Tratamientos

La concentración de las soluciones salinas de NaCl, Na₂SO4 y NaHCO₃ se calculó con base en la conductividad eléctrica (CE) teórica y la disminución del rendimiento de 0% a 150%, la ecuación utilizada fue propuesta por ^{Mass y Hoffman (1977)}: Y= 100 - b(CEs - Su): donde: Y= rendimiento potencial (%); CEs= conductividad eléctrica de la solución (dS m^-1); Su= salinidad umbral (dS m^-1); b = es la disminución del rendimiento por aumento unitario de salinidad.

Los tratamiento investigados fueron testigo 0% (T0), 0% umbral (T1), 25% (T2), 50% (T3), 75% (T4), 100% (T5) y 150% (T6), donde las CE teóricas fueron: T0= 0 dS m^-1; T1= 1 dS m^-1; T2= 2.3 dS m^-1; T3= 3.6 dS m^-1; T4= 5 dS m^-1; T5= 6.3 dS m^-1 y T6= 9 dS m^-1.

Preparación de soluciones

La cantidad de sal en los tratamientos, se calculó mediante la aplicación de las ecuaciones propuestas por el Laboratorio de Salinidad de los Estados Unidos de América (^{Richards, 1990}).

Donde: mg L^-1= concentración de las sales en solución; CE= conductividad eléctrica de la solución (dS m^-1 a 25 °C).

Para fines de cálculo se consideró que 0.64 g L^-1 de sal genera una conductividad eléctrica teórica de 1 dS m^-1.

Diseño experimental

Se utilizó un diseño factorial A×B×C, completamente al azar con cinco repeticiones. Donde A= concentración de sal, B= variedad de frijol y C= tipos de sal. El primer factor tuvo siete niveles (T0= 0 g L^-1; T1= 0.64 g; T2= 1.472 g; T3= 2.304 g; T4 = 3.2 g; T5= 4.032 g y T6= 5.76 g), el segundo tres (frijol Negro, Pinto y Azufrado) y el tercero tres (NaCl, Na₂SO₄ y NaHCO₃). Como unidad experimental se consideró una maceta con 10 semillas germinadas para la primera etapa y cinco plántulas para la segunda.

Variables estudiadas

En la etapa de germinación se evaluó con la aparición del hipocótilo con los cotiledones sobre la agrolita y en la etapa de plántula cuando hubo efecto de la concentración de las sales en la primera hoja trifoliada. Para obtener el porcentaje de germinación se cuantificaron las semillas germinadas respecto al total. En la etapa de plántula, al término del experimento, a los 22 días, se midió la longitud en cm de la plántula y la raíz. La biomasa fresca y seca del vástago y la raíz, se evaluó con el peso fresco y seco en g, se usó una balanza analítica y estufa a 60 °C.

Análisis estadístico

Se aplicó análisis de varianza usando el programa SAS (^{SAS Institute, 1999}). Las diferencias entre las medias fueron comparadas por Tukey (p≤ 0.05) y se realizaron análisis de regresión.

Germinación

En la interacción factor frijol por concentración de sal se encontró que a una concentración de 2.304 g el frijol Negro disminuyó en mayor valor su germinación. En la interacción tipo de sal por tipo de frijol el frijol Azufrado y Pinto obtuvieron la mayor germinación con Na₂SO₄, pero con NaHCO₃ Azufrado y Pinto disminuyeron hasta alcanzar valores cercanos al del frijol Negro.

En general el porcentaje de germinación disminuyó conforme se incrementó la concentración salina (Cuadro 1), la CE teórica de 3.6 dS m^-1 con 2.304 g de sal la disminuyó 7%, la concentración de 4.032 g 31% y con 5.76 g 49%, con respecto al umbral, para todas las concentraciones y tipos de sal. La variedad de frijol más resistente en la atapa de germinación a todas las concentraciones y tipos de sal fue el Azufrado, seguido del Pinto y del Negro (Cuadro 2). El tipo de sal afectó de manera particular a cada variedad, el NaCl afectó más al frijol Pinto, el Na₂SO₄ al frijol Negro y el NaHCO₃ al frijol Pinto (Figura 1). El tipo de sal, a todas las concentraciones, que más disminuyó el porcentaje de germinación de todas las variedades de frijol fue el NaHCO₃ (33%), seguido del NaCl (18%) y el Na₂SO₄ (11%) (Cuadro 3).

