permeabilidad de las membranas radicales de plántulas de frijol (phaseolus vulgaris l.) silvestre y

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Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=33908507 Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal Sistema de Información Científica Adriana B. Sánchez Urdaneta, Cecilia B. Peña Valdivia, Carlos Trejo, J. Rogelio Aguirre R., Elizabeth Cárdenas, Ana B. Galicia Jiménez Permeabilidad de las membranas radicales de plántulas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) silvestre y domesticado bajo déficit de humedad Interciencia, vol. 28, núm. 10, octubre, 2003, pp. 597-603, Asociación Interciencia Venezuela ¿Cómo citar? Fascículo completo Más información del artículo Página de la revista Interciencia, ISSN (Versión impresa): 0378-1844 [email protected] Asociación Interciencia Venezuela www.redalyc.org Proyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

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Page 1: Permeabilidad de Las Membranas Radicales de Plántulas de Frijol (Phaseolus Vulgaris L.) Silvestre y

Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=33908507

Red de Revistas Científicas de América Latina, el Caribe, España y Portugal

Sistema de Información Científica

Adriana B. Sánchez Urdaneta, Cecilia B. Peña Valdivia, Carlos Trejo, J. Rogelio Aguirre R., Elizabeth

Cárdenas, Ana B. Galicia Jiménez

Permeabilidad de las membranas radicales de plántulas de frijol (Phaseolus vulgaris L.) silvestre y

domesticado bajo déficit de humedad

Interciencia, vol. 28, núm. 10, octubre, 2003, pp. 597-603,

Asociación Interciencia

Venezuela

¿Cómo citar? Fascículo completo Más información del artículo Página de la revista

Interciencia,

ISSN (Versión impresa): 0378-1844

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Venezuela

www.redalyc.orgProyecto académico sin fines de lucro, desarrollado bajo la iniciativa de acceso abierto

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597OCT 2003, VOL. 28 Nº 10

PERMEABILIDAD DE LAS MEMBRANAS RADICALES DE

PLÁNTULAS DE FRIJOL (Phaseolus vulgaris L.) SILVESTRE

Y DOMESTICADO BAJO DÉFICIT DE HUMEDAD

Adriana B. Sánchez-Urdaneta, Cecilia B. Peña-Valdivia, Carlos Trejo, J. Rogelio Aguirre R.,Elizabeth Cárdenas y Ana B. Galicia Jiménez

Introducción

El déficit de agua ha sidoreconocido como uno de losfactores ambientales más perju-diciales del crecimiento y ren-dimiento de los cultivos, y engeneral en todos los ecosiste-mas naturales, por la inhabili-dad para absorber nutrimentos.En condiciones de déficit dehumedad, el sistema radical tie-ne un papel decisivo para elcrecimiento y desarrollo delvástago (Trejo y Davies, 1991;Reiber y Neuman, 1999). Por

ello, el conocimiento del desa-rrollo de la raíz en etapas ini-ciales y el nivel de afectaciónque pueda tener en respuesta aldéficit de humedad es de granimportancia, pues así podríanreconocerse variantes tolerantesy sensibles a los potenciales deagua (ΨA) bajos.

Las raíces maduras de cerea-les como el maíz (Wang et al.,1991; Facette et al., 1999) y eltrigo (Brady et al., 1995) sonmás resistentes que las hojas deplantas herbáceas a ΨA bajos ytoleran varias veces más deshi-

dratación, expresada como con-tenido relativo de agua (CRA)que las hojas (Westgate yBoyer, 1985; Sharp et al.,1988; Spollen et al., 1993).Así, según Facette et al. (1999)el CRA límite mínimo de 0,3para el maíz podría correspon-der a un límite de viabilidadcon ΨA de la raíz de -0,8MPa.Aún se desconocen los proce-sos que generan esa diferenciaentre la raíz y el vástago; sinembargo, su significado desdeel punto de vista de la supervi-vencia de las plantas es de im-

PALABRAS CLAVE / Contenido de Agua / Estrés / Electrolitos / Phaseolus vulgaris / Frijol /Recibido: 13/04/2003. Modificado: 03/09/2003. Aceptado: 08/09/2003

Adriana B. Sánchez-Urdaneta. Inge-niera Agrónoma, La Universidaddel Zulia (LUZ), Venezuela.Maestra en Ciencias y Doctoraen Ciencias, IREGEP-IRENAT,Colegio de Postgraduados, Méxi-co. Docente-Investigador, Depar-tamento de Botánica, Facultad deAgronomía (LUZ), Venezuela.

Cecilia Beatriz Peña-Valdivia. In-geniera Bioquímica, EscuelaNacional de Ciencias Biológi-cas, Instituto Politécnico Nacio-nal (IPN), México. Maestra enCiencias en Tecnología de Ali-

mentos, Universidad Iberoameri-cana, México. Doctora en Cien-cias, Universidad Autónoma deMéxico (UNAM). Profesora In-vestigadora, Programa de Botá-nica, IRENAT, Colegio de Post-graduados. Dirección: CarreteraMéxico-Texcoco, Km 35.5,Montecillo, México.e-mail: [email protected]

Carlos Trejo. Biólogo, UNAM.Maestro en Ciencias en Botáni-ca, Colegio de Postgraduados.Ph.D., Lancaster University,Reino Unido. Profesor Investiga-

portancia, ya que la mayor to-lerancia de la raíz a condicio-nes de humedad limitante en elsuelo asegura su crecimiento yestablecimiento acelerado enetapas tempranas de desarrollo,y el uso eficiente de la hume-dad del suelo antes de la inci-dencia regular de las lluvias.Ésto ha sido probado en cerea-les como cebada (López-Cas-tañeda et al., 1995, 1996) y pa-rece igualmente importantepara el frijol, que se cultiva envastas zonas de secano de todoel mundo.

