La combinación de nanopartículas de óxido de manganeso y quitosano mejoró el crecimiento y la respuesta antioxidante de plantas sometidas a salinidad en ensayos de invernadero
Redactor: Santiago Duarte
Editor: Karem Díaz S.
Un tratamiento foliar aplicado en dosis reducidas permitió disminuir parte del daño causado por la salinidad en plantas de tomate, según una investigación encabezada por científicos vinculados con la Universidad de Texas en El Paso, Estados Unidos.
La formulación combina nanopartículas de óxido de manganeso con quitosano, un biopolímero de origen natural, y se pulveriza directamente sobre las hojas. En pruebas realizadas bajo condiciones controladas de invernadero, el tratamiento mejoró el crecimiento, la fotosíntesis y los mecanismos antioxidantes de las plantas expuestas a niveles moderados y severos de sal.
Los resultados fueron publicados en la revista International Journal of Phytoremediation y apuntan a una posible herramienta para sostener la producción de tomate en tierras donde la acumulación de sales reduce progresivamente la productividad agrícola.
La sal impide que las raíces absorban agua
La salinidad del suelo crea un desequilibrio que dificulta la entrada de agua a las raíces, incluso cuando existe humedad disponible. Las plantas sometidas a esta condición reducen su crecimiento y pueden cerrar parcialmente los estomas de las hojas, lo que limita el intercambio gaseoso y ralentiza la fotosíntesis.
El exceso de determinados iones también puede resultar tóxico, alterar la absorción de nutrientes y dañar las membranas celulares. En el tomate, estas alteraciones pueden traducirse en menor biomasa, problemas durante la floración y una reducción del tamaño o rendimiento de los frutos.
Investigaciones anteriores han mostrado que el estrés salino modifica la floración y el desarrollo de los órganos florales del tomate, con respuestas diferentes según la concentración de sal a la que se expongan las plantas.
El equipo responsable del nuevo estudio señaló que más de 8,3 millones de kilómetros cuadrados de tierras están afectados por la salinidad en el mundo. El problema amenaza entre el 20% y el 30% de las superficies agrícolas irrigadas, especialmente en zonas áridas y semiáridas.
El tratamiento combina manganeso y quitosano
La formulación ensayada reúne dos componentes con funciones complementarias. Las nanopartículas de óxido de manganeso aportan un micronutriente necesario para distintos procesos fisiológicos, mientras que el quitosano puede actuar como bioestimulante y favorecer las respuestas defensivas de las plantas.
El quitosano se obtiene habitualmente a partir de la quitina presente en caparazones de crustáceos. En agricultura se estudia por su biodegradabilidad y por su capacidad para estimular mecanismos relacionados con el crecimiento y la tolerancia frente a factores de estrés.
La aplicación foliar permite que la formulación entre en contacto directamente con el tejido vegetal, sin intentar retirar o neutralizar la sal acumulada en el suelo. El objetivo consiste en reforzar la capacidad de la planta para mantener sus funciones mientras permanece expuesta a un ambiente desfavorable.
Hamidreza Sharifan, profesor asistente de química de la Universidad de Texas en El Paso y autor correspondiente del estudio, destacó que el tratamiento funcionó con cantidades pequeñas y podría representar una alternativa de bajo costo. Sin embargo, su posible empleo comercial todavía depende de nuevas evaluaciones fuera del invernadero.
Las plantas tratadas recuperaron parte de su crecimiento
Los investigadores probaron el aerosol en plantas de tomate sometidas a estrés salino moderado y severo. La respuesta más notable apareció cuando se aplicaron conjuntamente las nanopartículas de manganeso y el quitosano.
Bajo las condiciones de salinidad más intensas, las plantas tratadas duplicaron el peso de sus brotes en comparación con los tomates estresados que no recibieron la combinación. El peso de las raíces aumentó más de un 55%.
Estos resultados indican que el tratamiento mitigó parte de la reducción de biomasa provocada por la sal, aunque no significan que las plantas quedaran completamente libres de estrés ni que la formulación pueda recuperar por sí sola un suelo degradado.
