Respuestas fisiológicas de los cítricos al exceso de boro. Estudio de portainjertos y micorrización

Abstract

Las concentraciones de boro (B) en las aguas de riego procedentes de plantas de desalinizadoras, depuradoras, etc. podrían suponer un problema importante a corto plazo en la zona del Levante Español, ya que este elemento podría alcanzar niveles tóxicos para un gran número de nuestros cultivos, entre ellos los cítricos. La tolerancia de los cítricos a los estreses medioambientales como sequía, salinidad, inundación, deficiencias nutricionales dependen de una un gran número de factores, pero uno de los principales es el portainjerto en el que se injerta la variedad. Por ello, es de gran importancia conocer la tolerancia relativa al exceso de boro de los portainjertos de cítricos utilizados en el levante español, para identificar cuáles son tolerantes o sensibles, así como abordar una serie de estrategias que nos permitan mejorar esta tolerancia en aquellos portainjertos más sensibles. Por ello, el objetivo principal de esta tesis fue mejorar la tolerancia de los cítricos al estrés por exceso de boro seleccionando portainjertos tolerantes, o mejorando los portainjertos sensibles mediante la micorrización. Para la consecución de este objetivo se plantearon tres experimentos. En el primer experimento se estudiaron los efectos del exceso de B (0,25 y 10 mg L-1, aplicado como H3BO3 en la solución nutritiva) sobre los tres portainjertos más utilizados en la citricultura española: citrange Carrizo (CC), Citrus macrophylla (CM) y naranjo Amargo (NA). El segundo experimento consistió en comparar los portainjertos citrange Carrizo (CC), mandarino Cleopatra (CL) y Forner-Alcaide nº 5 (hibrido entre mandarino Cleopatra × citrange Carrizo; F5) con tres tratamientos de boro: 0,25 (control), 5 y 10 mg L-1. En el tercer experimento se evaluó la micorrización como una estrategia para mejorar la tolerancia al exceso de boro de las plantas de citrange Carrizo, regando con 0,25 (control), 5 y 10 mg L-1 de B. En los tres experimentos se midieron parámetros de crecimiento vegetativo, intercambio gaseoso, fluorescencia de clorofilas, nutrición mineral, solutos orgánicos y estrés oxidativo. Según los resultados, en el primer experimento se llegó a la conclusión que el portainjerto de NA fue el más tolerante, mientras que CC el más sensible al exceso de boro. Esto fue debido a que las plantas de NA acumularon una menor concentración de boro como consecuencia de la menor absorción de boro por las raíces y su transporte hacia la parte aérea con respecto a los otros dos portainjertos. Además, en el portainjerto NA detectamos un potente sistema antioxidante capaz de contrarrestar los efectos tóxicos del boro. Al ver que las plantas de citrange Carrizo eran las menos tolerantes, se evaluó si la combinación de este portainjerto con mandarino Cleopatra (Forner-Alcaide nº 5) podría mejorar la tolerancia de citrange Carrizo. Los resultados obtenidos indicaron que efectivamente F5 presentó una mayor tolerancia al exceso de boro que su progenitor CC, aunque no mejoró dicha tolerancia con respecto a CL. No obstante, F5 podría ser un buen portainjerto para cítricos cultivados en condiciones de exceso de B, porque su raíz no muestra ninguna sensibilidad a la toxicidad del B. Por otro lado, se evaluó la micorrización como una estrategia más a corto plazo para mejorar la tolerancia al exceso de boro de variedades injertadas ya en citrange Carrizo. Se observó que las plantas micorrizadas son más tolerantes al exceso de boro ya que tuvieron una menor concentración de B en las hojas; y además, en estas plantas, su maquinaria fotosintética parece ser menos sensible a la concentración de B que las plantas no micorrizadas. Los datos de estos tres experimentos también nos permitieron conocer cómo afecta la toxicidad por boro a la asimilación neta de CO2, y qué papel juegan los azúcares y el sistema antioxidante en los posibles mecanismos que tienen las plantas para reducir la sensibilidad a la toxicidad por boro en los cítricos

The concentrations of boron (B) in irrigation water coming from desalination and water treatment plants could become a major concern at a short term in the Spanish region of Mediterranean areas, since this element may reach toxic levels for many of their horticultural crops, including among them citrus trees. Citrus tolerance to environmental stresses such as drought, salinity, flooding, nutritional deficiencies depend on many factors, but one of them is the rootstock on which the scion is grafted. It is therefore very important to know the relative tolerance to boron excess of citrus rootstocks used in the Spanish, to identify which are tolerant or sensitive as well as address agronomical strategies that allow improving the tolerance of those more sensitive rootstocks. Therefore, the main objective of this thesis was to improve tolerance to stress excess boron in citrus trees selecting rootstocks tolerant, or improving sensive rootstocks by mycorrhizae. To achieve these objective three independent experiments were carried out. In the first experiment, the effects of excess B (0,25 and 10 mg L-1, applied as H3BO3 in the nutrient solution) over the three citrus rootstocks most used in the Spanish studied Carrizo citrange (CC), Citrus macrophylla and Sour orange (NA) was studied. The second experiment was done to compare rootstocks Carrizo citrange (CC), Cleopatra mandarin (CL) and Forner-Alcaide Nº 5 (F5; hybrid of Cleopatra mandarin × Carrizo citrange) with three boron treatments: 0,25 (control), 5 and 10 mg L-1. The third experiment, mycorrhizal colonization was evaluated as a strategy to improve the tolerance of Carrizo citrange plants, watered with 0,25 (control), 5 and 10 mg L-1 B. In all three experiments parameters of vegetative growth, gas exchange, chlorophyll fluorescence, mineral nutrition, organic solutes and oxidative stress were measured. According to the results in the first experiment it was concluded that the NA rootstock was the most tolerant, while CC was the most sensitive to excess boron. This was because the NA plants accumulated a lower concentration of boron as a result of lower boron uptake by the roots and transport to the aerial part with respect to the other two rootstocks. In addition, in the rootstock NA was detected a powerful antioxidant system able to counteract the toxic effects of boron. As CC plants were less tolerant, we evaluated whether the combination of CC with CL rootstock (F5) could improve tolerance of citrange Carrizo. The results showed that effectively F5 showed a higher tolerance to excess boron relative to its parent CC, but it did not improve the tolerance with respect to CL. With this data, we concluded that F5 could be a good rootstock for citrus grown in conditions of excess B, because its root shows no sensitivity to the toxicity. On the other hand, the mycorrhizae were evaluated as a more short-term strategy to improve excess boron tolerance of grafted trees in CC. It was observed that mycorrhizal plants are more tolerant to excess boron as they had a lower concentration of B in leaves; and furthermore, in these plants the photosynthetic machinery appears to be less sensitive to the concentration of B relative to non-mycorrhizal plants. Data from these three experiments also let us know how it affects boron toxicity net CO2 assimilation rate and the role the sugars and antioxidant system in the possible mechanisms of citrus plants to reduce sensitivity the toxicity of boron in their tissues