0378-1844/03/10/597-07 $ 3.00/0

dor, Programa de Botánica,IRENAT, Colegio de Postgra-duados, México.

J. Rogelio Aguirre R. IngenieroAgrónomo Zootecnista, EscuelaNacional de Agricultura, Méxi-co. M.Sc., New México StateUniversity, EEUU. Doctor Inge-niero Agrónomo, Universidad deCórdoba, España. Profesor In-vestigador, IIZD, UniversidadAutónoma de San Luis Potosí,México.

Elizabeth Cárdenas. Bióloga, IPN.Maestra en Ciencias en Botáni-

significativos. La interacción significativa mostró que SCH notuvo daño con ninguno de los ΨA probados (0,84%) y que tantoSD como el cultivar sufrieron daño (>50%) con -2,35MPa. Encontraste con la conductividad eléctrica, el pH del medio conti-nuó incrementándose en las primeras 3h. Los ΨA bajos promo-vieron incrementos significativos del pH del medio de las raícesdel cultivar (4,59 a 4,91) y SD (4,86 a 5,16). Las raíces de lastres variantes mantenidas en el ΨA más alto liberaron cantidadessemejantes (P≤0,75) de K+ (5,9mg·g-1 en promedio), pero el défi-cit de humedad promovió mayor liberación (hasta 2,5 veces); nose detectó Na+ en el medio. Con base en CRA, conductividadeléctrica, índice de daño y recuperación del crecimiento poste-rior al estrés, se concluyó que las membranas de la raíz deSCH son menos afectadas por el déficit de humedad que las deSD y el domesticado.

RESUMEN

Se evaluó la permeabilidad de las membranas radicales defrijol silvestre y domesticado en respuesta al déficit de humedad.Se utilizó frijol silvestre originario de Chihuahua (SCH) y deDurango (SD) y el cultivar Bayomex. Plántulas de 72h, con raízde 3-4cm de longitud se mantuvieron 24h en vermiculita conpotenciales de agua (ΨA) de -0,03; -0,65; -1,48 y -2,35MPa. Lasraíces recolectadas se mantuvieron en agua desionizada durante3h. Se cuantificó el contenido relativo de agua (CRA) de la raízy la concentración de K+ y Na+ en el medio de resuspensión.Cada 30min se evaluó conductividad eléctrica y pH del medio.En el cultivar y en SD el CRA disminuyó 46% con el déficit dehumedad, mientras en SCH sólo disminuyó 15%. La salida deelectrolitos mostró dos fases en todos los tratamientos. En losprimeros 30min pasó de 0,8 a 3,2S·cm-1·g-1 de tejido seco para elcultivar; de 1,4 a 3,1 para SCH; y de 2,2 a 6,4 para SD. Al fi-nal de la segunda fase (2,5h después) los incrementos no fueron

ca y Doctora en Ciencias enFitopatología, Colegio de Post-graduados. Profesora Investiga-dora, Programa de Fitopatología,IFIT, Colegio de Postgraduados,México.

Ana B. Galicia Jiménez. IngenieraAgrónoma, Universidad Autóno-ma de Chapingo, México.Maestra en Ciencias en Botáni-ca, Colegio de Postgraduados.Jefa de Laboratorio, Programade Botánica, IRENAT, Colegiode Postgraduados, México.

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RESUMO

Se avaliou a permeabilidade das membranas radicais defeijão silvestre e domesticado em resposta ao déficit de umida-de. Utilizou-se feijão silvestre originário de Chihuahua (SCH)e de Durango (SD) e o cultivar Bayomex. Plântulas de 72h,com raíz de 3-4 cm de longitude se mantiveram 24h emvermiculita com potenciais de agua (ΨA) de -0,03; -0,65; -1,48e -2,35MPa. As raízes recoletadas se mantiveram em águadesionizada durante 3h. Se quantificou o conteúdo relativo deágua (CRA) da raíz e a concentração de K+ e Na+ no meio dere-suspensão. Cada 30min se avaliou condutividade eléctrica epH do meio. No cultivar e em SD o CRA diminuiu 46% com odéficit de umidade, enquanto que em SCH diminuiu 15%. Asaída de electrolitos mostrou duas fases em todos os tratamen-tos. Nos primeiros 30min passou de 0,8 a 3,2S·cm-1·g-1 de teci-do seco para o cultivar; de 1,4 a 3,1 para SCH; e de 2,2 a6,4 para SD. Ao final da segunda fase (2,5h depois) os incre-

mentos não foram significativos. A interação significativa mos-trou que SCH não teve dano com nenhum dos ΨA provados(0,84%) e que tanto SD como o cultivar sofreram dano(>50%) com -2,35MPa. Em contraste com a condutividadeeléctrica, o pH do meio continuou incrementando-se nas pri-meiras 3h. Os ΨA baixos promoveram incrementos significati-vos do pH do meio das raízes do cultivar (4,59 a 4,91) e SD(4,86 a 5,16). As raízes das tres variantes mantidas no ΨA

mais alto liberaram quantidades semelhantes (P≤0,75) de K+

(5,9mg·g-1 em media), mas o déficit de umidade promoveu mai-or liberação (até 2,5 vezes); não se detectou Na+ no meio.Com base em CRA, condutividade eléctrica, índice de dano erecuperação do crescimento posterior ao estrés, se concluiuque as membranas da raíz de SCH são menos afetadas pelodéficit de umidade que as de SD e o domesticado.

