9.7 Boro

9.7.1 General 

9.7.2 Complejos de boro con estructuras orgánicas

9.7.3 Elongación radical y metabolismo del ácido nucleico

9.7.4 Síntesis de la pared celular

9.7.5 Metabolismo de los fenoles, auxinas (IAA), y diferenciación tisular

9.7.6 Función en la membrana

9.7.7 Germinación del polen y crecimiento del tubo polínico

9.7.8 Metabolismo de los carbohidratos y proteínas

9.7.9 Deficiencia y toxicidad por boro

9.7.1 General 

El boro es un miembro del grupo metaloide de los elementos que también incluye al silicio y al germanio. Estos elementos son intermediarios en sus propiedades entre metálicos y no metálicos, y también comparten muchas características en las plantas. El átomo de boro es pequeño y tiene solo tres valencias. El ácido bórico es un ácido muy débil y en solución acuosa a pH < 7, se presenta principalmente como ácido bórico no disociado; a mayor pH el ácido bórico acepta iones hidroxilo del agua formando así un anión borato tetraédrico

B(OH)₃   +   2H₂O   ⇌   B(OH)    +   H₃O⁺

Solo las especies monoméricas B(OH)₃ y B(OH) usualmente están presentes en solución acuosa a concentraciones <25 mм boro; de este modo es improbable que se presenten especies poliméricas en las plantas, excepto bajo toxicidad por boro.

La toma de boro está estrechamente relacionada con el pH y con la concentración externa de boro en un amplio rango de concentraciones (Sección 2.5.3). Su distribución en las plantas está principalmente gobernada por la corriente de transpiración (Sección 3.2.4) aunque también es móvil en el floema y puede ser retranslocado en cantidades considerables (Sección 3.3).

El boro es un micronutriente para las plantas vasculares, diatomeas y algunas especies de algas verdes, mientras que aparentemente no es requerido por hongos y bacterias. Una excepción son las cianobacterias en que algunas especies requieren boro cuando dependen de la fijación de N₂ (Sección 9.7.4). De acuerdo con la clasificación de McClendon (1976) de los orígenes de los requerimientos de nutrientes minerales, el requerimiento de boro es de naturaleza evolutiva, relacionado con la lignificación y diferenciación del xilema en las plantas vasculares.

El rol del boro en la nutrición vegetal es añun el menos entendido de todos los nutrientes minerales y lo que es conocido del requerimiento del boro surge principalmente a partir de estudios de lo que sucede cuando el boro es retenido ó resuministrado después de su deficiencia. Este pobre conocimiento es sorprendente, debido a que basándose molarmente el requerimiento de boro, por lo menos para dicotiledóneas, es mayor que el de cualquier otro micronutriente. Es bastante fácil en ciertas especies vegetales (e.g., girasol) inducir muy rápidamente un rango de notables cambios metabólicos y síntomas visibles de deficiencia al retener el boro. El boro no es ninguno un constituyente enzimático ni hay evidencia convincente que este afecte directamente las actividades enzimáticas. Hay una larga lista de roles postulados para el boro: (a) transporte del azúcar; (b) síntesis de la pared celular; (c) lignificación; (d) estructura de la pared celular; (e) metabolismo de los carbohidratos; (f) metabolismo del RNA; (g) respiración; (h) metabolismo del ácido indolacético (IAA); (i) metabolismo de los fenoles; (j) membranas. Esta larga lista puede indicar que (a) el boro está involucrado en un número de vías metabólicas, ó (b) un “efecto cascada”, como se conoce en fitohormonas, por ejemplo. Hay creciente evidencia para la última alternativa, y de un rol primario del boro en la biosíntesis y estructura de la pared celular, y en la integridad de la membrana plasmática. Para un revisión conceptual del rol del boro en las paredes celulares ver Loomis & Durst (1992) y para una revisión mas general ver Shelp (1992).

9.7.2 Complejos de boro con estructuras orgánicas

El ácido bórico tiene una capacidad sobresaliente para formar complejos con dioles, polioles, particularmente con cis-dioles, bien como la Ec (1), ó la Ec (2):

Para la formación de tales complejos se requieren compuestos polihidroxilos con una configuración adyacente cis-diol; los compuestos incluyen un número de azúcares y sus derivados (e.g., alcoholes de azúcar y ácidos urónicos), en particular manitol, manano, y ácido polimanurónico. Estos compuestos sirven, por ejemplo, como constituyentes de la fracción hemicelulosa de las paredes celulares. En contraste, la glucosa, fructosa, galactosa y sus derivados (e.g., sacarosa) no tienen esta configuración cis-diol y de este modo no forman complejos estables de borato. Algunos o-difenólicos, como el ácido cafeico y el ácido hidroxiferúlico, que son importantes precursores para la biosíntesis de lignina en dicotiledóneas, poseen la configuración cis-diol y por lo tanto forman complejos estables de borato.

