Introducción
Los factores de estrés abiótico, como la sequía, las temperaturas extremas, el exceso de luz, la salinidad y las deficiencias de nutrientes, resultan en pérdidas significativas en la producción de cultivos a nivel mundial. Lo anterior debido a que afectan el crecimiento y los procesos fisiológicos de la planta. El estrés por calor, ocurre a menudo de manera conjunta con la sequía y la alta intensidad de luz, y hoy en día, es de particular importancia debido al calentamiento global.
Estrés por calor en plantas
Entre los procesos más sensibles al calor se encuentran el transporte de electrones y los procesos de fijación de CO2. El funcionamiento de las cadenas de transporte de electrones puede sufrir alteraciones como consecuencia del calor y originar especies oxidantes y/o reductoras, denominadas especies reactivas de oxígeno (ROS), tales como el radical superóxido, peróxido de hidrógeno, radical hidroxilo y oxígeno singlete.
|
Figura 1. Diversos estudios indican que el estrés por el calor sera mas frecuente, debido al calentamiento global. |
Estrés por calor en plantas
Entre los procesos más sensibles al calor se encuentran el transporte de electrones y los procesos de fijación de CO2. El funcionamiento de las cadenas de transporte de electrones puede sufrir alteraciones como consecuencia del calor y originar especies oxidantes y/o reductoras, denominadas especies reactivas de oxígeno (ROS), tales como el radical superóxido, peróxido de hidrógeno, radical hidroxilo y oxígeno singlete.
Como causa del estrés por calor regularmente se genera un daño celular oxidativo, como resultado del ataque de ROS en los pigmentos del cloroplasto y membranas. Los aumentos en la generación de ROS y el daño oxidativo a los cloroplastos, son muy comunes en plantas con deficiencias de nutrientes minerales, especialmente bajo deficiencia de magnesio. Las plantas como respuesta a este tipo de estrés incrementan los niveles de metabolitos antioxidantes y su actividad enzimática.
La nutrición con magnesio bajo condiciones de estrés ambiental
La deficiencia de magnesio ocurre principalmente en suelos altamente erosionados, ácidos y arenosos con capacidad de intercambio catiónico bajo, y también en sistemas de producción intensivo.
Debido a que el magnesio es transportado principalmente por flujo de masas, condiciones de estrés abiótico, como la sequía y el calor, pueden inhibir severamente la absorción de magnesio y agravar la deficiencia.
|
Figura 2. La deficiencia de Mg causa clorosis intervenal en hojas viejas. (Fuente: Jezek et al, 2015) |
El amarillamiento en forma de clorosis intervenal en las hojas viejas de la planta, es uno de los síntomas típicos del estrés causado por la deficiencia de magnesio. Se conoce que hasta el 35 % del total del Mg en las plantas está ligado a los cloroplastos. Sin embargo, la presencia de los síntomas de deficiencia son estimulados cuando las plantas están expuestas a alta intensidad de luz. Se considera que el daño en las hojas de plantas deficientes y expuestas a alta intensidad de luz, se debe a la mayor generación de especies de oxígeno altamente reactivas (muy nocivas) en los cloroplastos, lo que inhibe la fijación sintética de CO2. También, el daño oxidativo en el tejido foliar puede ser más pronunciado cuando las plantas están expuestas a estrés por calor.
Para mitigar el daño oxidativo bajo deficiencia de magnesio, las plantas elevan los niveles de antioxidantes como el superóxido dismutasa (SOD), el ascorbato peroxidasa (APX) y la glutatión reductasa (GR).
Efectos del estrés por calor en plantas de trigo y maíz
Para caracterizar los efectos del estrés por calor, se realizó un experimento donde se cultivaron plantas de trigo y maíz de tres semanas de edad, en solución nutritiva con suministro bajo y adecuado de magnesio.
|
Figura 3. Hojas de trigo y maíz de 22 y 23 dias de edad, respectivamente, cultivadas en soluciones nutritivas con su suministro adecuado y bajo de Mg, a diferentes temperaturas. (Fuente: Cakmak et al.. 2013) |
Como resultado, las plantas cultivadas con bajo suministro de magnesio mostraron hojas viejas con clorosis intervenal en ambos cultivos. Las plantas de maíz también desarrollaron una coloración rojo purpura. Bajo estas condiciones, las concentraciones de clorofila se redujeron significativamente y las plantas que fueron expuestas a estrés por calor se vieron aún más afectadas. También la concentración de carbohidratos solubles disminuyo notablemente en hojas jóvenes, mientras que las hojas viejas mostraron una acumulación significativa.
Los síntomas de deficiencia en ambos cultivos fueron agravados cuando las plantas fueron sometidas a estrés por calor. Las plantas con evidente deficiencia de magnesio sufrieron daño a una temperatura mayor y las plantas con nivel adecuado del nutrimento no se vieron afectadas.
El crecimiento de las raíces con bajo magnesio fue reducido, asociado a una reducción en el trasporte de carbohidratos a estos órganos. De igual forma se observó un efecto más pronunciado cuando las plantas estuvieron expuestas a estrés por calor.
Debido al papel tan fundamental del magnesio en la utilización de energía de la luz de la fotosíntesis y de los fotoasimilados en el crecimiento de las plantas, la nutrición adecuada con magnesio es esencial para la producción de cultivos, especialmente bajo condiciones de estrés ambiental.
Conclusión
Actualmente se están discutiendo varias estrategias agronómicas y genéticas para atenuar los efectos de estrés por calor, mismas que son más pronunciadas cuando las plantas se exponen simultáneamente a bajo suministro de magnesio. Las plantas de maíz y trigo que sufren deficiencia de magnesio son más susceptibles al estrés por calor, por lo que una nutrición adecuada con magnesio es esencial para mitigar o disminuir estos daños. Es decir, el mantenimiento de una fuente suficiente de magnesio, puede ser una estrategia nutricional eficaz para minimizar las pérdidas relacionadas con el estrés por calor en la producción de cultivos.
|
Figura 4. Cultivos de trigo y maíz de 22 y 23 dias de edad, respectivamente, cultivadas en soluciones nutritivas con suministro adecuado y bajo de Mg, a diferentes temperaturas, para evaluar el efecto de la nutrición de Mg sobre el estrés por calor. (Fuente: Cakmak et al.. 2013) |
Fuentes consultadas:
- Mengütay, Melis; Ceylan, Yasemin; Kutman, Ümit Baris; y, Cakmak, Ismail. 2013. Adequate magnesium nutrition mitigates adverse effects of heat stress on maize and wheat. Plant and soil, Vol. 368, No. 1-2, 57-72 (SCI).
- Cakmak, I. y A. M. Yazici. 2010. Magnesium: A Forgotten Element in Crop Production. Better Crops 94(2):23-25.
Descargar nota completa