Evidencias experimentalesrecientes respaldan la hipótesisque las semillas de frijol silves-tre puedan ser más tolerantes acondiciones extremas de alma-cenamiento (López et al., 2001;Peña-Valdivia et al., 1999) ygerminación (Peña-Valdivia etal., 2002), por estar adaptadasnaturalmente para sobrevivirfluctuaciones climáticas severas,hasta su germinación en condi-ciones favorables de ciclos pos-teriores. En relación con el dé-ficit de agua es posible hacerun planteamiento hipotético se-mejante sobre la existencia decaracteres bioquímicos y fisio-lógicos en las raíces de las va-riantes de frijol silvestre queexpliquen su mayor toleranciaal déficit de agua que las va-riantes domesticadas. Paracomprobar esta hipótesis, almenos parcialmente, se ha con-siderado la posibilidad de con-trastar inicialmente las respues-tas a ΨA bajos del substrato, de

tado de Chihuahua (26º56'N y106º25'E; 1750msnm), de unazona con clima semiárido(BS1kw(w)(e)) y con precipita-ción media anual de 476mm, yla segunda variante silvestre(SD) proviene del estado deDurango (23º58'N, 104o18'E;1820msnm), de una regióntambién con clima semiárido(BS1kw(w)(e’)) y precipitaciónmedia anual de 479mm (Gar-cía, 1988). Ambas variantes es-tán registradas en el Banco deGermoplasma del Centro deAgricultura Tropical (CIAT)con los números G22837 yG11033, respectivamente (Toroet al., 1990). De la segunda va-riante silvestre sólo se utiliza-ron las semillas grandes, oatípicas, seleccionadas y carac-terizadas según lo descrito porLópez et al. (2001) y Peña-Valdivia et al. (2002). La terce-ra variante correspondió al cv.Bayomex, y representó la va-riante domesticada. Este culti-

poblaciones silvestres prove-nientes de climas semiáridoscon las de cultivares tradiciona-les y mejorados, que esténadaptados a zonas de secano(sin riego).

Cuando la deshidratación delos tejidos alcanza ciertos lími-tes, el espacio extracelular in-corpora aire, pues el agua seremueve primero de las paredescelulares. En ese nivel deestrés, el ΨA de la vacuola y elcitoplasma permanece en equi-librio con el ΨA de la paredcelular y se presenta un incre-mento en la concentración desolutos orgánicos e inorgánicos(Palta, 1990). Además, lasmembranas han sido reconoci-das como sitios de reacción avarias condiciones ambientalesinductoras de estrés, pues sehan comprobado cambios ensus lípidos y en actividadesenzimáticas, como de la H+

-ATPasa, dependientes de la in-tegridad y propiedades fisico-

químicas de la membrana. Es-tos cambios generan un aumen-to de la liberación de solutos yla muerte eventual de la célula(Palta, 1990; Shewfelt, 1992).Por esto, una forma de evaluarel daño en los tejidos inducidopor el déficit de humedad, oalgún otro factor, es mediantela cuantificación de los ionesliberados por las células daña-das (Prášil y Zámecník, 1998).

El objetivo del presente tra-bajo fue evaluar los cambioscausados por el déficit de hu-medad en la permeabilidad delas membranas radicales deplántulas de frijol silvestre ydomesticado.

Materiales y Métodos

Material vegetal

Se utilizaron tres variantesde frijol originarias de Méxi-co. La primera variante sil-vestre (SCH) proviene del es-

SUMMARY

Wild and domesticated common bean root membrane perme-ability was evaluated in its response to water deficit. Wild com-mon bean from Chihuahua (SCH) and Durango (SD) and the cv.Bayomex were used; 72h old seedlings of 3-4cm root lengthwere maintained for 24h in vermiculite with water potentials(ΨW) of -0.03, -0.65, -1.48 and -2.35MPa. Roots collected weremaintained in deionized water for 3h and then relative watercontent (CRA), and K+ and Na+ concentrations in the mediawere quantified; electrical conductivity and pH of the mediumwere measured every 30min. CRA sharply decreased (46%) inthe cultivar and SD with water deficit, but diminished slightly inSCH (15%). Electrolyte leakage showed two phases in all treat-ments, in the initial 30min it went from 0.8 to 3.2S·cm-1·g-1 ofdry tissue in the cultivar, from 1.4 to 3.1 in SCH and from 2.2 to

6.4 in SD; but, after the next 2.5h the increments were not sig-nificant. The significant interaction showed that although SCHwas not damaged (0.84%) with any ΨW tested, SD and the culti-var were drastically damaged (>50%) with -2.35MPa. In con-trast with electrical conductivity, media pH continued increasingduring the first 3h. The lower ΨW promoted a significant pH in-crease for the domesticated common bean root (from 4.59 to4.91) and SD (from 4.86 to 5.16). High ΨW produced signifi-cantly similar (P≤0.75) K+ leakage (5.9mg·g-1 in average) in allthree variants, but the water deficit caused increase of K+ leak-age (up to 2.5 times), while Na+ leakage was not detected.Based on CRA, electrical conductivity, damage index and stressrecovery data, it seems that low ΨW affected root membranes ofSCH less than those of SD and the domesticated common bean.

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var fue generado en el InstitutoNacional de InvestigacionesForestales y Agropecuarias(INIFAP) y es cultivado enáreas de secano, generalmentesin riego, de diversas regionesde México.

