Estrés hídrico y salino en cítricos. Estrategias para la reducción de daños

Water and saline stress on citrus. Strategies for reducing plant damages

Dra.C. Miriam Núñez-Vázquez,^I Dr.C. José Dell´Amico-Rodríguez,^I Dra.C. María del C. Pérez-Hernández,^I Dra.C. Mayda Betancourt-Grandal^II

^IInstituto Nacional de Ciencias Agrícolas. Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, CP 32700.

^IIInstituto de Investigaciones en Fruticultura Tropical. Calle 7ª entre 30 y 32, Miramar, municipio Playa, provincia La Habana, CP 11300.

RESUMEN

El estrés hídrico y el estrés salino afectan sensiblemente el crecimiento y el rendimiento de las plantas. Se espera que estos estreses se intensifiquen cada vez más debido al cambio climático que se está produciendo a nivel global. Los cítricos, un cultivo perenne con una larga vida hortícola y gran importancia a nivel mundial, son especies sensibles a estos tipos de estrés. Por tal motivo, el propósito de la presente revisión fue analizar los efectos que tanto el estrés hídrico, por defecto y por exceso, como el estrés salino causan en el cultivo de los cítricos y describir algunas de las estrategias que actualmente se proponen para reducir los daños a las plantas provocados por los mismos.

Palabras clave: Citrus, estrés abiótico, tolerancia.

ABSTRACT

Water and saline stress affect markedly plant growth and yield. It is hoped that these stresses are intensified a cause of global climate change. Citrus, a perennial crop with a long horticultural life and a world importance are susceptible species to these kinds of stresses. For this reason, the objective of this review was to analize the effects that water (drought and flooding) and saline stress cause on citrus crop and describing some of strategies proposed at present, to reduce plant damaged induced by them.

Key words: Citrus, abiotic stress, tolerance.

INTRODUCCIÓN

La inoculación con hongos micorrízicos arbusculares incrementa la tolerancia de las plantas al déficit hídrico, incluyendo a los cítricos (30). Las investigaciones acerca de los efectos de la micorrización en plantas de cítricos sometidas a déficit hídrico comenzaron hace más de 30 años, cuando se informó la influencia de HMA en la conductancia estomática, la fotosíntesis y el contenido de prolina de posturas de limón ‘Rugoso’ (Citrus jambhiri L.) durante el desarrollo y la recuperación de un déficit hídrico en el suelo (31). A partir de ese momento, se han informado muchos resultados interesantes tanto de experimentos realizados en condiciones semi-controladas como en condiciones de campo (32).

Es importante señalar que la respuesta de la colonización micorrízica al déficit hídrico depende de la severidad y periodicidad del déficit (33). En C. sinensis L. Osbeck injertado sobre Poncirus trifoliata L. Raf, se observó que no hubo afectación de la colonización micorrízica con Glomus versiforme, cuando las plantas se expusieron a un déficit hídrico hasta seis días (34). Sin embargo, una vez que el déficit se extendió hasta 12 días, la colonización se redujo desde 40,7 a 8,3 %. Esto hizo que se planteara que la cantidad de agua en el suelo óptima para el crecimiento de la planta, puede serlo también para el desarrollo y esporulación de la micorriza (30).

La tolerancia al déficit hídrico en plantas de cítricos micorrizadas se ha asociado a un crecimiento de hifas extra-radicales que facilita la absorción de agua y de nutrientes, especialmente de la nutrición fosfórica. Por otra parte, se modifica la configuración espacial del sistema radical, se incrementa la concentración de la poliamina espermina, existe un ajuste osmótico a través de carbohidratos no estructurales, K⁺, Ca²⁺ y Mg²⁺, y disminuyen las especies reactivas de oxígeno (32).

Otro aspecto, que puede incrementar la tolerancia al déficit hídrico de los árboles de cítricos, es el manejo de la fertilización nitrogenada. En este sentido se demostró que la aspersión foliar de posturas de C. macrophylla de dos meses de edad con KNO₃ 2 % aceleró la tolerancia de los árboles al déficit hídrico, incrementando los procesos de ajuste osmótico (35).

