14.4
Factores químicos del suelo
14.4.1 Suministro de nutrientes
minerales
El suministro de nutrientes minerales puede
afectar fuertemente el crecimiento y morfología radical y la distribución de
los sistemas radicales en el sustrato (e.g., perfil del suelo). Este efecto es
particularmente marcado con el nitrógeno, menos notable con el fósforo, y
usualmente ausente con otros nutrientes, excepto con el magnesio (Sección 8.3).
En la zona sensible (i.e., rango de concentración donde los nutrientes limitan
el crecimiento vegetal), el creciente suministro del nitrógeno realza ambos
crecimientos caulinar y radical, pero usualmente más al crecimiento caulinar
que al crecimiento radical, conduciendo a una típica caída en la relación peso
seco raíz/vástago con el incremento en el suministro de nitrógeno (Tabla 14.3).
Sin embargo, está comparación es algo engañosa en términos de adquisición de
nutrientes, ya que las raíces se hacen más finas (mayor ramificación) y el área
superficial se incrementa de manera que, a pesar de la marcada disminución en
la relación peso seco raíz/vástago, son menos afectados la relación
demanda-fuente, peso caulinar (demanda) y superficie radical (fuente, oferta)
para la adquisición de nutrientes y agua. En plantas cultivadas en suelo este
efecto del nitrógeno en incrementar el área de la superficie radical es
usualmente más notable con el suministro de amonio como fuente de nitrógeno
comparando con nitrato.
Tabla 14.3
Efecto de las crecientes
concentraciones de nitrato en la solución nutritiva en el crecimiento radical
y caulinar de plantas de papa (cv. Astrid)a
|
|||||
Suministro de N
(mм)
|
Peso seco
(g. por planta)
|
Relación raíz/vástago
|
Área de superficie radical
(dm2 por planta)
|
Longitud radical
(m. por planta)
|
|
Caulinar
|
Radical
|
||||
0.05
0.5
5.0
|
0.8
3.5
9.2
|
0.45
1.39
1.82
|
0.56
0.40
0.20
|
63
314
577
|
67
277
502
|
a A partir de Sattelmacher et al. (1990a)
|
|||||
Las razones para los diferentes
efectos de las formas de nitrógeno sobre la morfogénesis radical son
desconocidas; está probablemente involucradas las diferencias en ambas vías de
asimilación en las raíces y en el balance hormonal vegetal (Capítulo 6). Los
efectos hormonales son probablemente también responsables del incremento en la
formación de aerénquima en el cortex de raíces de maíz en soluciones bien
aireadas cuando el suministro de nitrógeno es bajo. Un incremento en la
formación de aerénquima es una típica respuesta radical a los elevados niveles
de etileno (Sección 16.4).
Bajo condiciones de campo es
usualmente menos notable el efecto realzante del suministro de nitrógeno en el
crecimiento radical (Tabla 14.4) pero en principio sucede el mismo patrón que
en las soluciones nutritivas, es decir un incremento en la longitud radical
total y una notable declinación en la relación peso seco raíz/vástago. En
plantas cultivadas en campo, sin embargo, los datos de peso seco radical y
longitud radical en particular frecuentemente subestiman mucho a los verdaderos
valores debido a las considerables perdidas de raíces finas y al lavado de
solutos durante la recolección y preparación. Además, la tasa de recambio de
las raíces es presumiblemente mucho mayor en plantas adecuadamente suplidas con
nitrógeno que en aquellas deficientes en nitrógeno, En poblaciones forestales de coníferas y de hojas
anchas la tasa de recambio de raíces finas por año se incremento desde 50% en
suelos bajos en nitrógeno hasta 200% en suelos altos en nitrógeno.
