PUNTO DE MARCHITEZ PERMANENTE, TOLERANCIA Y RESPUESTA METABÓLICA AL DÉFICIT HÍDRICO EN CULTIVARES DEL GERMOPLASMA PERUANO DE "QUINUA" CHENOPODIUM QUINOA WILLD. (AMARANTHACEAE)

2015·10.2 MB·Spanish

by  Ysabel Díaz Valencia

Arnaldoa 22 413 - 426, 2015 ISSN: 1815-8242 (edición impresa)
(2):
ISSN: 2413-3299
(online edition)
Punto de Marchitez Permanente,
tolerancia
metabólica en
respuesta hídrico
y al déficit
germoplasma
peruano de “quinua”
cultivares del
quima
Chenopodium
(Amaranthaceae)
Willd.
Permanent and
Tolerance Metabolic
Wilting
Point,
Response Water
Peruvian
to Déficit Cultivars of
in
quinoaWM.
Germplasm Chenopodium
“quinoa”
of
(Amaranthaceae)
&
Manchego
Ysabel Díaz Valencia, Claudia Arévalo Nieto Luis Martínez
Departamento Académico
de
Biología;
Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
Herbert Lazo Rodríguez
Departamento Académico de Biología, Laboratorio de Fisiología Biotecnología Vegetal; Universidad
y
Nacional de San Agustín de Arequipa
e-mail:[email protected]
ARNALDOA
413
22 Julio - Dicie
(2):
I
Díaz eta/.:?m\Q de Marchitez Permanente, tolerancia del germoplasma de Chenopodium qu/noa (Amaranthaceae)
Se evaluó el grado de resistencia al estrés hídrico en cultivares de Chenopodium quinoa Willd.
"quinua", determinando el Punto de Marchitez Permanente (PMP) y la tolerancia al déficit hídrico
PMP
(DHL30). Se seleccionaron cultivares con alto y bajo y tolerantes al déficit hídrico (DHI^g)
PEG (PM
utilizando 8000). La respuesta fisiológica al déficit hídrico se estudió en cultivares
seleccionados de respuesta contrastante Blanca de Kamire determinando
(resistente) (sensible),
Juli y
los cambios en la concentración de solutos compatibles (carbohidratos, prolina y betaina) y proteínas
solubles. Se utilizaron plantas de tres meses de edad (estado fonológico de 8 hojas verdaderas), las
que fueron obtenidas a partir de semillas sembradas en macetas. Los cultivares de "quinua" fueron
PMP,
expuestas a déficit hídrico por aproximadamente 6 días hasta alcanzar el la determinación
PMP
del agrupó los cultivares de "quinua" en sensibles, intermedios resistentes, observándose
y
diferencias significativas (p<0.05) entre ellos. La determinación de la tolerancia al déficit hídrico
PMP
(DHL5Q), se realizó en cultivares seleccionados por el (sensibles y resistentes). La determinación
del DHLjp se calculó al tratar discos de hojas a gradientes de concentración de PEG, evaluándose el
daño celular por conductivimetría. La mayor tolerancia al déficit hídrico la alcanzó el cultivar Blanca
menor
de Kamire, estudiándose en de
tolerancia cultivar éstos cultivares resistencia
Juli, y la el
ont nte espuesta fisiológica. La concentración de carbohidratos, betaina, proteína soluble
y
t
1
aumentaron significativamente (p<0.05) en el cultivar resistente al déficit hídrico. La concentración
obstante estos cambios no fueron significativos. Estas respuestas indicarían variados mecanismos
Palabras "Quinua", PEG.
clave: déficit hídrico, estrés hídrico,
Abstrae!
was
evaluated the tolerance to hydric stress in 14 cultivars of Chenopodium quinoa Willd.
It
"quinua", by determination of Permanent Whithered State and desiccation tolerance (DHE^J. Also,
was determinate the correlation between the response to hydric déficit with the changes in the
it
and
concentration of compatible solutes (carbohydrates, betaine, proline) soluble proteins. Plants
of three months oíd with 8 true leaves were exposed to hydric déficit by 6 days. The evaluation
of cell damage allowed to select the 14 cultivars in resistant, tender and with response between
Two
showing were by
both, significant differences (p<0.05). cultivars selected its response to hydric
déficit, Blanca de Juli (resistant) and Kamire (tender) by determination of DHE^q after of treatment
PEG
From
with Solutions of at different concentrations in contrast to control without PEG.