Promedios en una columna con la misma letra son estadísticamente iguales (Tukey, 0.05). CEt= conductividad eléctrica teórica; PG= porcentaje de germinación; PF= peso fresco; PS= peso seco; DMS= diferencia mínima significativa; CV= coeficiente de variación. Anova general, sin discriminar por tipo de sal ni variedad

Cuadro 1 Efecto de las concentraciones de sal en la germinación, longitud, biomasa fresca y seca del vástago y raíz en frijol.  

Promedios en una columna con la misma letra son estadísticamente iguales (Tukey, 0.05). PG= Porcentaje de germinación; PF= peso fresco; PS= peso seco; DMS= diferencia mínima significativa; CV= coeficiente de variación. Los valores corresponden a la respuesta de cada variedad al factor salinidad sin discriminar concentración y tipo de sal.

Cuadro 2 Efecto de las variedades en la germinación, longitud, biomasa fresca y seca del vástago y raíz en frijol.  

Figura 1 Germinación de variedades de frijol en condiciones de salinidad inducidas con NaCl, Na₂SO₄ y NaHCO₃.  

Promedios en una columna con la misma letra son estadísticamente iguales (Tukey, 0.05). PG= porcentaje de germinación; PF= peso fresco; PS= peso seco; DMS= diferencia mínima significativa; CV= coeficiente de variación. Los valores corresponden a medias generales para todas las variedades y todas las concentraciones usadas para cada tipo de sal.

Cuadro 3 Efecto de los tipos de sal en la germinación, longitud, biomasa fresca y seca del vástago y raíz en frijol. 

Parte aérea

En la interacción factor frijol por concentración de sal se encontró que la longitud, biomasa fresca y seca del vástago de la concentración 0.64 a 2.304 el frijol Azufrado fue el más afectado con menor valor para estas variables. En la interacción tipo de sal por tipo de frijol la longitud, biomasa fresca y seca del vástago en frijol Azufrado fue de menor valor con NaCl y Na₂SO₄ pero con NaHCO₃ las tres variedades disminuyeron drásticamente los valores de estas variables y fueron cercanos entre si.

El Cuadro 1 mostro conforme incrementó la concentración salina la longitud, biomasa fresca y seca del vástago disminuyeron. A una concentración de 4.032 g L^-1 la longitud disminuyó 3.138 cm y a 5.76 g 3.942 cm, con respecto al umbral, para todas las concentraciones y tipos de sal. La variedad que alcanzó mayor biomasa fresca y seca para todas las concentraciones y tipos de sal fue el frijol Pinto (Cuadro 2). La etapa de plántula la sal que más afectó la longitud, biomasa fresca y seca de vástago y raíz de las variedades de frijol fue el NaHCO₃ (Cuadro 3), a una concentración de 2.304 g de NaHCO₃ ninguna variedad sobrevivió (Figura 2).

Figura 2 Longitud del vástago de variedades de frijol en condiciones de salinidad inducidas con NaCl, Na₂SO₄ y NaHCO₃.  

Parte subterránea

En la interacción factor frijol por concentración de sal se encontró que la longitud, biomasa fresca y seca de raíz de concentración 0.64 a 2.304 el frijol Azufrado fue el más afectado con menor valor para estas variables. En la interacción tipo de sal por tipo de frijol la longitud, biomasa fresca y seca de raíz en frijol Azufrado fue de menor valor con NaCl y Na₂SO₄ pero con NaHCO₃ las tres variedades disminuyeron drásticamente los valores de estas variables y fueron cercanos.

La longitud, biomasa fresca y seca de la raíz disminuyó conforme incrementó la salinidad. La longitud de la raíz en relación con el umbral tuvo una diferencia en promedio de 8.93 cm a concentración de 4.032 g L^-1 y 10.532 a 5.76 g (Cuadro 1). El frijol Pinto obtuvo mayor biomasa fresca y seca para todas las concentraciones y tipos de sal, seguido del Azufrado y Negro (Cuadro 2). La Figura 3 muestra que el NaHCO₃ a concentración de 2.304 g no permitió el desarrollo de la raíz. El NaCl afecta menos la longitud de la raíz que el Na₂SO₄.