Tabla 14.4
Efecto del suministro de
nitrógeno (NH4NO3) en el crecimiento caulinar y radical
de maíz cultivado en campo de 15 semanas de edad a
|
|||||
Suministro de N
|
Peso seco
(g. por planta)
|
Raíces por planta
|
Relación peso seco
raíz/vástago
|
||
Vástago
|
Grano
|
Longitud (m)
|
Peso seco (g)
|
||
0
180
|
186
352
|
54
138
|
2189
2521
|
42
38
|
0.23
0.11
|
a En base a Anderson (1988)
|
|||||
Se realza el crecimiento en los
sitios con alto suministro de nutrientes comparando con los de bajo suministro.
Este efecto del incrementado crecimiento radical puede ser demostrado en
experimentos con raíces separadas, al aplicar el fertilizante en los suelos, ó
mediante el suministro localizado de nutrientes a solo una zona a lo largo del
eje radical. En experimentos con raíces separadas a largo plazo con árboles de pícea
de Sitka, la tasa de crecimiento radical y el peso
seco total se incrementaron mucho más en el lado suministrado con nutrientes.
El nitrógeno fue el nutriente más efectivo, con el fósforo dando algunos
efectos benéficos, el potasio ninguno. El realce del crecimiento en el lado
rico en nutrientes posiblemente estuvo correlacionado con el reducido crecimiento
radical en el lado sin suministro de nutrientes pero no necesariamente,
reflejando limitación por fuente. La distribución de las raíces en los suelos
puede de este modo ser modificada mediante la aplicación de los fertilizantes.
En especies anuales la densidad de enraizado se incrementa rápidamente varias
veces en las zonas de altas concentraciones de nutrientes, especialmente de
nitrógeno (Fig. 14.4). Esto también demuestra el riesgo potencial de tener alta
disponibilidad de nitrógeno solo en el suelo superficial ya que las raíces se
concentraran ahí a expensas de la penetración al subsuelo. La aplicación
profunda del fertilizante, del nitrógeno en particular, realza por lo tanto el
crecimiento vegetal bajo condiciones de estrés por sequía cuando el potencial
hídrico del suelo superficial disminuye pero es disponible abundante agua en el
subsuelo.
Fig.
14.4 Efecto de la aplicación del fertilizante de nitrógeno a diferentes
profundidades del suelo sobre la distribución radical de cebada cultivada en
suelo arenoso. (A partir de Gliemeroth, 1953.)
La aplicación de fertilizantes de
fósforo es una práctica común y efectiva en suelos bajos en fósforo fácilmente
soluble para asegurar un suministro adecuado del nutriente a las raíces,
especialmente en las etapas iniciales de crecimiento cuando las temperaturas
del suelo son bajas. La densidad del enraizado se incremento en las zonas de
aplicación del fertilizante de fósforo, aunque el efecto es relativamente
pequeño comparando con aquel de los fertilizantes combinados de
nitrógeno-fósforo.
Los efectos del suministro
localizado de nutrientes en la morfología radical pueden ser demostrados en
mayor detalle si los nutrientes son suplidos a una alta concentración a solo
una zona particular de la raíz. Como se muestra en la Fig. 14.15, en la zona
radical suplida con una gran cantidad de nitrato, se realzo espectacularmente
el crecimiento de raíces laterales.
Fig.
14.5 Modificación del sistema radical de cebada al proporcionar 1 mм nitrato a la parte media de un eje radical por 15
días; el sistema radical remanente recibió solo 0.01 mм nitrato. (A partir Drew & Saber, 1975).
Aunque el efecto de un suministro
localizado de fósforo bajo condiciones de campo es usualmente menos dramático
que el del nitrato, en principio se obtienen efectos similares si el fósforo es
suplido a solo una zona radical y el remanente del sistema radical se mantiene
en una solución sin fósforo (Tabla 14.5). En un periodo de 21 días la longitud
total de las raíces laterales se incrementó 15 veces más que la longitud de los
controles. El correspondiente incremento en el peso seco (por un factor de 10)
se llevo a cabo parcialmente a expensas de las remanentes zonas radicales, A y
C.
