Utilización de aguas regeneradas para el riego de dos especies de la familia de las mirtáceas (Myrtus communis L. y Eugenia myrtifolia L.). Respuesta morfológica, fisiológica y bioquímica a distintos niveles de salinidad.

Abstract

La investigación realizada evalúa la posibilidad de la reutilización de aguas residuales de distinta calidad, que previamente han sido depuradas (ARD), para el riego de dos especies de la familia de las Mirtáceas (Myrtus communis L. y Eugenia myrtifolia L.) empleadas con usos y fines ornamentales. Las aguas utilizadas en este trabajo tienen una composición que varía estacionalmente ya que presentan orígenes distintos, aunque tienen en común que son aguas más o menos salinas: ARD1 (CE = 1,7 dS/m), ARD2 (CE = 3,5 dS/m), ARD3 (CE = 8 dS/m). Por tanto, es necesario establecer el nivel de tolerancia de las especies estudiadas a los elementos químicos potencialmente fitotóxicos presentes en este tipo de aguas, tales como el cloro, sodio y boro. También es importante estudiar los beneficios que las ARDs pueden aportar a la fisiología de la planta. Tanto E. myrtifolia como M. communis son especies adecuadas para utilizarse en estudios morfológicos, fisiológicos y bioquímicos en respuesta al riego con aguas de baja calidad. Los resultados obtenidos establecen que el uso de ARDs provoca efectos diferentes en las plantas, dependiendo del origen y calidad de dichas aguas, especialmente en lo referente a la capacidad de recuperación con respecto a los niveles de salinidad aplicados. También las respuestas de las plantas son distintas en función del drenaje aplicado. Los solutos presentes en las aguas regeneradas minimizan los efectos tóxicos producidos por las sales. Los resultados obtenidos también han permitido identificar las respuestas y mecanismos utilizados por dichas especies para paliar los efectos negativos de la aplicación de distintos niveles de salinidad (0,8 dS/m; 4 dS/m; 8 dS/m; 12 dS/m), tanto a corto plazo (días) como a largo plazo (4 meses), analizando los efectos osmóticos y tóxicos producidos por las sales. Con tal objeto, se ha estudiado el comportamiento hídrico, nutricional y bioquímico de las plantas. También se ha prestado atención a la capacidad de recuperación después de las alteraciones sufridas durante la fase de salinización, observándose en ambas especies que el cambio brusco frente a las nuevas condiciones de riego, aun utilizando agua de buena calidad y lavando exhaustivamente las sales del sustrato, supone para las plantas una nueva situación de estrés. Todo ello permite identificar las distintas estrategias utilizadas por las plantas: acumulación selectiva o exclusión de iones, compartimentación de iones a nivel celular y de planta completa, síntesis de iones compatibles (ajuste osmótico), cambios en la eficiencia fotosintética y en la fluorescencia de clorofilas, cambios anatómicos y en la temperatura de las hojas, alteración en la estructura de las membranas, así como alteraciones en los perfiles hormonales. Con respecto a algunas diferencias interespecíficas, las plantas de mirto acumulan el ion Na+ en la raíz, restringiendo su translocación a la parte aérea y limitando la absorción del ion Cl- por la raíz, pero no su transporte a las hojas. En contraste, las plantas de eugenia limitan la absorción del ion Na+ y tienden a acumular más el ion Cl- en la raíz, dificultando su transporte a la parte aérea. También merecen destacarse los cambios anatómicos que se producen en las plantas de eugenia, consistentes en un aumento en el porcentaje de parénquima en empalizada (zona que contiene los cloroplastos) y de los espacios intercelulares, mientras que tiene lugar una disminución del parénquima esponjoso, para conseguir una menor resistencia que facilite la llegada del CO2 a los cloroplastos, en una situación en la que su entrada a la hoja se encuentra limitada debida al cierre estomático. En el caso del mirto los cambios anatómicos observados no afectan al parénquima en empalizada mientras que se observa una disminución en el porcentaje de células del parénquima esponjoso y un aumento en los espacios intercelulares. Por otra parte la eficiencia fotosintética (quenching fotoquímico), después de un mes de riego con aguas salinas (NaCl), fue mayor en eugenia mientras que sus mecanismos de eliminación de exceso de energía luminosa en forma de calor (quenching no fotoquímico) mostraron valores más bajos. Las respuestas observadas en los parámetros de fluorescencia fueron inversas en el caso del mirto. Por último como respuesta al estrés oxidativo, las plantas de mirto presentan mayores niveles de actividad catalasa, mientras que en eugenia se observan mayores niveles constitutivos de las actividades SOD, POX y MDHAR. Los resultados obtenidos pueden ser muy valiosos en estudios interdisciplinares para estimar el significado ecológico del estrés salino en determinadas especies vegetales.

