ES2332494A1 - Uso de menadiona para aumentar la tolerancia al estres salino de las plantas. - Google Patents
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Abstract
Uso de menadiona para aumentar la tolerancia al estrés salino de las plantas. Esta invención está relacionada con el uso de composiciones que contienen menadiona (Vitamina K3 o Provitamina K) y/o algunos de sus derivados hidrosolubles para la mejora de la tolerancia al estrés salino de las plantas afectadas. El tratamiento se lleva a cabo mediante la aplicación de las soluciones que contengan los citados compuestos por cualquier vía que ponga en contacto las composiciones de la invención con cualquier parte de la planta y/o semillas.
Description
Uso de menadiona para aumentar la tolerancia al
estrés salino de las plantas.
Esta invención está relacionada con el uso de
composiciones que contienen menadiona (Vitamina K_{3} o
Provitamina K) y/o algunos de sus derivados hidrosolubles para la
mejora de la tolerancia al estrés salino de las plantas afectadas.
El tratamiento se lleva a cabo mediante la aplicación de las
soluciones que contengan los citados compuestos por cualquier vía
que ponga en contacto las composiciones de la invención con
cualquier parte de la planta y/o semillas.
La salinidad de los suelos es uno de los
principales factores que está afectando cada vez más a las zonas de
cultivo a nivel mundial, especialmente en las zonas áridas y
semiáridas de producción.
La salinidad es un problema grave en muchas
zonas áridas, donde el riego ha ido aumentado lentamente la
concentración de sales solubles en el suelo y reduciendo el
potencial productivo de muchos cultivos. La salinidad puede inhibir
la germinación y el crecimiento de las plantas, reduciendo el
rendimiento o la calidad de la cosecha.
La salinización de los suelos afecta a la
Humanidad desde el inicio de la agricultura. La actividad antrópica
ha incrementado la extensión de áreas salinizadas al ampliarse las
zonas de regadío con el desarrollo de grandes proyectos
hidrológicos que han provocado cambios en el balance de agua y
sales de los sistemas hidrogeológicos. La proporción de suelos
afectados por salinidad se cifra en un 10% del total mundial, y se
estima que entre 25 y 50% de las zonas de regadío están salinizadas
(Rhoades et al., 1992. FAO Irrigation and Drainage paper.
FAO, United Nations, Rome, 48 pp.).
En las zonas afectadas por salinidad, la
principal solución ha sido la sustitución de cultivos sensibles por
otros más tolerantes como remolacha azucarera, cebada, algodón,
etc., que reemplazan a los cultivos tradicionales. Sin embargo,
esta opción puede no tener interés por problemas de mercado,
particularidades climáticas o necesidades nutricionales de la
población, por lo que resultaría más importante disponer de
variedades tolerantes en los principales cultivos o bien aumentar
su capacidad de tolerancia.
La salinidad afecta el crecimiento y producción
de los cultivos al reducir el potencial hídrico de la solución del
suelo, disminuyendo así la disponibilidad de agua, y al crear un
desequilibrio nutritivo, dada la elevada concentración de elementos
(Na^{+}, Cl^{-}) que pueden interferir con la nutrición mineral
y el metabolismo celular. En consecuencia, los diversos efectos
observados a distinta escala, desde reducción de turgencia y
crecimiento hasta la pérdida de la estructura celular por
desorganización de membranas e inhibición de la actividad
enzimática, son el producto combinado de estrés hídrico, toxicidad
fónica y desequilibrio nutricional. Una causa de la reducción del
crecimiento es la inadecuada fotosíntesis debida al cierre
estomático y en consecuencia la limitación de la entrada de
CO_{2} (Leidi y Pardo, 2002. Revista de investigaciones de la
facultad de Ciencias Agrarias, Nº II).