Tabla 14.5
Efecto de localizar el
suministro de fósforo a un segmento radical en la longitud de las raíces
laterales y el peso seco en plantas de cebada a
|
||||
Zona radical
|
Suministro uniforme
|
Suministro localizado b
|
||
Longitud de las raíces
laterales (cm)
|
Peso seco (mg)
|
Longitud de las raíces
laterales (cm)
|
Peso seco (mg)
|
|
A (basal)
B (intermedio)
C (apical)
|
40.0
27.2
17.5
|
8.9
3.7
10.2
|
14.3
332.0
11.1
|
3.5
37.8
4.9
|
a En base a Drew & Saber (1978).
b El fósforo fue suplido a un
segmento de 4 cm. (intermedio, ó zona B) de un solo eje radical seminal.
Duración del experimento: 21 días
|
||||
Surge la cuestión de cómo los
nutrientes minerales llevan a cambio este cambio morfológico en el desarrollo
de los sistemas radicales. En raíces de maíz con suministro localizado de
nitrato luego de dos días después de que el tratamiento empieza se realza la
descarga desde el floema de fotosintatos hacia la zona de suministro, y después
de cuatro días se incrementa la tasa de división celular. También se
incrementan las tasas de respiración en los sitios de suministro, pero no del
sistema radical total, sugiriéndose una alteración en el particionamiento de
los fotosintatos dentro del sistema radical a favor de los sitios con alto
suministro de nutrientes. La simultáneamente realzada iniciación de raíces laterales
en los sitios de alto suministro de nutrientes no es presumiblemente causada
por la mayor descarga de fotosintatos de por sí, ó por las mayores tasas de
respiración, sino por la descarga desde el floema de IAA junto con los
fotosintatos.
No solo es influenciada la formación
de raíces laterales por el suministro de nutrientes minerales sino también la
longitud y densidad de los pelos radicales por unidad de longitud radical. De
nuevo el nitrógeno y el fósforo parecen tener el efecto más pronunciado. En colza,
por ejemplo, con decrecientes concentraciones de nitrato se hacen mucho más
frecuentes los pelos radicales a lo largo del eje radical, y la longitud de los
pelos radicales se incrementa desde 0.3 a cerca de 3.0 mm. El incremento en la
longitud de los pelos radicales bajo la limitación en nitrógeno, en principio,
es también el caso para pasturas, pero existen grandes diferencias entre
especies en la respuesta al nitrógeno.
El efecto del fósforo sobre la
formación de pelos radicales es similar a aquel del nitrato. En colza, espinaca
y tomate cultivados a altas concentraciones de fósforo (>100µм), los pelos radicales son ausentes ó
rudimentarios, mientras que a bajas concentraciones (<10µм)
son abundantes los largos pelos radicales. En plantas de maíz cultivadas en
suelo una caída en la disponibilidad de fósforo no tiene efecto sobre la
longitud de los pelos radicales pero incrementa notablemente la densidad de
pelos radicales por unidad de longitud radical (Fig. 14.6). Sin embargo,
comparando con la respuesta de formación de pelos radicales a una disminución
en el contenido de agua en el suelo, este efecto es relativamente pequeño. Este
incremento en el crecimiento de los pelos radicales a bajos contenidos de agua
en el suelo puede en parte contrarrestar los efectos depresivos sobre la
elongación radical que se presenta en suelos secos (Sección 14.6.3).
Fig.
14.6 Densidad de pelos radicales en plantas de maíz de 21 días de edad
cultivadas en suelos con diferentes suministros de fósforo y contenidos de agua
en el suelo. (Mackay & Barber,
1985) Reimpreso con permiso de Kluwer Academic Publishers.
La deficiencia de fósforo, como la
deficiencia de nitrógeno, conduce a un incremento en la relación peso seco
raíz/vástago (Tabla 14.6). Al incrementar la duración de la escasez de fósforo
se incrementa el peso seco radical, y la longitud radical en particular. Las
raíces también se hacen más finas. En plantas deficientes en fósforo las raíces vegetales se vuelven la
demanda dominante no solo de fotosintatos sino también del fósforo desde el
vástago (Sección 8.4.6; Tabla 14.6). Un
incremento en el área de superficie radical en plantas deficientes puede
considerarse como una estrategia para realzar la adquisición del fósforo desde
los suelos (Sección 13.3).
