La Glicina Betaína como Bioestimulante ante el Estrés Salino en los Cultivos


Los cultivos agrícolas son vegetales altamente susceptibles a situaciones de estrés abiótico tales como: estrés por bajas temperaturas (heladas, frío) y estrés por altas temperaturas (calor), sequia, inundación, salinidad y acidez del suelo. Cualquier estrés causado por condiciones desfavorables en el ambiente activa una serie de respuestas en las plantas, desde cambios genéticos y metabólicos para adaptarse, hasta cambios en la tasa de crecimiento y producción. Los cultivos bajo algún tipo de estrés durante su proceso de producción y desarrollo repercuten en pérdidas en los rendimientos.

De los principales tipos de estrés abiótico, la salinidad es un problema que se acrecienta en los suelos destinados a la producción agrícola, especialmente las parcelas que son regadas. La FAO estima que una tercera parte de las áreas de riego del mundo están afectadas por la salinidad, además es un problema frecuente en zonas áridas y semiáridas.

Suelos con acumulación y presencia de sales como el sodio y el cloro provocan mermas significativas en los cultivos debido al estrés que causan en las plantas, pues los efectos de la salinidad de los suelos en las plantas son diversos. Algunos de estos son: inducción al estrés hídrico,  aumento de la síntesis de etileno, pérdida de la turgencia de las células, toxicidad de los iones específicos como sodio y cloro, incremento en la producción de especies reactivas de oxígeno (ROS) y disminución de la fotosíntesis. Además, las plantas deben realizar un mayor esfuerzo para la absorción de agua.

 
Efectos de las sales en los cultivos

Figura 1. Efectos de la salinidad en un cultivo de pepino bajo malla sombra.

Fuente: Navarro, M. 2017.

 
 

Las plantas al estar sometidas bajo un proceso de estrés salino inmediatamente activan sus mecanismos fisiológicos para regular el potencial osmótico de las células, especialmente para evitar la pérdida de agua y la entrada de iones tóxicos. En este sentido, las plantas sintetizan algunos compuestos orgánicos osmoprotectantes como la prolina, la glicina-betaína, sacarosa, entre otros. Cabe destacar que solo algunas plantas han desarrollado estas adaptaciones, mientras la gran mayoría de las plantas de interés para el hombre no tienen la capacidad para sintetizarlo y acumularlo.

Unos de los compuestos orgánicos más estudiados es la glicina betaína, un compuesto cuaternario de amonio que se sintetiza y acumula en algunas plantas superiores como respuesta a condiciones adversas como falta de agua o alta concentración de sales en el suelo. La glicina betaína cae en la categoría de solutos compatibles que forman un grupo de pequeños metabolitos orgánicos que son fácilmente solubles en agua y no son tóxicos a alta concentración.

La síntesis de la glicina betaína en la planta tiene como propósito ajustar el potencial osmótico interno para compensar el potencial osmótico externo y de esta forma evitar la pérdida de turgencia, es decir, la planta disminuye su potencial osmótico interno acumulando solutos a nivel de citosol y organelos para compensar el potencial osmótico. Lo anterior ayuda a estabilizar las macromoléculas y ciertas proteínas valiosas, y a mantener la integridad de la membrana celular en las plantas.

La glicina-betaína es un compuesto que se encuentra presente en bacterias, cianobacterias, algas, animales y varias familias de plantas. Lo anterior ha motivado la obtención, síntesis y aplicación exógena de este compuesto a cultivos agrícolas bajo condiciones de estrés abiótico. Efectivamente diferentes pruebas, tanto en laboratorio como en campo han comprobado que la aplicación exógena de la glicina betaína ayuda a los vegetales a tolerar condiciones salinas (Cuadro 2), ya que protege a las células de la deshidratación. Los estudios evidencian que la glicina betaína actúa en la protección de la estructura de proteínas extrínsecas del complejo fotosintético, en particular en el fotosistema II. Además, la glicina betaína mantiene la actividad fotosintética aumentando la conductancia estomática y manteniendo la actividad de la Rubisco y la estabilidad de los cloroplastos. También las diversas investigaciones proponen que existe una relación entre la glicina betaína con nutrientes o fitohormonas, interactuando juntos para conferir la tolerancia de la planta al estrés abiótico.

Aun cuando falta mucho por conocer sobre el papel de la biosíntesis de la glicina betaína y la acumulación en diferentes niveles fisiológicos y metabólicos, así como su interacción con nutrientes y fitohormonas, la acción protectora de la glicina betaína es una alternativa para lograr la tolerancia al estrés abiótico en los cultivos agrícolas.

