0258-5936 0258-5936 S0258-59362010000300016 Cuba 00 09 2010 00 09 2010 31 3 00 00

Efecto del análogo de brasinoesteroide (Biobras-16) en la germinación y el crecimiento inicial de las plantas de dos variedades de tomate en condiciones de estrés salino


Effect of brassinosteroid analogue (Biobras-16) on the germination and early growth of plants of two tomato varieties in saline stress conditions


Yanelis ReyesI, Dr.C. L. M. MazorraII, Lisbel MartínezIII y Dra.C. Miriam NúñezIV


I Reserva Científica. Email: yanelisrg@inca.edu.cu
II Investigador Agregado
III Especialista
IV Investigador Titular del departamento de Fisiología y Bioquímica Vegetal, Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), gaveta postal 1, San José de las Lajas, La Habana, Cuba, CP 32 700.

 

 

RESUMEN

En este trabajo se estudió el efecto del análogo espirostánico de brasinoesteroide (Biobras-16, BB-16) en la germinación y el crecimiento inicial de plántulas de tomate de las variedades Amalia e INCA 9(1) en condiciones de estrés salino. Para ello, primeramente se realizó un ensayo para seleccionar el tiempo de imbibición de las semillas en agua y las condiciones de salinidad, que afectaba la germinación y el crecimiento de las plántulas de ambas variedades. Se evaluaron tres tiempos de imbibición (0 ,4 y 8 h) y tres concentraciones de NaCl (50, 75 y 100 mM). A partir de los resultados de este ensayo, se seleccionó la concentración de 75 mM y el tiempo de imbibición de 4 h. Posteriormente, se evaluó el efecto del BB-16 en la dinámica de germinación y el crecimiento inicial de las plántulas. Para ello, se colocaron semillas de estas dos variedades durante siete días con diferentes concentraciones de BB-16 (10-10-10-6 mol.L-1) en presencia o no de 75 mM de NaCl. A esta concentración de NaCl se evidenció un efecto protector en el crecimiento inicial de las plántulas de la concentración de 10-7 mol.L-1 de BB-16 en la variedad INCA 9(1), aunque en la dinámica de germinación, a las 48 h, se observó el efecto estimulador a la menor concentración ensayada. La concentración más alta (10-6 mol.L-1) de este análogo inhibió la germinación y el crecimiento de las plántulas en esta variedad. En la variedad Amalia no se observó efecto protector con respecto al control.


Palabras clave: brasinoesteroides, hinchamiento de la semilla, salinidad, tomate, tolerancia a la sal.

ABSTRACT

]]> This work studied the effect of a brassinosteroid spirostane analogue (Biobras-16, BB-16) on tomato seedling germination and early growth of Amalia and INCA 9(1) varieties under saline stress conditions. Firstly, a trial was carried out to select seed imbibition length in water and salinity conditions affecting seedling germination and growth of both varieties. Three imbibition times (0, 4 and 8 h) and three NaCl concentrations (50, 75 and 100 mM) were evaluated. Experimental results enabled to choose the concentration of 75 mM and imbibition time of 4 h. Furthermore, the effect of BB-16 was evaluated on seedling germination dynamics and early growth. Thus, seeds from both varieties were put for seven days with different BB-16 concentrations (10-10-10-6 mol.L-1) in the presence or not of 75 mM of NaCl. A protective effect on the early seedling growth of INCA 9(1) variety became evident at this NaCl concentration from the one of 10-7 mol.L-1 of BB-16; however, the promoting effect to the smallest experimental concentration was observed at the germination dynamics of 48 h. The highest concentration (10-6 mol.L-1) of this analogue inhibited seedling germination and growth in this variety. There was not any protective effect in Amalia variety compared to the control.


Key words: brassinosteroids, seed filling, salinity, tomato, salt tolerance.

 


INTRODUCCIÓN


La salinidad de los suelos es uno de los estrés más perjudiciales para los cultivos en la actualidad. La inadecuada irrigación de los suelos, así como el cambio climático hacen que este fenómeno alcance un nivel global. Existen informes que demuestran que el área de nuestro planeta afectada por la salinización es de alrededor de 800 millones de hectáreas (1). En Cuba, la superficie agrícola está afectada en un 14 % y otro 15 % más presenta peligros potenciales de salinización (2).

Durante el desarrollo de las plantas, en oportunidades las semillas son las primeras en enfrentar las condiciones de estrés. La salinidad afecta tanto la reanudación del crecimiento activo del embrión como el crecimiento inicial de la plántula, a través de su influencia en los diferentes procesos fisiológicos y bioquímicos, principalmente por su efecto en las relaciones hídricas así como la toxicidad de los iones (3).

Con esta problemática urge la necesidad de encontrar productos naturales, ecológicamente inocuos, capaces de proteger a las plantas contra este estrés y que sean viables para nuestra economía. Una de estas moléculas prometedoras por sus efectos protectores son los brasinoesteroides, que son potentes reguladores del crecimiento vegetal de naturaleza esteroidal. Estas hormonas tienen efectos pleiotrópicos: estimulan el alargamiento celular y la desdiferenciación de protoplastos, regeneran la pared celular, regulan la diferenciación de elementos traquearios, e incrementan la biomasa y el rendimiento (4). Además, se ha informado el efecto protector de los brasinoesteroides naturales ante diferentes condiciones de estrés abiótico, como las temperaturas altas y bajas (5), sequía y salinidad (6). El inconveniente para su aplicación es su costosa obtención.