Tabla 14.6
Efectos de la
escasez de fósforo en el crecimiento radical y caulinar de plantas de maíz de
12 días de edad a
|
|||||
No. de días sin P
|
Vástago
|
Raíz
|
|||
Peso seco
(g. por maceta)
|
P
(%)
|
Peso seco
(g. por maceta)
|
Longitud
(m. por maceta)
|
Radio
(x 102 cm.)
|
|
1
2
4
6
|
2.10
2.34
1.93
1.65
|
0.95
0.65
0.32
0.27
|
0.27
0.31
0.40
0.43
|
46.4
57.7
75.7
90.8
|
2.27
2.23
1.99
1.84
|
a En base a Anghinoni & Barber (1980).
|
|||||
En ciertas especies vegetales la
formación de clusters radicales es otro tipo de respuestas radicales a la
deficiencia del fósforo. Los clusters radicales son más conocidos como raíces proteoid que son clusters densos
de determinadas raíces laterales, características de las Proteáceas, aunque
ellas también se presentan en especies de las Miricáceas,
en árboles leguminosos como de las Casuarináceas, y en leguminosas anuales como
el lupino blanco (Fig. 14.7). En suelos no fértiles las raíces proteoid pueden
constituir tanto como el 80% del peso seco radical total, estando en lupino
blanco (Fig. 14.7) cerca del 50%.
Fig.
14.7 Sistema radical de plantas de lupino blanco (Lupinus albus L.) cultivadas en suelo deficiente en fósforo (izquierda) y suficiente en fósforo (derecha) (Marschner et al., 1987). Número de raíces proteoid por planta: deficiente en
P: 53; suficiente en P (aplicación foliar de P): 15.
En algunas especies vegetales la
formación de raíces proteoid también es realzada bajo la deficiencia de
nitrógeno y la deficiencia de hierro, pero en todas estas especies la
deficiencia de fósforo induce el efecto más pronunciado. Las raíces proteoid se
caracterizan por altas tasas de respiración y de este modo, alta demanda de
oxígeno. Su capacidad de movilizar fosfatos escasamente solubles se incrementa
mediante la excreción de ácidos orgánicos ó fenólicos ó ambos de tal manera que
el volumen de suelo limitado a la vecindad inmediata de las zonas de raíces
proteoid está sometido a una intensa extracción química (Sección 15.4.2).
14.4.2 pH del suelo,
relación calcio/cationes totales
Por lo general el crecimiento radical no es muy
afectado por el pH externo en el rango de 5.0-7.5. En contraste al estrés a
bajo pH (<5) hay relativamente poca información disponible sobre la
inhibición del crecimiento radical a alto pH. El crecimiento radical puede ser
inhibido a alto pH posiblemente cualquiera directa ó indirectamente. Se
esperaran efectos directos del alto pH en relación al funcionamiento del
gradiente transmembranal del pH, de los gradientes electropotenciales,
y del cotransporte protón-anión en la membrana plasmática (Sección 2.4.2). El
más conocido efecto directo del alto pH es la toxicidad por amoniaco. La
elongación radical es inhibida severamente por concentraciones de amoniaco tan
bajas como 0.05 mм. La toxicidad por amoniaco
es probablemente también la razón de la inhibición del crecimiento radical en
suelos neutros ó alcalinos después de la aplicación de fosfato de amonio ó de
la aplicación en banda de urea. A alto pH del suelo el crecimiento radical,
particularmente de especies vegetales calcífugas y de arroz de aniego puede ser
también inhibido por las elevadas concentraciones de bicarbonato.
El crecimiento radical de Lupinus angustifolius es
excepcionalmente sensible al alto pH y se deprime aún a pH 6.0 (Fig. 14.8).
