Effect of halophyte-based management in physiological and biochemical responses of tomato plants under moderately saline greenhouse conditions

Abstract

Salinity, both in irrigation water and in soils, is one of the major abiotic constraints for agriculture activity worldwide. Phytodesalinization is a low-cost plant-based bioremediation strategy that can effectively amend saltaffected soils by cultivating salt tolerant plants. However, very few studies have evaluated the use of halophyte plants in crop management systems. In this work, we apply two different tomato crop management strategies involving the halophyte Arthrocaulon macrostachyum L. in a moderately saline soil: intercropping (mixed cultivation) and sequential cropping (cultivation of tomato where halophytes were previously grown). We investigated the effect of the different crop managements in some physiological and biochemical variables in tomato plants, including mineral nutrients content, photosynthesis, chlorophyll and flavonol contents, antioxidant metabolism and fruit production and quality. At soil level, both intercropping and sequential cropping decreased chloride content, sodium adsorption ratio and electrical conductivity, leading to reduced soil salinity. In tomato plants, halophyte-dependent management improved nutrient homeostasis and triggered a mild oxidative stress, whereas photosynthesis performance was enhanced by intercropping. In tomato fruits, the sequential cropping led to a 27% production increase and a slight decrease in the soluble sugar contents. We suggest the use of A. macrostachyum, and hence of halophyte plants, as an environmentally friendly phytoremediation strategy to improve plant performance while improving crop production, leading to a more sustainable agriculture and enhancing biodiversity.

La salinidad, tanto en el agua de riego como en los suelos, es una de las principales limitaciones abióticas para la actividad agrícola en todo el mundo. La fitodesalinización es una estrategia de biorremediación basada en plantas y de bajo costo que puede enmendar eficazmente los suelos afectados por la sal mediante el cultivo de plantas tolerantes a la sal. Sin embargo, muy pocos estudios han evaluado el uso de plantas halófitas en los sistemas de manejo de cultivos. En este trabajo, aplicamos dos estrategias diferentes de manejo del cultivo de tomate que involucran la halófita Arthrocaulon macrostachyum L. en un suelo moderadamente salino: el cultivo intercalado (cultivo mixto) y el cultivo secuencial (cultivo de tomate donde previamente se cultivaron halófitas). Investigamos el efecto de los diferentes manejos de cultivos en algunas variables fisiológicas y bioquímicas en las plantas de tomate, incluidas el contenido de nutrientes minerales, la fotosíntesis, el contenido de clorofila y flavonoles, el metabolismo antioxidante, y la producción y calidad de los frutos. A nivel de suelo, tanto el cultivo intercalado como el secuencial disminuyeron el contenido de cloruros, la relación de adsorción de sodio y la conductividad eléctrica, lo que llevó a una reducción de la salinidad del suelo. En las plantas de tomate, el manejo dependiente de halófitas mejoró la homeostasis de nutrientes y provocó un leve estrés oxidativo, mientras que el rendimiento fotosintético mejoró con el cultivo intercalado. En los frutos de tomate, el cultivo secuencial llevó a un aumento del 27% en la producción y una ligera disminución en el contenido de azúcares solubles. Sugerimos el uso de A. macrostachyum y, por lo tanto, de plantas halófitas como una estrategia de fitorremediación ecológica para mejorar el rendimiento de las plantas, al mismo tiempo que mejora la producción de cultivos, lo que lleva a una agricultura más sostenible y mejora la biodiversidad.