Las complejos de boratos mas estables son formados con los cis-dioles en un anillo furanoide, es decir las pentosas ribosa y apiosa, siendo la última un componente universal de la pared celular de plantas vasculares. El alto requerimiento de boro en plantas productoras de goma está mas probablemente relacionado a la función del boro en formar entrecruzamientos con los varios polímeros polihidroxi como el galatomanano. El boro no solo forma complejos estables con ribosa, el principal componente azúcar del RNA, sino también con NAD⁺. De este modo, la inhibida actividad deshidrogenasa bajo toxicidad por boro es probable que este asociada con las mayores concentraciones citosólicas de boro (Sección 9.7.9.2).

Por lo menos en plantas superiores, una proporción considerable del contenido de boro total es complejado en la configuración cis-diol en las pared celulares. El mayor requerimiento de boro en dicotiledóneas comparando con especies gramíneas está presumiblemente relacionado con las mayores proporciones de compuestos con configuración cis-diol en las paredes celulares, es decir sustancias pécticas y poligalacturonanos. Se ha demostrado por Tanaka (1967) que el contenido de boro fuertemente complejado en las paredes celulares es de 3-5 μg g^-1 peso seco en especies gramíneas como el trigo, y hasta 30 μg g^-1 en especies dicotiledóneas como el girasol. Estas diferencias apenas reflejan las diferencias entre las especies en cuanto al requerimiento de boro para su óptimo crecimiento (Sección 9.7.9.1).

9.7.3 Elongación radical y metabolismo del ácido nucleico

Una de las más rápidas respuestas a la deficiencia de boro es la inhibición ó el cese de la elongación radical, dando a las raíces una apariencia regordeta y tupida. Como se muestra en la Fig. 9.25A, la inhibición de la elongación radical se presenta tan pronto como 3 h después de que se interrumpe el suministro de boro, volviéndose más severa después de las 6 h, y finalmente llegando al cese después de las 24 h. Doce horas después de que el suministro de boro es restaurado a las raíces privadas de boro por el mismo tiempo, sin embargo, su elongación radical se vuelve de nuevo rápida.

Fig. 9.25 Efecto de la deficiencia de boro sobre la elongación radical (A) y actividad IAA oxidasa (B) en secciones radicales apicales de 5 mm de calabaza. Reanudación del suministro de boro después de 12 h (flecha) de deficiencia de boro. Clave: ●—●, +B; ○- -○, B. (Redibujado a partir de Bohnsack & Albert, 1977.)

Entre 6 y 12 h después de que el suministro de boro es cortado hay un dramático incremento en la actividad IAA oxidasa en las raíces (Fig. 9.25B) que cae rápidamente cuando el boro es resuministrado. Son notables las semejanzas en la respuestas de la elongación radical y de la actividad IAA oxidasa a la deficiencia y resuministro de boro. Hay, sin embargo, una notable diferencia en el momento de respuesta a la deficiencia: la elongación radical es inhibida ~3 h antes que la actividad IAA oxidasa se incremente. De este modo, el incremento en la actividad IAA oxidasa es un evento secundario de la deficiencia de boro.

Pueden demostrarse respuestas similares al boro en el crecimiento por elongación en óvulos de algodón cultivados in vitro. Las células epidérmicas de los óvulos de algodón que forman la fibra del algodón empiezan a elongarse en el día de la antesis. El grado de elongación está estrechamente relacionado con la concentración externa de boro (Fig. 9.26). Es evidente que el boro es necesario para la elongación de las fibras y para evitar que las células epidérmicas formen callo, como se indica indirectamente por la declinación en el peso seco óvulo. A partir de observaciones adicionales se ha concluido que el boro es requerido principalmente para la elongación celular en vez de para la división celular.

 La elongación radical es el resultado de varios procesos, incluyendo la división celular, y la elongación celular mediante el aflojamiento y reformado de los entrecruzamientos en las paredes celulares. Se ha discutido en la Sección 8.6 el rol de la auxina (IAA) y del calcio en el crecimiento por elongación. A excepción del acuerdo de que cuando el boro es retirado hay ambos una disminución en la tasa de división celular y una inhibición en el crecimiento por elongación, no concuerdan las perspectivas acerca del rol del boro. Es un fenómeno bien documentado la disminución en el contenido de DNA y en la tasa de síntesis de DNA cuando se retiene el boro. La inhibición en la síntesis de DNA se considera cualquiera como un efecto primario ó secundario de la deficiencia de boro. El contenido de RNA también disminuye rápidamente bajo deficiencia de boro. En vista de la alta tasa de recambio del RNA esto puede reflejar menores tasas de síntesis ó mayores tasas de degradación, por ejemplo, como resultado de la mayor actividad RNAasa en tejidos deficientes en boro. El trabajo de Birnbaum et al (1977) apoya la participación del boro en el metabolismo del RNA mostrando que el suministro de ciertos nucleótidos como el uracilo pueden retrasar los síntomas de la deficiencia de boro. Estos y otros correspondientes resultados en la literatura han sido críticamente revisados recientemente por Shelp (1993). En principio es difícil de reconciliar un rol primario del boro en el metabolismo del DNA y RNA con la muy lenta respuesta de la inhibición de la elongación radical que sucede en especies gramíneas cuando se retiene el boro. Similarmente un rol principal del boro en el metabolismo de los nucleótidos no se sustenta con la falta de demanda de boro en las plantas inferiores, bacterias y hongos.