Los resultados presentados hasta aquí demuestran que, cuando existen limitaciones de agua en el suelo, la selección del portainjerto adecuado, la posible inoculación del mismo con una cepa de HMA eficiente y la aplicación de la fertilización nitrogenada se convierten en un manejo del cultivo que puede mitigar el efecto adverso que provoca el déficit hídrico en las plantas de cítricos.
]]> Es interesante conocer que en los últimos años, debido a las demandas crecientes de agua por parte de la agricultura, los eventos de sequía sistemáticos y la dificultad para adoptar fuentes hídricas no convencionales para el riego (36), se ha modificado sustancialmente el paradigma de manejo del agua en los frutales, pasando del suministro completo al parcial de las necesidades hídricas del cultivo (37). Una de las técnicas más promisorias para lograr este objetivo es el uso del riego deficitario (DI, siglas en inglés), una estrategia de abastecimiento hídrico propuesta para mejorar la productividad del agua y reducir la aplicación del riego (38).

En cítricos, se han informado resultados en varias especies asociados a la implementación de esta estrategia de riego. Así, por ejemplo, algunos autores (39), demostraron que es posible cultivar árboles de naranjo ‘Navelina’ (Citrus sinensis L. Osb.) de 11 años de edad, injertados sobre patrón citrange ‘Carrizo’ (C. sinensis L. Osb. x Poncirus trifoliata L. Osb.), con recursos hídricos limitados en el área del Mediterráneo sin causar reducciones severas en el rendimiento. Los resultados guiaron a que el déficit hídrico disminuyó el rendimiento entre un 10 -12 % pero la productividad del agua incrementó en un 24 % con relación al tratamiento control completamente irrigado. Además, se confirmó la importancia de la etapa fenológica en la respuesta de las plantas al déficit hídrico.

Estos mismos autores, además, evaluaron la influencia de tres tratamientos de riego deficitario sobre el rendimiento y la calidad de los frutos de árboles de naranjo ‘Salustiano’ de 12 años de edad e informaron que el riego deficitario regulado tiene un efecto importante y significativo en la calidad de los frutos; sin embargo, su efecto no fue tan claro en el rendimiento, a tal punto que el tratamiento de riego al 50 % de la evapotranspiración del cultivo no redujo significativamente este indicador, a pesar de haberlo disminuido prácticamente en casi un 10 % (40).

En Italia, en una plantación joven de naranjo, se estudió el riego deficitario y una sequía parcial de la zona radical, a través del suministro hídrico en función de diferentes porcentajes de la evapotranspiración del cultivo y se comprobó que la composición del fruto se favoreció con las restricciones hídricas impuestas (41).

En la India Central, se encontró que en árboles de mandarino (Citrus reticulata Blanco) cv. ‘Nagpur’ injertados sobre patrón limón ‘Rugoso’, tratamientos de riego por goteo en días alternos correspondientes al 80 % de la ETc estimularon el crecimiento y el rendimiento de las plantas y ahorró un 29 % del agua de riego, en comparación con el tratamiento control (42). Posteriormente, se sugirió el uso de esta estrategia de riego deficitario para huertos citrícolas que crecen en clima cálido y sub-húmedo de la India Central (43).
]]> La aplicación de esta estrategia por un período de tiempo más largo (cinco años) fue investigada en Valencia, España (44).Ellos demostraron que la restricción del suministro hídrico (40 y 60 % del tratamiento control) durante la fase inicial de alargamiento celular de los frutos de árboles de naranjo ‘Navelina’, no afectó negativamente la cantidad y calidad del rendimiento, siempre que el potencial hídrico del tronco al mediodía (Ψ_st) no sobrepase el valor de −2,0 MPa.

La importancia del momento de aplicación del riego deficitario en la calidad de los frutos de pomelo (Citrus paradisi Macf.), se constató cuando se regaron los árboles al 50 % de la ETc en las fases I, II y III de crecimiento de los frutos. Los resultados demostraron que el tratamiento en la fase I solamente retrasó la maduración externa, mientras que el realizado en la fase II retrasó la maduración del fruto, incrementó la acidez y redujo la concentración de azúcares. El tratamiento en la fase III adelantó la maduración interna (45).