Esta inhibición en el crecimiento es causada por una disminución en la tasa de
elongación celular, que sucede en 1 h. y conduce a un incremento en el diámetro
radical. El efecto es reversible y al bajar el pH, se restaura la tasa de
elongación celular. Este efecto inhibidor en pH moderado a alto puede estar
relacionado con la limpieza de los protones desde el apoplasto que son
necesarios para el crecimiento (“teoría del crecimiento ácido”). Estos
hallazgos concuerdan con el pobre desempeño en campo de L. angustifolius en suelos alcalinos.
Fig.
14.8 Elongación celular de Lupinus
angustifolius y Pisum sativum cultivados en soluciones nutritivas de diferente pH por 60 horas. (Tang et al., 1992b)
La inhibición de la elongación
radical a pH debajo de 5 (Fig. 14.8) es una característica común en muchas
especies vegetales y es causado por varios factores como el deterioro del
eflujo de H+ y los procesos relaciones como son discutidos en la Sección
2.4. En plantas cultivadas en suelo la inhibición de la elongación radical a
este bajo pH está frecuentemente estrechamente y causalmente relacionada con
las altas actividades de aluminio monomérico y, de este modo, con la toxicidad
por aluminio (Sección 16.3.4). El calcio juega un rol clave en proteger el
crecimiento radical contra el estrés por bajo pH. Para una especie dada, no
está fijo el requerimiento de calcio para el crecimiento radical sino que es
más bien una función de ambos el pH y de las concentraciones de los otros
cationes, incluyendo el aluminio. Por ejemplo, en algodón a pH 5.6. aún ~1 µм calcio en la
solución externa es suficiente para obtener el máximo crecimiento, comparando
con los más de 50 µм calcio que se requieren a
pH 4.5. En promedio para un máximo crecimiento radical se necesita de una
relación molar de calcio a cationes totales de ~0.15 en la solución del suelo
(Fig. 14.9).
Fig.
14.9 Efecto de la relación actividad molar calcio/cationes totales de
soluciones del suelo sobre el crecimiento de raíces seminales de plántulas de
algodón. (Reproducido a partir de Adams, 1966. con
permiso de la Soil Science Society of America)
En suelos minerales ácidos, se
presentan frecuentemente relaciones menores a 0.15 y correspondientemente el
crecimiento radical es inhibido. Por lo tanto el encalado de estos suelos
realza la extensión radical y también la longitud de los pelos radicales. Esto
es particularmente importante en la penetración del subsuelo por las raíces y
de este modo en la utilización de los
nutrientes y agua del subsuelo. Además de la pobre aireación y alta impedancia
mecánica (Secciones 14.4.3 y 14.6.1), el bajo pH del subsuelo es un factor
importante al restringir la penetración del subsuelo por las raíces. Ya que el
calcio es inmóvil en el floema, el calcio requerido para el crecimiento radical
debe ser tomado a partir de la solución externa mediante las zonas apicales.
Las raíces son por lo tanto inhibidas severamente en su capacidad de penetrar
los subsuelos ácidos cuando solo se ha mezclado una cantidad adecuada de cal en
el suelo superficial (Tabla 14.7). Hay una estrecha correlación entre la
creciente proporción de masa de suelo mezclada con cal y la elongación radical
en el suelo.
Tabla 14.7
Efecto de encalado en un
subsuelo ácido (pH 4.6) sobre la elongación de raíces de algodón a
|
||
Porcentaje de masa del
subsuelo encalado b
|
Distancia entre capas
encaladas (cm.)
|
Longitud radical relativa
|
No encalado
10
20
40
60
100
|
-
4.5
4.0
3.0
2.0
-
|
32
38
57
57
70
100
|
a En base a Pearson et al. (1973)
b Aplicación de la misma dosis, pero distribuida de manera diferente.
|
||
En una comparación de genotipos de
trigo tolerantes y sensibles al aluminio se obtuvo el resultado no esperado de
que la penetración radical en el subsuelo ácido tóxico en aluminio fue realzada
mediante la fertilización de fósforo en el suelo superficial, aunque las
plantas no estuvieran deficientes en fósforo. No se conocen los mecanismos de
este efecto benéfico mediado por el fósforo sobre el crecimiento radical en el
subsuelo ácido pero puede tener implicaciones prácticas.