(8000)
this plants were obtained slides of leaves, and these slides were exposed to different concentrations
PEG
of to finally to evalúate the cell damage by release of electrolytes. The cultivar Blanca de Juli had
shown the major level of tolerance and Kamire the minor level. The concentrations of carbohydrates,
betaine and soluble proteins were incremented significatively (p<0.05) in the resistant cultivar.
Proline was incremented in Blanca de but decreased in Kamire (tender), but this change not
Juli,
was
significative.
Keywords: "Quinua", hydric hydric DHE^^, PEG.
déficit, stress,
La sequía y el déficit hídrico son factores Perú, no escapa a este fenómeno climático
ambientales que disminuyen crecimiento
el que influye en disponibilidad hídrica
la
productividad de
celular, fotosíntesis y provocando restricciones de época área
y
de
los cultivos (Levitt, 1980). El cultivo de cultivo (Información Agraria, 2004).
de en
especies vegetales interés agrícola
el
ARNALDOA
2015
22(2): Julio -Diciembre,
Díaz eta/.:?mXo de Marchitez Permanente, tolerancia del germoplasma de Chenopodium quinoa (Amaranthaceae)
La
influencia negativa del hídrico de proteger integridad funcional
déficit la física
y
membranas
la sequía sobre el crecimiento, desarrollo de las biológicas (Quinn, 1985;
y
y productividad vegetal, así como, su Bray, 1993; Bohnert et al, 1995).
ha
distribución geográfica sido reportada
Actualmente, conoce que capacidad
se la
&
muchos
por investigadores (Fischer
de incrementar la resistencia ante la
&
Bewley
Turner, 1978; Larcher, 2003;
aplicación de estímulos graduales de baja
&
Mooney,
Krochko, Ehleringer
1981;
de agua
disponibilidad (fortalecimiento),
En
climas áridos semiáridos con
1981).
y
puede con incremento de
asociarse el los
influencia oceánica de altura, con sequía
y
compuestos mencionados con cambios
y
prácticamente (otoño-invierno)
total
y
morfológicos en hojas (Zuñiga
la raíz, tallo
y
esporádica (primavera-verano) representan
Bohnert
et al, 1990; Bray, 1993; et al, 1995).
un muchos
para
riesgo cultivos (Walter,
&
La acumulación de
carbohidratos,
1977; Fischer Turner, 1978; Brack, 1986).
como
en plantas leñosas herbáceas
y
No
han
obstante, algunos vegetales
en algunas variedades de "algodón",
desarrollado capacidad de a
la resistir
"avena", "cebada" "sorgo", asocian
se
y
daños permanentes
la sequía sin sufrir
con
la resistencia a la sequía. Pontis (1989)
Hasegawa
(Henckel, Hsiao,
1964; 1973;
et
destaca importancia de fructanos en
la los
1984, Hall, 2001). Esta capacidad está
al.,
el desarrollo de la resistencia a la sequía en
asociada a cambios morfológicos ciertos
y
embargo, numerosas
vegetales. Sin existen
mecanismos
metabólicos
fisiológicos,
y
También ha
excepciones
al respecto. se
genéticos cuya naturaleza extensión en
y
informado
que, la resistencia a la sequía se
cada caso singular Turner,
es (Levitt, 1980;
Parsons, Verslues
1986; 1987; et al, 2014).
como
de aminoácidos,
prolina, arginina,
mecanismos no
Pero, estos están totalmente
y/o Hanson,
alanina valina (Hsiao, 1973;
aclarados, dado nivel de complejidad.
el
&
Haré
1980; Parsons, 1987; Cress, 1997).
Una mayor
aparentemente,
resistencia
Además,
evidencias sobre importancia
la
relacionada con mecanismos de
estaría
de proteica en proceso de
la síntesis el
como
acumulación
tolerancia, es la específica
fortalecimiento ha sido reportada por
como
de metabolitos carbohidratos,
Ho
David
varios autores (Cloutier, 1983;
aminoácidos algunos
glicina-betaina;
libres,
&
En
Sachs, 1989). relación a los lípidos,
de biomembranas
lípidos constituyentes
algunos señalan que contenidos
trabajos los
no
polipéptidos enzimáticos
(Levitt,
y
de y/
foliares fosfolípidos galactolípidos
o
&
Ackerson
1980; Herbert, 1981; Cloutier,
se asocian directamente con los cambios
Corcuera Zuñiga
1983; et al, 1989; et al,
de (Zuñiga
estacionales estrés hídrico
y et
compuestos
Belhassen, Estos
1990; 1996).
al, 1990).
