Reacciones protectoras histogénicas de las plantas y sustancias humínicas

Cuando las plantas se intoxican con diversas sustancias que ingresan con la corriente ascendente al xilema a través de las raíces o directamente en los tallos cortados con agua, se observa una reacción defensiva histogénica característica. Esta consiste en el pardeamiento de las paredes y la formación de una masa parda que obstruye el sistema conductor, deteniendo así la absorción del factor nocivo.

Así, al mantener diversas plantas con sus raíces en agua o en una solución nutritiva que contiene sustancias alelopáticamente activas, altas concentraciones de sales u otros factores tóxicos, ya al segundo o tercer día en el xilema de la zona conductora de las raíces, y con mayor frecuencia en las partes del sistema conductor del tallo situadas más arriba, especialmente en los nodos, se produce el pardeamiento de las paredes del xilema y se forman obstrucciones compuestas por una sustancia parda amorfa.

Tales obstrucciones en el xilema han sido observadas anteriormente por otros investigadores, aunque les daban una interpretación diferente. Por ejemplo, nosotros observamos la localización de depósitos pardos en el xilema del trigo cultivado junto con la grama; sin embargo, creíamos que esta masa era agropireno, un triterpeno fisiológicamente activo secretado por los rizomas de la grama.

A menudo, las obstrucciones surgen cuando las plantas son afectadas por bacterias y hongos que causan enfermedades de marchitez; como la marchitez en tomates y algodón, la grafiosis del olmo, entre otras. Además, la obstrucción de los vasos se explica por el desarrollo de microflora patógena en ellos. También se cree que la causa de la obstrucción puede ser no solo el micelio en desarrollo, sino también sustancias específicas de marchitez: las marasminas. Algunas marasminas han sido identificadas y obtenidas en forma de preparados puros, por ejemplo, ácido picolínico, licomarasmina, fitoniveína, ácido fusárico, etc., aunque el mecanismo de su efecto sobre las plantas aún no se ha revelado completamente.

Probablemente, al igual que bajo la influencia de un factor alelopático, en este caso se produce la obstrucción del xilema, acompañada de marchitez y muerte de la parte aérea. Por lo tanto, las obstrucciones en el xilema surgen durante intoxicaciones alelopáticas, fitopatógenas, puramente químicas y de otro tipo en las plantas.

Supusimos que la aparición de obstrucciones es una reacción defensiva universal de la planta ante la penetración de sustancias nocivas. Tal taponamiento permite a la planta detener, al menos temporalmente, la entrada de la toxina y evitar la muerte inmediata. Con el tiempo, la planta desarrolla raíces laterales y xilema adicional, adquiere una estructura suculenta para evaporar menos agua y así reducir la entrada de la toxina a la parte aérea. Se ha descrito, por ejemplo, el aumento de la suculencia de las hojas bajo la influencia de la alelopatía. El taponamiento de las cavidades del xilema permite a la planta retrasar la muerte inmediata por intoxicación y, si el factor tóxico actuó temporalmente, sobrevivir al período desfavorable.

Imaginamos el mecanismo de formación de obstrucciones en los vasos del xilema de la siguiente manera. El factor nocivo, que ha entrado en los vasos muertos del xilema, penetra a través de las células en todos los tejidos de los tallos y hojas y, al parecer, afecta más fuertemente a las células vivas del parénquima situadas junto al xilema.

En este proceso, las reacciones histogénicas defensivas se pueden dividir en dos tipos. En primer lugar, hacia el lugar de mayor irritación del tejido vivo adyacente al xilema, fluyen desde toda la planta, y especialmente desde las hojas, diversas sustancias protectoras, gracias a las cuales aumenta la intensidad de la respiración de los tejidos afectados y, probablemente, se lleva a cabo la neutralización de las sustancias tóxicas mediante su metabolización y oxidación.

Si la entrada del veneno continúa, la planta no logra inactivar completamente la toxina de esta manera y las sustancias protectoras salen a la cavidad de los vasos del xilema, donde comienza la segunda etapa de las reacciones defensivas. Debido al cambio drástico en las condiciones del medio, la alteración de la separación espacial de las sustancias en la savia del xilema provoca autólisis, lo que conduce a la desnaturalización y descomposición de proteínas y otros componentes de las células vegetales y a la formación de compuestos poliméricos parcialmente oxidados. Estos precipitan, acumulándose en ciertas partes de los vasos y obstruyéndolos.