Con anterioridad, se había informado la influencia de la aplicación de riego deficitario (reducción del 40 y 29 % del agua aplicada en el tratamiento control), durante el crecimiento de los frutos, en la calidad de la mandarina ‘Fortuna’ (Citrus clementina Hort. ex. Tanaka x C. reticulata Blanco). Ambos tratamientos de riego deficitario mejoraron la calidad del fruto en la cosecha debido a un incremento en los SST y la prolina en el jugo, manteniendo el fruto su calidad más tiempo durante el almacenaje, en comparación con el tratamiento control. Por otra parte, al final del almacenaje, los frutos procedentes de los tratamientos de riego deficitario mostraron una corteza más gruesa y menos afectación del daño por frío (46).

En Cuba, en las condiciones climáticas de la Isla de la Juventud, la obtención de cosechas precoces, con el consiguiente adelanto de la maduración de los frutos de pomelo, estuvo determinada por la humedad del suelo, inducida por la precipitación, en el período comprendido entre la 3ª decena de junio y la 1ª de julio (inicio de la fase III de crecimiento del fruto), de modo que cuando ésta es igual o superior al 85 % de la capacidad de campo permitió la recolección de hasta un 11 y un 43 % de frutos en la 3ª decena de julio y la 1ª de agosto, respectivamente (47)

Un estudio realizado en otra localidad (Ceiba del Agua, provincia Artemisa), se evaluó la influencia del déficit hídrico, sobre el crecimiento del fruto de pomelo a partir de la dinámica del diámetro ecuatorial durante las fases I y II de crecimiento durante dos años; y se comprobó, que los déficits ocurridos desde los 30 hasta los 90 días de edad del fruto, afectaron acentuadamente el crecimiento del mismo, prolongaron en tiempo la fase II de crecimiento lineal, y esta se extendió con respecto al primer año en 40 días más, por consiguiente los frutos en el momento de la cosecha alcanzaron un tamaño final menor. Como consecuencia, los frutos del primer año a los 110 días, habían  obtenido el 90 % del tamaño final, mientras que los del segundo lo alcanzaron alrededor de los 150 días (48).
]]> Estos resultados adquieren una gran connotación, en la actualidad, por la necesidad que se tiene, a nivel global, de cuidar los recursos hídricos y es bien conocida la importancia del agua para todos los seres vivos. Por esa razón, se ha investigado en áreas de diversos países citrícolas como España, Italia, India, entre otros. No hay dudas, que la implantación de un sistema de irrigación en el cultivo de los cítricos que ahorre agua sin afectar significativamente el rendimiento y la calidad de los frutos, se convierte en una opción de gran repercusión económica y ambiental. Además, en las áreas citrícolas, que no cuentan con irrigación y pueden ser afectadas por estrés hídrico (tanto por exceso como por defecto), se hace necesario, establecer estrategias que contribuyan a la mitigación de los efectos adversos que causa dicho estrés. Dentro de ellas, juega un papel importante la selección adecuada del portainjerto, la posible inoculación con cepas de hongos micorrízicos arbusculares eficientes, el suministro adecuado de nutrición nitrogenada, entre otros.

Efectos del estrés salino en el cultivo de los cítricos

La salinidad está entre los factores ambientales que provocan pérdidas considerables en la producción agrícola a nivel mundial y es uno de los problemas más serios que enfrenta la agricultura sostenible en sistemas de producción bajo riego en las regiones áridas y semiáridas (49). Alrededor del 20% del área cultivada en el mundo y casi la mitad de las tierras bajo riego están afectadas por este estrés (50). Este es un problema crítico, especialmente en los cítricos, ya que ellos son unos de los cultivos hortícolas, más importantes a nivel global, considerados sensibles a la salinidad (51).

La salinidad causa severos daños en los cítricos, tales como quemaduras en los tejidos, pérdidas en el rendimiento, abscisión foliar y finalmente la muerte de la planta (10). Este estrés ambiental presenta tres componentes: uno iónico ligado a la acumulación hasta niveles tóxicos de los iones Cl^- y Na⁺ en el citoplasma, guiando a un desbalance iónico; un componente osmótico debido a la compartimentación de este ión tóxico en la vacuola que provoca que el potencial hídrico del citosol tenga que disminuir para balancear el bajo potencial hídrico externo y asegurar la entrada de agua en la célula vegetal y evitar el daño a la macromolécula (52). Además, de los efectos tóxicos y osmóticos de la salinidad, la alta concentración celular de NaCl provoca formación acelerada de especies reactivas de oxígeno (53). Estas especies pueden provocar alteración en el metabolismo normal mediante el daño oxidativo a lípidos, proteínas y ácidos nucleicos (54).