La inhibición de la elongación
radical es en muchos casos el parámetro mas sensible
de toxicidad por metales pesados, como para plomo (Pb)
por ejemplo. Probablemente debido al ligamiento de los cationes metales pesados
a los constituyentes vegetales el orden de toxicidad usualmente se asemeja a la
estabilidad de los complejos órgano-metálicos, por ejemplo, Cu > Ni > Cd > Zn > Al > Fe. En la
producción de cultivos la toxicidad por aluminio es uno de los principales
factores que limitan el crecimiento en suelos minerales ácidos (Sección 16.3).
En especies sensibles como algodón la tasa de elongación radical puede ser
inhibida severamente con relaciones actividad molar aluminio/calcio mayores a 0.02.
En los suelos esta relación crítica puede variar ampliamente, dependiendo de la
especie de aluminio y de los cambios inducidos por la raíz en la rizosfera
(Sección 15.4). La quelación del aluminio puede muy probablemente también
contribuir a los efectos benéficos del mulching sobre
el crecimiento vegetal, especialmente en los suelos minerales ácidos altamente
permeables de los trópicos húmedos.
La relación calcio/cationes totales
es también de importancia para el crecimiento radical bajo condiciones salinas
(Sección 16.6) y en relación a la aplicación de fertilizantes fosfatos de
amonio. En suelos ácidos con una baja capacidad de intercambio catiónico, los
fosfatos de amonio pueden inhibir severamente el crecimiento radical al inducir
deficiencia de calcio debido a ambos a una baja relación calcio/cationes
totales y a una disminución en el pH rizosférico (tasa de toma de cationes
> aniones).
Debido a sus altas tasas de respiración
(Sección 14.1) las raíces tienen una alta demanda de oxígeno que en especies
que no están para condiciones de aniego tiene que ser proporcionado
externamente, i.e., en plantas cultivadas en suelo mediante el intercambio
gaseoso entre la atmósfera y el suelo. Adicionalmente, la aireación es esencial
para satisfacer los requerimientos respiratorios de los microorganismos del
suelo. En una población densa, el consumo de oxígeno y la evolución del CO2 pueden ser tan altas como 17 l m-2 d-1.
La transferencia de gases entre el suelo y la atmósfera sucede principalmente
en los poros aireados ya que la difusión de gases en el aíre es cerca de 104 veces más rápida que en el agua. Aunque en muchas especies adaptadas a la
inundación (e.g., arroz de aniego) toma lugar en el aerénquima la suficiente
difusión interna de O2 desde las hojas a las raíces (Sección 16.4),
en especies mesofíticas (no aniego) esta
transferencia interna es cualquiera insignificante ó por lo menos es
insuficiente para satisfacer el requerimiento de los grandes sistemas
radicales.
En la mayoría de especies mesofíticas las concentraciones de O2 puede ser
disminuidas a cerca del 15-10% en la fase gaseosa sin afectar severamente el
crecimiento radical. Pero algunas especies vegetales pueden ser más sensibles
que otras. En maíz, por ejemplo al disminuir la concentración de O2 desde
21 a cerca del 10%, casi no afectó a la respiración radical mientras que se
deterioró severamente la extensión radical, indicando que por lo menos en este
rango de concentración otros procesos aparte de la respiración son responsables
del efecto inhibidor de la pobre aireación en el crecimiento radical. Es
difícil definir las concentraciones críticas de O2 en los suelos,
por varias razones. Por ejemplo, una disminución en el O2 usualmente
se correlaciona con un simultáneo incremento en el CO2, y en muchos
casos también con un incremento en etileno.