Fig. 9.26 Efecto del suministro de boro sobre el peso seco y desarrollo de fibra en óvulos no fertilizados de algodón cultivados en presencia de IAA, ácido giberélico, y citoquinina. Las unidades fibra total representan la relación longitud fibra a gramo de peso seco. (Redibujado a partir de Birnbaum et al., 1974.)

9.7.4 Síntesis de la pared celular

En plantas deficientes en boro las paredes celulares se alteran dramáticamente como se refleja en ambos niveles macroscópicos (e.g., “tallo reventado”; “tallo corchoso”; “desorden del tallo hueco”) y microscópicos. El diámetro de la pared celular y la proporción de material pared celular a peso seco total son ambos mayores en tejidos deficientes en boro. En apio el grosor de la pared celular de las células parenquimáticas se incrementa desde 1 μm en plantas suficientes en boro a 4 μm en plantas deficientes en boro. Un ejemplo de este efecto del boro en las paredes celulares es mostrado en la Fig. 9.27. Las paredes celulares primarias de células deficientes en boro no son lisas sino que se caracterizan por deposiciones irregulares de agregaciones vesiculares entremezcladas con materiales membranosos. Hay una mayor concentración de sustancias pécticas y una mayor proporción de incorporación de la glucosa en β-1,3-glucano, el principal componente de la calosa (Sección 8.6), que también se acumula en los tubos cribosos en plantas deficientes en boro y, de este modo, deteriora el transporte en el floema.

Fig. 9.27 Grosor de la pared celular y estructura fina en células parenquimáticas de Mentha piperita L. al afectarse por el estado nutricional del boro: (1, superior) suficiente en boro; (2, inferior) deficiente en boro; W = pared celular; VA = vacuola; barra = 1 μm. (Fischer & Hecht-Buchholz,1985.)

En raíces de tomate se presentan irregularidades después de 8 h de la privación de boro y esto indica que el boro no solo se compleja fuertemente con los constituyentes de la pared celular sino que es requerido para la integridad estructural al formar entrecruzamientos de borato-éster. Estos entrecruzamientos son relativamente débiles y por lo tanto ejecutan la función del rompimiento y reformado durante la elongación celular y además proporcionan cargas negativas para las interacciones iónicas, por ejemplo, con Ca²⁺. Las notables interacciones entre ambos nutrientes minerales en las paredes celulares se reflejan en las estrechas correlaciones entre el contenido de calcio y boro en las paredes celulares y su demanda para el crecimiento (Sección 9.7.9.1), ó en las alteraciones de las formas de ligamiento del calcio en las raíces y en el deteriorado transporte caulinar del calcio en plantas deficientes de boro. Sin embargo, comparando con el calcio, el boro es enlazado menos firmemente a la matriz de la pared celular, y presumiblemente existen sitios de ligamiento separados para el boro y el calcio.

El boro y el germanio están estrechamente relacionados químicamente y forman similares complejos cis-diol. Se ha mostrado la sustitución del boro por el germanio, por ejemplo, en girasol y tomate. En ambos casos el desarrollo de los síntomas visuales de deficiencia pudo ser retrasado por varios días en plantas deficientes de boro suplidas con germanio. Esta sustitución se ha interpretado como un efecto ahorrador causando una creciente movilidad del boro en las plantas, por ejemplo, al reemplazarlo en las paredes celulares radicales. En cultivos en suspensión de células de zanahoria, sin embargo, el germanio fue capaz de sustituir al boro por un largo periodo siendo obtenidas tasas de crecimiento solo algo menores. Este hallazgo sugiere que los sitios de ligamiento celular del boro son relativamente no específicos y son más compatibles con un rol estructural de boro que con un rol catalítico ó regulador. En estos cultivos de células de zanahoria, en células suficientes en boro 96-99% del boro estaba presente en la fracción pared celular, el correspondiente valor para germanio fue de 60% en células con el boro sustituido. En hojas deficientes en boro el germanio puede también sustituir al boro en la restauración de la integridad de la membrana plasmática (Sección 9.7.6).