Las semillas de estas varian-tes de frijol fueron multiplicadasbajo condiciones similares en elcampo experimental del Colegiode Postgraduados en Montecillo,México (19°31’N, 98°53’O;2353msnm), durante el cicloprimavera-verano del 2001, y semantuvo almacenada a 5 ±1ºCy 20% HR, algunos días o se-manas, hasta el inicio de los ex-perimentos en noviembre. Cabeseñalar que la variante SCH essensible al fotoperíodo, por loque alcanza la floración máximaa finales de agosto y principiosde septiembre, época que co-rresponde al final del períodoregular de lluvias. En el caso deSD, la respuesta a fotoperíodoes menos homogénea, por loque sólo algunas plantas de unamuestra terminan su desarrollojunto con el período regular delluvias.

Desarrollo del experimento

Las semillas fueron germina-das a 25 ±1ºC en la oscuridad,según Peña-Valdivia et al.(2002). Después de la germina-ción, cuando las raíces habíanalcanzado 30-40mm de longi-tud, las plántulas fueron colo-cadas en recipientes de clorurode polivinilo (PVC), con diá-metro interno de 40mm y100mm de longitud, y cubiertascon vermiculita. A la vez, cadarecipiente fue cubierto con unfragmento de polietileno negrofijado con una banda elástica,para mantener la humedad dela vermiculita y el potencial deagua constantes. Los recipientesse mantuvieron en la oscuridada 25 ±1ºC por 24h.

Se utilizó vermiculita concuatro valores de ΨA: -0,03;-0,65; -1,48 y -2,35Mpa, obteni-dos al mezclar vermiculita secacon 100, 10, 8 y 6 partes deagua destilada (p:v). El ΨA de lavermiculita se determinó previa-mente en muestras de cadamezcla incubadas durante 4h encámaras psicrométricas, con elmétodo de punto de rocío. La

vermiculita con los distintos ΨA

se preparó al menos 48h antesde usarla y se mantuvo en bol-sas selladas de polietileno, parapermitir que la vermiculita con-tenida en cada bolsa alcanzaraun ΨA homogéneo.

Para cuantificar el contenidorelativo de agua (CRA) se eva-luó el peso fresco (pf) de cuatroraíces de cada tratamiento, supeso túrgido (pt) después de 3hde permanencia en agua desio-nizada y su peso seco (ps), conuna balanza analítica (0,0001g),después de congelarlas y liofili-zarlas. El nivel de hidratacióndel tejido (CRA) se expresócomo la proporción decimal dela raíz totalmente saturada, se-gún Facette et al. (1999):

CRA = (pf-ps) / (pt-ps)

La integridad de las mem-branas se cuantificó indirecta-mente mediante los cambios enla conductividad eléctrica, elpH y la concentración de K+ yNa+ en el medio de resuspen-sión de las raíces. Para ello,después que las plántulas per-manecieron 24h en la vermicu-lita con distintos ΨA, se reco-lectaron los primeros 50mm deraíz a partir del ápice. Estostrozos se lavaron con agua des-tilada durante 1min, para elimi-nar los residuos de vermiculita,se colocaron en cajas Petri quecontenían agua desionizada yse mantuvieron con agitaciónligera y constante, en un agita-dor orbital, a temperatura am-biente (25 ±2ºC), durante 3h.La conductividad eléctrica y elpH del medio de resuspensiónse determinaron cada 30mindurante 3h, utilizando 100µl delmedio y un conductímetro

(Horiba B-173) en el primercaso, y 1ml del medio y unpotenciómetro (Accumet pHMeter 930) de escala expandi-da, adaptado con un microelec-trodo de respuesta rápida(Cole-Palmer), en el segundo.El índice de daño fue calculadocon el método descrito porPrášil y Zámecník (1998), ba-sado en la hipótesis que la can-tidad de electrolitos liberadoses directamente proporcional aldaño ocurrido en las membra-nas de los tejidos al ser someti-dos a una condición inductorade estrés, en este caso déficitde agua o ΨA bajo del substra-to. El cálculo se realiza con laigualdad

Id (%) = ((Rt-Ro)/(Rf-Ro))x100

donde Id: índice de daño, Rt:conductividad eléctrica de lasmuestras en los ΨA bajos (entre-2,35 y -0,65MPa), Ro: conduc-tividad eléctrica de la muestraen el ΨA óptimo (-0,03MPa) yRf: conductividad eléctrica dela muestra congelada en nitró-geno líquido.

Además, al final de las 3h secuantificó la concentración deK+ y Na+ en el medio de resus-pensión con un espectómetrode absorción atómica (IPC), deacuerdo con Benton et al.(1991). Evaluaciones prelimina-res de los cambios de la con-ductividad y el pH del mediode resuspensión de las raíces,permitieron seleccionar la rela-ción de cuatro raíces de 5cmde longitud, medido del ápicehacia la base, en 15ml de aguadesionizada por repetición.

Para comprobar si los cam-bios registrados fueron resulta-do de alteraciones fisiológicas

y bioquímicas en raíces vivas,debió comprobarse que los teji-dos se mantuvieron vivos conese nivel de deshidratación.Para esto se adicionaron 50mlde agua destilada a cada unode los recipientes de PVC deun lote de plántulas que habíapermanecido 24h en ΨA entre-2,35 a -0,65MPa. La recupera-ción del crecimiento se evaluó24h después de rehidratar lavermiculita.