Comparando con las concentraciones
ambientales de CO2 (~0.03%) la concentración atmosférica de CO2 del suelo se incrementa con la profundidad del suelo, y en climas
templados, sucede un patrón típico a lo largo del año con valores máximos en
verano. En promedio, las concentraciones de CO2 están en el rango de
2-4% a una profundidad de 10-20 cm. y pueden incrementarse a 10-15% a una
profundidad de 40-60 cm. en verano. Dependiendo de la concentración, el CO2 tiene por si mismo cualquiera efectos estimuladores (~1-2% CO2)
ó inhibidores (>5%) en el crecimiento radical. En contraste a muchas otras
especies, las suculentas desérticas como Agave deserti son extremadamente sensibles a elevadas
concentraciones de CO2. Aún con valores tan bajos como 0.5% CO2 en la atmósfera del suelo se inhiben severamente las tasas de crecimiento
radical, explicando el confinamiento de estas especies a suelos con textura
gruesa, bien aireados. También en poblaciones forestales con concentraciones de CO2 de
0.5% en la atmósfera del suelo, el realce de la aireación incrementa
marcadamente el crecimiento radical del pícea de
Noruega a lo largo del perfil del suelo y a una profundidad de 40 cm. en
particular. No es claro a que grado las disminuciones en las concentraciones de
otros gases aparte del CO2 (e.g., etileno) son responsables del
realzado crecimiento radical.
En muchos casos, la inhibición del
crecimiento radical en suelos pobremente aireados es causada por los elevados
niveles de etileno. En suelos mal aireados, la perdida de etileno desde las
raíces mediante la difusión radial se deteriora como resultado del agua que
circunda a las raíces. Adicionalmente, el etileno producido por los
microorganismos del suelo es atrapado dentro del suelo, y la producción de
etileno en las raíces se realza frecuentemente bajo deficiencia de oxígeno. Las
bajas concentraciones de etileno (01-1.0 µl l-1)
en la atmósfera del suelo pueden estimular el crecimiento radical en algunas
especies vegetales, sin embargo, las elevadas concentraciones de etileno que
son típicas en suelos pobremente aireados deprimen fuertemente la elongación
radical y realzan la formación de pelos radicales. El etileno puede ó no
estimular la formación de raíces laterales, pero definitivamente induce la
formación de aerénquima en el cortex (Sección 16.4.3).
En respuesta a la deficiencia de
oxígeno en las raíces se transmite una señal hacia los vástagos que conduce a
la supresión de la tasa de elongación foliar al disminuirse la extensibilidad
de la pared celular, Están presumiblemente involucradas en esta transducción de
señales fitohormonas como el ABA y el etileno, ó precursores del etileno
(Sección 16.4.3).
14.4.4 Solutos orgánicos de
bajo peso molecular
El crecimiento radical se afecta de varias
formas por la fracción hidrosoluble de materia orgánica del suelo. Puede
realzarse la iniciación y elongación radical cuando se presenta en bajas
concentraciones la fracción de alto peso molecular, especialmente ácidos fúlvicos y también por algunos fenoles en la fracción de
bajo peso molecular. Sin embargo, a
mayores concentraciones la fracción de bajo peso molecular es bastante efectiva
en inhibir el crecimiento radical. Esto es particularmente cierto para
fenólicos y ácidos grasos de cadena corta, que frecuentemente se acumulan en
los suelos pobremente aireados ó inundados durante la descomposición de la
materia orgánica (e.g. paja ó abono verde). En suelos bien estructurados, la
distribución desigual del material orgánico (montones) puede causar una
anaerobiosis localizada (la formación de microhabitats anaeróbicos). La pobre germinación y emergencia vegetal en estos suelos no es
frecuentemente causada por la limitación en oxígeno ó los elevados niveles de
etileno sino por las altas concentraciones de fenólicos y ácidos grasos de
cadena corta. La evidencia de esto viene a partir de los similares efectos
inhibidores sobre la germinación y emergencia ó respiración radical,
crecimiento radical y formación de pelos radicales que pueden conseguirse con
los extractos con agua de estos suelos, particularmente después de 3-4 semanas
de la incorporación de la materia orgánica.