 

Cuadro 1. Efectos de la aplicación exógena de la glicina betaína (GB) sobre el crecimiento y otros parámetros fisiológicos cuando se aplica a cultivos abióticos y plantas forrajeras cultivadas en un ambiente controlado o bajo condiciones de campo.

Fuente: Kurepin et al., 2015.

Estrés abiótico

Especie de plantas

Crecimiento y efecto (s) fisiológico (s)

Sequia

Hordeum vulgare L.

Aumento del índice de área foliar (Makela et al. 1996)

Zea mays L.

Aumento en la producción de grano (Agboma et al. 1997)

Pisum sativum L.

Aumento de la biomasa aérea (Makela et al. 1997)

Oryza sativa L.

Aumento en la producción de grano  (Zhang et al. 2009)

Sorghum bicolor (L.) Moench

Aumento en la producción de grano  (Agboma et al. 1997)

Glycine max L.

Aumento de la fotosíntesis (Agboma et al. 1997)

Nicotiana tabacum L.

Aumento de la biomasa aérea (Ma et al. 2007)

Brassica rapa ssp. Oleifera

Aumento en la tasa de crecimiento aérea (Makela et al. 1997)

Triticum aestivum L.

Aumento de la biomasa aérea (Shahbaz and Zia 2011)

Salinidad

Brassica napus L.

Aumento de la biomasa aérea (Athar et al. 2009)

Solanum melongena L.

Aumento de la producción de frutos (Abbas et al. 2010)

Zea mays L.

Aumento de la biomasa aérea (Nawaz and Ashraf 2007)

Zea mays L.

Aumento de la fotosíntesis (Ashraf et al. 2008)

Capsicum annuum L.

Aumento de la germinación (Korkmaz and Sirikci 2011)

Lolium perenne L.

Aumento de la biomasa vegetal (Hu et al. 2012)

Oryza sativa L.

Aumento de la biomasa aérea (Demiral and Turkan 2004)

Helianthus annuus L.

Aumento de la biomasa aérea (Ibrahim et al. 2006)

Triticum aestivum L.

Aumento de la fotosíntesis  (Raza et al. 2007)

Frio

Zea mays L.

Aumento de la biomasa vegetal (Farooq et al. 2008)

Zea mays L.

Aumento de la biomasa aérea (Chen et al. 2000)

Solanum lycopersicum L.

Aumento de la altura de brotes (Park et al. 2006)

Triticum aestivum L.

Mayor tolerancia de congelación (Allard et al. 1998)

Calor

Hordeum vulgare L.

Aumento de la biomasa aérea (Wahid and Shabbir 2005)

 
 

La aplicación de sustancias osmoprotectantes como la glicina betaína por sí solo no solucionaran la tolerancia del cultivo a condiciones salinas, sino que se requiere de un conjunto de estrategias de manejo para los vegetales bajo condiciones salinas. Dichas prácticas consisten en: nutrición balanceada del cultivo, uso de fertilizantes con el más bajo índice de salinidad, ajuste del pH, bioestimulación del crecimiento radical de los cultivos, riego eficiente, modificación artificial de propiedades físico-químicas en aguas y suelos, entre otras.

Cita correcta de este cultivo:

INTAGRI. 2017. La Glicina Betaína como Biostimulante ante el Estrés Salino en los Cultivos. Serie Nutrición Vegetal Núm. 96. Artículos Técnicos de INTAGRI. México. 4 p.

Literatura consultada:

- Masood, A.; Per, T. T.; Asgher, M.; Fatma, M.; Khan, M. I. R.; Rasheed, F.; Hussain, S. J.; Khan, N. A. 2016. Glycine Betaine: Role in Shifting Plants toward Adaptation under Extreme Environments. Osmolytes and plants Acclimation to Changing Environment: Emerging Omics Technologies. Springer. India. 69-82 pp.

- Navarro, M. 2016. Curso sobre Bioestimulación Estratégica de Cultivos Hortofrutícolas. Intagri.

- Kurepin, L. V.; Ivanov, A. G.; Zaman, M.; Pharis, R. P.; Allakhverdiev, S. I.; Hurry, V.; Hüner, N.P.A. 2015. Stress-Related Hormones and Glycine Betaine Interplay in Protection of Photosynthesis under Abiotic Stress Conditions. Photosynthesis Research, 126: 221-235.

- Sakamoto, A.; Murata, N. 2002. The Role of Glycine Betaine in the Protection of Plants from Stress: Clues from Transgenic Plants. Plant, Cell and Environment, 25 (2): 163-171.

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Comentarios

Anónimo comentó:
Publicado: 2017-08-25 13:24:45

SasA