En los últimos 25 años los inventores han venido
investigando sobre el efecto que los reguladores del crecimiento de
las plantas podrían producir en el reforzamiento de los mecanismos
naturales de defensa y, como consecuencia, en la inducción de
tolerancia a salinidad además de resistencia a patógenos y plagas
en las plantas tratadas y otros efectos positivos. En este sentido,
los investigadores han observado cómo un determinado tipo de
reguladores del crecimiento de las plantas, los derivados
hidrosolubles de la Vitamina K, eran capaces de estimular los
mecanismos naturales de defensa de las plantas tratadas y
consecuentemente de inducir resistencia frente a los ataques de
patógenos y plagas (WO/1995/03702), así como para contrarrestar los
daños producidos por pesticidas y herbicidas (WO/2003/105586).
Los inventores también han obtenido resultados
sorprendentes en lo que se refiere al uso de un derivado
hidrosoluble de la Vitamina K3, la menadiona sodio bisulfito (MSB)
en el cultivo de platanera (banana) para estimular el adelanto de
la floración de las plantas tratadas, frente a las no tratadas
(WO/1996/28026).
Además, las plantas tratadas con derivados
hidrosolubles de la Vitamina K3, especialmente con el MSB, originan
el desarrollo de propiedades antialimentarias frente a los ataques
de patógenos y plagas (Patente ES-200601179).
Los investigadores de la presente invención han
continuado experimentando acerca de los efectos del MSB en relación
al estrés salino.
Sorprendentemente, las plantas tratadas con
estas composiciones presentan una mayor tolerancia frente a dicho
estrés especialmente en lo que se refiere a condiciones de alta
salinidad. Los efectos nocivos sobre los cultivos provocados por la
salinidad son contrarrestados, al menos en parte, por el
tratamiento de los mismos con MSB, lo que se traduce en una mejora
de la calidad de la cosecha e incremento del rendimiento de la
misma.
Los compuestos descritos en la presente
invención son sistémicos, biodegradables, no pesticidas, no tóxicos
e inocuos desde el punto de vista medioambiental, y no son
peligrosos para las plantas, los animales y las personas. Además se
pueden mezclar con varios aditivos, por ejemplo: fertilizantes
orgánicos e inorgánicos, insecticidas, nematocidas, fungicidas,
bactericidas o herbicidas.
En relación con la estimulación de los sistemas
defensivos de las plantas por medio de menadiona, en el documento
de patente WO/2003/105586 se emplean composiciones que contienen
menadiona y/o algunos de sus derivados hidrosolubles para estimular
los mecanismos naturales de defensa de las plantas, contrarrestando
en parte los daños químicos ocasionados por pesticidas y
herbicidas. Asimismo, el documento de patente WO/1996/28026 está
basado en los mismos compuestos que el documento anterior para
inducir resistencia de las plantas a patógenos y plagas.
Por otra parte, el documento WO/2005/054156
menciona que las plantas tratadas con un fertilizante compuesto por
Vitamina K y/o sus derivados, ácido algínico, y betaina son capaces
tanto de mejorar el crecimiento como aumentar la tolerancia al
estrés abiótico y osmótico.
La presente invención se refiere a un concepto
más específico de estrés abiótico, el estrés salino, además, el
efecto de la mejora de la tolerancia al estrés abiótico y osmótico,
mencionada en WO/2005/054156, no puede ser atribuida a la Vitamina
K o sus derivados puesto que, como se ha explicado anteriormente,
la tolerancia a estos estreses es debida al ácido algínico y
betaina respectivamente.
El estrés salino es un tipo de estrés abiótico y
el estrés osmótico es uno de los efectos del estrés salino. Como se
ha comentado en el tercer párrafo de este apartado introductorio,
la salinidad causa estreses relacionados tanto con el estrés
hídrico y ósmosis celular como con la toxicidad y desequilibrios
nutricionales debidos al ión sodio u otros iones en el caso de ser
sales diferentes a cloruro sódico.
Es conocido que los mecanismos defensivos de las
plantas frente a estreses de diferente naturaleza pueden compartir
algunos elementos implicados, como por ejemplo, rutas de
transducción de señales, pero es tal la complejidad de estas
respuestas, que no se podría considerar que los estreses causados a
las plantas por patógenos, pesticidas y herbicidas articulan los
mismos procesos a pesar de que puedan compartir parte de los
mecanismos de la respuesta defensiva.