El taponamiento de las cavidades de los vasos puede posteriormente ser causa de la inhibición o muerte de las plantas si no logran regenerar el sistema vascular conductor a tiempo. Así, el mecanismo de las reacciones defensivas es doble: al principio, la planta intenta inactivar las toxinas bioquímicamente aumentando la respiración y la oxidación biológica en la zona de penetración de las toxinas. Posteriormente, se desarrollan obstrucciones que impiden la entrada de venenos con los que la planta ya no es capaz de lidiar bioquímicamente.

Por supuesto, tal división es condicional, ya que la masa obstructora no solo es una barrera en el camino de la corriente ascendente, sino también un medio de inactivación de sustancias tóxicas mediante adsorción y precipitación. Como han demostrado nuestros estudios histoquímicos, la masa parda consiste en compuestos poco solubles o insolubles. Su composición cambia durante el proceso de formación: al principio se detectan glucosa, sustancias pécticas, compuestos fenólicos, lignina, y en las últimas etapas se detectan melaninas en la composición de la sustancia parda. La composición completa de la masa parda no ha sido estudiada, pero probablemente sea muy compleja.

Dado que la obstrucción de los vasos se encuentra bajo las influencias nocivas más diversas y, como se sabe, los compuestos húmicos a menudo mitigan la influencia nociva de varios factores, nos interesó la cuestión de la posible influencia de las sustancias húmicas en la formación de obstrucciones y, a través de ellas, en el fortalecimiento o debilitamiento de las reacciones defensivas de la planta. Verificar esta suposición fue el objetivo del presente trabajo.

METODOLOGÍA Y MATERIALES

Las sustancias húmicas se obtuvieron de la siguiente manera: 50 g de turba o humus se vertieron en 150 ml de KOH 0,1 N y se filtraron después de 16 horas de infusión. A 50 ml del filtrado obtenido se añadieron 8 ml de H2SO4 1 N, se calentó al baño maría para precipitar los coloides orgánicos y se filtró. Los ácidos húmicos quedaron en el filtro.

El residuo en el filtro en nuestros estudios se tomó como la dosis completa de ácidos húmicos o se dividió en dos, cuatro y ocho partes y se añadió al agua donde se encontraban las plantas experimentales. Así, la concentración de sustancias húmicas correspondía a una solución de 50 g de turba (humus) en 200, 400 u 800 ml de agua, es decir, era bastante alta. No buscamos una dosificación exacta, ya que solo nos interesaba el resultado cualitativo.

En los experimentos también se investigaron extractos acuosos de humus y turba; 80 g de humus o turba secados al aire se vertieron en agua y el volumen se llevó a 500 ml. Después de una infusión de 24 horas, los extractos se utilizaron para el experimento.

Con el fin de estudiar la influencia de las sustancias húmicas en las reacciones defensivas del organismo vegetal bajo la influencia de sustancias alelopáticamente activas, preparamos extractos acuosos de rizomas secos de grama Agropyron repens L. y masa aérea seca de trébol rojo en una proporción de 1:10. Se añadieron sustancias húmicas a 200 ml del extracto de grama y trébol, y se colocaron en ellos plantas extraídas con raíces del campo.

Para el estudio se tomaron plantas de colza de invierno Brassica napus var. oleifera D. variedad Mytishchinsky Nº 1, avena Avena sativa L. variedad Lgovsky 1023 y fresa Fragaria ananassa Duch. variedad Kievskaya Temprana. Las plantas de control se colocaron en agua del grifo y las experimentales en extractos según el esquema presentado en la Tabla 1.

Las plantas se mantuvieron en los extractos en condiciones de laboratorio y se estudiaron al quinto y séptimo día después del inicio del experimento. Los cortes microscópicos se realizaron manualmente en los lugares donde aparecía la sustancia parda que obstruía los vasos: en la colza de invierno, en raíces, tallos y pecíolos de las hojas; en la avena, en los nodos de macollamiento y nodos del tallo; en la fresa, en tallos y pecíolos de las hojas. La presencia de cambios patológicos en los vasos se estudió en cortes microscópicos. Para el estudio se tomaron 5 plantas y se examinaron entre 30 y 50 cortes bajo el microscopio.

Resultados y discusión

Los resultados de los experimentos se presentan en la Tabla 1. En las plantas de control de colza, al quinto día después del inicio del experimento, se detecta una sustancia que obstruye los vasos. Este fenómeno obviamente se puede explicar por el hecho de que la colza es una planta alelopáticamente muy activa y bajo ella se acumularon sustancias nocivas en el agua, lo que provocó una autointoxicación.

