VARIACION DEL CONTENIDO DE PROLINA EN VARIEDADES DE QUINUA (Chenopodium quinoa Wlld.) BAJO DOS AMBIENTES DE WARU WARU

P.C. Aguilar; Z.Cutipa, E. Machaca, M. López y S. Jacobsen

 

1. Resumen

Con el objetivo de conocer la variación del contenido de prolina en variedades de quinua y su relación con el ambiente, se llevó a cabo durante la campaña agrícola 1997/98, experimentos con seis variedades de quinua y dos repeticiones, instalados en dos localidades de Puno: Muyapampa –Juli a 3815 msnm y Alto Catacha – Lampa a 3890 msnm y en dos condiciones hídricas del canal de waru waru: con y sin agua. El análisis de variancia es de un experimento de Diseño Bloque Completo al Azar de 6 variedades combinada a través de 4 ambientes. La relación entre variedades y localidades se realiza mediante el método de Finlay y Wilkinson (1963), teniendo cuatro índices ambientales y el promedio de las variedades. El contenido de prolina incrementa a medida que el ambiente se hace más desfavorable para el cultivo; por tanto, el ambiente Seco de Alto Catacha resulta en más adverso (0.55 ug/g) que los otros ambientes y la zona agroecológica Suni tiene mayor producción de prolina (0.545 ug/g) que la zona Circunlacustre (0.387 ug/g). En las variedades destacan la Wariponcho (0.64 ug/g) y CRIDER2 (0.55 ug/g), justificando su procedencia de la zona agroecológica Suni; siendo la variedad Kamiri con más bajo contenido de prolina. Las variedades CRIDER2 (b=2.37) y Wariponcho (b=1.06) muestran buena adaptabilidad a las condiciones ambientales más adversas; en cambio la variedad Salcedo INIA (b=-0.003) resulta con graves problemas de adaptación en áreas fuera de la zona agroecológica Circunlacustre.

2. Introducción

Entre los factores limitantes de la producción del cultivo de quinua (Chenopodium quinoa Willd.), están los ambientes adversos como la sequía, el anegamiento, la helada y la salinidad. Estos fenómenos en condiciones extremas producen estrés fisiológico, no obstante que la quinua esta mejor adaptada que otras plantas cultivadas; pero, no se tiene conocimientos validados sobre los mecanismos de tolerancia o de adaptación de esta especie. Pero, al nivel de otros cultivos se conocen los mecanismos de defensa para contrarrestar el estrés hídrico, térmico y salino; desde estructuras orgánicas, fisiológicas y hasta la síntesis de ciertos metabolitos tales como los aminoácidos. El contenido de prolina en los vegetales está correlacionado inversamente con los ambientes más favorables de humedad, temperatura y salinidad. Como a la quinua se le considera como tolerante al estrés de estos factores y de amplio rango de adaptación, se supone que debe tener también amplia variabilidad del contenido de prolina y las variedades que se cultivan fuera de la zona agroecológica Circunlacustre deben tener mayor contenido de prolina. Esta cuestión es la que se presenta en este trabajo con variedades y ambientes diferenciales elegidas para el experimento.

3. Revisión de Literatura

El estrés hídrico se produce en la planta cuando la absorción de agua del sistema radicular es insuficiente para satisfacer la demanda evaporativa atmosférica. Esto afecta a procesos fisiológicos y reproductivos, consiguientemente a la disminución de la producción (Lin y Kao, 1995; Acevedo et al., 1998). Se produce la inhibición de la expansión celular, generalmente seguida por una reducción de la síntesis de pared celular y la síntesis proteica puede ser igualmente sensible al estrés hídrico; la actividad enzimática sufre cambios observables, la división celular también es inhibida, las estomas comienzan a cerrarse, provocando una reducción de la transpiración y de la fotosíntesis; la formación de granos y el rendimiento de los cultivos disminuyen. En trigo se genera aborto de espiguillas distales y granos con bajo peso (Acevedo et al., 1998).

En el curso de la evolución, las especies vegetales han sufrido adaptaciones, desarrollando toda una serie de mecanismos destinadas a contrarrestar las condiciones de estrés. Estos mecanismos son variados e incluyen la síntesis de ciertos metabolitos tales como los aminoácidos, aminas cuaternarias, azucares solubles, polioles, poliaminas, compuestos de sulfonio, fructanos y pigmentos (carotenoides, antocianos, betalaínas). La acumulación de solutos al déficit hídrico ha llevado la formulación del ajuste osmótico, con la única finalidad de incrementar la retención hídrica. En consonancia con ella, se han detectado en diversas especies concentraciones de glicinabetaína, prolina y pinitol, superiores a 1 M (Prado, 1997).

