Área de estudio

Se estableció un experimento de tolerancia a la sal NaCl de pastos Cayman y Cobra, en condiciones de invernadero, en el Centro de investigación de pastos tropicales, propiedad de la Empresa Semillas Papalotla, S. A. de C.V., en Santa Elena, Municipio de Santa María Tonameca, Oaxaca (15° 44’ 20.53” N, 96° 50’ 45.77” O). Se trata de una zona de llanura costera en la que la vegetación de selva baja caducifolia fue eliminada para al establecimiento de ganadería extensiva. El clima de la región es cálido subhúmedo Aw₂, con una precipitación media anual de 1213 mm y una temperatura media anual entre los 24 y 27.2 °C (^{Serrano et al., 2005}).

Tratamientos y diseño experimental

Se evaluaron 7 tratamientos conformados por 6 niveles de salinidad, 0, 2, 4, 6, 10, 12 y 15 dS m^-1 que corresponden a concentraciones teóricas de 0, 1.28, 2.56, 3.84, 6.40, 7.68 y 9.60 g L^-1 de NaCl, respectivamente. Cada tratamiento contó con seis repeticiones, dando un total de 42 unidades experimentales por cada cultivar, distribuidas en un diseño completamente al azar.

Preparación de soluciones

Las soluciones se prepararon en laboratorio con base en la constante de proporcionalidad mg L^-1 = 640 × CE (^{Richards, 1985}). Dónde: mg L^-1 = es la concentración de las sales en solución; CE = es la conductividad eléctrica de la solución (dS m^-1 a 25 °C). La CE y el pH se determinaron con un multiparámetro marca Hanna modelo HI 98129.

Siembra

En macetas con 2 kg de agrolita como sustrato, llevadas a capacidad de campo con un volumen de solución salina de 2.5 L por maceta, se sembraron 25 semillas por maceta para evaluar el porcentaje de emergencia de cada cultivar. En el caso del testigo se agregó solo agua destilada. Posteriormente, a los 15 días se realizó un aclareo para dejar tres plantas por maceta. Se regó con agua destilada cada tercer día, para reponer el agua consumida por evapotranspiración y mantener las unidades experimentales a peso constante. A la siembra y 14 días después, se aplicó al sustrato de las macetas el fungicida captan a dosis de 2 g L^-1 para prevenir enfermedades. Para la nutrición de los pastos, a las macetas se les suministró un fertilizante universal soluble en agua (Miracle-Grow) con fórmula 15-30-15 a dosis de 3 g L^-1. El experimento tuvo una duración de dos meses (del 5 de mayo al 5 de julio de 2018). Durante este periodo se realizó el conteo de plántulas emergidas cada tercer día en un lapso de 15 días, para tal efecto se consideró el coleóptilo (primera hoja visible arriba del sustrato). Cada semana se midió la longitud y diámetro del tallo principal y se contó el número de hijuelos; la longitud del tallo se midió desde la superficie del sustrato hasta el ápice del tallo con una regla graduada en centímetros. El diámetro del tallo principal se midió en su base con un vernier digital marca ®Truper. El conteo de número de hijuelos por planta se hizo a partir de la tercera semana, cuando inició el macollamiento de los pastos. El número de hojas se contó a los 28, 42 y 60 días después de la emergencia (DDE). A los 60 DDE se cosecharon las plantas, se separaron y disectaron en raíz, tallo y hojas. La longitud de la raíz se midió de la base hasta el ápice radicular, con una regla graduada. Para la obtención del peso seco se secaron los órganos de la planta en estufa a 65 °C durante 48 horas.

Análisis estadístico

El análisis de varianza se realizó con el paquete estadístico Statistical Analysis System (SAS 9.0) y la comparación de medias mediante la prueba de Tukey con ( = 0.05. Los datos se ajustaron a un modelo polinomial de predicción de la biomasa en función de la CE de las soluciones. Igualmente se utilizó la ecuación de ^{Maas y Hoffman (1977)} para la predicción del rendimiento biológico de ambos pastos en función de los niveles salinos experimentales, esta ecuación es: Y = 100-b (ECs-A), donde: Y = rendimiento; A = umbral salino, b = porcentaje de reducción de biomasa por unidad de aumento de salinidad, CE_s = conductividad eléctrica de la solución salina.