Diseño experimental yanálisis estadístico

Se utilizó un diseño al azarcon arreglo factorial de trata-mientos y cuatro repeticiones.Los factores y niveles fueron:variantes de frijol silvestre (SDy SCH) y domesticado (cv.Bayomex) y niveles de hu-medad (-0,03; -0,65; -1,48 y-2,35MPa). Las unidades expe-rimentales o repeticiones estu-vieron constituidas por cuatroraíces. Las variables fueron so-metidas a un análisis de varian-za de dos vías con interacción,comparación múltiple de me-dias con la prueba de Tukey ylas interacciones con la pruebaLSMEANS. Para estos análisisse utilizó un paquete estadístico(SAS, 1999-2000). La repre-sentación gráfica de las varia-bles y la selección de los mo-delos de regresión curvilíneacon el mejor ajuste se realizócon el programa SigmaPlot(SIGMA, 2001).

Resultados y Discusión

Contenido relativo de agua

El análisis de varianza detec-tó interacción significativa entre

TABLA IVALORES DE F CALCULADOS PARA LAS VARIABLES ANALIZADAS

Fuente de variación Variables

gl CRA Id CE pH K+

Variante de frijol 2 6,62** 10,92** 11,29** 4,00** 0,20NS

ΨA 3 25,73** 19,86** 11,30** 3,84* 17,56**

Variante x Potencial 6 2,32* 2,78* 5,02** 3,15* 0,58NS

Cuadrado medio del error 36 9,49** 10,02** 84,51** 60,70** 6,50**

CRA: contenido relativo de agua, Id: índice de daño, CE: conductividad eléctrica, ΨA: potencial de agua delsubstrato.* significativa al 5%. ** Significativa al 1%. NS: no significativa.

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600 OCT 2003, VOL. 28 Nº 10

el ΨA del substrato y la varian-te de frijol (Tabla I). Esta inte-racción indica una capacidadprobable del SCH para mante-ner hidratada su raíz en subs-tratos con bajo ΨA, especial-mente con -2,35MPa. AunqueSD mostró una tendencia se-mejante a SCH en los poten-ciales de -0,65 y -1,48MPa, suCRA disminuyó drásticamentecon el ΨA= -2,35MPa. En cam-bio, el cultivar mostró la menorcapacidad para mantenerhidratada su raíz, aun con lospotenciales intermedios. Así,como resultado de estas dife-rencias, con -2,35MPa el CRAde SCH fue 57% más elevadoque el del cultivar (Figura 1).Estos datos demuestran que lasraíces en crecimiento de frijoltoleran ΨA del substrato meno-res a los que han sido docu-mentados (-1,5MPa) para lasraíces maduras de maíz, soya,arroz y pepino (Spollen et al.,1993). También, que las raícesde frijol pueden alcanzar CRAsimilares (alrededor de 0,5) alas de los cereales (Wang etal., 1991).

Valores de CRA significati-vamente diferentes indican me-canismos probablemente distin-tos para reaccionar ante el défi-cit de humedad entre las va-riantes de esta especie, y SCHparece mantener hidratada suraíz aun con ΨA= -2,35MPa.Los mecanismos o característi-cas de la raíz de SCH que ha-cen esto posible se desconocen,pero podrían estar relacionadoscon la composición de los teji-dos o la capacidad para mante-ner su integridad en condicio-nes de estrés. Se ha documen-tado que para germinar las se-millas de frijol silvestre y do-mesticado embeben proporcio-nes de agua estadísticamentediferentes; así, algunos frijolesembeben agua equivalente al60% de su peso y otros requie-ren el 100% para germinar(Peña-Valdivia et al., 2002).Podría especularse que la semi-lla aporta humedad a la raíz,con la que se asegura su creci-miento inicial hacia zonas másprofundas donde podría habermás agua. Diversos autores hanseñalado que en algunas espe-cies la acumulación de solutosfavorece la absorción de agua,

y que de esta manerala turgencia de los teji-dos, y por ende el cre-cimiento, son manteni-dos dentro de ciertoslímites (Turner yJones, 1980; Ludlow yMuchow, 1990; Turner,1997). Al respecto,Voetberg y Sharp(1991) y Cruz (2001)demostraron que elápice de la raíz demaíz acumula másprolina bajo déficit dehumedad. Las diferen-cias de la composiciónquímica de la testa (ta-ninos y polisacáridosestructurales) y del res-to de la semilla (elec-trolitos, contenido dealmidón y proteínas)entre frijoles silvestresy domesticados han sido docu-mentadas (Peña-Valdivia et al.,1999; Flores, 2002).

Conductividad eléctricadel medio

En todos los tratamientos lasalida de electrolitos de las raí-ces mostró dos fases, una brevey acelerada, en los primeros30min, y otra lenta en las si-guientes 2,5h. En laprimera fase, la con-ductividad del cultivaralcanzó entre 0,8 y3,2S·cm-1·g-1 de tejidoseco, según el valor deΨA, la de SCH entre1,4 y 3,1 y la de SDentre 2,2 y 6,4. En lasegunda fase los incre-mentos no fueron esta-dísticamente significati-vos, pues sólo variaronentre 1, y 1,8S·cm-1·g-1

de tejido seco para elcultivar, entre 0,7 y 1,1para SCH y entre 1,2y 2,7 para SD (Figura2a-c). Resultados se-mejantes de cambiosen la conductividadeléctrica del medio,con una fase inicial rá-pida de liberación deelectrolitos seguida poruna tasa de liberaciónmucho menor, fuerondocumentados parasegmentos de hoja deBrasica napus L., Tri-

ticum aestivum L. (Prášil yZámecník, 1998) y de abeto yen catáfilos de cebolla (Alliumcepa L.; Prášil y Zámecník,1990).

