite incrementar la tolerancia de los vegetales a diversos estreses ambientales. De hecho, el uso de vegetales injertados ha sido muy popular en los últimos años. Sin embargo, son pocos los trabajos que se han centrado en estudiar su efecto bajo condiciones de estrés hídrico, a pesar de que se sabe que las plantas injertadas muestran un incremento en la absorción de agua y nutrientes en comparación con las plantas sin injertar. Por ello, los objetivos de nuestro trabajo fueron: 1. Evaluar el papel de injerto en la resistencia al estrés hídrico puesto que se trata de una técnica agronómica alternativa, rápida, eficaz, de bajo coste y muy disponible para la agricultura. 2. Analizar si la resistencia es debido bien a propiedades de la base radicular resistente o bien a propiedades de la parte aérea resistente. Para llevar a cabo estos objetivos, previamente hemos seleccionado un cultivar de tomate cherry con mayor tolerancia a un estrés hídrico moderado, cv. Zarina, y otro que presenta una mayor sensibilidad a este estrés, cv. Josefina. Realizamos injertos recíprocos entre ambos cultivares, así como autoinjertos que nos servirán de control de la propia técnica. Los tratamientos aplicados consistieron en un control (100% de la capacidad de campo) y un tratamiento de estrés hídrico moderado (50% capacidad de campo). Nos centramos en el estudio de la respuesta antioxidante, el metabolismo fenólico, metabolismo de las poliaminas y de la prolina, así como los cambios en el ionoma en plantas de tomate cherry injertadas bajo estos tratamientos. Este diseño experimental nos permite comprobar que respuestas están más determinadas por la parte aérea tolerante y cuáles están más influenciadas por la parte radicular tolerante dentro de las plantas injertadas. - Respuesta antioxidante en injertos recíprocos entre cultivares de tomate tolerante y sensible al estrés hídrico. Recientemente las plantas injertadas han sido utilizadas para inducir resistencia a diferentes estreses abióticos. En nuestro trabajo, utilizamos cultivares de tomate que difieren en su tolerancia al estrés hídrico (Zarina tolerante y Josefina sensible) para obtener plantas injertadas que crecieron bajo estrés hídrico moderado, con el objetivo de comprobar el papel del parte aérea y el parte radicular en la producción de biomasa foliar y la respuesta antioxidante. Se determinaron algunos indicadores de estrés y la actividad de las enzimas relacionadas con la respuesta antioxidante. Nuestros resultados mostraron que cuando la parte aérea corresponde al cultivar tolerante Zarina, los cambios en las actividades de las enzimas antioxidantes fueron más largos y consistentes. Sin embargo, cuando la parte aérea corresponde al genotipo sensible, Josefina, la respuesta antioxidante es más limitada y el estrés oxidativo fue evidente. Estos resultados reflejan que la técnica del injerto usando al cultivar Zarina como parte aérea podría ser una herramienta útil y efectiva para mejorar la respuesta antioxidante en tomate bajo estrés hídrico, ayudando a mantener una biomasa mayor bajo este estrés. - Metabolismo fenólico en plantas de tomate injertadas y no injertadas bajo la influencia de estrés hídrico. El uso de injertos con una parte radicular capaz de paliar los efectos del estrés hídrico puede ser una solución para reducir las pérdidas de producción. Para responder al estrés, las plantas pueden inducir el metabolismo de los fenilpropanoides. El objetivo de este capítulo fue determinar la respuesta de los injertos recíprocos realizados entre un cultivar tolerante, Zarina, y otro más sensible, Josefina. El análisis de la vía fenilpropanoide se realizó enzimática y metabólicamente. Se determinaron las actividades DAHP sintasa, shikimato deshidrogenasa, fenilalanina amonio liasa, cinamato 4-hidrolasa, y 4-coumarato CoA ligasa, así como los metabolitos característicos de esta vía mediante HPLC-MS. Las plantas JosxZar incrementan la concentración