El rol particular del boro para la formación y funcionamiento de la pared celular es también evidente en el crecimiento del tubo polínico (Sección 9.7.6) y en las células heterocistos de las cianobacteria. En cianobacterias el boro es requerido solo en los tipos formadores de heterocistos como la Anabaena cuando depende de la fijación de N₂, pero no cuando es suplida con nitrógeno mineral. En estas cianobacterias la nitrogenasa está localizada en las células heterocisto donde la envoltura tiene la función de controlar y restringir la difusión de O₂ y de este modo protege a la nitrogenasa de la inactivación por el O₂ y radicales libres de oxigeno. Bajo deficiencia de boro la actividad nitrogenasa cae rápidamente, y esta disminución está correlacionada con los dramáticos cambios morfológicos en las células heterocisto y en su envoltura. La envoltura comprende capas de glicolípidos y polisacáridos con residuos terminales de manosa, i.e., potenciales grupos complejantes del borato. Al interactuar con estos grupos el boro modifica y estabiliza la estructura de la envoltura para que funcione como una barrera a la difusión del O₂.

9.7.5 Metabolismo de los fenoles, auxinas (IAA), y diferenciación tisular

La deficiencia de boro está asociada con un rango de alteraciones morfológicas y cambios en la diferenciación tisular, similares a aquellos inducidos cualquiera por niveles subóptimos ó supraóptimos del IAA. Ya que la lignificación y diferenciación del xilema son únicas en plantas vasculares, lo que también es cierto, en principio, en cuanto a la demanda por boro, se ha propuesto un rol clave del boro en el metabolismo del IAA y en la regulación de la biosíntesis de lignina y en la diferenciación del xilema. ¡

En las puntas radicales, por ejemplo, la deficiencia de boro resulta en una reducción en el crecimiento por elongación asociado con cambios en la división celular a partir de una normal dirección longitudinal a una dirección radial. En plantas deficientes en boro (Fig. 9.28) son también características típicas en el tejido subapical caulinar la realzada división celular en dirección radial  con una notable proliferación de células cambiales y la deteriorada diferenciación del xilema.

Fig. 9.28 Corte transversal de una haz vascular de un entrenudo superior en una planta de girasol suficiente en boro (izquierda) y deficiente en boro (derecha). X, xilema; Ph, floema. (A partir de Pissarek, 1980.)

El realce de la división celular en el tejido cambial del tallo y la deteriorada diferenciación del xilema no son, sin embargo, efectos directos de la deficiencia de boro. Pueden obtenerse cambios morfológicos similares en plantas suficientes de boro mediante la destrucción mecánica del meristemo apical caulinar. Pude concluirse, por lo tanto, que la inhibición ó aún la falta de diferenciación del xilema está solo indirectamente relacionada con la nutrición de boro. Además, los primeros síntomas de deficiencia de boro son las modificaciones en la estructura de las paredes celulares primarias y no en la diferenciación del xilema.

No son claras las relaciones entre la nutrición de boro, el nivel de auxina, la diferenciación y la lignificación. En plantas deficientes en boro los niveles de auxina son frecuentemente mucho mayores que lo normal, y un suministro exógeno de IAA induce cambios anatómicos en las puntas radicales similares a aquellos causados por la deficiencia de boro.  Esto ha conducido a la interpretación de que los síntomas de deficiencia de boro son un reflejo de los incrementados niveles de auxina. Sin embargo, los cambios ultraestructurales causados por la deficiencia de boro y por los niveles excesivos de IAA son bastante diferentes. Además, los síntomas típicos de la deficiencia de boro pueden presentarse sin ningún incremento en el nivel de IAA en el mismo tejido.  En las etapas iniciales de deficiencia hay aún una tendencia hacia niveles menores de IAA en los tejidos apicales. Smirnov et al (1977) tampoco encontraron correlaciones significativas entre el nivel de IAA y los síntomas de deficiencia de boro comparando diferentes especies vegetales ú órganos vegetales.

En vista de los mecanismos de la acción de las fitohormonas (Sección 5.6) no es probable que las determinaciones, por ejemplo, del IAA total en tejidos de plantas suficientes y deficientes en boro proporcionen una adecuada aproximación para desenredar el rol del boro en el metabolismo del IAA. Se ha proporcionado información más específica por Tang & de la Fuente (1986) que muestran que en segmentos de hipocótilo deficientes en boro se inhibe el transporte basipétalo de IAA. Esto es similar a lo que se presenta bajo deficiencia de calcio y es un indicativo de la deteriorada integridad de la membrana bajo la deficiencia de boro. Un efecto similar en el transporte basipétalo de IAA es conseguido por ciertos flavonoides como la quercetina. Puede ser que las interacciones entre el boro y el IAA y la diferenciación tisular son eventos secundarios causados por los efectos primarios del boro en el metabolismo de los fenoles. Ciertos fenólicos no son solo efectivos inhibidores de la elongación radical sino también simultáneamente realzan la división celular radial, esto es, ellos inducen cambios anatómicos que son similares a aquellos causados por el IAA.