Para evaluar el efecto de ΨA

en la permeabilidad de lasmembranas celulares se utiliza-ron los valores máximos de laconductividad eléctrica registra-da a las 3h. El análisis de va-rianza detectó interacción signi-

ficativa (Tabla I) entreel ΨA y la variante defrijol. Así, en SCH, ΨA

bajos no promovieroncambios en la conduc-tividad eléctrica de sumedio (2,47S·cm-1·g-1

de tejido seco); encambio, el ΨA menor(-2,35 MPa) indujo in-cremento significativode la conductividadeléctrica del medio delcultivar (5,01S·cm-1·g-)y de SD (9,13S·cm-1·g-1;Figura 3a).

Los mecanismosbioquímicos y biofí-sicos de reacción aldéficit de humedad enlas raíces de frijol sonvariados; sin embargo,para explicar la reac-ción celular a diversas

condiciones de estrés, incluyen-do la deshidratación, se ha pos-tulado la formación de puentesdisulfuro entre proteínas veci-nas. Según esta propuesta, di-chos enlaces resultan de la des-hidratación localizada en lascélulas, promueven la unión deproteínas y afectan así la activi-dad enzimática, tanto de lasproteínas en fase acuosa comolas de la membrana; la dismi-

nución de la actividadcatalítica de las proteí-nas conduce a un des-balance y desorden ce-lular. También se hanidentificado cambiosbiofísicos en las mem-branas, los que depen-den en gran parte desu composición li-pídica y pueden poten-ciar la actividad de lasproteínas (Nilsen yOrcutt, 1996). La libe-ración de iones mues-tra a la membranaplasmática como unode los sitios primariosde daño, pues la pérdi-da de su integridad tie-ne consecuencias gra-ves para la vida de lacélula (o de la planta)y para la integridad dela pared celular adya-cente. Otros sitios dedaño por estrés hídricoson el tonoplasto y lasmembranas mitocon-driales (Shewfelt,

Figura 1. Efecto del potencial de agua (ΨA) delsubstrato en el contenido relativo de agua (CRA)de la raíz, en las tres variantes de frijol estudiadas.

: cv. Bayomex, : frijol silvestre originario deChihuahua, : frijol silvestre originario deDurango. Cada punto representa el promedio de 4repeticiones (n=12) ± E.S.

Figura 2. Cambios en la conductividad eléctricadel medio generados por raíces de frijol domesti-cado (a), silvestre originario de Chihuahua (b) ysilvestre de Durango (c) procedentes de plántulasmantenidas por 24h en vermiculita con potencia-les de agua (ΨA) de -0,03 ( ), -0,65 ( ), -1,48( ) y -2,35 ( ) MPa. Cada punto representa elpromedio de 4 repeticiones (n=12) ± E.S.

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1992). Algunos estudios enfo-can la atención al centro hidro-fóbico de las membranas, yaque el mantenimiento de lascaracterísticas de su superficiees crítico para la organizacióncelular general y su estabilidad,y las características biofísicasde la bicapa lipídica (fluidez yrigidez de la membrana) de-penden del medio acuoso cir-cundante (Parkin et al., 1989) yde la localización o concentra-ción de solutos, tanto en la cer-canía de las membranas comoen la interfase de la bicapalipídica (Shewfelt, 1992). Ade-más, en diversos estudios se haseñalado que los cambios en lacomposición de los lípidos delas membranas modifican suspropiedades biofísicas, lo cualha sido demostrado indirecta-mente con la detección de“micro-dominios” que represen-tan la separación lateral de fase(Frenkel, 1991). Otro aspecto,menos documentado, que harecibido amplia atención re-cientemente, es la reducción dela conductividad hidráulica delas membranas radicales y surepercusión en los procesos fi-siológicos inducidos por elestrés, por el cierre de los ca-nales de agua denominadosacuaporinas (Steudle, 2001).Así, diversos autores han seña-lado que una proporción deter-minada de agua pasa a travésde las membranas y que, encontraste con los cambios ana-tómicos permanentes, los com-ponentes celulares pueden serregulados reversiblemente porla apertura, cierre y número decanales de agua (Steudle yHenzler, 1995; Tyerman et al.,1999).

La independencia de ΨA ob-servada en la conductividadeléctrica del medio de resus-pensión, en SCH, podría deber-se a que sus membranas celula-res son más tolerantes (menosalteradas) al déficit de hume-dad, al mantener su selectivi-dad para la liberación de elec-trolitos. Otra posibilidad es quela composición química de lascélulas radicales de SCH seadiferente a la de las otras dosvariantes, y/o que sus solutosliberados al medio mantengansu conductividad eléctrica conpoco cambio. En efecto, Prášil

y Zámecník (1998) se-ñalaron que la conduc-tividad eléctrica delmedio (conductividadabsoluta) puede serafectada por la con-centración de electroli-tos del tejido y la can-tidad de muestra utili-zada en la evaluación.Así, aunque se utiliza-ron 20cm de raíz (cua-tro segmentos apicalesde 5cm) de cada trata-miento para las evalua-ciones, la raíz de SCHpresentó diámetro sig-nificativamente menor(0,38-0,40mm) al deldomesticado (0,46-0,49mm; datos no pu-blicados). Por ello, pa-ra realizar una compa-ración precisa del dañoen los tejidos, Prášil yZámecník (1998) sugi-rieron expresar las al-teraciones en el tejidocon el índice de dañopropuesto por Flint etal. (1967).

Índice de daño

Los efectos del défi-cit de humedad delsubstrato en las raícesde las variantes de fri-jol estudiadas fueronevaluados con los índi-ces de daño. Como su-cedió con la conducti-vidad eléctrica del me-dio, el análisis de va-rianza detectó interac-ción estadística signifi-cativa entre las varian-tes frijol y ΨA (TablaI) para el índice dedaño. El daño que su-frió SCH con los tresΨA bajos probados fuemínimo (0,84%); encambio, tanto SD co-mo el cultivar sólofueron tolerantes a lospotenciales intermedios(-0,65 y -1,48MPa),pues el ΨA menor in-dujo daños drásticos,superiores a 50% enambas variantes (Figu-ra 3b).