Efecto del NaCl y sus concentraciones en el porcentaje de emergencia de pastos Cayman y Cobra

A medida que aumentó el nivel de salinidad disminuyó el porcentaje de emergencia en ambos pastos (Cuadro 1). Esta reducción fue mayor en el pasto Cayman en comparación con el pasto Cobra, lo que es notorio a los 15 días después de la siembra (DDS) al incrementar el nivel salino de 0 a 15 dS m^-1. La reducción del porcentaje de emergencia en Cobra fue de 14.7% mientras que en Cayman fue de 29.3%. El análisis estadístico indica que en el pasto Cayman los dos últimos niveles de salinidad 12 y 15 dS m^-1 produjeron un porcentaje de emergencia menor a 45%, por lo que son estadísticamente diferentes a los otros niveles salinos (P = 0.05). En el caso del pasto Cobra la CE de 15 dS m^-1 presentó una emergencia de 64.67% que es estadísticamente inferior al resto de los tratamientos (P = 0.05). La disminución de la emergencia de las plántulas en ambas especies se debe a que la sal NaCl causa en la semilla un estrés hídrico y osmótico provocado por una disminución del potencial hídrico del sustrato y la disminución de la disponibilidad de agua para la semilla, lo que dificulta su imbibición, por tanto, la semilla tiene que realizar procesos de ajuste osmótico para superar el potencial del medio en el que está inmersa y así germinar; de lo contrario se deshidrata (^{Can-Chulim et al., 2014}). Por otra parte, el exceso de iones de sodio y cloro tienden a causar daño en la membrana plasmática e intumescencia protoplásmica, que afectan la actividad enzimática y una producción inadecuada de energía por alteración en la respiración, así como la inhibición de la movilización de las reservas seminales hacia el eje embrionario, lo cual afecta el proceso germinativo y la emergencia (^{Laynez-Garzabal et al., 2007}; ^{Flowers et al., 2010}). En el pasto Cayman se presentó un ligero retraso en la emergencia a CE de 6, 10, 12 y 15 dS m^-1, ya que las semillas iniciaron emergencia 5 DDS a diferencia de los niveles menos salinos que indujeron la emergencia de plántulas 3 DDS. Esto se puede explicar en función del déficit hídrico y la toxicidad iónica que inhiben la síntesis de nitrato reductasa y las poliaminas que alteran los niveles de hormonas vegetales (mayor producción de ácido abscísico que de giberelinas), y deshidratan o desprenden el protoplasma de la pared celular, todo lo cual incrementa el periodo de quiescencia (^{Sánchez-Bernal y Ortega-Escobar, 2011}). En este sentido ^{González (2001)} indica que el estrés hídrico y la acumulación de electrolitos en las células del embrión y luego en la plántula aminoran su crecimiento o incluso producen su muerte. En el experimento se pudo observar la muerte de plántulas en los dos pastos 11 DDS producido por los niveles salinos más altos. Los resultados son similares a los reportados por ^{Bazzigalupi et al. (2008)} en pasto agropiro alargado (Thinopyrum ponticum cv. Hulk), quienes determinaron que la germinación disminuyó en relación al testigo en 4, 18 y 61% con incrementos de NaCl equivalentes a 6, 12 y 18 dS m^-1, respectivamente. Por su parte ^{González et al. (2011)} reportan que la germinación del pasto Banderita en NaCl fue seriamente afectado a partir de 12 dS m^-1.

Efecto de NaCl y sus concentraciones en el crecimiento de los pastos Cayman y Cobra

En general, en ambos pastos se presentó una reducción de la altura y diámetro del tallo, número de hijuelos, número de hojas y longitud de raíz conforme aumentó el nivel salino inducido por la sal NaCl (Cuadro 2).