A la prolina se le considera como uno de los osmoprotectores para la resistencia a las condiciones de sequía y salinidad (McCue y Hanson, 1990; Riquelme, et al., 1997), su acumulación en los tejidos sometidos a tensión hídrica y su síntesis neta parece provenir de los carbohidratos por vía del cetoglutarato y del glutamato. En un tejido turgente la oxidación de prolina es muy rápida, mientras que, bajo condiciones de déficit hídrico se inhibe la oxidación de prolina que mantendría niveles altos de prolina. La acumulación de prolina bajo el estrés hídrico alcanza entre 10 -100 veces que cuando la célula está turgente, y hay evidencia de que la acumulación de prolina se debe a la síntesis nueva, más que a un rompimiento de las proteínas (Parsons, 1991). En las plantas sometidas a estrés, la prolina desempeñaría las siguientes funciones: a) participación en el ajuste osmótico del comportamiento citoplasmático; b) protección de membranas; c) participación en la regulación del pH citoplasmático; d) nexo entre la síntesis de prolina con el metabolismo de los glúcidos; e) establecimiento de una reserva de N2 en la fase de recuperación del estrés; y f) bloqueo del crecimiento celular (Requelme, et al., 1997).

El contenido de prolina en el cultivo de quinua, al estado de plántula y a deferentes temperaturas, se encontró aumentos hasta los 15 oC, pero a partir de esta temperatura los patrones de variación fueron distintos para cada tejido. Para el caso de la radícula su contenido baja aproximadamente en un 50% a 25 oC; en el tallo dicha variación sólo fue del 15%. En los cotiledones el contenido de prolina aumenta en forma sostenida con la temperatura, mientras que para perisperma este comportamiento solo se observa hasta los 25ºC para luego disminuir nuevamente (Rosa, 1997). En la cuenca del Titicaca, se encontró una relación inversa entre el contenido de prolina con el contenido de humedad del suelo; por lo que, en las hojas que sufrieron un periodo de sequía; las condiciones de "waru waru húmedo" tuvo 17.96 ug/g de prolina, inferior a las condiciones de "waru waru seco" con 25.78 ug/g de prolina. Indicando que la acumulación de prolina en las hojas estaría estimulado por la deficiencia de agua o que la mayor humedad del suelo limita la acumulación de prolina (Aguilar et al., 1998).

4. Materiales y Métodos

El experimento se llevó a cabo en dos zonas agroecológicas (ZA) de Puno, Perú: Muyapampa, Juli (ZA Circunlacustre) a 3815 msnm y Alto Catacha, Lampa (ZA Suni alta) a 3890 msnm y bajo dos condiciones hídricas de la infraestructura de waru waru: un grupo de camellones con agua en sus canales (waru waru húmedo) cuyo bordo libre fue de por lo menos de 40 cm, con la función de subriego temporal y otro grupo de camellones con buen drenaje (waru waru seco) dependiendo exclusivamente del agua de precipitación pluvial. En periodos de sequía durante el ciclo vegetativo, había diferencias de 6 a 8 % entre ambas condiciones de humedad del suelo. La combinación entre dos niveles de localidades y dos niveles de waru waru, conforman cuatro ambientes: Alto Catacha con waru waru seco, Alto Catacha con waru waru húmedo, Muyapampa con waru waru seco y Muyapampa con waru waru húmedo. En estos ambientes se instalaron ensayos con 6 variedades de quinua repetidos en tres camellones, enmarcado en un Diseño Bloque Completo al Azar. Las variedades son: Kancolla (la más común de la zona), Cheweca (representa a la zona norte del altiplano húmedo), Kamiri (variedad mejorada de Bolivia), Wariponcho (procedente de la zona árida de Laraqueri), Salcedo (variedad mejorada en la Estación Salcedo INIA, Puno), y CRIDER2 (material compuesto avanzado de selección masal).

En la evaluación se muestrea 20 plantas por parcela, para obtener el grano; allí, se toma 10g de semilla para la determinación del contenido de prolina en cada parcela del experimento, mediante el método de Ting et al., (1979) citado por Aguilar, et al., (1998). Para la interpretación de los factores se emplea la prueba de significación de comparaciones múltiples de Duncan y para la relación variedad por ambiente el método de Finlay y Wilkinson (1963), teniendo cuatro índices ambientales y promedio de las variedades.

5. Resultados y Discusión

Los efectos de los ambientes y de las variedades son estadísticamente diferentes (a =0.01) y existe una interacción significativa entre ambiente y variedad; aunque el coeficiente de variabilidad es ligeramente alto (C.V.=20.85 %) debido posiblemente a la gran variación de la humedad del suelo de las parcelas observadas durante el monitoreo en el campo y no al análisis de prolina en el Laboratorio. Esto, indica mayor cuidado en el manejo de las condiciones ambientales para reducir el error experimental.