El índice de dañomostró que la raíz delfrijol SCH es notable-

mente más tolerante aΨA bajo. Esta toleranciapuede deberse a su ma-yor capacidad paramantener sus membra-nas celulares intactas ocon alteraciones reduci-das, pero funcionales;sin embargo, este aspec-to requiere ser investi-gado con mayor detalle.

pH del medio

Los cambios de pHdel medio de resuspen-sión debidos a ΨA bajospueden ser resultado dediferencias de composi-ción de osmolitos, delas membranas o de lapermeabilidad de éstas,entre las variantes (Fi-gura 4a-c). Con excep-ción de un tratamiento(SCH con -0,65MPa),todas las raíces incre-mentaron linealmente elpH del medio, entre los30 y 180min; al inicio,con las raíces bienhidratadas, SCH generópH significativamentemenor (4,39; Tabla I)que SD (4,61).

Independientementede ΨA, las raíces delcultivar y de SD incre-mentaron casi paralela-mente al pH del mediodurante las 3h de eva-luación; en contraste,con ΨA= -0,65MPaSCH redujo el pH delmedio de 5,18 a 5,06.Además, estos valoresfueron significativamen-te mayores (Tabla I)que los del resto de lostratamientos de estavariante; las raíces deéstos, con ΨA de -0,03,-0,65 y -1,48 MPa, síincrementaron el pH delmedio pero los valoresconvergieron (4,77) alas 3h del inicio de laevaluación (Figura 4b).

En contraste con laconductividad eléctrica,el pH del medio no seestabilizó en las prime-ras horas. Para que laevaluación del efectode ΨA en el pH delmedio de resuspensión

Figura 3. Efecto del potencial de agua del substra-to (ΨA) en la conductividad eléctrica (S · cm-1·g-1

peso seco) del medio (a) y el índice de daño (b)de la raíz, para las tres variantes de frijol ( : cv.Bayomex, : silvestre originario de Chihuahua,

: silvestre originario de Durango). Cada puntorepresenta el promedio de 4 repeticiones (n=6) ±E.S.

Figura 4. Cambios en el pH del medio generadospor raíces de frijol domesticado (a), silvestre origi-nario de Chihuahua (b) y silvestre de Durango (c),procedentes de plántulas mantenidas por 24h envermiculita con potenciales de agua (ΨA) de -0,03( ), -0,65 ( ), -1,48 ( ) y -2,35 MPa ( ). Cadapunto representa el promedio de 4 repeticiones(n=12) ± E.S.

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TABLA IILONGITUD DE LA RAÍZ DE PLÁNTULAS* DE FRIJOL CV. BAYOMEX Y SILVESTRE

ORIGINARIO DE CHIHUAHUA (SCH) Y DURANGO (SD)

Potencial de agua Bayomex SCH SD

(MPa) CD CR CD CR CD CR

-0,03 7,66a 9,36a 5,01a 9,74a 5,91a 10,27a

-0,65 6,84a 8,10ab 4,56a 8,90ab 5,96a 8,94b

-1,48 6,23a 9,45a 3,94b 8,10b 5,43a 8,55b

-2,35 6,04a 7,57b 3,30c 8,93ab 4,71a 8,96b

* Las plántulas, de 96h de edad, fueron mantenidas por 24h en vermiculita con distintos potenciales de agua,y un período adicional de 24h de rehidratación a -0,03 MPa.CD: condición deshidratada, CR: condición rehidratada. Valores seguidos por letras iguales en cada columnason estadísticamente semejantes (comparación múltiple de medias de Tukey, P≤0,05.

fuera equivalente a la de laconductividad eléctrica, se uti-lizaron los valores de pH al-canzados 3h después del iniciode la evaluación. Se observóque ΨA bajos promovieron unincremento significativo delpH del medio con las raícesdel frijol domesticado (de 4,59a 4,91) y de SD (de 4,86 a5,16). En ambos casos la ten-dencia de dicho incrementomostró el ajuste mejor al mo-delo de regresión lineal sim-ple, y ambas variantes presen-taron tendencias similares,pues las pendientes de las cur-vas fueron iguales (0,13). Encontraste, con las raíces deSCH, ΨA bajos provocaronpoco cambio de pH en el me-dio de resuspensión; única-mente en ΨA= -0,65MPa seprodujo un incremento estadís-ticamente significativo del pH(de 4,72 a 5,06), con una ten-dencia curvilínea de tipopolinominal (Figura 5).

La liberación de electrolitosy moléculas pequeñas al me-dio, y en consecuencia loscambios en la conductividadeléctrica y pH, puede ser afec-tada por factores diversos,como la cantidad de electroli-tos y agua en el tejido, el ta-maño, forma y estructura mor-fológica del segmento utiliza-do, el daño provocado durantela preparación de la muestra yel tiempo de su permanenciaen el agua desionizada (Prášily Zámecník, 1998). Así, el in-cremento de pH del medio ge-nerado por las raíces del culti-var y SD con todos los ΨA

evaluados, y de SCH con lamayoría de los ΨA, indica quelas moléculas liberadas inicial-mente (durante los primeros30min) al medio son ácidas, yque con el tiempo se incre-menta la liberación de molécu-las básicas o al menos que lossolutos liberados neutralizan laacidez inicial. El efecto opues-to de SCH con ΨA= -0,65MPay la inalterabilidad del pH delmedio con los otros ΨA, puedeser evidencia de que este frijolsilvestre responde al déficit dehumedad con algún mecanis-mo fisiológico-bioquímico dis-tinto a aquel de SD y el culti-var. Al respecto, debe indicar-se que el pH del agua desioni-

zada utilizada en lasevaluaciones fue cerca-no a 4,5. Aunque teó-ricamente el pH delagua debe ser 7,0(Voet et al., 1999),rara vez es exactamen-te neutra y la presen-cia de CO2 disuelto enella incrementa su aci-dez hasta producir unpH de 4,0 (Salisbury yRoss, 1994).