Figura 3 Longitud de raíz de variedades de frijol en condiciones de salinidad inducidas con NaCl, Na₂SO₄ y NaHCO₃.  

Germinación

^{Mass y Hofman (1977)} establecen, con base al porcentaje de rendimiento relativo, como límite de tolerancia del frijol (umbral) en términos de conductividad eléctrica 1 dS m^-1 (0.64 g L^-1), los datos de este estudio coinciden, sin embargo el testigo (agua destilada) tuvo una germinación 4% menor al del tratamiento con 0.64 g de sal. La germinación en condiciones salinas donde no se utiliza agua destilada, condiciones de invernadero y sustrato inerte no reflejan esta diferencia. Sobre este resultado se infiere que la concentración de iones en las soluciones, hasta cierto límite superior e inferior, cumple una función importante en la activación del metabolismo de la semilla y funcionan como escarificadores para potenciar la germinación.

La tolerancia a la salinidad en la etapa de germinación es importante porque determina rápida implantación del cultivo y ventaja competitiva en el crecimiento y producción. La tolerancia a la salinidad entre variedades de frijol fue diferente y en general el incremento en salinidad disminuyó el porcentaje de germinación después del límite de tolerancia. Investigaciones sobre germinación en medios salinos demuestran esta tendencia, ^{Yokoishi y Tanimoto (1994)} con Suaeda japonica Makino y Chenopodium quinoa Willd, ^{Madueño et al. (2006)} con Rhynchosia minima L., ^{Konak et al. (1999)} y ^{Bagci et al. (2007)} con variedades y genotipos de Triticum aestivum L.

La semilla para germinar requiere absorber agua en cantidad suficiente para activar su metabolismo. La reducción en el porcentaje de germinación ocurre por estrés osmótico generado por las sales y la toxicidad de iones específicos. Un potencial osmótico menor en el medio de germinación debido a la presencia de altas concentraciones de sales promueve estrés osmótico. Mientras mayor sea la concentración de sales menor será el potencial osmótico, el potencial hídrico disminuirá y el agua estará menos disponible para la imbibición de la semilla.

El estrés osmótico con ciertas sales como el NaHCO₃ ocasiona toxicidad, por lo que la disminución de la germinación es aún mayor. Nuestros resultados de germinación con el NaCl y el Na₂SO₄ coinciden con los de ^{Huang y Redmann (1995)} quienes en especies de cebada y canola, encontraron menos afecto por sales de sulfato en comparación con el NaCl.

Parte aérea

Si la concentración de sal del medio de crecimiento supera al límite de tolerancia de la planta, la altura, biomasa fresca y seca del vástago, así como el contenido de agua en la planta disminuyen (^{Cachorro et al., 1993}; ^{Hosseini et al., 2002}; ^{Bai et al., 2008}; ^{Keshavarzi, 2012}; ^{Habtamu et al., 2014}). Algunas plantas para tolerar niveles altos de salinidad en el medio de crecimiento realizan un ajuste osmótico, que les permite generar potenciales menores al medio y poder absorber el agua y los nutrientes. El ajuste osmótico permite mantener o incrementar la turgencia celular y el crecimiento de la planta (^{Bai et al., 2008}; ^{Bahena-Betancourt et al., 2008}; ^{Pratap y Sharma, 2010}).

Las plántulas para disminuir su potencial osmótico absorben los iones en solución y los acumula en el tejido, así contrarrestan el potencial tóxico que generan las sales. Algunos iones absorbidos tienen efectos tóxicos cuando superan los límites específicos de tolerancia de cada planta. El Na+, Cl- y SO42- contribuyen con el ajuste osmótico (^{Ottow et al., 2005}). ^{Bhivare y Nimbalkar (1984)} encontraron que las sales NaCl y Na₂SO₄ propiciaron la suculencia de las hojas, sin embargo el NaCl reduce la altura y materia seca de la planta, además mejora el balance catiónico en comparación con el Na₂SO₄. ^{Cachorro et al. (1993)} concluyeron que Phaseolus vulgaris L. es sensible a la salinidad por NaCl y la inhibición del crecimiento se debió a efectos tóxicos de ión CI-. El bicarbonato a baja concentración tuvo efecto muy tóxico, en Picea glauca la biomasa aérea disminuyó con sodio en combinación con carbonato a bajas concentraciones (0.5 dS m^-1) (^{Maynard et al., 1997}).