En el pasto Cayman, la altura del tallo, el número de hijuelos y el número de hojas a CE ≥ 10 dS m^-1 presentaron reducciones significativas respecto al testigo (P = 0.05). Por su parte la raíz fue más sensible, las CE ≥ 6 dS m^-1 la afectaron significativamente. En el caso del pasto Cobra, la altura, el número de hojas y la longitud de raíz presentaron decrecimiento significativo a CE ≥ 12 dS m^-1con (P = 0.05). El número de hijuelos también fue afectado a CE de 15 dS m^-1.

Altura del tallo de plantas

En pasto Cayman a CE ≥ 10 dS m^-1 y en pasto Cobra a CE ≥ 12 dS m^-1, la altura del tallo decreció > 36% respecto al testigo (CE = 0 dS m^-1). Esto dio como resultado alturas menores de 35 cm en ambos pastos. Tal disminución en altura a elevados niveles salinos se debe fundamentalmente al efecto de los factores osmótico, toxico-iónico y al desbalance nutricional, que inducen a nivel celular disminución de la producción de protoplasma, de división celular y de elongación que limitan el crecimiento de los órganos vegetales (^{Lamz y González, 2013}; ^{Ramírez-Suárez y Hernández-Olivera, 2016}). En condiciones de estrés las plantas disminuyen la concentración de fitohormonas tales como auxinas que actúan sobre la división celular y las giberelinas que actúan sobre la diferenciación, por lo que se atrofia el crecimiento de las plantas (^{Rodríguez-Pérez, 2006}). En opinión de ^{Yang et al. (1993)}, las auxinas favorecen el crecimiento del tallo, de tal forma que su inhibición llevará a una reducción de la expansión longitudinal de este órgano. Al respecto ^{Laynez-Garzabal et al. (2008)}, reportan una disminución de la altura en gramíneas bajo condiciones salinas, por ejemplo, en plántulas de maíz alcanzó una altura de 26.75 cm a una CE de 0 dS m^-1 y de 8.03 cm a CE de 15 dS m^-1, 12 DDS. Por su parte ^{Salomón y Samudio (2015)} registran una disminución de altura de los pastos Panicum maximum Jacq. variedades Tanzania y Mombasa a medida que aumenta la CE de 0 a 22 dS m^-1. De la misma forma ^{Argentel et al. (2006)} observaron en Triticum aestivum L. variedad Cuba-c-204 una disminución de la altura de 33 y 35% al incrementar la CE a niveles de 25 y 28 dS m^-1 respecto al testigo. Los resultados de la presente investigación confirman que la altura de tallo de los pastos Cayman y Cobra, fue afectada de manera diferencial por los máximos niveles salinos.

Diámetro del tallo principal

Los resultados indican que en pasto Cayman la CE de 12 dS m^-1 produjo en las plantas la máxima disminución en diámetro del tallo comparado con el efecto producido en los otros niveles salinos.

Esto se puede explicar en función de un crecimiento rápido poco sostenido que efectúan las plantas de pasto a CE > 12 dS m^-1. En el caso del pasto Cobra no se presentaron diferencias estadísticas, aunque es posible notar en los dos pastos que a CE de (0 a 10 dS m^-1) se registraron valores > 3 mm de diámetro del tallo y a una CE ≥ 12 dS m^-1 los diámetros fueron de menor magnitud. Los bajos valores obtenidos en niveles más salinos, se explican por la pérdida de turgencia que provocó la salinidad por efecto osmótico en las células del tejido vascular. Un estudio realizado por ^{Luna-Flores et al. (2012)} indican una reducción de contenido de agua del tallo de 28, 59 y 60% en Cordia dodecandra A. DC., Piscidia piscipula (L.) Sarg. y Leucaena leucocephala (Lam.), respectivamente, sometidas a estrés hídrico, en relación a las que no fueron sometidas a dicho estrés. El contenido de agua es esencial para la expansión y elongación celular ya que cuando las células pierden turgencia, no llevan a cabo este proceso (^{Rodríguez-Pérez, 2006}; ^{Moreno, 2009}), lo que afecta directamente al diámetro del tallo. Es importante señalar que investigaciones de ^{Strogonov (1964)} indican que diversas gramíneas sometidas a CE > 6 dS m^-1, produjeron una disminución del grosor de la pared celular y del tamaño de células meristemáticas del cambium del tejido vascular.