La conductividadeléctrica del medioacuoso depende delcarácter eléctrico delas moléculas o ionesliberados de los teji-dos, por lo que si estasmoléculas no poseencarga eléctrica neta, noafectarán la conductividad delmedio (Prášil y Zámecník,1998). Además, el pH puede ono ser modificado según la na-turaleza química de los com-puestos liberados.

Liberación de K+ y Na+

La cantidad de K+ liberadoal medio de resuspensión porlas raíces de plántulas de frijolmantenidas en el substrato conΨA óptimo fue estadísticamen-te semejante (Tabla I) en lastres variantes, con promediode 5,9mg·g-1, pero en ningúncaso se liberó Na+. Esto indicaque la liberación del K+ porlas raíces no se ha modificadocon la domesticación. El défi-cit de humedad del substratopromovió el incremento direc-to de la liberación de K+ enlas tres variantes de frijol; así,el substrato con menor ΨA ge-neró incrementos 2,5 veces

dos vegetales es en granparte semejante al cau-sado por la deshidrata-ción, ya que al conge-larse el aguaextracelular se promue-ve la deshidratación delos tejidos (Shewfelt,1992). En esta condi-ción de estrés las altera-ciones del transporte enlas membranas son de-bidas a cambios estruc-turales asociados a lasH+-ATPasas (Palta,1990). Se ha demostra-do que el catión que selibera en concentracio-nes más altas es el K+,y su transporte está aso-ciado a las H+-ATPasas(Palta, 1990). En efecto,

mayores en la liberación deK+ en las tres variantes (Figu-ra 6).

Se ha señalado que el dañopor congelamiento en los teji-

Cruz (2001) mostró que dediez elementos (B, Cu, Na,Zn, Mg, P, K, Fe Ca y Mn)las raíces de maíz TuxpeñoSequía C0 y Tuxpeño Sequía

Figura 5. Efecto del potencial de agua (ΨA) delsubstrato en el pH del medio de resuspensión conlas raíces de frijol domesticado ( ), silvestre ori-ginario de Chihuahua ( ) y silvestre de Durango( ). Cada punto representa el promedio de 4 re-peticiones (n=12) ± E.S.

Figura 6. Liberación de K+ al medio por raíces de frijol cv.Bayomex, silvestre originario de Chihuahua (SCH) y silvestreDurango (SD) desarrolladas bajo diferentes potenciales de agua(ΨA). Columnas de cada variante con letra distinta son estadística-mente diferentes. Cada punto representa el promedio de 4 repeticio-nes (n=4).

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C8, liberan K+ en mayor pro-porción (entre 17 y 27mg·g-1

de raíz), tanto en raíces desa-rrolladas con humedad adecua-da como en las que sufrierondéficit. Los resultados obteni-dos con frijol contrastan par-cialmente con los encontradosen maíz por Cruz (2001), puesel déficit de humedad no in-crementó la liberación de K+

por las raíces de maíz.

Recuperacióndel crecimiento

El CRA muestra que elsubstrato con -2,35MPa provo-có alrededor de 40% de deshi-dratación en los tejidos de lasraíces del frijol domesticado yde SD. Con dicho nivel de des-hidratación, las alteraciones ob-servadas en estas variantes po-drían corresponder a procesosfísicos en tejido muerto. Algosimilar podría haber sucedidotambién en SCH, aunque ladeshidratación que alcanzó eneste caso fue sólo de 15%.

Al evaluar la recuperacióndel crecimiento, 24h despuésde rehidratar la vermiculita, seobservó que las raíces conti-nuaron creciendo después detodos los tratamientos. La lon-gitud de la raíz del cultivar seincrementó sólo 25,3%, des-pués de haber permanecido enΨA= -2,35MPa; en contraste, elincremento fue de 170,6 y90,2% para SCH y SD, respec-tivamente (Tabla II). Estos re-sultados conformaron un gra-diente de reacción al déficit dehumedad y subsecuente rehi-dratación, en el que SCH pre-sentó la mayor capacidad derecuperación, seguido por SD yal final, con la menor toleran-cia, se situó el cultivar. Secomprobó así que los cambiosregistrados en las raíces de fri-jol silvestre y domesticado fue-ron resultado de alteraciones fi-siológicas y bioquímicas en lostejidos radicales vivos, que to-leraron cierta deshidratacióndurante 24h, cuando el ΨA

del substrato permaneció en-tre -0,65 y -2,35MPa.

Conclusiones

Con base en las evaluacio-nes del contenido relativo de

agua, conductividad eléctrica,índice de daño y recuperacióndel crecimiento posterior alestrés, se concluye que lasmembranas radicales de plán-tulas del frijol silvestreChihuahua fueron menosafectadas por el déficit de hu-medad que las del frijol sil-vestre de Durango y las delfrijol domesticado, lo cual re-fleja la heterogeneidad fisioló-gica y variabilidad genéticade las poblaciones de frijolsilvestre.

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