En Cuba existen los análogos espirostánicos de brasinoesteroides, obtenidos químicamente por el Centro de Estudios de Productos Naturales de la Facultad de Química de la Universidad de La Habana. Estas moléculas también han demostrado su efecto protector ante el déficit hídrico, la salinidad y las temperaturas altas (7, 8, 9). Sin embargo, muy pocos trabajos los vinculan a la salinidad en los estadios tempranos de las plantas.

El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de una formulación basada en un análogo espirostánico de brasinoesteroide, conocida como Biobras-16 (BB-16), en la germinación y el crecimiento inicial de dos variedades cubanas de tomate, Amalia e INCA 9(1), que han demostrado tener diferente sensibilidad a la salinidad.


MATERIALES Y MÉTODOS

Primeramente, se realizó un ensayo para seleccionar el tiempo de imbibición de las semillas en agua y las condiciones de salinidad que afectan la germinación y el crecimiento de las variedades de tomate (Solanum lycopersicum) Amalia (10) e INCA 9(1) (11). Para ello, las semillas se esterilizaron con lejía comercial por 30 segundos, luego se lavaron varias veces con agua destilada. Posteriormente, se imbibieron con agua destilada durante 0, 4 y 8 h a 25°C y se colocaron en placas Petri, a razón de 25 semillas/placa y tres placas/tratamiento, con diferentes concentraciones de NaCl (50, 75 y 100 mM) durante siete días en condiciones de oscuridad. Diariamente se determinó la dinámica de germinación y como criterio se tomó la emergencia de la radícula. A los siete días posteriores a la germinación, se evaluaron las longitudes del tallo y la raíz, así como las masas fresca y seca de las plántulas. Con los datos se hizo un análisis de varianza de clasificación simple. En caso de diferencias significativas, la comparación de medias se realizó por los intervalos de confianza mediante la prueba de Bonferroni con una probabilidad del 95 %.

En un segundo experimento se evaluó el efecto de una formulación, cuyo ingrediente activo es un análogo espirostánico de brasinoesteroide de fórmula global C27H42O5, conocida como Biobras-16 (BB-16), a diferentes concentraciones (10-10-10-6mol.L-1).

Esta formulación se obtuvo en el Centro de Estudios de Productos Naturales de la Facultad de Química de la Universidad de La Habana. Para realizar el experimento, se esterilizaron las semillas de manera similar a la descrita anteriormente y luego se mantuvieron en agua destilada durante cuatro horas a 25°C. Las semillas se colocaron, igualmente, en placas Petri con agua destilada o una solución de 75 mM de NaCl, suplementadas o no con las distintas concentraciones de BB-16 y se mantuvieron durante siete días en condiciones de oscuridad a 25ºC. Se realizaron las mismas determinaciones y el tratamiento estadístico fue similar. Cada experimento se realizó por duplicado.


RESULTADOS Y DISCUSIÓN

]]> En la Figura 1 se muestran los resultados del porcentaje de germinación de las semillas a las 48 h (Figura 1A) y 72 h (Figura 1B) del primer ensayo realizado, para la selección del tiempo de imbibición y la concentración de NaCl.

Como se puede apreciar, la imbibición de las semillas en agua destilada aumentó el porcentaje de germinación en la variedad INCA 9(1) en los controles, aunque en las diferentes condiciones de salinidad se evidenció ]]>
De forma general, la imbibición en agua destilada por ocho horas incrementó ligeramente el porcentaje de germinación con respecto a la imbibición por cuatro horas; sin embargo, la primera introdujo mayor variabilidad en algunas ]]> Figura 2). Por esta razón, se decidió escoger cuatro horas de imbibición para continuar los experimentos.

Además, en la Figura 1 se muestra una disminución del porcentaje de germinación según aumenta la concentración de NaCl, siendo la variedad INCA 9(1) la que más retarda su germinación con el estrés salino. Se ha demostrado que la INCA 9(1), al inicio del estrés salino, es más sensible que la Amalia, probablemente debido a una mayor afectación por ]]>
En la Figura 2 se muestran las variables de crecimiento de ambas variedades. Se observa que en la INCA 9(1), a la concentración de 50 mM de NaCl, se obtuvieron valores similares a los controles en todas las variables estudiadas. Estos resultados concuerdan con los que demuestran que en condiciones de salinidad moderada (50 mM NaCl), ]]>
Las concentraciones de 75 y 100 mM afectaron sensiblemente el crecimiento de las dos variedades, siendo más notable a la de 100 mM. Se seleccionó la de 75 mM para realizar los experimentos con el análogo de brasinoesteroide BB-16, pues la reducción en las variables de crecimiento fue similar en ambas variedades y así se podría evaluar si la respuesta de ]]>
En la Figura 3 se muestra la dinámica de germinación de las semillas de las dos variedades con las distintas concentraciones de BB-16. Se observa que a las 48 h, el BB-16 provocó un aumento significativo en la velocidad de germinación de las semillas de la variedad INCA 9(1) en condiciones salinas, especialmente en la concentración de 10-7 mol.L-1, la cual fue capaz de igualarse al control sin NaCl; sin embargo, los porcentajes finales de germinación fueron similares entre todos los tratamientos. Está bien establecido ]]>
De forma similar, se ha encontrado que los brasinoesteroides naturales, 24-epibrasinólida (24-EBL) y 28-homobrasinólida (28-HBL), mejoraron la germinación a las 48 h y el crecimiento de las plántulas de arroz en condiciones salinas (15).