Número de macollos

El número de macollos disminuyó conforme aumenta la CE. El pasto Cayman presentó mayor número de macollos que el pasto Cobra a CE de 0 a 4 dS m^-1. Sin embargo, éste último tiene mayor tolerancia a condiciones con mayor concentración de sal. El número de macollos está determinado por la tasa de formación de hojas, ya que cada hoja presenta una yema axilar que puede dar origen a un nuevo macollo (^{Borrajo y Alonso, 2015}). En condiciones salinas se inhibe el crecimiento de yemas axilares del tallo de pastos que dan origen a los macollos (^{Munns y Tester, 2008}), esto disminuye su número por planta, lo que se puede observar en los resultados obtenidos. En efecto, ambos pastos a concentraciones de sal > 7.68 g L^-1, registraron menos de cinco macollos 60 DDE. La salinidad causa numerosos problemas para el crecimiento de las plantas. Ante al estrés, las plantas responden con una variedad de mecanismos para sobrevivir; en caso de una defoliación extrema las gramíneas envían los fotoasimilados producidos en las hojas remanentes y cesa la exportación de fotoasimilados a yemas axilares para formación de macollos (^{Saroff et al., 2003}). Esta situación podría darse en los pastos sometidas a las condiciones salinas experimentales. Investigaciones realizadas por ^{Worku et al. (2019)} en pasto Rhodes (Chloris gayana Kunth), indican reducción de numero de macollos por planta de 7.2, 7.1, 6.6, 5.9 y 4.8 a CE de 0, 5, 10, 15 y 20 dS m^-1 respectivamente. Igualmente, ^{Yapu y Yapu (2014)}, registraron en cebada forrajera 739 tallos m^-1 a CE de 0.94 dS m^-1 y disminuyó a 340 tallos m^-1 a CE de 8.76 dS m^-1, 110 DDS.

Número de hojas

El pasto Cayman a CE ≥ 10 dS m^-1 registró una reducción del número de hojas mayor del 50% y en pasto Cobra esta reducción se presentó a CE ≥ 12 dS m^-1, lo que denota diferencia de tolerancia a la sal NaCl. La reducción del número de hojas en las plantas sometidas a estrés salino se debe a la excesiva absorción del ion Na⁺ al interior de las células meristemáticas, esto eleva su concentración dentro del protoplasma que provoca inhibición del crecimiento celular por plasmólisis, un efecto que puede ser reversible o permanente lo que depende de la periodicidad del abastecimiento de agua mediante riego, y que a su vez influye en la intensidad y la duración del estrés, que en casos extremos puede causar necrosis en los tejidos vegetales (^{Strogonov, 1964}; ^{Sánchez-Bernal et al., 2013}). La causa de la necrosis es probablemente por la concentración excesiva de sales que excede la habilidad de la célula de compartimentar sales en la vacuola (^{Lamz y Cepero, 2013}). Otros efectos causados por la sal en las hojas son el cierre de estomas, la reducción del número de estomas y el aumento en el espesor del tejido foliar para evitar la transpiración (^{Parés et al., 2008}). En este sentido, ^{Martínez et al. (2011)} sugiere que el estrés hídrico causado por la salinidad se manifiesta en la reducción de expansión foliar y pérdida de turgencia. En pasto gigante (Miscanthus x giganteus J. M. Greef & Deuter ex Hodk. & Renvoize) a CE > 2.86 dS m^-1 se registró una disminución del número de hojas respecto al testigo y a CE de 10.65 dS m^-1 la reducción fue de 50% en número de hojas (^{Stavridou et al., 2017}), datos similares a los obtenidos en este estudio. Por su parte ^{Aiazzi et al. (2005)} reportan disminución del número de hojas y área foliar en uno de los genotipos de Atriplex cordobensis Gandoger et Stuckert (Chenopodiaceae) en condiciones salinas a CE de 25 dS m^-1.