Sin embargo, cabe señalar que la cantidad de sustancias que obstruyen los vasos y la extensión de las obstrucciones en las plantas de control de colza son incomparablemente menores que en aquellas que se mantuvieron en los extractos experimentales. La introducción de sustancias húmicas obtenidas de humus y turba en el agua no tuvo ningún efecto sobre la formación de obstrucciones en la colza.

En la fresa, entre el 5º y el 8º día en estas condiciones, se produjo el pardeamiento de los vasos del xilema en pecíolos y tallos; sin embargo, la dosis completa de ácidos húmicos del humus mitigó algo este proceso y no se detectó pardeamiento en los pecíolos. En los tallos, el pardeamiento de las paredes del xilema y las obstrucciones surgieron solo hacia el final del experimento.

En la avena, por el contrario, la dosis completa de ácidos húmicos del humus aumentó la formación de obstrucciones en las cavidades del xilema. Por lo tanto, los ácidos húmicos diluidos en agua aumentaron la formación de obstrucciones hacia el final del experimento.

Los ácidos húmicos obtenidos del humus y añadidos a los extractos de grama no tuvieron un efecto especial en las plantas y la sustancia que obstruye los vasos apareció aproximadamente en la misma cantidad que en el extracto puro de grama sin sustancias húmicas. Al mismo tiempo, los ácidos húmicos obtenidos de la turba suavizaron significativamente la influencia alelopática del extracto de grama en las plantas de avena y fresa, como resultado de lo cual, al séptimo día del experimento, solo se notaron rastros de una masa amarillenta que obstruía los vasos. En la colza, en el extracto de grama, incluso diluido con agua (1:1), los ácidos húmicos obtenidos de la turba no tuvieron un efecto positivo.

En las concentraciones que estudiamos, suavizaron significativamente la influencia alelopática de los extractos de grama en las plantas investigadas. Los extractos de trébol son más tóxicos para las plantas que los extractos de grama. Los ácidos húmicos del humus y la turba potencian el efecto alelopático del trébol.

En estas variantes, en todas las plantas estudiadas por nosotros, la sustancia que obstruye los vasos o causa el pardeamiento de sus paredes se detecta en mayores cantidades que en el extracto puro de trébol. La fresa es una planta muy sensible. En el 4º-5º día del experimento, las hojas de fresa se vuelven parcialmente pardas y se secan estando verdes, mientras que en la avena y la colza, las hojas amarillean gradualmente y se decoloran: en ellas se destruyen completamente los cloroplastos. Este fenómeno está obviamente relacionado con el hecho de que en la colza y la avena, las sustancias nocivas, habiendo penetrado en la planta, actúan más suavemente y la envenenan gradualmente.

Las sustancias de reserva de las hojas se consumen para aumentar la intensidad de la respiración y juegan un papel importante en la formación de reacciones defensivas. Las sustancias alelopáticamente activas contenidas en el extracto de trébol, habiendo penetrado en las hojas de fresa, ejercen un efecto tóxico agudo sobre los cloroplastos, como resultado de lo cual las hojas se vuelven pardas y se secan. Es probable que los ácidos húmicos en el extracto de trébol intensifiquen el proceso patológico. La dilución del extracto con agua no tuvo importancia para la fresa.

Los extractos acuosos de humus y turba tuvieron el mismo efecto en las plantas que los ácidos húmicos puros. Así, los ácidos húmicos obtenidos del humus y especialmente de la turba reducen la influencia alelopática de la grama sobre las plantas en cierta medida (el número de obstrucciones disminuye) y la potencian en los extractos de trébol rojo (la obstrucción se intensifica).

Estos estudios confirman nuestra suposición de que la sustancia parda que surge en los vasos del xilema es una reacción defensiva del organismo vegetal al principio nocivo que ha penetrado en él. Además, los ácidos húmicos manifiestan su efecto de dos maneras: en un caso, la cantidad de obstrucciones disminuye y, por consiguiente, se intensifica la intoxicación bioquímica de las secreciones de la grama; en el otro, la obstrucción aumenta, lo que aparentemente está asociado con el fortalecimiento de la función defensiva bajo la influencia de los ácidos húmicos.

Los datos obtenidos nos permiten concluir que las sustancias húmicas son capaces de aumentar la resistencia de las plantas a los efectos de los factores alelopáticos.

Tabla 1. Influencia de las Sustancias Húmicas (SH) en el daño del xilema causado por factor alelopático

Nota: — daño ausente; + vasos dañados; ++ vasos dañados fuertemente; +++ vasos dañados en cantidades muy grandes; X daño vascular débil; 0 estudio no realizado.