Con esta invención se solventa la dificultad de
conseguir un crecimiento óptimo de las plantas sometidas a estrés
salino. El uso de composiciones que contienen menadiona y/o alguno
de sus derivados hidrosolubles genera un resultado sorprendente e
inesperado en aquellas plantas que han sido sometidas a estrés
salino y son tratadas con estas composiciones.
La presente invención se basa en el uso de
composiciones que contienen menadiona (Vitamina K3) y/o al menos
uno de sus derivados solubles en agua que cuando son aplicadas a
las plantas y/o semillas son capaces de bioestimular sus mecanismos
naturales de defensa al estrés salino.
La invención propuesta satisface una necesidad
experimentada desde hace tiempo ya que describe el uso de una clase
de compuestos que son sistémicos, biodegradables, no pesticidas, no
tóxicos e inocuos desde el punto de vista medioambiental, y que no
son peligrosos para las plantas, los animales y las personas. Por
consiguiente, la presente invención supone una herramienta segura
para luchar contra la pérdida de rendimiento agrícola y abandono de
cultivos por la salinización de los suelos (sin el uso de
organismos modificados genéticamente).
En este sentido, un primer aspecto de la
invención se basa en el uso de una composición acuosa que comprende
menadiona y/o algunos de sus derivados hidrosolubles para inducir
tolerancia al estrés salino en las plantas y/o semillas.
Siendo los derivados hidrosolubles de menadiona
todas aquellas sales que pueden solubilizarse en agua tales como
menadiona sodio bisulfito (MSB), bisulfito potásico, bisulfito
amónico o bisulfito magnésico, menadiona nicotinamida bisulfito
(MNB), menadiona ácido p-aminobenzoico bisulfito,
menadiona histidina bisulfito, menadiona adenina bisulfito,
menadiona ácido nicotínico bisulfito o menadiona triptofano
bisulfito sin perjuicio de otras sales no citadas.
Un segundo aspecto de la presente invención se
basa en el uso de una composición acuosa para inducir tolerancia al
estrés salino de las plantas y/o semillas que comprende,
- a.
- 3.3 x 10^{-7} a 0.66 mM (0.0001 a 200 p.p.m.) de menadiona (Vitamina K3);
- b.
- 3.3 x 10^{-6} a 33.3 mM (0.001 a 10000 p.p.m.) de un derivado de Vitamina K3 soluble en agua caracterizado por ser un bisulfito seleccionado de la lista que comprende; menadiona sodio bisulfito (MSB), bisulfito potásico, bisulfito amónico o bisulfito magnésico;
- c.
- 3.3 x 10^{-5} a 33.3 mM (0.01 a 10000 p.p.m.) de un derivado de Vitamina K3 de bajo nivel de solubilidad en agua caracterizado por ser un bisulfito seleccionado de la lista que comprende; menadiona nicotinamida bisulfito (MNB), menadiona ácido p-aminobenzoico bisulfito, menadiona histidina bisulfito, menadiona adenina bisulfito, menadiona ácido nicotínico bisulfito o menadiona triptofano bisulfito;
- d.
- o cualquier combinación de las composiciones según (a), (b) y/o (c).
Todos estos compuestos son sistémicos,
biodegradables, no pesticidas, no tóxicos e inocuos desde el punto
de vista medioambiental, no son peligrosos para las plantas, los
animales y las personas. Dichos compuestos originan el desarrollo
en los cultivos de propiedades que contrarrestan el estrés
ocasionado por la salinidad.
La concentración de los componentes activos de
las composiciones dependerá dél tipo de planta, fase de desarrollo
de la misma, así como de la frecuencia y forma de aplicación de las
composiciones.
La efectividad de los componentes activos de las
composiciones, referida a Vitamina K3, MSB y MNB puede esperarse a
las siguientes concentraciones: Vitamina K3 entre 3.3 x 10^{-7} a
0.66 mM (0.0001 a 200 p.p.m.); MSB entre 3.3 x 10^{-6} a 33.3 mM
(0.001 a 10000 p.p.m.); MNB entre 3.3 x 10^{-5} a 33.3 mM (0.01 a
10000 p.p.m.).
En una realización preferida, el compuesto es
menadiona sodio bisulfito (MSB).