La respuesta observada coincide con otras líneas de investigación que buscan aprovechar mecanismos biológicos para producir en terrenos salinizados. Entre ellas se encuentra el uso de bacterias del suelo que favorecen el crecimiento de cultivos en condiciones salinas.
La fotosíntesis también mostró una recuperación
La salinidad reduce la cantidad y el funcionamiento de pigmentos vinculados con la captura de luz. Cuando estos compuestos disminuyen, la planta pierde capacidad para generar la energía necesaria para formar raíces, hojas, flores y frutos.
En el experimento, la combinación aplicada sobre las hojas ayudó a recuperar pigmentos fotosintéticos. Los niveles de carotenoides aumentaron aproximadamente un 91% frente a las plantas afectadas por sal que no recibieron el tratamiento.
Los carotenoides cumplen una doble función: participan en la captación de energía luminosa y ayudan a proteger los tejidos frente al daño oxidativo. Su recuperación sugiere que las plantas pudieron conservar mejor su aparato fotosintético bajo estrés.
Los autores también observaron una disminución de indicadores químicos asociados con daños celulares. Este efecto fue acompañado por una activación más intensa de los sistemas antioxidantes de la planta.
Las enzimas antioxidantes aumentaron hasta un 300%
La exposición a concentraciones elevadas de sal favorece la formación de moléculas reactivas que pueden deteriorar proteínas, membranas y otros componentes celulares. Las plantas responden mediante enzimas antioxidantes capaces de neutralizar parte de esas sustancias.
En los tomates tratados, la actividad de algunas de estas enzimas aumentó hasta un 300%. La respuesta indica que la formulación no se limitó a aportar nutrientes, sino que también estimuló mecanismos internos de protección.
Esta activación puede explicar por qué los tejidos conservaron mejor sus pigmentos y acumularon más biomasa. El tratamiento ayudó a las plantas a gestionar las consecuencias fisiológicas de la salinidad en lugar de modificar directamente la concentración de sal presente en el terreno.
La tolerancia a la sal también depende de la genética de cada planta. Los científicos estudian los mecanismos de resistencia presentes en tomates silvestres para identificar características que podrían incorporarse a variedades comerciales.
El estudio se realizó bajo condiciones de invernadero
Los resultados proceden de un ambiente controlado, donde es posible regular la concentración de sal, la temperatura, el riego y la aplicación del tratamiento con mayor precisión que en una explotación agrícola.
Las condiciones de campo son más variables. La composición del suelo, el clima, la calidad del agua, la variedad de tomate, la etapa de desarrollo y la frecuencia de las aplicaciones podrían modificar el desempeño del aerosol.
Por esa razón, los investigadores subrayaron que serán necesarios ensayos en parcelas agrícolas antes de recomendar su utilización a gran escala. También deberán determinarse las dosis, los momentos de aplicación y la relación entre el costo del tratamiento y el aumento real de la cosecha.
El estudio tampoco presentó resultados sobre la producción final de frutos en explotaciones comerciales. La mejora del peso de raíces y brotes constituye una señal favorable, pero debe comprobarse si se traduce de manera consistente en mayor rendimiento y calidad del tomate.
La seguridad ambiental requiere seguimiento
El empleo de nanopartículas en agricultura exige analizar su comportamiento una vez aplicadas, su posible acumulación en los tejidos y sus efectos sobre el suelo, los microorganismos, el agua y los organismos no objetivo.
Los autores indicaron que las próximas investigaciones deberán evaluar las consecuencias ambientales a largo plazo. También será necesario establecer cuánto manganeso llega al fruto y si los residuos permanecen dentro de márgenes seguros.
El quitosano es considerado un material biodegradable, pero la seguridad de la formulación completa no debe deducirse únicamente de las características individuales de sus componentes. La evaluación debe considerar concentración, frecuencia de uso y condiciones productivas.
La necesidad de verificar estos aspectos es especialmente importante si el tratamiento se utiliza repetidamente durante varios ciclos o en regiones donde la salinidad obliga a mantener aplicaciones continuas.