This Thesis evaluates the possibility of reuse of wastewater of varying quality, that has previously been purified (RW, reclaimed water), for the irrigation of two plant species from the Myrtaceae family (Myrtus communis L. and Eugenia myrtifolia L), employed for ornamental purposes. The different waters used have a composition that varies seasonally as they derive from different origins. However, they have in common some level of salinity: RW1 (CE = 1.7 dS/m), RW2 (CE = 3.5 dS/m), RW3 (CE = 8 dS/m). Thus, it is necessary to establish the level of tolerance of the species studied to potentially phytotoxic chemical elements present in these types of waters, such as chlorine, sodium and boron. It is also important to consider the benefits that such waters can contribute to the physiology of these plants. Both E. myrtifolia as M. communis are appropriate species for use in morphological, physiological and biochemical studies describing their response to irrigation with low quality water. The results establish that the use of RW causes different effects on plants, depending on the origin and quality of wastewater, especially with regard to the recovery from the salinity levels applied. In addition, the plant responses will differ depending on the possibility of drainage application. Solutes present in RW minimize toxic effects of salts. The results also have identified responses and mechanisms used by these species to mitigate the negative effects of applying different levels of salinity (0.8 dS/m; 4 dS/m; 8 dS/m; 12 dS/m), both in the short term (days) and at long term (4 months), analyzing the osmotic and toxic effects of salts. For this purpose, the nutritional and the biochemical behavior of plants was studied. The response of the plants after recovery from the salinization periods has also been taken into account. In both plant species, the abrupt change from the new irrigation conditions, even using good quality water, brought about a new stress situation. This allows us to identify different strategies used by both plant species: selective accumulation or exclusion of ions, ion compartmentalization at the cellular level and whole plant, synthesis of compatible solutes (osmotic adjustment), changes in photosynthetic efficiency and chlorophyll fluorescence, anatomical and leaf temperature changes, alteration in the structure of the membranes, as well as alterations in hormone profiles. Regarding some interspecific differences, myrtle plants accumulate Na+ ion in the root, restricting its translocation to the aerial part and limiting the Cl- ion uptake by the roots, but with no transport to the leaves. In contrast, eugenia plants limited Na+ uptake and accumulated more Cl- in the root, preventing its transport to the shoots. Also, it is worth mentioning the anatomical changes that occurred in eugenia plants, consisting of an increase in the percentage of palisade parenchyma (the region containing the most number of chloroplasts) and intercellular spaces, while there was a decrease in the spongy parenchyma, that can facilitate CO2 arrival to the chloroplasts, in a situation where its entry to the leaf can be limited due to stomatal closure. In myrtle plants, anatomical changes observed did not affect the palisade parenchyma, but a decrease in the percentage of spongy parenchyma cells was observed as well as an increase in intercellular space. Moreover, photosynthetic efficiency (photochemical quenching parameters), after a month of irrigation with saline water, was higher in eugenia while their mechanisms of safe removal of excess light energy (non-photochemical quenching) showed lower values, whereas an inverse response in the fluorescence parameters was observed in myrtle plants. Finally, in response to oxidative stress, myrtle plants exhibited higher levels of catalase activity, while eugenia plants displayed higher basal levels of SOD, POX and MDHAR activities. The results can be very valuable in interdisciplinary studies to estimate the ecological significance of salt stress in ornamental plant species.