Longitud de raíz

Niveles salinos > 6 dS m^-1, produjeron una reducción de la longitud de la raíz de pasto Cayman, mientras que la raíz de pasto Cobra redujo su longitud a CE > 12 dS m^-1. Esta respuesta diferencial de la longitud radicular se debe a la diferente tolerancia a salinidad de cada especie, como lo señalan (^{Mass y Hoffman, 1977}). Asociado a lo anterior, están las perturbaciones fisiológicas que sufre la raíz en condiciones salinas como son la disminución de la producción de protoplasma, de división celular de las células meristemáticas y de elongación de las células de la zona de alargamiento arriba de la cofia que se atribuye al intenso efecto osmótico de esta sal (^{Ramos et al., 2004}). Es importante analizar el efecto de la sal en la raíz, ya que se ha comprobado que en condiciones de estrés salino la raíz se convierte en un órgano de almacenamiento de sustancias de reserva que favorece el crecimiento de la parte aérea, de tal forma que en la medida que la raíz tolere más la sal, tendrá la capacidad de explorar más volumen de suelo para abastecerse de agua y nutrientes y mantener vivo al organismo vegetal (^{Strogonov, 1964}). Esto tiene implicaciones importantes para que el sistema foliar continúe la fotosíntesis para la formación de fotoasimilados (^{Sánchez-Bernal y Ortega-Escobar, 2011}; ^{Guevara y Guenni, 2013}). Así mismo la sal NaCl produce un deterioro en las propiedades de la pared celular por el desplazamiento del Ca²⁺ por el ion Na⁺, lo que disminuye la permeabilidad al agua y la síntesis de la pared celular, lo cual limita el crecimiento de la planta (^{Pritchard, 1994}). Por su parte ^{Sam (2007)} reporta cambios de la forma y organización de los tejidos de la raíz en condiciones de salinidad, que impiden un óptimo desarrollo. Investigadores como ^{Jauregui et al. (2017)} reportaron en pasto Agropiro criollo (Elymus scabrifolius (Döll) J. H. Hunz.) una reducción en la longitud de raíz > 50% respecto al testigo cuando se les sometió a una CE de 27 dS m^-1. Por su parte en pasto Banderita (Bouteluoa curtipendula (Michx.) Torr.), se determinó que a CE de 0 dS m^-1 la longitud radicular alcanzó en promedio 10 mm y a CE de 15 dS m^‑1 disminuyó a menos de 2 mm e incluso a CE de 28 dS m^-1 no se promovió crecimiento de este órgano 15 DDS (^{González et al., 2011}). Estudios realizados por ^{Taleisnik et al. (1997)}, señalan la disminución de la longitud de raíz conforme aumentó la concentración de la sal NaCl en pasto Rhodes cv. Boma, a partir de 10 dS m^-1 que redujo el rendimiento 50% respecto al testigo. Estos resultados son congruentes con los obtenidos en la presente investigación.

Efecto de la sal NaCl y sus concentraciones en la biomasa seca de los pastos Cayman y Cobra 60 DDE

De acuerdo a los resultados obtenidos, el peso seco de la parte aérea (tallo y hojas) y de la parte radicular disminuyó conforme aumentó la CE en el sustrato para ambos pastos (Figura 1). En niveles bajos (< 4 dS m^-1), el pasto Cayman mostró mayor acumulación de biomasa. En opinión de ^{Strogonov (1964)} esto se debe a que algunas especies vegetales, ante el estrés salino realizan un crecimiento rápido poco sostenido que les permite tolerar ese umbral salino, después de lo cual son vulnerables a niveles mayores de salinidad. El pasto Cobra presentó mayor tolerancia a niveles altos de salinidad (> 6 dS m^-1), ya que presentó menor reducción de biomasa en la parte aérea y de la raíz, la cual fue significativa (P = 0.05) respecto al testigo a CE ≥ 12 dS m^-1 en comparación con el pasto Cayman que redujo significativamente la producción de biomasa de la parte aérea y la raíz a CE ≥ 10 dS m^-1 _, esto indica que el pasto Cobra fue más tolerante a niveles salinos extremos.

