dañino efecto del exceso de agua en el suelo

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INIA Tierra adentro
cultivos
enero - febrero 2010
LIBERACIÓN DE AZÚCARES DESDE SEMILLAS DE LUPINO:
DAÑINO EFECTO DEL EXCESO
DE AGUA EN EL SUELO
Javiera Aravena C.
Bioingeniera
[email protected]
CGNA
Jaime Mejías B.
Ingeniero Agrónomo, Ph.D.
INIA Carillanca
Véronique Amiard
Bioquímica, Dra.
CGNA
Más del 90% del lupino se
cultiva en La Araucanía, con alrededor de 20.000 hectáreas
sembradas anualmente (Censo
Agropecuario, 2007). El establecimiento se realiza entre mayo y
agosto, período en el cual ocurre
la mayor concentración de precipitaciones. La condición de humedad del suelo es de vital importancia para gatillar la
germinación y el vigor de la futura planta de lupino, pero por otra
parte el exceso de humedad en
el suelo afecta negativamente el
proceso de germinación y complica el arraigamiento de las
plantas. Estudios preliminares
realizados en el Centro de Genómica Nutricional Agroacuícola,
CGNA, en laboratorios de INIA
Carillanca, han mostrado una interesante interacción entre la
humedad del suelo y la liberación
de azúcares, lo cual afecta la
germinación de semilla de lupino
amarillo.
Importancia del oxígeno
en la germinación
El suelo está compuesto por
partículas de diferentes tamaños.
Entre ellas existen espacios in-
Cultivo de lupino amarillo en el predio de Carillanca. Plántulas veinte días después
de la siembra (arriba) y ejemplares en plena floración (abajo).
tersticiales o porosidades donde
se almacenan agua y gases. El
volumen de aire en el suelo es
variable, y representa entre un
18 y 25% del volumen total de
poros. Agua y gases son absorbidos y utilizados por las semillas
y las raíces de las plantas para
sus funciones esenciales. En días
de alta precipitación, los poros
del suelo se llenan de agua desplazando parte del aire, situación
que se denomina técnicamente
como "nivel de saturación".
En un suelo volcánico perteneciente a la serie Vilcún carac-
terizado por su alta capacidad
de retención de agua y un alto
contenido de materia orgánica,
se estudió la posible interacción
entre la humedad de suelo, la
liberación de azúcares y la germinación. A modo de imitar lo
que ocurre normalmente en
campo, el suelo fue llevado a tres
niveles de contenido de humedad definidos como 20; 100; y
120% de la capacidad de campo,
equivalentes a un terreno
húmedo, terreno después de una
lluvia fuerte y terreno después
de varios días de lluvias. La capacidad de campo se refiere a
la cantidad constante de agua
que contiene un suelo saturado
después de 48 horas de drenaje.
En condiciones de suelo no
saturadas (cuadro 1), las semillas
de lupino amarillo presentaron
casi un 100% de germinación
después de las 48 horas de siembra. En suelos en capacidad de
campo el porcentaje de germinación fue de un 50% durante el
mismo período. Las semillas dispuestas en suelos sobresaturados (120% de la capacidad de
campo) no germinaron a las 48
horas. Estos resultados sugieren
que la germinación de semillas
de lupino en suelos saturados se
afecta negativamente.
Nuestro estudio demostró,
además, que las semillas de lupino sometidas a exceso de agua
durante un período mayor (tres
días) disminuyeron notoriamente
la capacidad de germinar, aun
siendo trasplantadas posteriormente a un suelo con bajo nivel
de humedad.
La falta de oxígeno en los
Cuadro 1. Porcentaje de germinación en diferentes condiciones de siembra.
Condiciones de siembra
20% de la capacidad de campo
100% de la capacidad de campo
120% de la capacidad de campo
Oxígeno
Porcentaje
de germinación
++
+
-
97
46
0
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cultivos
enero - febrero 2010
Liberación de azúcares
durante la germinación
La imbibición o absorción de
agua de las semillas está acompañada por un movimiento de
compuestos de la semilla hasta
el suelo. Este proceso se denomina exudación y las sustancias
liberadas se llaman de forma
genérica "exudados". Cuantificamos los azúcares liberados por
las semillas de lupino amarillo
sembradas en algodón humedecido o con exceso de agua, a
modo de imitación de lo que ocurre en el suelo húmedo o satura-
do. Constatamos, mediante cromatografía (HPTLC), que las semillas de lupino liberan distintos
azúcares durante las primeras
etapas de la germinación. Los
mayoritarios son estaquiosa, verbascosa y sacarosa; los minoritarios, rafinosa, glucosa y fructosa. La cantidad de azúcares
exudados por la semilla depende
fuertemente de la disponibilidad
de agua. Como se muestra en la
figura 1, la exudación es 10 veces
mayor en semillas sembradas en
agua, comparada a las semillas
en algodón humedecido.
Influencia de exudados
sobre microorganismos
del suelo
La semilla en germinación y la
espermósfera, o suelo que la rodea, representan un hábitat favorable para el desarrollo de microorganismos que consumen
las sustancias liberadas por las
semillas. Estos compuestos, ya
sean azúcares, ácidos grasos,
flavonoides o aminoácidos, juegan un rol importante en la interacción de las plantas con micro-
Figura 1. Carbohidratos exudados por semillas de lupino durante la germinación.
300
Carbohidratos exudados
(μg / 100 mg de semilla seca)
suelos sobresaturados afecta el
metabolismo respiratorio de la
semilla, favoreciendo un metabolismo de fermentación. La fermentación permite a la semilla
sobrevivir por un tiempo en ausencia de oxígeno, utilizando sus
reservas de carbono como fuente de energía. Sin embargo, este
proceso tiene un rendimiento
energético inferior al metabolismo respiratorio y está limitado
por la cantidad de reserva de la
semilla.
200
100
0
Semilla en agua
Glucosa + Fructosa
Sacarosa
organismos del suelo. Un claro
ejemplo es el estímulo de la germinación de esporas del patógeno Fusarium spp. La atracción y
estimulación de los microorganismos depende de la intensidad
con la que son liberados compuestos desde la semilla sembrada y, por ende, de la humedad
del suelo.
Doble perjuicio
Los resultados del estudio
indican que el exceso de agua
en el suelo genera dos escena-
Semilla en algodón humedo
Rafinosa
Estaquiosa
Verbascosa
rios, que sumados pueden ser
perjudiciales para la semilla de
lupino en germinación. Por un
lado, la ausencia de oxígeno provoca que la semilla no pueda
respirar adecuadamente; por
otro, la entrada rápida de agua
en la semilla daña los tejidos y
produce la liberación de una mayor cantidad de azúcares. En estas condiciones de alta humedad, los azúcares exudados
favorecerían el desarrollo de microorganismos patógenos, incrementando el riesgo de enfermedades en las semillas.
Semilla lupino
Moléculas
exudadas
Moléculas
exudadas
Microorganismos
del suelo
Análisis de azúcares
Cromatograma (HPTLC)
Sacarosa
Suelo sobresaturado
Verbascosa
Estaquiosa
Rafinosa
Suelo bajo la capacidad de
campo
Glucosa + Fructosa
Figura 2. Se analizaron por HPTLC los azúcares liberados por semillas sembradas en distintos niveles de humedad. Nuestros resultados indican que las semillas
liberan una mayor cantidad de azúcares cuando se encuentran en un suelo saturado por las precipitaciones, en comparación a suelos con un menor contenido
de humedad. Los azúcares liberados por semilla pueden favorecer el desarrollo de microorganismos patógenos y en consecuencia afectar negativamente el vigor
de la futura plántula.
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