Muchos resultados contradictorios de las relaciones entre el boro, el IAA, y el metabolismo de los fenoles son causados por diferentes condiciones experimentales. Por ejemplo, pueden presentarse altos niveles de IAA solo en aquellas especies vegetales que, en respuesta a la deficiencia de boro, acumulen ciertos fenólicos como el ácido cafeico, que es un efectivo inhibidor de la actividad IAA oxidasa. Los contenidos de fenoles en las hojas son también fuertemente dependientes de la intensidad lumínica (Tabla 9.41). Hay una estrecha correlación entre la creciente intensidad lumínica y el creciente contenido de fenoles en ambas, hojas suficientes y deficientes en boro. El gradiente en las hojas deficientes, sin embargo, es mucho mas abrupto y está correlacionado con un incremento en la actividad polifenol oxidasa y particularmente con el eflujo de potasio como indicador del deterioro de la integridad de la membrana plasmática.

La acumulación de fenoles es una característica típica en plantas deficientes en boro y mas probablemente relacionada con la función del boro en la formación de complejos cis-diol con ciertos azucares y fenoles (Fig. 9.29). Bajo deficiencia de boro el flujo del sustrato es cambiado hacia el ciclo de pentosas fosfato y, de este modo, se realza la biosíntesis de fenoles. La formación de complejos de borato con ciertos fenoles está probablemente involucrada en la regulación del nivel de fenoles libres y con la tasa de síntesis de los fenol alcoholes como precursores en la biosíntesis de lignina. Por consiguiente, bajo deficiencia de boro se acumulan fenoles y se incrementa la actividad polifenol oxidasa (Tabla 9.41). Una alta proporción de fenoles junto con los correspondientes sistemas enzimáticos están localizados en las paredes celulares, de la epidermis en particular.

La acumulación de fenoles, y un incremento en la actividad polifenol oxidasa (Tabla 9.41) conducen a intermediarios altamente reactivos como la quinona cafeica en las paredes celulares. Estas quinonas así como los fenoles activados (iluminación) son muy efectivos en producir radicales superóxido (Fig. 9.29) potencialmente capaces de dañar las membranas mediante la peroxidación lipídica. Las diferencias entre especies dicotiledóneas y gramíneas en el metabolismo de los fenoles y en la vía de biosíntesis de lignina y probablemente también en el riesgo de daño oxidativo de la membrana plasmática, pueden por lo menos en parte ser responsables de las diferencias en la demanda de boro entre estos grupos de plantas.

Fig. 9.29 Rol del boro en el metabolismo de los fenoles y biosíntesis de la lignina.

Las alteraciones en el metabolismo de los fenoles en plantas deficientes en boro también se reflejan en el contenido de ciertos flavonoides como leucocianidina, una sustancia de defensa clave contra insectos chupadores en palma de aceite. En palmas que sufren de deficiencia de boro se disminuye drásticamente el contenido de leucocianidina y se incrementa consecuentemente el daño por insectos.

9.7.6 Función en la membrana

Hay un rango de evidencias que apoyan un rol del boro en la integridad y funcionamiento de la membrana. Hasta ahora se ha demostrado convincentemente el rol del boro en la función la membrana plasmática, pero no para otras membranas celulares como la del tonoplasto ó la envoltura del cloroplasto. Se ha mostrado que la formación y mantenimiento de los potenciales de membrana inducidos por luz infrarroja ó por la gravedad requieren de la presencia de boro. El boro también influye los movimiento nictinásticos regulados por el turgor en los foliolos de Albizzia y realza ambos el influjo de ⁸⁶Rb y la apertura estomatal en Commelina communis.

Las tasas de toma de fósforo son mucho menores en las puntas radicales de plantas de haba y maíz deficientes en boro comparando con las suficientes (Tabla 9.42). Sin embargo, el pretratamiento con boro en las puntas radicales por solo 1 h realzo marcadamente la toma de fósforo en ambas raíces suficientes y deficientes en boro y casi restaura la tasa de toma de la raíz de maíz originalmente deficiente en boro y algo menos efectivamente en raíces de haba deficientes en boro. Como se muestra en el mismo estudio, el efecto del pretratamiento con boro en las tasas de toma de cloruro y rubidio fue similar a aquel sobre las tasas de toma de fosfato. Además, la actividad ATPasa de membrana, que fue baja en raíces de maíz deficientes en boro, se restaura en 1 h al mismo nivel como en raíces suficientes en boro.

Es ahora bastante claro que estos efectos del boro sobre la toma de iones y también de glucosa, son mediados por los efectos directos ó indirectos del boro en la ATPasa bombeadora de H⁺ de la membrana plasmática (Sección 2.4.2). En células y raíces deficientes en boro esta actividad es mucho menor y puede ser restaurada en 20-120 min. después del resuministro del boro. Esta restauración se indica por ambos los cambios a corto plazo en la excreción neta de protones y en la hiperpolarización del potencial de membrana (que se hace más negativo). De manera interesante, en células de tabaco cultivadas en suspensión este efecto del boro en la ATPasa-H⁺ requiere de la presencia de IAA, y viceversa, el boro es requerido para la realzada excreción neta de H⁺ inducida por IAA. El rol particular del boro en la integridad de la membrana plasmática y en la actividad bombeadora de H⁺ puede también ser demostrado in vitro con vesículas membranales de raíces de girasol suficientes y deficientes en boro.