La acumulación de otros iones, como por ejemplo, el boro, a menudo puede existir simultáneamente y puede tener efectos sinérgicos sobre las respuestas de las plantas al estrés por NaCl (55). En cítricos, se ha constatado que la acumulación de Cl^-, B³⁺ y en algunos casos, Na⁺, en los tejidos foliares puede ser tóxica; sin embargo, es difícil cuantificar la contribución que tanto el efecto osmótico ó el tóxico causa en la disminución del crecimiento inducida por la salinidad, aunque investigadores han encontrado disminución en el crecimiento sin observar síntomas de daño. Por lo tanto, se piensa que los efectos osmóticos son dominantes en el efecto de disminuir el crecimiento, aunque si el estrés permanece, la toxicidad por los iones se puede convertir en el estrés dominante (56).
]]> Por otra parte, la capacidad de las plantas para soportar el estrés salino descansa en el sistema radical y está basada en la capacidad de controlar el consumo de iones por las células radicales, la carga del xilema y la remoción de la sal del xilema y los tejidos superiores (57). La capacidad de los cítricos para restringir el transporte de Cl^- de las raíces a las ramas es directamente dependiente del genotipo del portainjerto en cuestión (58).

Los efectos fisiológicos de la salinidad dependen de la duración del estrés, el genotipo y la edad de las plantas (59). Algunos estudios han demostrado que el estrés salino induce un decremento en la fotosíntesis neta y en la conductancia estomática, afectando la disponibilidad de CO₂ para la carboxilación (60). Es conocido, también, que los estomas juegan un papel fundamental en la regulación de la transpiración basada en su densidad en la superficie foliar y un mecanismo de cierre, capacita a la planta para controlar las pérdidas de agua en condiciones de estrés ambiental. De hecho, se ha informado, recientemente, que una baja densidad estomática y una transpiración reducida son factores críticos que determinan la tolerancia al estrés y pueden permitir que las plantas se adapten más fácilmente a la salinidad (61).

Para evadir los efectos de la salinidad, las plantas regulan su potencial osmótico y compartimentan los iones tóxicos. La regulación del potencial osmótico para mantener la presión de turgencia incluye varios procesos, tales como el consumo de K⁺, la compartimentación de Na⁺ y Cl^- en la vacuola y la síntesis de solutos compatibles tales como prolina, glicinbetaína, azúcares, polioles, entre otros (62). A nivel molecular, los mecanismos involucrados con la compartimentación del Na+ están bien documentados en Arabidopsis thaliana y se han caracterizado muchos genes que codifican para co-transportadores y reguladores de Na⁺ (por ejemplo, NHX1, SOS1, SOS2 y SOS3) (63).

En cítricos, recientemente, se informó acerca de las asociaciones entre los niveles de expresión de genes candidatos de transportadores de Na⁺ (SOS1, NHX1, HKT1) y la tolerancia al Na⁺ de dos patrones de cítricos (mandarino ‘Cleopatra’ y naranjo trifoliado) que difieren en su capacidad de exclusión del Na⁺ en condiciones salinas (64). Ellos sugirieron que la concentración superior de Na⁺ en el genotipo naranjo trifoliado y por ende, la baja concentración de este ión en los tallos, es el resultado de la recuperación acelerada del Na⁺ de la corriente del xilema y una pobre translocación a los tejidos de la parte aérea, probablemente como consecuencia de la sobre-expresión de SOS1 en raíces y de HKT1 en raíces y parte aérea.