de compuestos fenólicos tras el estrés hídrico. Esto podría estar correlacionado con un aumento en la actividad de las enzimas de síntesis, así como un descenso de aquellas relacionadas con la degradación de fenoles. Por tanto deducimos que el metabolismo fenólico está más influenciado por la parte aérea, y por tanto, la capacidad para inducir tolerancia por parte de la parte radicular depende a su vez del genotipo del parte aérea. - Papel de los injertos en la resistencia al estrés hídrico en plantas de tomate: producción de amonio y asimilación. El estrés hídrico puede restringir la habilidad de las plantas para reducir y asimilar el nitrógeno a través de la inhibición de las enzimas implicadas en su metabolismo. Por otro lado, las plantas producen cantidades significativas de amonio a través de la reducción de nitrato y de la fotorrespiración, y debe ser rápidamente asimilado a compuestos nitrogenados no tóxicos. El objetivo de este capítulo fue determinar la respuesta en la reducción de nitrógeno y asimilación de amonio bajo condiciones de déficit hídrico en injertos recíprocos realizados entre un cultivar de tomate tolerante al estrés hídrico, Zarina, y otro sensible, Josefina. Nuestros resultados mostraron que cuando el cv. Zarina (tolerante) fue empleado como parte radicular (ZarxJos), estas plantas presentaron una mejora en la absorción y asimilación de nitrato, provocando un crecimiento favorable bajo estrés hídrico. Por otro lado, cuando el cv. Zarina es utilizado como parte aérea (JosxZar), estas plantas injertadas mostraron un incremento en el ciclo de fotorrespiración, el cual genera aminoácidos y proteínas, y podría explicar su mejor crecimiento bajo las condiciones de estrés. En conclusión, los injertos que mejoran la absorción de nitrógeno o la fotorrespiración, incrementan la fotoasimilación de nitrato en plantas de tomate mejorando el crecimiento bajo déficit hídrico. - Interacciones entre el metabolismo de la prolina y las poliaminas en plantas de tomate injertadas bajo condiciones de estrés hídrico. En este capítulo estudiamos los cambios inducidos en los niveles de prolina y poliaminas y en las enzimas relacionadas con sus metabolismos, en respuesta a un estrés hídrico moderado utilizando plantas injertadas de dos cultivares que difieren en su respuesta a este estrés. Observamos que las interacciones entre las vías de prolina y poliaminas son competitivas. Los cultivares con mayor grado de estrés (Josefina y ZarxJos) presentaron acumulación de prolina bajo las condiciones de déficit hídrico, lo cual podría ser un síntoma de estrés. Mientras Zarina y JosxZar (más tolerantes al estrés hídrico) mostraron un aumento en la degradación de prolina asociado a una mejora en la biosíntesis de poliaminas. Así, el uso del cv. Zarina como parte aérea en plantas injertadas podría determinar una mejor resistencia frente al estrés hídrico asociado con una elevada biosíntesis de poliaminas. - Efecto del injerto en el ionoma de plantas de tomate cherry bajo condiciones de estrés hídrico. Generalmente, la absorción de nutrientes por la raíz y su transporte a la parte aérea disminuyen con la sequía debido una restricción de la tasa de transpiración, lo cual podría contribuir a una limitación de crecimiento bajo déficit hídrico. Además, la respuesta de los vegetales injertados a condiciones de estrés debido al estado nutricional puede ser diferente al que presentan las plantas sin injertar, dependiendo principalmente del genotipo de la parte radicular. El objetivo de este capítulo fue determinar la respuesta al estrés hídrico de injertos recíprocos realizados entre el cv. Zarina, y el cv. Josefina, examinando la absorción y concentración de nutrientes. Se determinó el contenido total y los flujos de absorción de los macro y micronutrientes. Nuestros resultados mostraron que el uso del cultivar tolerante Zarina como parte radicular (ZarxJos) mejoraba el ionoma de estas