Durante la descomposición de
sustancias orgánicas con alto contenido de lignina (e.g., paja), pueden
acumularse sustancias fitotóxicas, incluyendo ácidos
fenólicos como el ácido p-cumárico y el ácido p-hidroxibenzoico, e inhibir severamente la elongación
radical en especies sensibles como el centeno y trigo aún a concentraciones
cercanas a 7 y 70 µм y en especies tolerantes
como la caña de azúcar cercanas a 750 µм. En suelos cultivados con arroz de aniego después
de la incorporación de la paja, la inhibición de la elongación radical del
arroz es causada particularmente por el ácido fenilpropiónico que es muy efectivo aún a concentraciones debajo de 50 μм.
Las concentraciones críticas de toxicidad de estos ácidos fenólicos para las
plantas parecen depender en gran parte de su estado nutricional del nitrógeno
(Tabla 14.8). En plantas de arveja aún una concentración de 1 μм de estos ácidos fenólicos fue
perjudicial para el crecimiento radical cuando las plantas estaban
inadecuadamente suplidas con nitrógeno mientras que en plantas suficientes en
nitrógeno para inducir una marcada depresión en el crecimiento radical se requirieron
concentraciones de por lo menos 100 μм. No
se conocen las razones de la mucha mayor sensibilidad de las plantas
deficientes en nitrógeno, pero puede estar relacionada con el nivel endógeno
del IAA. Los ácidos fenólicos cualquiera estimulan ó inhiben la actividad de la
IAA oxidasa. Por ejemplo, el ácido p-cumárico induce cambios en la morfología de las raíces que
son comparables a aquellos debido al suministro supraóptimo de IAA. Las plantas suficientes en nitrógeno
pueden posiblemente tener una mayor capacidad de detoxificar de manera
enzimática estos ácidos fenólicos (e.g., mayor actividad polifenoloxidasa).
Tabla 14.8
Influencia de los
ácidos fenólicos en el peso fresco radical de plantas de arveja cultivadas
bajo condiciones axénicas por 10 días en solución
nutritiva con alto (15 mм) y bajo (1.5 mм) N-nitrato a
|
||
Ácidos fenólicos
(1 μм)
|
Peso fresco radical (g. por
planta)
|
|
Alto nitrógeno
|
Bajo nitrógeno
|
|
Ninguno (control)
Ferúlico
Vinílico
p-cumárico
p-hidroxibenzoico
|
0.32
0.56
0.54
0.54
0.54
|
0.39
0.14
0.22
0.11
0.33
|
a A partir de Vaughan & Ord (1990).
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||
Los lixiviados de cascarilla de
avena inhiben fuertemente las tasas de elongación radical de las plántulas,
causando el hinchamiento de las raíces y una extensiva formación de pelos
radicales, efectos que son conocidos que surgen a partir de tratamientos supraóptimos de IAA. El compuesto responsable de este
efecto inhibidor se ha identificado como el aminoácido triptófano que
cualquiera actúa como inhibidor como tal ó después de su conversión microbiana
a IAA. En plantas cultivadas en suelo, los cambios en la densidad y composición
de la microflora rizosférica por los ácidos fenólicos también tienen que se
tomados en cuenta al interpretar los efectos de los ácidos fenólicos en el
crecimiento radical.
En suelos inundados, pueden
acumularse otras sustancias fitotóxicas,
principalmente ácido acético y otros ácidos grasos volátiles (de cadena corta)
en concentraciones que son fitotóxicas. Estos ácidos
son perjudiciales para la elongación radical, e inhiben el crecimiento radical
y caulinar, aún en especies vegetales adaptadas a la inundación (Tabla 14.9).
Tabla 14.9
Efecto de los ácidos grasos
volátiles en el crecimiento de plantas de arroz 28 días después del
trasplante a
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Ácido graso volátil, cada uno
suplido a 1 mmol (100 g)-1 suelo
|
Peso seco (g. por planta)
|
|
Radical
|
Caulinar
|
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Ninguno
Acético (C2)
Propiónico (C3)
Butírico (C4)
Valérico (C5)
|
1.70
1.40
1.00
0.90
0.29
|
4.56
3.70
3.54
2.99
1.20
|
a A partir de Chandrasekaran & | ||