Figura 1: Efecto de la salinidad por NaCl en la acumulación de biomasa de la parte aérea y raíz del pasto a los 60 DDE. a) pasto Cayman; b) pasto Cobra.
Figure 1: Effect of NaCl salinity on the biomass accumulation of the aerial part and root of the grass at 60 DDE. a) Cayman grass; b) Cobra grass. 

El pasto Cayman a CE ≥ 10 dS m^-1, presentó en la parte aérea, una reducción del peso seco mayor al 40% y en raíz una reducción mayor al 33%. El pasto Cobra a CE ≥ 12 dS m^-1, presentó en la parte aérea una reducción del peso seco mayor del 30% y en raíz se registró una reducción del peso seco mayor del 40%. La disminución de la biomasa en plantas sometidas a estrés salino, es consecuencia de la reducción de la expansión foliar, altura y grosor de tallo y longitud de raíz, que afectó en forma adversa la biomasa acumulada en la parte aérea, así como en la raíz. Estudios realizados en condiciones de estrés salino a CE de la solución de suelo de 9.6 dS m^-1, durante 21 días, en diversas especies forrajeras como pasto Estrella (Cynodon nlemfluencis Vanderyst), registraron una reducción de 69.33% en el vástago y 62.44% en la raíz; en cebada forrajera cv Esmeralda (Hordeum vulgare L) de 27.29% en el vástago y 18.81% en la raíz y en pasto Raygras (Lolium perenne L.) de 31.04% en el vástago y de 37.18%, en la raíz, respectivamente (^{Lastiri et al., 2017}). La reducción de biomasa varía entre especies e incluso entre cultivares de la misma especie lo que se pudo constatar en esta investigación. De la misma forma ^{Dai et al. (2009)}, reportan disminución de biomasa con el aumento de salinidad en pasto Azul (Poa annua L.) a CE de 1.2 dS m^-1 ya que registraron 8.7 gramos por planta (g pl^-1) que disminuyó a 3.9 g pl^-1 a 15 dS m^-1.

En condiciones salinas de NaCl, el comportamiento del peso seco total de las plantas de pastos Cayman y Cobra se ajusta a los modelos de la ecuación cuadrática señalados en la Figura 2.

Figura 2: Peso seco total de los pastos Cayman y Cobra en función de la conductividad eléctrica.
Figure 2: Total dry weight of Cayman and Cobra grasses depending on electrical conductivity. 

Predicción del rendimiento biológico de los pastos Cayman y Cobra en condiciones salinas inducidas por NaCl

La raíz, el tallo y las hojas, son órganos de interés para la producción de forraje de los pastos Cayman y Cobra, ya que su crecimiento adecuado está íntimamente asociado a la producción de biomasa para alimentación animal. En lo fundamental ambos pastos presentaron una tendencia a disminuir el peso seco total a medida que incrementó la salinidad (Cuadro 3). La reducción de biomasa fue más pronunciada en pasto Cayman que en pasto Cobra, ya que a CE >2 dS m^-1, el pasto Cayman disminuyó 0.4 g pl^-1, en tanto que el pasto Cobra disminuyó 0.3 g pl^-1 por cada unidad que aumentó la CE. Otras investigaciones realizadas registran una disminución de biomasa en condiciones de estrés salino. En pasto gigante (Miscanthus x giganteus) se presentó una reducción de 56% en un intervalo del 5 a 15 dS m^-1 (^{Stavridou et al., 2017}) y en festuca (Festuca arundinacea Schreb) una reducción de 30% a 8 dS m^-1 (^{Kaplan et al., 2017}). De acuerdo con la clasificación de ^{Maas y Hoffman (1977)}, al considerar el porcentaje de reducción de biomasa en función de los niveles salinos, el pasto Cayman puede clasificarse como moderadamente sensible a la sal NaCl y el pasto Cobra como moderadamente tolerante.