Un tercer aspecto de la invención es el uso de
una composición según los compuestos anteriores y sus
concentraciones para inducir tolerancia al estrés salino en las
plantas mediante su aplicación a la parte aérea mediante
pulverización.
Los principios fisiológicos del transporte de
los compuestos absorbidos por las hojas mediante pulverización, son
similares a los que ingresan en las plantas por la absorción vía
radicular, sin embargo, el movimiento de los compuestos aplicados
sobre las hojas no es el mismo en tiempo y forma que el que se
realiza desde las raíces al resto de la planta. La absorción foliar
es más efectiva cuando las condiciones de absorción desde el suelo
son adversas como por ejemplo en caso de sequía, estrés salino,
temperaturas extremas u otros estreses. Además, es mucho más fácil
obtener una distribución uniforme, a diferencia de la aplicación de
granulados o en mezclas físicas.
La aplicación a la superficie de la planta de
una de las composiciones anteriormente mencionadas, conteniendo una
cantidad efectiva de uno o más de los compuestos descritos, origina
una respuesta defensiva de naturaleza sistémica y, en consecuencia,
el tratamiento de una parte de la planta desencadena la
bioestimulación de los mecanismos de defensa a lo largo de toda la
planta.
Un cuarto aspecto de la presente invención es el
uso de una composición según los compuestos anteriores de menadiona
y/o sus derivados hidrosolubles para inducir tolerancia al estrés
salino en las plantas mediante su aplicación al tallo por
inyección.
Asimismo, un quinto aspecto de la presente
invención es el uso de una composición, según los compuestos
anteriores y sus concentraciones, caracterizada porque se aplica al
suelo u otro sustrato de cultivo, al agua de riego (o solución de
cultivo) o por inmersión del sistema radicular de las plantas y/o
de semillas.
La aplicación de las composiciones acuosas por
medio de la inmersión de la parte radicular de la planta así como
de semillas se realiza por un tiempo y con una concentración que
depende del tipo de planta, estado de desarrollo así como de la
frecuencia y forma de aplicación de las composiciones. En el caso
de semillas que requieran un tratamiento especial de escarificación
o eliminación de determinadas cubiertas para facilitar su
germinación, el proceso de inmersión en las composiciones acuosas
de la presente invención, se podrá realizar de forma más efectiva
después de la eliminación de las cubiertas para facilitar la
absorción de los compuestos activos. Asimismo, también se podrán
sumergir las semillas en cualquier estadío de germinación.
Las formas de aplicación que se han citado hasta
ahora no limitan otro tipo de aplicaciones de las composiciones que
contienen menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles a las
plantas.
Un sexto aspecto de la invención hace referencia
al uso de una composición, según los compuestos anteriores y sus
concentraciones, que además comprende un aditivo seleccionado de
entre fertilizantes orgánicos o inorgánicos, insecticidas,
nematocidas, fungicidas, bactericidas o herbicidas.
De esta manera, al aplicar las composiciones que
contienen menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles junto
con aditivos, ya sea para aportar nutrientes o para tratar
determinadas infecciones o plagas, se consigue no aumentar los
costos de los tratamientos al hacerlo de forma coordinada.
El séptimo aspecto de la presente invención es
el uso concreto de cualquiera de las composiciones que contienen
menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles mencionadas
anteriormente donde la composición se aplica a plantas y/o semillas
de la especie Solanum licopersicum. En una realización
preferida, la composición se aplica a semillas de la especie
Solanum licopersicum por inmersión. En otra realización
preferida, las semillas de Solanum licopersicum se sumergen
en una solución acuosa con una concentración de 10 a 300 mM (3000 a
90000 p.p.m.) de menadiona sodio bisulfito (MSB).
El octavo aspecto de la invención está basado en
el uso concreto de cualquiera de las composiciones que contienen
menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles mencionadas
anteriormente donde la composición se aplica a plantas y/o semillas
de la especie Arabidopsis thaliana. En una realización
preferida, la aplicación de las composiciones se realiza por
pulverización foliar de plantas de la especie anterior. Asimismo, en
otra realización preferida, la composición está formada por
menadiona sodio bisulfito (MSB) y se emplea una concentración de
0,1 a 0,3 mM (30 a 90 p.p.m.).