Aunque el boro puede actuar directamente en la ATPasa-H⁺ de la membrana plasmática, es mas probable que estos efectos estén indirectamente mediados, por ejemplo, por la complejación de grupos cis-diol con constituyentes de la membrana plasmática como glicoproteínas ó glicolípidos en la interfase pared celular-membrana plasmática y actuando por lo tanto como un factor estabilizador y estructural requerido para la integridad y funcionamiento de la membrana plasmática. Un alto contenido específico de boro en las membranas plasmáticas aisladas comparando con el resto del protoplasto de los hipocótilos en fríjol mungo concuerda con el rol particular del boro en la membrana plasmática.

Se muestra en la Fig. 9.30 apoyo adicional para el rol de boro en la integridad y funcionamiento de la membrana plasmática en el eflujo de potasio desde hojas en expansión de girasol en plantas suficientes y deficientes en boro. Las hojas fueron aisladas e inmersas en cualquiera agua destilada ó en concentraciones crecientes de boro. Comparando con las hojas suficientes en boro el eflujo de potasio fue muy alto en hojas deficientes en boro, pero pudo disminuirse marcadamente mediante el suministro externo de boro durante el periodo de eflujo. La disminución fue dependiente de la concentración externa de boro y fue evidente aún después de 30 min. Similarmente al eflujo de potasio el eflujo de azúcares, aminoácidos y fenoles fue también mucho mayor en hojas deficientes en boro y puede ser disminuido mediante un suministro externo de boro comparable con el eflujo de potasio. De manera interesante, pudo conseguirse una disminución similar en el eflujo de potasio cuando el suministro externo de boro fue reemplazado por germanio (Fig. 9.30), indicando que una sustitución del boro por el germanio no solo en las funciones y estabilidad de la pared celular (Sección 9.7.4) sino también en la integridad de la membrana plasmática.

Fig. 9.30 Eflujo de potasio a partir de hojas intactas en expansión de girasol suficientes en boro (+B) y deficientes en boro (-B) y efecto del suministro externo (10^-5-10^-3 м) de boro ó germanio (Ge) en tiempo cero (tratamientos-B +B; -B +Ge). (Cakmak & Kurz, no publicado.)

A partir de la evidencia publicada acerca del rol del boro en la biosíntesis de la pared celular, en el metabolismo de los fenoles, y en la integridad de la membrana plasmática, puede concluirse que en plantas superiores el boro ejerce sus influencia primaria en la pared celular y en la interfase membrana plasmática-pared celular, como se resumió en el modelo en la Fig. 9.31. Los cambios en la pared celular y en esta interfase se consideran como los efectos primarios de la deficiencia de boro que conducen a la cascada de efectos secundarios en el metabolismo, crecimiento y composición vegetal. Debe recordarse que los cambios en la membrana plasmática actúan como una señal para muchos cambios en el citoplasma, y también para un cambio en la excreción de material pared celular (Sección 8.6.7).

Fig. 9.31 Rol propuesto del boro en el metabolismo de la pared celular y efectos primarios y secundarios relacionados con la deficiencia de boro. (Modificado a partir de Römheld & Marschner, 1991).

9.7.7 Germinación del polen y crecimiento del tubo polínico 

El particular rol del boro en la síntesis de la pared celular y en la integridad de la membrana plasmática puede también ser mostrado en el crecimiento del tubo polínico. Después de la germinación, el tubo polínico se extiende por el brote terminal, i.e., deposición de nuevo material pared celular en el punto de crecimiento en vez de una extensión general de la pared celular. En los tubos polínicos en crecimiento la remoción del boro externo conduce al anormal hinchamiento ó aún el reventado de la parte terminal en 2-3 min. de la remoción.

Como se muestra en la Fig. 9.32 no es la germinación sino la longitud del tubo polínico lo que es mas afectado por el suministro externo de boro. Además cuando el boro es deficiente en el medio externo se deteriora la integridad de la membrana plasmática como lo indica la filtración de azúcares.

Fig. 9.32 Efecto de las concentraciones de boro sobre la germinación del polen, crecimiento del tubo, y filtración de azúcares al medio en lirio (Lilium longiflorum L.). (Redibujado a partir de Dickinson, 1978.)