La salinidad avanza con el riego y el drenaje deficientes
La acumulación de sales puede originarse de manera natural, pero también se agrava por prácticas agrícolas inadecuadas. El riego introduce pequeñas cantidades de minerales que permanecen en el terreno cuando el agua se evapora y no existe un drenaje suficiente para desplazarlos fuera de la zona radicular.
El problema es frecuente en regiones secas, donde la evaporación es elevada y las precipitaciones no alcanzan para lavar las sales. El uso continuado de agua con alta conductividad eléctrica también acelera la degradación.
La subida del nivel freático, la intrusión de agua marina y determinadas prácticas de fertilización pueden aumentar la concentración salina. Una vez establecido el problema, los agricultores afrontan menor productividad y mayores costos para conservar sus cultivos.
Las intervenciones foliares pueden apoyar temporalmente a la planta, pero no reemplazan el manejo del suelo y del agua. El drenaje, el lavado controlado, el monitoreo de la conductividad eléctrica y la selección de sistemas de riego adecuados continúan siendo medidas fundamentales.
Los portainjertos ofrecen otra vía de adaptación
La respuesta del tomate a la salinidad puede modificarse mediante el injerto sobre patrones con mayor capacidad para restringir la entrada de sodio, mantener la absorción de agua o conservar el equilibrio nutricional.
Un análisis previo examinó cómo distintos portainjertos regulan la tolerancia de los vástagos de tomate y mostró que las interacciones entre ambas partes de la planta influyen en el metabolismo, el crecimiento y el rendimiento bajo estrés.
La selección de variedades tolerantes, el injerto, los bioestimulantes, los microorganismos beneficiosos y las mejoras del riego no son necesariamente estrategias excluyentes. Su combinación podría ofrecer una protección más sólida que una intervención aislada.
La formulación de manganeso y quitosano tendría que integrarse dentro de este tipo de manejo, una vez que los ensayos de campo determinen en qué condiciones aporta beneficios suficientes.
El tomate tiene una elevada importancia productiva
La producción mundial de tomate alcanzó alrededor de 192 millones de toneladas en 2023, según la información citada por el equipo. El cultivo ocupa una posición central tanto en el mercado de producto fresco como en la industria de salsas, concentrados, conservas y otros derivados.
Buena parte de la producción se localiza en regiones cálidas y secas que dependen del riego. Estas áreas son especialmente vulnerables a la salinización cuando disminuye la disponibilidad de agua de buena calidad o se intensifica la evaporación.
Los efectos de la sal sobre el tomate no siempre son lineales. Un estudio sobre la interacción entre salinidad y plagas del tomate encontró que ciertas concentraciones disminuyeron la alimentación y puesta de huevos de algunos insectos, aunque las plantas también crecieron menos y mostraron signos de estrés.
Estos resultados confirman que un posible beneficio puntual no convierte la salinidad en una condición deseable. La prioridad agronómica continúa siendo evitar niveles capaces de comprometer el crecimiento, la floración y el rendimiento.
Una herramienta complementaria para tierras degradadas
El aerosol estudiado no elimina las sales ni rehabilita directamente los terrenos afectados. Su función potencial consiste en ayudar a las plantas a mantener sus procesos fisiológicos mientras crecen en condiciones de salinidad.
Esta diferencia es relevante para los agricultores. Una aplicación foliar podría resultar más sencilla y económica que algunas intervenciones sobre grandes extensiones, pero sus beneficios dependerán del grado de degradación y del manejo general de la parcela.
En suelos con concentraciones extremas, problemas severos de drenaje o agua de riego muy salina, reforzar las defensas del cultivo probablemente no bastará para sostener una producción rentable.
Los próximos ensayos deberán establecer los límites de eficacia, confirmar la respuesta en distintas variedades y comprobar si el tratamiento mantiene sus beneficios durante todo el ciclo productivo.
Fuentes referenciales:
Phys.org
International Journal of Phytoremediation
