Establecimiento del experimento y condiciones ambientales

El experimento se realizó en el campo experimental del Instituto de Ciencias Agrícolas de la Universidad Autónoma de Baja California ubicado en el Ejido Nuevo León, Mexicali en el periodo comprendido de marzo a junio de 2017. Se utilizó un invernadero de cubierta con techo de policarbonato de baja tecnología, sin control de temperatura y sin calefacción. Se utilizó el cultivar de tomate Amalia tipo saladette. El trasplante se realizó el día 31 de marzo utilizando dos plantas por macetas de 9 L. El sustrato empleado fue arena corriente de arroyo con granulometría menor a 0.5 cm. La aplicación de la solución nutritiva fue a través de riego presurizado tipo espagueti con gasto por gotero de 100 mL min^-1. Se dieron entre uno y tres riegos por día. El drenaje de los riegos se ajustó a 30%.

Diseño experimental

El diseño experimental utilizado fue de parcelas divididas distribuidas al azar con cinco repeticiones. La parcela principal fueron dos condiciones de salinidad a valor de 4 dS m^-1 (SNS y solución salina inducida con NaCl) y las subparcelas fueron dosis de Si (0, 4, 8 g L^-1 de SiO₂), para un total de doce tratamientos. Como fuente de Si se utilizó dióxido de silicio 94% (Diatomix, Bio Agrinor^®, Zapopan, Jalisco México). Cada parcela principal estuvo compuesta por 12 plantas, mientras que la subparcela fue de 4 plantas.

Manejo de los tratamientos

La SNS utilizada fue la recomendada por ^{Gómez y Sánchez (2003)} y en ella se manejaron las siguientes concentraciones de nutrientes N 224, P 47, K 281, Ca 212, Mg 65, Fe 2, Mn 0.55, Zn 0.33, Cu 0.05, B 0.28 y Mo 0.05 mg L^-1. Al momento del trasplante a todas las parcelas se les aplicó una SNS suficientemente diluida en agua hasta alcanzar a una conductividad eléctrica de 2 dS m^-1.

Posteriormente a los 15 días después del trasplante se inició la aplicación de los tratamientos. Para el factor uno, en las parcelas del tratamiento SNS, se realizó un incremento gradual por dos días en la concentración de los macro y micronutrientes hasta alcanzar un valor de salinidad de 4 dS m^-1. Lo mismo sucedió en el tratamiento salinidad con NaCl. El incremento en la salinidad de la solución se logró al agregar además de la SNS a una conductividad eléctrica de 2.0 dS m^-1, la cantidad de ≈2.6 g L^-1 de NaCl y alcanzar el valor de 4 dS m^-1. Por otro lado, las dosis de Si se aplicaron diariamente a cada maceta en forma manual a las 12:00 del mediodía.

El pH de la solución nutritiva se mantuvo entre 5.5-6.0 unidades. Durante el tiempo que duró el experimento, la humedad relativa del invernadero se consiguió mojando el piso con agua corriente a las 10:00 y 14:00 h. La temperatura máxima dentro del invernadero a las 15 h del día alcanzó los 45 ºC y la humedad relativa a esa misma hora fue de 14.5% y fueron monitoreadas usando un termohigrómetro digital CEM DT-172 (Twin Light Instruments, Monterrey, México) colocado a 20 cm justo por encima de las plantas.

Variables evaluadas

Las variables fisiológicas evaluadas fueron temperatura foliar, eficiencia fotoquímica y conductancia estomática. Las mediciones se realizaron a los 34 días después del trasplante a las 9:00, 11:00, 13:00, 15:00 y 17:00 h del día. Para todas las variables se utilizó como referencia la cuarta o quinta hoja contabilizada del ápice hacia abajo. Todas las mediciones se realizaron sobre tres plantas por tratamiento previamente etiquetadas.

Temperatura foliar

La temperatura foliar se determinó con un termómetro digital infrarrojo de pistola láser (DAN-tronics modelo P045440, México). Las mediciones se realizaron a una distancia de 20 cm entre el sensor y la hoja.

Eficiencia fotoquímica

La eficiencia fotoquímica máxima del PSII (Fv/Fm), fluorescencia mínima (Fo) y fluorescencia máxima (Fm) se determinó con un fluorómetro portátil (Chlorophyll Fluorometer OS-30p, OPTI-SCIENCE, USA) usando una intensidad de luz actínica de 2100 µmol fotón m^-2 s^-1 de intensidad por un periodo de 2 s. Previo a la determinación, las hojas fueron aclimatadas por 30 min de oscuridad con pinzas de exclusión de luz para asegurar que todos los centros de reacción estuvieran abiertos (^{González et al., 2008}).

Conductancia estomática (g_s)

La conductancia estomática se determinó con un porómetro de hoja modelo SC-1 Decagon Devices, Inc. (SC-1 Leaf Porometer^®, Pullman WA, USA).