No obstante, lo anterior, en el caso de los cítricos, el daño causado por la salinidad está generalmente asociado con la acumulación de Cl^- y no con la acumulación de Na⁺ (65). Por esta razón, los patrones de cítricos tolerantes a la salinidad son aquellos capaces de excluir los iones Cl^-, de ahí la importancia de identificar los patrones más tolerantes para las áreas afectadas por salinidad (66).
]]> La lima ‘Rangpur’ (Citrus limonia Osbeck), el mandarino Sunki (Citrus sunki Hort. ex Tan.) y el mandarino ‘Cleopatra’ (Citrus reshni Hort. ex Tan.) son patrones considerados tolerantes, mientras que el naranjo trifoliado (Poncirus trifoliata (L.) Raf.) y sus híbridos, tales como el citrange ‘Carrizo’ [Citrus sinensis (L.) Osbeck x P. trifoliata (L.) Raf.], están considerados como sensibles a la sal (67). No obstante, la sobre-expresión del gen betaína aldehído deshidrogenasa (AhBADH) en árboles de naranjo trifoliado, aceleró la tolerancia al estrés salino y esto puede estar correlacionado con los bajos niveles de peroxidación lipídica, la protección de la maquinaria fotosintética y el incremento en el consumo de iones K⁺ (68).

En este sentido, se estudió la tolerancia a la salinidad de 14 accesiones de mandarino, representativas de la diversidad en ese grupo y se reveló que la tolerancia a la sal estaba relacionada, principalmente, con la limitación en la transportación de iones Cl^- de las raíces a los tallos y con los procesos de desintoxicación de este ión en las hojas (69). Con anterioridad, se había sugerido que el bajo contenido de Cl^- podía ser usado como un indicador de tolerancia al estrés salino en genotipos de cítricos y que la explotación de este indicador posibilitaría la evaluación mejorada de los recursos genéticos de cítricos y debía guiar a la identificación de nuevas fuentes de tolerancia para el mejoramiento de los patrones (66).

La duplicación del genoma en los cítricos hace que las plantas adquieran capacidades diferenciadas para absorber y transportar elementos minerales. Para proveer información en este sentido, posturas de Citrus macrophylla (CM) 2x y 4x crecieron en salinidad moderada (40 mM NaCl) y alta (80 mM NaCl) durante 30 días y los resultados revelaron que la duplicación del genoma mejora la tolerancia a la toxicidad salina en CM, debido a la inferior acumulación de Cl^- en las hojas lo que retarda el daño (70).

Por otra parte, la sobre-expresión del gen CBF3/DREB1A de Arabidopsis thaliana en plantas de Citrus macrophylla incrementó la tolerancia al estrés salino, mostrando las líneas transgénicas un mayor crecimiento, similar acumulación de Cl^- y Na⁺ en las hojas y una mejor conductancia estomática en comparación con las plantas silvestres (71).

La utilización de hongos micorrízicos arbusculares ha sido una de las estrategias utilizadas para mejorar la tolerancia a la sal de los patrones de cítricos. De esta forma, naranjo trifoliado de 61 días de edad con o sin HMA (Funneliformis mosseae) fue sometido a 45 días de estrés por NaCl 100 mM. La micorrización incrementó significativamente el crecimiento de la planta, el contenido relativo de agua y la absorción de K⁺ en el tejido y disminuyó la absorción de Na⁺ en condiciones o no de estrés. Así, el HMA incrementó significativamente la relación K⁺/Na⁺ en hojas, raíces y planta completa en condiciones o no de estrés. Se sugirió que el incremento de la absorción selectiva del K⁺ sobre el Na⁺ estimulado por las micorrizas aceleró la tolerancia de las plantas al estrés por NaCl, confiriendo así un mayor contenido relativo de agua y crecimiento a las posturas de cítricos micorrizadas (72).
]]> Con posterioridad, se comprobó que la respuesta a la micorrización depende de la sensibilidad del portainjerto al estrés por NaCl (73). De esta forma, posturas de mandarino ‘Cleopatra’ (Citrus reshni Hort. ex Tan.) y de ‘Alemow’ (Citrus macrophylla Wester) se inocularon con una mezcla de HMA (Rhizophagus irregularis y Funneliformis mosseae) y se sometieron a estrés por NaCl. Tres meses después se pudo constatar que la inoculación fúngica incrementó significativamente el crecimiento de las plantas estresadas en el caso de las posturas de mandarino ‘Cleopatra’; sin embargo, la inoculación en ‘Alemow’ no atenuó el efecto negativo de la salinidad.