propenderían de
a evitar la alteración
Los cambios morfológicos como,
permeabilidad de biomembranas el cierre
la las
disminución
estomático, del área
causada por deshidratación de célula foliar,
la la
movimientos de desprendimiento
ocurrir una baja presión de vapor las hojas,
al
de hojas pubescencia, disminuirían
de agua extracelular concomitante las y la
la
y
por ende productividad
acumulación de productos la fotosíntesis la
tóxicos, tales y,
como vegetal, no obstante, se ha sugerido que
iones, ácidos orgánicos, radicales
como
mecanismos,
oxidantes u otros (Mano, 2002). Por lo tanto, otros tales la resistencia
determinados metabolitos cumplen cuticular, resistencia del mesófilo de la hoja.
el rol
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22 Julio - Diele
(2):
I
i
B
^
ARNALDOA
22 2
):
(
Díaz eta/.:?mXo de Marchitez Permanente, tolerancia del germoplasma de Chenopodium quinoa (Amaranthaceae)
(NPK
30:10:10) a los 15 y 30 días de (1977), en la cual se utiliza discos de hojas,
germinadas, hasta que tuvieran 8 hojas estas son lavadas con agua desionizada
y
verdaderas. sumergidas discos de hojas por frasco)
(5
PEG
en de
diferentes concentraciones
Punto de marchitez permanente
(PM
una
por 24 horas temperatura
a
8000)
punto de marchitez permanente
El
de 10°C. Después, se elimina la solución
(PMP) determinó según metodología PEG
se la que contiene se lavan los discos
el
y
por López-Ritas López-
descrita y con agua desionizada incubándose a 10°C
Una
Melida vez que
plántulas
(1985). las por 24 horas. Transcurrido este tiempo
alcanzaron estado fonológico de 8 hojas un
el incuba en baño con agua 25°C
se a
y
verdaderas, los cultivares fueron dejados mide conductividad de
se la la solución.
de regar por aproximadamente 6
días. Después de muestras fueron
las lecturas, las
Cuando
mostraron de
los cultivares signos en un baño de agua
calentadas hirviente
marchitez, fueron llevadas a una cámara durante una para matar
(92°C) hora,
el
humedad
saturada de por 18 horas en
tejido de las hojas. Se deja enfriar hasta 25°C
completa oscuridad, para observar su para posteriormente una segunda
realizar
recuperación. Las que recuperaron en
se de conductividad de muestra.
lectura
la la
húmedo
ese ambiente fueron sacadas de daño por
El porcentaje celular déficit
nuevamente campo, que
mientras
al las hídrico fue calculado aplicando siguiente
la
que no recuperaron fueron cosechadas
se
fórmula:
determinándose peso seco del suelo en
el
y
A
estufa a 110°C. continuación se calculó
el
%dedaflo = xlOO
l
PMP
1-(C1/C2)
aplicando siguiente fórmula:
la
C1 =
Conductividad
del control
inicial
A-B agua en xC)
(peso del raíz
la
PMP=
^ 100
C2=
Conductividad
del control
final
B-D
(peso de la raíz seca x C)
Tl= Conductividad de
inicial los
tratamientos
A=
más
peso bruto de maceta
la el suelo,
después de de
eliminar parte aérea
la la
T2= Conductividad de
tratamientos
final los
planta
Finalmente, con valores obtenidos
los
mas
peso de maceta suelo secado
la el una
construyó curva relacionando
se los
110°C
a
promedio de daño
valores celular (en
porcentaje) versus concentración de PEG.
C= la
peso de parte aérea de planta
la la
grado de
El tolerancia al déficit hídrico se
D=
peso neto de maceta
la
expresó en base 50% de daño
celular
al
(DHLJ (DHLgp) a una determinada concentración
Tolerancia hídrico
al déficit
PEG,
de asociado a su potencial hídrico
Se prepararon dos grupos de 5 macetas,
(Burulin,
1983).
correspondientes a cincos cultivares
químicos
Análisis
Blanca de Roja Coporaque, Kankolla,
Juli,
Chucapaca
Kamire,
resistentes sensibles
y y
Los carbohidratos solubles totales se
PMP.
estrés hídrico, referido a su Se siguió
al
C
con agua 80° determinaron
extrajeron
y
&
metodología por Ross
descrita Sullivan
la
método
por
del fenol-sulfúrico.
el
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(2):
I
ARNALDOA
22 2
):
(
Díaz eta/.:?mXo de Marchitez Permanente, tolerancia del germoplasma de Chenopodium quinoa (Amaranthaceae)
Coporaque
significativa (p<0.05), semejante a lo (DHLgQ=28.57), el cultivar Roja
informado en determinación del PMP. fue medianamente resistente cultivar
la el
y
En
la Tabla 2 apreciamos que el cultivar Chucapaca medianamente sensible, el
Blanca de muestra mayor valor cultivar Kankolla mostró una respuesta
Juli el
de resistencia foliar al déficit hídrico intermedia. Esta técnica demuestra poseer
(DHLgp=110.58) menor cultivar Kamire una mayor sensibilidad en evaluación
el la
y
TABLA
Punto de marchitez permanente en 14 de "quinua"
(P.M.P.), cultivares
1.