El mayor efecto del NaHCO₃ puede atribuirse al efecto osmótico y a la generación de pH alcalino que afecta la actividad de enzimas y procesos metabólicos en las células (^{Yildirim et al., 2006}; ^{Pratap y Sharma, 2010}).

En el presente trabajo, al finalizar la germinación se observó que el hipocótilo y la radícula a 2.304 g de NaHCO₃ resultaron fuertemente dañados, las que sobrevivieron a concentraciones menores a 2.304 g de NaHCO₃ tuvieron una reducción en la longitud del vástago y la raíz en la etapa de plántula. La disminución de la biomasa fresca y seca del vástago del frijol se atribuye al estrés salino que pudo provocar una reducción en la absorción de agua.

La planta para realizar el ajuste osmótico bajo condiciones de salinidad activa mecanismos de adaptación para generar compuestos orgánicos. Además de la acumulación de Na+ y Cl- en los tejidos, la planta también genera prolina como respuesta al estrés osmótico (^{Misra y Gupta, 2005}; ^{Slama et al., 2007}; ^{Bai et al., 2008}). ^{Bahena-Betancourt et al. (2008)} mencionan que también se generan carbohidratos totales en hojas y tallos, para mantener la turgencia en etapas iniciales del agobio salino.

Parte subterránea

La salinidad provocado por NaCl redujo la longitud, biomasa fresca y seca de la raíz lo cual fue más notorio conforme se incrementó la salinidad del medio y fue diferente entre variedades. Se observó que a partir de 2.3 g es el Na₂SO₄ más inhibitorio que el NaCl sobre la longitud de raíces. Esta tendencia se observó en especies forrajeras (^{Shen et al., 2003}), en especies de Glycine max (^{Kao et al., 2006}), en Amaranthus spp. (^{Omamt et al., 2006}), en Phaseolus vulgaris L. (^{Gama et al., 2007}; ^{Bahena-Betancourt et al., 2008}; ^{Radi et al., 2013}; ^{Habtamu et al., 2014}) y en Medicago sativa L. (^{Farissi et al., 2013}).

Estudios en etapa de germinación de Lactuca sativa L. encontraron que la longitud de la plúmula y la radícula disminuyeron cuando aumento el nivel de salinidad (^{Keshavarzi, 2012}). En este estudio, se encontró que a partir de 1.472 g de NaHCO₃ el desarrollo del embrión se detuvo y a niveles más altos murieron. ^{Reginato et al. (2014)} en Prosopis strombulifera con NaCl y Na₂SO₄ encontraron que el SO4^2- tuvo un efecto más perjudicial sobre el crecimiento de la raíz que el Cl-. En la Figura 3 de nuestro trabajo se observó un efecto drástico inhibitorio del crecimiento de raíz con el NaHCO₃ a concentraciones de 2.034 g L^-1.

^{Bai et al. (2008)} encontraron que el déficit de agua de los brotes fue mayor que el de las raíces y tuvo una correlación positiva con la concentración de sal. Bajo estrés salino el transporte de agua fue inhibido desde la raíz hasta la plántula y esto mantuvo al Na⁺ en las raíces. ^{Hirpara et al. (2005)} con Butea monosperma Taub y NaCl encontraron que el crecimiento de raíz fue mucho mayor que el vástago, y que el contenido de agua de todos los tejidos de raíces primarias y raíces laterales se redujo, resultando en déficit de agua interno y una inhibición de la suculencia. En esta investigación la biomasa fresca de la raíz con respecto al testigo fue menor y se atribuye al estrés hídrico que pudo causar una disminución del contenido de agua en la raíz.