En experimentos realizados con el análogo de brasinoesteroide Biobras ]]>
Es curioso observar cómo el BB-16 a la concentración de 10-6 mol.L-1 provocó un retraso en la velocidad de germinación en las dos variedades estudiadas, siendo más notable en la INCA 9(1). Este efecto inhibitorio ]]>
En la Figura 4 se muestran las variables de crecimiento de las dos variedades estudiadas. Se observa que la concentración de 10-7 mol.L-1 de BB-16 fue capaz de revertir totalmente ]]>
Está bien demostrado que las respuestas inducidas por brasinoesteroides requieren síntesis de novo de proteínas y, por tanto, inducen síntesis de ARNm. Uno de los genes inducidos por BR es BRU1, ]]> Arabidopsis, arroz y tomate, demostrando que la inducción de XET correlaciona con el ablandamiento de la pared celular durante la elongación celular inducida por BR (19). Otro de los genes inducidos por brasinoesteroides es CycD3, quesugiere que los BR pudieran tener un posible papel en la regulación del ciclo celular (20). También se ha observado la inducción de proteínas del citoesqueleto como la actina, α- y β-tubulina por los BR, lo cual pudiera tener un papel importante en la reorganización de los microtúbulos ]]>
En general, los niveles de brasinoesteroides, como la castasterona (CS), son más bajos en las raíces que en los meristemos y, al parecer, los requerimientos en este órgano también son menores (21). Los primeros informes mostraron que la 24-EBL tenía efectos inhibitorios en la formación de las raíces en maíz, tomate, Arabidopsis y plántulas de soya (22). Sin embargo, otros han informado incrementos en la longitud de la raíz de plantas de berro (Lepidium sativum) crecidas en la oscuridad y las raíces primarias de maíz (23). Algunos han demostrado ]]>
El aumento de la masa fresca, no de la masa seca de las plántulas, en ]]>
El hecho de que en la variedad Amalia no se observó ningún efecto del análogo en las variables estudiadas, pero sí en la INCA 9(1), indica la importancia de la sensibilidad de la variedad al estrés para la respuesta a la aplicación de brasinoesteroides, aún más ]]>
Este mismo efecto se observó en trigo, donde el tratamiento con 24-EBL fue capaz de mejorar la pérdida de biomasa solo en la variedad tolerante a la salinidad (26).

Existen pocos informes sobre los mecanismos de tolerancia a la salinidad en tomate y menos aún están dilucidados cómo los BR incrementan la tolerancia a la salinidad, particularmente en las variedades menos susceptibles.
]]> La salinidad afecta el metabolismo de la pared celular vegetal por cambios en su elasticidad y composición (27). Se ha demostrado que algunos genes involucrados en el metabolismo de la pared celular son altamente modulados por el estrés salino, particularmente en tomate; entre ellos se encuentran: DY523676, que codifica para una xiloglucano endotransglicosilasa hidrolasa (XTH), DY523636, una glucano endo-1,3-β-glucosidasa y cinco genes que codifican para proteínas arabinogalactano (AGP).

Estos genes fueron severamente reprimidos por el estrés salino, tanto ]]>
Otros genes afectados por la salinidad en tomate son los involucrados en la reducción y fijación del nitrógeno, así como en la biosíntesis de metionina. Por ejemplo, existe información donde se plantea que la nitrato y nitrito reductasa y la glutamina sintetasa han sido reguladas negativamente ante el estrés salino (31). Además, tres genes involucrados en la biosíntesis de metionina (S-adenosilmetionina sintasa, S-adenosil -L- metionina sintetasa y metionina sintasa) fueron regulados ]]> S-adenosil-L-metionina, como: S-adenosil-L-metionina: carboxil metiltransferasa, S-adenosilmetionina sintetasa, y S-adenosil-L-homocisteína hidrolasa se incrementaban con los BR (19). Este pudiera sugerir otro posible mecanismo de los BR para aumentar la tolerancia a este estrés.
]]> Sin duda, mucho queda por investigar todavía sobre los efectos de los BR en la disminución del estrés abiótico, en general, por lo que los esfuerzos futuros deben concentrarse en dilucidar los mecanismos fisiológicos y moleculares, por los cuales estos compuestos inducen tolerancia a la salinidad, particularmente en las variedades menos susceptibles.

REFERENCIAS

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