(Chenopodium quinoa Willd. Los valores son promedios porcentuales de tres observaciones.
).
GRADO
CULTIVAR
P.M.P.
R
Blanca de
Juli 10.23c
1.
MR
Marangani
Amarillo 11.23bc
2.
MR
Kamacani
11.47bc
3. I
MR
V13
12.24bc
4.
MR
Roja Coporaque
12.39bc
5.
MR
Kancolla 12.93bc
6.
MR
Puno
Selección 12.98bc
7.
MR
Blanca de Junin 13.10bc
8.
MR
Kamacani
13.36bc
9. II
MR
Testigo amarillo 13.21bc
10.
MS
RealBolivia 13.56b
11.
MS
Chucapaca
13.84b
12.
MS
Cheweca
14.46b
13.
Kamire
S 22.21a
14.
Letras iguales indican que no existen diferencias estadísticamente significativas,
=
según test de Tukey. Valor de significancia de F P<0,05. D.M.S.= 0,49;V. 4.25%
MR=
MS=
R=
S= medianamente medianamente
resistente; sensible; resistente,
sensible.
de
la resistencia a la desecación, respecto al
método que mide PMP.
el
Kamire mg/gps),
(42.08 sin tratamiento
Respuesta metabólica hídrico
al déficit (PEG); pero tratamiento
aplicarles
al
PEG
(PM
de con
hídrico
déficit 8000),
La Tabla muestra respuesta
la
3,
de
cultivar resistente (Blanca
el Juli)
metabólica de dos de
cultivares resistencia
incrementó
significativamente
(p<0.05)
contrastante. Se aprecia diferencias
su concentración de carbohidratos a 60.59
de concentración
significativas
(p<0.05)
mg/gps, menor
mientras incremento
el
de carbohidratos en Blanca de
cultivar
el
produjo en Kamire
se cultivar sensible
el
mg/gps),
Juli (52.43 respecto al cultivar
mg/
Asimismo, acumulación
(47.67 gps). la
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I
CULTIVAR
-3.41
-1.05
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I
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TABLA
Contenido de carbohidratos, prolina, betaina proteína soluble en dos cultivares
2. y
contrastantes de "quinua" {Chenopodium quinoa Willd.). Los valores son promedios de cinco
repeticiones.
CULTIVAR
Kamire
Blanca de
Juli
TRATAMIENTO
PEG(%p/v)
0 10 0 10
Carbohidratos 52.43 ab 60.59a 42.08c 47.67c
Prolina 40.20a 44.79a 45.29a 41.28a
Betaina 101.85b 145.60a 131.89a 152.42a
Proteína soluble 62.5 Ibc 74.54a 55.09c 68.92ab
Letras iguales indican que no existe diferencia significativa entre los cultivares, según la
pmeba
de de comparación, valor de significancia de f(p<0.05)
t
50%
(DHL5o)= Grado de tolerancia al déficit hídrico en base al de daño celular
=
'Fw Potencial hídrico teórico (MPa), según la fórmula de Michael y Kaufman (Bumlin,
1983)
un
en con con
la planta entera suelo déficit particulares del suelo, relacionados la
medida de como ha informado
hídrico, la la resistencia textura del suelo, sido
y
hídrica usando secciones de hojas por Mazliak donde en suelos franco
foliar
(1976),
PMP
PEG
(PM
tratadas con soluciones de 8000) arenosos el para el "trigo", "tomate"
que simulan mostraron "guisante" de por
el déficit hídrico, y es 6,5, 6,9 y 6,9 ciento,
respuestas similares. respectivamente mientras que en suelos
PMP
francos para los cultivares arriba
el
PMP
La
para
utilización del seleccionar
mencionados de por
es 11,7 12,4 ciento,
9,9, y
cultivares resistentes sensibles a la sequía,
y
un
variando de suelo a otro limitando su
ha sido informado utilizado por varios
y
También
repetitividad. influye clima
el
autores López-Ritas
(Sivori, et al, 1980;
humedad
(temperatura, viento, relativa,
&
López-Melida, Los resultados
1985).
modificando
radiación) estructura del
la
muestran
diferencias significativas (p<0.05)
que
suelo, factores limitarían su certeza
PMP
en de en
el los cultivares estudio,
dada que
dificultad presenta control
la el
menor
siendo 10.23 por ciento (Blanca de
el
de mismos. Es por que
los esto, esta
mayor
por ciento (Kamire)
Juli) y el 22,21
metodología necesita ser contrastada con
como
que
respuestas permitió agruparlos
como medida
pruebas grado de
otras del
la
Blanca de
resistente cultivar
al Juli y
PEG
deshidratación que hace uso de
foliar
Kamire,
sensible al cultivar y los otros
(PM
8,000), (Sivori, et al, 1980).