En flores la demanda de boro para el crecimiento del tubo polínico tiene que ser proporcionada por el estigma ó la seda. En maíz se requiere un contenido mínimo de boro de 3 μg g^-1 peso seco seda  para la germinación del polen y fertilización  Los niveles críticos de deficiencia en el estigma pueden, sin embargo, variar considerablemente entre cultivares y especies. En uva (Vitis vinifera), que es conocida por su alto requerimiento de boro, con suficiente suministro de boro el contenido de boro en el estigma es de 50-60 μg g^-1 peso seco y aún a contenidos de 8-20 μg g^-1 peso seco se deteriora la fertilización. De acuerdo a Lewis (1980b) los altos niveles de boro en el estigma y estilo se requieren para la inactivación fisiológica de la calosa en las paredes celulares del tubo polínico mediante la formación de complejos borato-calosa. Cuando los contenidos de boro son bajos, se incrementa la síntesis de calosa e induce la síntesis de fitoalexinas (incluyendo fenoles) en el estigma y estilo, como un mecanismo de defensa similar a aquel en respuesta a la infección microbiana.

El rol particular del boro en el crecimiento del tubo polínico es un principal factor responsable de la usualmente mayor demanda de suministro de boro para la producción de semilla y grano que la necesitada para el solo crecimiento vegetativo. Se ha mostrado esto para el caso, por ejemplo, del maíz (Capitulo 6) ó del trébol blanco. En mango, el cuajado irregular y periódico del fruto causado por temperaturas subóptimas durante la polinización puede por lo menos en parte ser compensado al elevar el contenido de boro en el pistilo y en los granos de polen. El boro también afecta la fertilización al incrementar la capacidad de producir polen de las anteras y la viabilidad del grano de polen. Los efectos indirectos pueden también ser importantes como el incremento en la cantidad y composición de los azucares en el néctar, por medio del cual las flores de las especies que se basan en insectos polinizadores se vuelven más atractivas para los insectos.

9.7.8 Metabolismo de los carbohidratos y proteínas

Se ha propuesto que el boro juega un rol clave en las plantas superiores al facilitar el transporte de azúcares a corta y larga distancia vía la formación de complejos borato-azúcar. Sin embargo, una propuesta tal es inaceptable debido a que la sacarosa, el predominante azúcar transportado en el floema forma solo complejos débiles con el boro, y en los mecanismos de carga de sacarosa en el floema el boro no está involucrado (Sección 5.4.1). Mientras que el boro facilita la toma de azúcar por las hojas, la exportación de fotosintatos desde las hojas cualquiera no se afecta ó se deteriora por la formación de calosa en los tubos cribosos ó por la falta de actividad demanda en los ápices radicales y caulinares en plantas que sufren de deficiencia severa de boro. Se ha mostrado también que en plantas deficientes de boro disminuye la tasa de elongación radical independiente del contenido de azúcar en las puntas radicales. De este modo, los efectos del boro en el metabolismo de los azucares son solamente efectos secundarios, excepto en el de los intermediarios que influencien el particionamiento del flujo de carbohidratos entre la glicólisis y el ciclo de las pentosas fosfato.

Son interesantes los reportes de que la fertilización de boro incrementa el contenido radical de carbohidratos y la exudación radical de carbohidratos, conduciendo de este modo a una mayor colonización de las raíces con micorrizas VA ó ectomicorrizas, pero difíciles de interpretar como efecto directos del boro en la translocación de azucares. Es mas probable que el boro actúe vía alteraciones en el metabolismo de los fenoles y por lo tanto específicamente en el reconocimiento hospedero-microbio y en el establecimiento de la simbiosis (Sección 7.4 y 15.6). Diferentes niveles de IAA en raíces micorrizadas de plantas fertilizadas y no fertilizadas pueden indicar tales efectos más específicos del boro.

No hay evidencia convincente de un efecto directo del boro en el metabolismo del nitrógeno, por ejemplo, en la reducción del nitrato, en el contenido de aminoácidos ó proteínas, que puede ser mayor ó menor en plantas deficientes en boro, dependiendo de la severidad de la deficiencia, edad vegetal, y órgano vegetal. Los cambios son más probablemente efectos secundarios, por ejemplo, causados por las diferentes actividades demanda y, de este modo, en la demanda por nitrógeno. El metabolismo y composición foliar puede ser afectados indirectamente por la deficiencia de boro vía su efecto en la síntesis de citoquininas en las puntas radicales: cuando se retiene el suministro de boro, disminuye ambas la producción y exportación de citoquininas en los vástagos. En tabaco lo mismo es cierto para el alcaloide nicotina.

9.7.9 Deficiencia y toxicidad por boro

9.7.9.1 Deficiencia de boro

La deficiencia de boro es un difundido desorden nutricional. Bajo condiciones de alta pluviosidad el boro es rápidamente percolado de los suelos como B(OH)₃. Para las plantas disminuye La disponibilidad de boro con el creciente pH del suelo, particularmente en suelos calcáreos y suelos con una alto contenido de arcilla, presumiblemente como resultado de la formación de B(OH) y adsorción de aniónica. La disponibilidad también disminuye abruptamente bajo condiciones de sequía, probablemente debido a ambos por una disminución en la movilidad del boro por flujo másico a las raíces y por la polimerización del ácido bórico.