A lo largo de la descripción y las
reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no
pretenden excluir otras características técnicas, aditivos,
componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos,
ventajas y características de la invención se desprenderán en parte
de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los
siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se
pretende que sean limitativos de la presente invención.
A continuación se ilustrará la invención
mediante dos ejemplos llevados a cabo con una planta de interés
hortofructícola y con cierta capacidad de resistencia a la
salinidad, Solanum licopersicum y la planta modelo
Arabidopsis thaliana, sensible al estrés salino.
Descripción del experimento: se
sometieron a tratamiento por inmersión durante 6 horas semillas de
tomate en una disolución de 20 mM en MSB (6000 p.p.m.), retirando
las semillas posteriormente de la misma y dejándolas en agua
destilada hasta completar un período de 24 horas. Las semillas
control permanecieron sumergidas en agua destilada durante las 24
horas previas a la siembra en sustrato universal. Una vez
germinadas las semillas las plántulas de tomate generadas fueron
regadas cada 24 horas durante un máximo de 7 días con una solución
salina 200 mM en NaCl.
A lo largo del experimento se realizaron medidas
de fluorescencia de clorofila A encaminadas a la determinación de
cómo el estrés salino afectaba a la capacidad fotosintética de la
planta. Los datos fueron analizados mediante
JIP-test. El concepto de JIP-test
está basado en la Teoría de Flujos Energéticos en Membranas
(Strasser, 1978. Chloroplast Development. Elsevier/North Holland,
pp. 513-524; Strasser,1981. Balaban International
Science Services, Philadelphia, PA, pp. 727-737). El
JIP-test define los flujos máximos de energía en la
cascada de eventos que tienen lugar durante su Absorción (ABSo),
Captura (TRo), Transporte (ETo) y Disipación (Dio). Al mismo tiempo
establece una relación con los datos de fluorescencia
experimentales entre los valores mínimos F_{0} y máximos F_{M}.
Estos parámetros nos muestran información estructural y funcional
(como son flujos fenomenológicos o índices de vitalidad ó PI,
PI_{ABS}, PI_{CS}) los cuales nos permiten cuantificar el
comportamiento del Fotosistema II en diferentes condiciones
experimentales (Strasser et al., 2004. Advances in
Photosynthesis and Respiration. 19:
321-362).
La tabla 1 muestra los valores medios de la
variación de diferentes parámetros de fluorescencia (F_{0},
F_{M}, F_{V}/F_{M} y PI) frente al tiempo, para semillas
control y tratadas con 20 mM de MSB (6000 p.p.m.). Como se puede
observar las plantas procedentes de semillas tratadas con agua
destilada o control sufrieron mucho más las drásticas condiciones
de estrés salino impuestas en la eficiencia fotosintética del
fotosistema II que aquellas que fueron previamente tratadas con
MSB. Los valores de fluorescencia inicial y máxima (F_{0} y
F_{M}) tienden a estabilizarse en aquellas plantas cuyas semillas
fueron tratadas con MSB. El parámetro PI, que expresa la eficiencia
funcional del Fotosistema II, muestra claramente esta protección
inducida por el MSB, estando sus valores diez veces por encima de
los mostrados por las plantas control.
Valores medios de 10 plantas por tratamiento.
Resultados similares fueron obtenidos en experimentos
independientes.
Descripción del experimento: Plántulas de
Arabidopsis thaliana de 4 semanas fueron tratadas mediante
spray foliar con una solución de 0.2 mM (60 p.p.m.) de MSB 24 horas
antes de ser sometidas a estrés salino severo consistente en el
riego continuado cada 24 horas durante un máximo de 7 días con una
solución salina 200 mM en NaCl, al igual que en el ejemplo 1. La
siguiente tabla muestra igualmente la tolerancia a la salinidad
inducida por el tratamiento previo con MSB. Al igual que en
experimento descrito en el ejemplo 1, a lo largo del experimento se
realizaron medidas de fluorescencia de clorofila A encaminadas a la
determinación de cómo el estrés salino afectaba a la capacidad
fotosintética de la planta. Los datos fueron analizados mediante
JIP-test al igual que en ejemplo anterior.