No
como
cultivares intermedios. obstante,
La medida
esta clasificación presenta limitaciones de la tolerancia a la
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(2):
I
Chenopodium
Díaz de Marchitez Pern qu/noa (Amaranthaceae)
é’/á'/.-Punto
;
deshidratación que hace uso de varias
PEG
(PM un
concentraciones de ha encontrado
es
8000),
método más menos
preciso dificultoso diferencias significativa;
y
que empleado anteriormente. La tratamientos de especies en estudio
el las
y
En
contrastación de nuestros resultados con los (Díaz, 1999). contraposición a Singh
PMP
medida Hanson
valores de de tolerancia encontraron
y la et al. (1973) y (1980)
a la deshidratación en los cultivares en cultivares de "cebada", diferencias
Roja Coporaque, Kankolla, Chucapaca genotípicas, en la acumulación de este
como
Kamire
(ver Tabla Tabla permite aminoácido, es caso del cultivar
el
y 1 y
2),
un
corroborar nuestros resultados validar Blanca de que mostró incremento
y Juli
PMP &
lo encontrado en el (Sullivan Ross, del 11% respecto al control, pero, en el
un
1977), coincidiendo con la selección de dos cultivar Kamire, éste disminuyó en
cultivares contrastantes Kamire y Blanca de 10% respecto al control. Al parecer, como
producto disminución
Juli (Barriga,1998). del déficit hídrico, la
una mayor
de prolina produciría por
se
La respuesta metabólica de los cultivares
como
oxidación ha sido observado en
muestran osmótico
contrastantes, ajuste
el
&
algunos (Boggess Steward,
cereales
mayor
ligeramente en
cultivar resistente
el
Sin embargo, en concordancia con
1976).
(Blanca de incrementar contenido
al el
Juli),
aumento
Ibarra-Caballero
et al. (1988), el
un 15%
de en
carbohidratos respecto 13
al
en contenidos de prolina no constituye
los
%
de incremento que mostró
cultivar
el
un
seguro de
índice resistencia a la sequía,
Kamire. grado de
sensible El ajuste
mas un
sino bien representa indicador
osmótico ha demostrado ser predictor del
del nivel de estrés al que la planta se
grado de en muchas
resistencia a la sequía
expone. Para otros investigadores, los
&
especies vegetales (Turner Jones, 1980;
más
contenidos básales de prolina, que
Morgan,1977; Belhassen, 1996). Al respecto,
un buen
su acumulación,
constituirían
incremento de concentración de
el la
indicador de relacionado con
resistencia
una
carbohidratos, nos estaría indicando
fotofosforilación oxidativa respecto
la
mayor un
capacidad para
realizar ajuste
NADP+/
mantenimiento de razón
al la
osmótico en el cultivar resistente, respecto al
NADPH2
(Naidu Verslues
et al, 1992; et al,
una
sensible, lo cual se debería a fotosíntesis
2014).
más
puede también
eficiente, ó atribuirse a
EL
procesos de degradación, por disminución rol del metabolito glicina-betaina en el
de la concentración de almidones (Fitter ajuste osmótico está bastante documentada,
&
Hay, 2002). Estos cambios serían los en nuestro trabajo encontramos que las
un
primeros indicios de ajuste osmótico plantas control mostraron diferencias
mediado por metabolismo
el fotosintético significativas (p<0.05) entre cultivares,
un mayor
en
frente a estrés hídrico (Verslues, siendo cultivar sensible
et el
al.,
Kamire mg/gps) menor en
2014). (131.89 y el
Blanca de mg/gps),
cultivar (101.85
Juli
que
El preciso rol cumpliría la
embargo, por tratamiento de
sin el déficit
acumulación de en
prolina plantas
PEG
(PM
con
hídrico cultivar
8000), el
aún no
expuestas a déficit hídrico está
Blanca de incrementó su concentración
Juli
bien comprendido, pues su acumulación
en forma
(43%, respecto al control)
en varias especies de plantas expuestas
en cambio
significativa (p<0.05), el cultivar
ha implicado una mayor
a hídrico
déficit
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