El efecto beneficioso de la micorrización no estuvo relacionado con la protección contra el consumo de Na⁺ ó Cl^-, sino esta respuesta estuvo asociada con el estado nutricional de las plantas, ya que se demostró que HMA alteró la respuesta al estrés salino, mejorando más la nutrición fosfórica, potásica, férrica y cúprica en las plantas de mandarino ‘Cleopatra’ que en ‘Alemow’. Además, la micorrización incrementó la concentración de Mg²⁺ en las raíces, pero esta fue superior en mandarino ‘Cleopatra’ que en ‘Alemow’; lo que explicó por qué los hongos micorrízicos no recuperaron completamente las concentraciones de clorofilas en ‘Alemow’.

Otra de las estrategias que se ha evaluado, es la nutrición con NH₄⁺. Así, se demostró que la nutrición con NH₄⁺ en plantas de citrange ‘Carrizo’ actúa como inductor de resistencia contra condiciones de salinidad. El NH₄⁺ confiere resistencia por estimulación del ácido abscísico y de las poliaminas, especialmente la putrescina e incrementando el contenido basal de H₂O₂ y prolina; además de que se redujo el consumo de iones Cl^- después del estrés salino (74).

Posteriormente, se informó que la aplicación de KNO₃ en tres cultivares de limón contrarrestó el efecto dañino del estrés por NaCl, por lo que es altamente recomendado para su uso por los cultivadores con problemas de este tipo de sal (75).

Las aplicaciones de la fitoalexina resveratrol y el α-tocoferol (76), así como del ácido ascórbico y la melatonina (77), han sido otras de las estrategias que se han utilizado para mitigar los efectos dañinos del estrés salino. En el primer caso, se encontró que, la combinación de resveratrol y α-tocoferol redujo el daño de las membranas inducido por el NaCl, la degradación de los pigmentos, la acumulación de H₂O₂ en las hojas y restableció la reducción de la fotosíntesis inducida por la sal. Además, esta aplicación redujo la translocación de Na⁺ y Cl^- hacia las hojas.
]]> Por su parte, la aplicación de ácido ascórbico y melatonina a posturas de Citrus aurantium evidenció que este tratamiento moduló diferencialmente los carbohidratos, la prolina, los fenoles, la glutationa y la fuerza antioxidante total de los tejidos, comparado con el tratamiento de NaCl solo. Esta combinación fue capaz de regular la expresión de los genes CaMIPS, CaSLAH1 y CaMYB73 y por ende, de acelerar el metabolismo de los azúcares, la homeostasis de los iones y la regulación de la transcripción.

Todos estos resultados revelan, que existen varias estrategias para reducir el daño que el estrés salino provoca en el cultivo de los cítricos y por ende, reducir las pérdidas inducidas en el rendimiento y la calidad de los frutos. No obstante, no se debe perder de vista que, en condiciones naturales, los árboles cítricos, a menudo experimentan múltiples estreses al mismo tiempo, por lo tanto, hay interacciones directas e indirectas entre la salinidad y casi todos los estreses abióticos físicos que incluyen la inundación, la sequía, la deficiencia de nutrientes, la irradiación alta, la temperatura alta y la demanda evaporativa atmosférica alta. Además, el estrés de salinidad tiene efectos directos sobre las raíces, predisponiendo a los árboles a estreses ambientales bióticos incluyendo ataque por pudrición de raíces, nemátodos y enfermedades bacterianas (76).

CONCLUSIONES

Los resultados presentados en esta revisión brindan la posibilidad de dominar los efectos adversos que tanto el estrés hídrico como salino provoca en los cítricos y además, dan una visión actualizada de algunas de las estrategias que se han asumido para reducir los daños provocados por estos estreses a las plantas. Se destaca la importancia de la selección del portainjerto como uno de los elementos claves, se propone la inoculación con cepas adecuadas de hongos micorrízicos arbusculares,  la cual contribuye a la tolerancia tanto al estrés hídrico como salino; así como a la aplicación de algunos agentes químicos. De gran actualidad e importancia económica y ambiental, resultan las investigaciones realizadas para la implantación del riego deficitario en varios países citrícolas, pues esta tecnología permite un ahorro considerable de agua sin afectar sensiblemente el rendimiento ni la calidad de los frutos.

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Recibido: 07/11/2016
Aceptado: 04/05/2017

Dra.C. Miriam Núñez-Vázquez, Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas. Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, CP 32700.Email: mnunez@inca.edu.cu