Valores medios de 10 plantas por tratamiento.
Resultados similares fueron obtenidos en experimentos
independientes.
De esta manera en la tabla anterior se muestran
los valores medios de la variación de diferentes los diferentes
parámetros de fluorescencia (F0, FM, FV/FM y PI) analizados frente
al tiempo, para plántulas consideradas control y para aquellas
tratadas con 0.2 mM de MSB (60 p.p.m.). Como se puede observar en
la tabla 2, en las plantas tratadas con agua destilada o control,
los valores de fluorescencia máxima (FM), máxima eficiencia
cuántica del Fotosistema II (FV /FM) y eficiencia funcional del
Fotosistema II (PI) sufren un descenso constante, con la excepción
de los valores de fluorescencia inicial (F0). Sin embargo, en las
mismas condiciones experimentales las plantas tratadas con MSB no
experimentaron dichos cambios en los parámetros de fluorescencia de
clorofila, demostrando así la protección del MSB en las condiciones
de estrés salino impuestas en aquellas plantas que fueron
previamente tratadas con MSB. De nuevo el parámetro PI muestra
claramente esta protección del fotosistema inducida por el MSB.
Claims (13)
1. Uso de una composición acuosa que comprende
menadiona y/o algunos de sus derivados hidrosolubles para inducir
tolerancia al estrés salino en las plantas y/o semillas.
2. Uso de una composición acuosa para inducir
tolerancia al estrés salino de las plantas y/o semillas que
comprende,
- a.
- 3.3 x 10^{-7} a 0.66 mM de menadiona (Vitamina K3);
- b.
- 3.3 x 10^{-6} a 33.3 mM de un derivado de Vitamina K3 soluble en agua caracterizado por ser un bisulfito seleccionado de la lista que comprende; menadiona sodio bisulfito (MSB), bisulfito potásico, bisulfito amónico o bisulfito magnésico;
- c.
- 3.3 x 10^{-5} a 33.3 mM de un derivado de Vitamina K3 de bajo nivel de solubilidad en agua caracterizado por ser un bisulfito seleccionado de la lista que comprende; menadiona nicotinamida bisulfito (MNB), menadiona ácido p-aminobenzoico bisulfito, menadiona histidina bisulfito, menadiona adenina bisulfito, menadiona ácido nicotínico bisulfito o menadiona triptofano bisulfito;
- d.
- o cualquier combinación de las composiciones según (a), (b) y/o (c).
\vskip1.000000\baselineskip
3. Uso según las reivindicaciones 1 y 2 donde el
compuesto es menadiona sodio bisulfito (MSB).
4. Uso de una composición según las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque se aplica a la
parte aérea de la planta mediante pulverización.
5. Uso de una composición según las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque se aplica al
tallo de la planta por inyección.
6. Uso de una composición, según las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque se aplica al
suelo u otro sustrato de cultivo, al agua de riego (o solución de
cultivo) o por inmersión del sistema radicular de las plantas y/o
de semillas.
7. Uso de una composición según las
reivindicaciones 1 a 3 que además comprende un aditivo seleccionado
de entre fertilizantes orgánicos o inorgánicos, insecticidas,
nematocidas, fungicidas, bactericidas o herbicidas.
8. Uso según las reivindicaciones 1 a 7 donde la
composición se aplica a plantas y/o semillas de la especie
Solanum licopersicum.
9. Uso según la reivindicación 8 donde la
composición se aplica a semillas por inmersión.
10. Uso según la reivindicación 9 donde la
concentración de menadiona sodio bisulfito (MSB) es de entre 10
a
300 mM.
300 mM.
11. Uso según las reivindicaciones 1 a 7 donde
la composición se aplica a plantas y/o semillas de la especie
Arabidopsis thaliana.
12. Uso según la reivindicación 11 donde la
composición se aplica por pulverización foliar.
13. Uso según la reivindicación 12 donde la
concentración de menadiona sodio bisulfito (MSB) es de 0.1 a
0.3 mM.
0.3 mM.
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