Análisis estadístico

Los datos obtenidos fueron analizados mediante el programa estadístico Minitab 17. Se realizó un análisis de varianza y comparación de medias mediante la prueba Tukey (p≤ 0.05).

Temperatura de la hoja

No se identificó una respuesta en la temperatura de las hojas del cultivo de tomate por la interacción Si × S (p> 0.05) (Cuadro 1). Asimismo, la adición de Si tampoco mostró algún efecto significativo sobre la temperatura de las hojas en todos los tratamientos (p> 0.05). Sin embargo, los tratamientos de salinidad sí mostraron respuesta al incremento de temperatura de las hojas (p˂ 0.05). A las 9:00 h del día, la aplicación de NaCl, incrementó en más de 2 °C la temperatura de la hoja que las plantas tratadas con salinidad inducida por SNS, mientras que a las 13:00 y 17:00 h en efecto se invirtió.

En este sentido, las plantas sometidas a salinidad inducida por la SNS tuvieron la capacidad de mantenerse más frescas por la mañana debido a una mayor disponibilidad de agua o mejor traspiración (^{Shahenshah e Isoda, 2010}); sin embargo, por la tarde las plantas con NaCl se mantuvieron más frescas que las salinizadas con SNS. Lo anterior, sucede cuando el cultivo es sometido a estrés hídrico por falta de agua en el sustrato o por un escaso sistema radicular (^{Sánchez-Blanco et al., 2014}). En cualquiera de los casos, en este estudio la salinidad restringió la conductancia estomática y en consecuencia la temperatura foliar se incrementó (^{Ben-Asher et al., 2006}).

Eficiencia fotoquímica máxima del PSII (Fv/Fm)

En el Cuadro 2 se muestran los resultados de eficiencia fotoquímica máxima del PSII (Fv/Fm) por efecto de la aplicación de Si y dos formas de salinidad. La interacción Si × S fue significativa entre las 11:00 y las 15:00 h (p≤ 0.004). A ese mismo horario, la aplicación de Si tuvo efecto significativo sobre la Fv/Fm de las hojas de las plantas de tomate (p≤ 0.005). Durante todo el día, la salinidad causada por la SNS afectó significativamente la Fv/Fm (p≤ 0.001) manteniendo valores más altos que con la salinidad provocada por NaCl.

La reducción en los valores de Fv/Fm en las plantas sometidas a salinidad con NaCl, indicaría una reducción en la eficiencia fotoquímica del PSII y una perturbación o daños en el aparato fotosintético causado por la salinidad específica del NaCl y no por la provocada por la SNS (^{Jiménez-Suancha et al., 2015}). El efecto interactivo Si × S a las 11, 13 y 15:00 h, estuvo caracterizado por valores altos de la Fv/Fm al utilizar la dosis mayor de Si (Figura 1). A las 11:00 h, no se encontró diferencia entre el tipo de salinidad cuando no se aplicó Si. Sin embargo, conforme se utilizó Si la diferencia en la Fv/Fm fue menor en la salinidad inducida por NaCl. A las 13:00 h se repitió el mismo efecto, pero solo con la dosis mayor de Si [(8 g) (Figura 1b)]. Así mismo, a las 15:00 h (Figura 1c) el efecto del Si a dosis de 4 y 8 g fue el mismo que durante la mañana del día.

Figura 1 Efecto interactivo silicio versus salinidad (Si × S) en la eficiencia fotoquímica máxima del cultivo de tomate durante el día [a) 11:00 h; b) 13:00 h; y c) 15:00 h].  

De manera general, los valores menores de Fv/Fm se encontraron a dosis mayores de Si, sobretodo en el tratamiento de salinidad inducida por NaCl. Estos resultados concuerdan con aquellos reportados por ^{Cao et al. (2015)}, quienes al aplicar Si a plántulas de tomate sometidas a estrés salino, encontraron que conforme el tiempo avanzaba, los valores de Fv/Fm resultaban menores que aquellos obtenidos en plantas sin adición de Si.

Fluorescencia mínima (Fo)

En el Cuadro 3, se observa el efecto de la aplicación de Si y el tipo de S sobre la Fo en hojas del cultivo de tomate. Se encontró un efecto significativo en la interacción entre Si × S en la mayor parte del día (p˂ 0.001). La dosis mayor de Si (8 g) aplicada a la solución con NaCl fue la que qué hizo la diferencia del resto de los tratamientos (Figura 2). Posiblemente la combinación de la dosis alta y el NaCl provocó dicha reacción. Valores altos de Fo significan daños en el centro de reacción del PSII o una reducción de la capacidad para transferir la energía de excitación de la antena hacia el centro de reacción (^{Baker, 2008}; ^{Khan et al., 2016}). Datos contradictorios son los reportados por ^{Maghsoudi et al. (2015)} quienes estudiaron la Fo sobre la aplicación de Si en trigo sometido a estrés hídrico. Ellos explican que el estrés provocado por la falta de agua disminuyó los valores de Fo.