plantas, con un incremento en la concentración y absorción de nitrógeno, fósforo y potasio, así como de hierro y cobre bajo condiciones de estrés hídrico. Es conocido que un sistema radicular vigoroso es capaz de absorber nutrientes de forma más eficiente, y en nuestro caso se ha demostrado que tanto el cv. Zarina como el injerto ZarxJos desarrollaron un mejor sistema radicular bajo estrés hídrico. Estos resultados confirman la hipótesis de que las plantas injertadas en una parte radicular vigorosa pueden mejorar la nutrición mineral y la absorción de nutrientes con respecto a las plantas sin injertar, especialmente bajo condiciones de estrés hídrico. Esto podría relacionarse con una mayor biomasa de estas plantas bajo las condiciones de estrés estudiadas. Por tanto las conclusiones que derivan de los trabajos especificados serían: 1. La utilización en plantas injertadas del cv. Zarina tolerante al estrés hídrico como parte aérea y el cv. Josefina sensible al estrés hídrico como base radicular (JosxZar) determina: cambios en la actividad de las enzimas antioxidantes bajo condiciones de estrés hídrico: incrementan las actividades SOD, CAT y las enzimas del ciclo de Halliwell-Asada, mientras que no se aprecian cambios en la actividad LOX. Así, estas plantas no muestran estrés, ya que la concentración foliar de O2-. y H2O2 no cambia con respecto a las condiciones control. Por tanto, el uso del cultivar Zarina como parte aérea en los injertos puede ser una técnica útil y efectiva para mejorar la respuesta antioxidante frente al estrés hídrico en plantas de tomate. A su vez, el metabolismo fenólico parece estar más influenciado por la parte aérea en las plantas injertadas, ya que sólo la utilización como parte aérea del cv. Zarina incrementa la síntesis y acumulación de fenoles en las plantas de tomate bajo estrés hídrico. Este mecanismo puede servir como respuesta frente al estrés generado, mejorando en crecimiento de estas plantas bajo déficit hídrico. Por otro lado, las interacciones entre la parte radicular y la parte aérea tienen fuertes efectos en las respuestas del metabolismo de N bajo condiciones de estrés hídrico. El uso del cv. Zarina como parte aérea activa el ciclo de la fotorrespiración, generando aminoácidos y proteínas. Por tanto nuestros resultados demuestran una compleja interacción entre el metabolismo fotorrespiratorio y la asimilación de NO3-, y que la utilización de la técnica del injerto puede mejorar la respuesta bajo condiciones de estrés hídrico moderado. Bajo condiciones de estrés hídrico, los metabolismos de las poliaminas y de la prolina parecen ser competitivos, ya que tanto el cv. Zarina como el injerto JosxZar muestran una elevada degradación de prolina asociada a una mejora en la síntesis de poliaminas. La base radicular Zarina en el injerto ZarxJos no provoca en la parte aérea sensible Josefina la inducción de estos procesos fisiológicos, lo que nos sugiere con los resultados comentados anteriormente, que en el injerto estas respuestas se deben al genotipo de la parte aérea. 2. Sin embargo, cuándo la parte aérea corresponde al genotipo sensible Josefina (ZarxJos), la actividad de las enzimas antioxidantes es limitada y el estrés oxidativo es más evidente bajo las condiciones de estrés hídrico. Por otro lado, el uso del cv. Zarina como parte radicular (ZarxJos) mejora la absorción y asimilación de NO3- en las plantas estresadas. Así mismo, el uso del cultivar tolerante como parte radicular (ZarxJos) provoca una mejora del ionoma en las plantas injertadas bajo condiciones de estrés hídrico, de forma que incrementa la absorción y concentración de N, P y K, así como de Fe y Cu, probablemente debido a su mayor vigor radicular. Estos resultados confirman la hipótesis de que en plantas injertadas con un parte radicular vigoroso puede mejorar la absorción de agua y nutrientes con respecto a plantas sin injertar, especialmente bajo condiciones de estrés hídrico.