Las especies vegetales difieren característicamente en su capacidad de toma de boro cuando se cultivan en el mismo suelo (Tabla 9.43), lo que refleja generalmente las diferencias específicas en el requerimiento de boro para el crecimiento. Por ejemplo, el rango crítico de deficiencia, expresado en mg boro kg^-1 peso seco se incrementa desde cerca de 5-10 mg en especies gramíneas (e.g., trigo) a 20-70 mg en la mayoría de especies dicotiledóneas (e.g., trébol) a 80-100 mg en plantas productoras de goma como la amapola. Para la evaluación de los niveles críticos de deficiencia del boro, es un parámetro mucho más conveniente la tasa de elongación de la hoja más joven que, por ejemplo, el peso seco caulinar. Las altas intensidades lumínicas incrementan la sensibilidad a la deficiencia de boro al elevar el requerimiento de boro en el tejido. Este mayor requerimiento de boro está presumiblemente relacionado con los elevados contenidos de fenoles frecuentemente observados en plantas expuestas a altas intensidades lumínicas (Tabla 9.41) siendo el boro adicional necesario para detoxificar estos compuestos mediante la complejación.

Las notables diferencias entre la demanda de boro particularmente entre especies gramíneas y dicotiledóneas más probablemente están causalmente relacionadas con las diferencias en la composición de su pared celular. En especies gramíneas las paredes celulares primarias contienen muy poco material péctico y tienen también un mucho menor requerimiento de calcio (Sección 8.6). Interesantemente, estos dos grupos de plantas también difieren típicamente en su capacidad de toma de silito la cual está usualmente inversamente relacionada con su requerimiento de boro y calcio Todos los tres elementos están localizados principalmente en las paredes celulares. Aunque los reportes sobre la interacción calcio/boro son frecuentemente inconclusos, estas interacciones probablemente tengan una base fisiológica. Los ejemplos incluyen funciones estructurales similares en las paredes celulares y en la interfase pared celular-membrana plasmática, interacciones en la toma y en el transporte en el vástago (Sección 9.7.4) y en el transporte del IAA (Sección 9.7.6). Estas características comunes también explican ciertas semejanzas en los síntomas de deficiencias de calcio y boro, por ejemplo, en semillas de maní y lechuga.

Los síntomas de la deficiencia de boro en los vástagos son observables en las yemas terminales ó en las hojas mas jóvenes, que se decoloran y pueden morir. Los entrenudos son más cortos, dando a las plantas una apariencia tupida y arrosetada. Puede presentarse clorosis intervenal en las hojas maduras, así como laminas foliares deformadas. Es particularmente común un incremento en el diámetro de los pecíolos y tallos y puede conducir a síntomas como “tallo quebrado” en apio, ó “desorden del tallo hueco” en brócoli. Son también un síntoma típico de la deficiencia de boro la caída de yemas, flores, y frutos en desarrollo. En las cabezas de cultivos de hortalizas (e.g., lechuga), se presentan áreas podridas, puntas quemadas, y corazón pardo ó negro. En raíces de almacenamiento de apio ó remolacha azucarera, la necrosis del área de crecimiento conduce a la podredumbre del corazón (Fig. 9.33). Con deficiencia severa las hojas jóvenes se vuelven pardas y mueren, siendo común la subsiguiente pudrición e infección microbiana de los tejidos dañados. En frutos carnosos deficientes de boro, no solo la tasa de crecimiento es menor, sino que puede también ser severamente afectada la calidad por la deformación (e.g., “corcho interno” en manzano) ó, en cítricos, por una disminución en la razón pulpa/cáscara.

Fig. 9.33 La deficiencia de boro en remolacha azucarera. (Izquierda) Deficiencia severa de boro (podredumbre del corazón y de corona), (Medio) Deficiencia suave de boro (podredumbre del corazón), (Derecha) Suficiente en boro. (Cortesía de W. Bussler.)

Se conoce n bien la reducción ó aún la falla en el formación de semilla y cuajado del fruto inducido por la deficiencia de boro (ver Sección 6.3). Sin embargo, aún cuando el rendimiento de semilla no sea deprimido en plantas cultivadas en un suelo bajo en boro, las semillas producidas pueden tener una menor calidad en términos de viabilidad como se muestra en la Tabla 9.44 para fríjol mungo. A pesar del mismo peso seco seminal, las semillas con el menor contenido de boro tenían menor viabilidad y produjeron un alto porcentaje de plántulas anormales. Se ha considerado que un contenido de boro de 6 mg kg^-1 peso seco seminal es óptimo para el crecimiento de plántulas normales en fríjol mungo.