Figura 2 Efecto interactivo silicio versus salinidad (Si × S) en la eficiencia fluorescencia mínima de la clorofila del tomate durante el día [a) 9:00 h; b) 11:00 h; c) 13:00 h; y d) 17:00 h]. 

Fluorescencia máxima (Fm)

Se observaron diferencias significativas en el factor Si y en la interacción Si × S, sobre la Fm en los horarios de 9:00 y 15:00 h (p˂ 0.05) (Cuadro 4). Adicionalmente la salinidad provocada por la adición de NaCl incrementó los valores de Fm reflejo en la reducción de ‘cierre’ de los centros de reacción del PSII (^{González et al., 2008}), lo que a su vez implica una mayor activación de las reacciones fotoquímicas (^{Jiménez-Suancha et al., 2015}). Lo anterior, refuerza la hipótesis de que el daño por salinidad presentado en los cultivos es resultado de la utilización del NaCl más que por una solución nutritiva balanceada (SNS).

Conductancia estomática (g_s)

El Cuadro 5 muestra la interacción Si × S a la g_s (p˂ 0.037) al final del día. La Figura 3c, indica que cuando se aplicó NaCl sin Si, se incrementó la g_s mientras que la salinidad producida por la SNS mantuvo bajos valores de g_s aún al aplicar Si. Por otra parte, el Si disminuyó significativamente la g_s a las 9:00 h. Mientras que la salinidad provocada por la adición de NaCl, la incrementó a las 9:00 y 17:00 h en alrededor de 120 mmol m^-2 s^-1. Contrario a este estudio, ^{Savvas et al. (2009)} encontraron que la fertilización con Si promovió un incremento en la g_s en plantas de calabacín (Cucurbita pepo L. cv. ‘Rival’) cuando fueron sometidas a una salinidad de 6.2 dS m^-1, con NaCl. Por su parte, ^{Romero-Aranda et al. (2006)} no encontraron diferencias en la g_s de plántulas de tomate cuando aplicaron diferentes combinaciones de NaCl y Si en soluciones nutritivas Hoagland a la aplicación de Si. Sin embargo, cuando las plantas cultivadas bajo salinidad (NaCl) fueron tratadas con Si, el contenido de agua en ellas incrementó en 40%.

Figura 3 Efecto interactivo silicio versus salinidad (Si × S) en la fluorescencia máxima de la clorofila (Fm). a): 9:00 h; b) 15:00 h] y la conductancia estomática; y c) 17:00 h] del tomate. 

La presente investigación mostró la respuesta de la planta al dos tipos de salinidad y la aplicación de Si. El uso de salinidad inducida por la SNS resultó en un incremento de la Fv/Fm expresada como luz absorbida por el PSII solo temprano y tarde del día. Este comportamiento fue el resultado valores altos en la Fo y valores bajos en la Fm provocados por el NaCl. ^{Zribi et al., (2008)} encontró resultados similares a los de este trabajo. Mencionan que existe una relación entre el uso de NaCl y la concentración de Na⁺ en el tejido foliar de plantas de tomate. La presencia de Na⁺ en el tejido foliar repercute negativamente en la cantidad de transporte de electrones, así como en la eficiencia fotoquímica del PSII.

El comportamiento de la g_s tuvo la misma respuesta al tipo de salinidad que la Fo. ^{Romero-Aranda et al. (2006)} presentaron valores similares a los encontrados en este estudio, pero sin deferencia por la salinidad ni la adición de Si. En estudios subsecuentes, se deberá estudiar a más detalle el papel del NaCl y el aumento en el g_s, debido a que los resultados en este estudio no permiten obtener una respuesta clara papel de este tipo de sal. Lo mismo, deberá suceder con la respuesta de la temperatura foliar a este tipo de salinidad.

El Si no logró afectar positivamente la temperatura de la hoja y la mayor parte del día afectó negativamente la Fv/Fm. El efecto interactivo del Si y el tipo de sal dejó en claro que la dosis de 8 g maceta^-1 día^-1, perjudicó la Fv/Fm en lugar de ayudarla (Figura 1). Algo similar sucedió con la variable Fo. La cual se incrementó al utilizar la combinación de Si a dosis de 8g y la salinidad inducida por el NaCl. Caso contrario al medir la Fm (Figura 3a y b). Más estudios serán necesarios, pero utilizando dosis menores a las planteadas en este experimento, además de considerar un periodo más prolongado de tiempo al estudiado. Con ello podría ser posible encontrar resultados más concluyentes.