El contenido de prolina de la quinua varía con los ambientes (Cuadro 1 y Figura 1), así en el ambiente Seco de Alto Catacha (0.55 ug/g) supera a los otros ambientes aunque estadísticamente similar al ambiente Húmedo de alto Catacha (0.54 ug/g). Además, se observa una diferencia bien marcada entre las dos zonas agroecológicas; donde la localidad de alto Catacha (0.545 ug/g) con sus dos condiciones de infraestructura "waru waru húmedo" y "waru waru seco" superan amplia y significativamente a las dos condiciones similares de Muyapampa (0.387 ug/g). En cambio los "waru waru secos" superan ligeramente a los "waru waru húmedos"; aunque, estadísticamente son parecidos debido a que en la semilla está la expresión total y acumulada de la producción de este aminóacido (Requelme, et al., 1997); es decir, en los "waru waru húmedos" las plantas sufrieron también estrés hídrico en los últimos estados fenológicos del cultivo, induciendo incrementos hasta cerca de los niveles alcanzados en los "waru waru secos" durante el periodo de crecimiento; en consecuencia, este comportamiento resulta diferente a la que se ha encontrado en las hojas después del periodo de sequía y cuando las condiciones de humedad de los waru waru eran diferentes; es decir, las hojas de quinua en los "waru waru secos" presentan mayor contenido de prolina (Rosas, 1997 y Aguilar et al., 1998).



 

GRUPOS DUNCAN

MEDIA

NIVELES

FACTORES

A

0.5513

Alto Catacha seco

AMBIENTES

A

0.5406

Alto Catacha húmedo

B

0.3998

Muyapampa seco

B

0.3738

Muyapampa húmedo

A

0.6441

Wariponcho

VARIEDADES

B A

0.5541

CRIDER2

B C

0.4348

Salcedo INIA

C

0.4009

Cheweca

C

0.4007

Kancolla

C

0.3635

Kamiri


CUADRO 1. GRUPOS DUNCAN (a =0.01) PARA EL CONTENIDO DE PROLINA (ug/g). EN VARIEDADES DE QUINUA Y EN AMBIENTES

El mayor contenido de prolina estaría relacionado a la mayor adversidad del medio ambiente, en este caso no tanto a la sequía, sino probablemente a las condiciones térmicas, como a la presencia de heladas y al comportamiento de la humedad relativa, ya que en términos generales la localidad de Alto Catacha se encuentra en la zona agroecológica Suni y está muy alejada del efecto termorreguladora del lago Titicaca, por tanto, es más inhóspito para el cultivo de la quinua. Mientras, la localidad de Muyapampa está a la orilla del lago presenta condiciones climáticas menos adversas de la zona agroecológica Circunlacustre (Grace, 1985) y como consecuencia hay menor contenido de prolina en esta localidad (Figura 1).

El contenido de prolina también varía con las variedades (Cuadro 1 y Figura 2), sobresaliendo las variedades Wariponcho y CRIDER2, semejantes estadísticamente superan al resto, siendo la variedad Kamiri con más bajo contenido de prolina, aunque estadísticamente iguales a las variedades Salcedo INIA, Kancolla y Cheweca. Este comportamiento era de esperarse, porque la Variedad Wariponcho y la línea CRIDER2 son procedentes de la zona más árida y fría del ámbito del cultivo de quinua (Laraqueri, límite del cultivo). En cambio las variedades mejoradas como Salcedo, y Kancolla son mayormente cultivadas en la ZA Circunlacustre y carecen de esta característica de adaptación, igualmente se puede decir de la variedad Cheweca, procedente de la zona de Ururillo (Suni húmeda) está adaptado más bien a condiciones más lluviosas y se enmarca dentro del modelo de variaciones de prolina señalado por Prado (1997). En el caso de la variedad Kamiri, que procede de la zona más árida de Bolivia, es probable que los ambientes del experimento, todavía le son favorables hídricamente.

Cuando se relaciona el comportamiento de las variedades con respecto a los ambientes (Figura 3), la Wariponcho se ubica en la zona de buena adaptabilidad a todas las condiciones ambientales (b=1.06), ratificando su procedencia y su adaptación a condiciones más adversas de la cuenca, en cambio la línea CRIDER2 responde en ambientes más adversos y no así en ambientes favorables, por consiguiente es una variedad muy sensible, pero es un material con buenas perspectivas para posteriores trabajos de mejoramiento. La variedad Salcedo INIA (b=-0.003) es la que se mantiene casi inalterable en todos los ambientes, inclusive hay indicios de que en ambientes muy desfavorables disminuye el contenido de prolina en vez de incrementarse; por tanto, esta variedad tendría graves problemas en su desarrollo en áreas de clima adverso y sobre todo en la producción de grano a medida que el ambiente se aleje de la influencia termo-reguladora del lago Titicaca.

6. Conclusiones

El contenido de prolina en la quinua está en relación inversa con los ambientes más favorables, por lo que el ambiente Seco de Alto Catacha (0.55 ug/g) supera al resto de los ambientes (aunque estadísticamente similar al ambiente Húmedo de alto Catacha); por lo que, en la zona agroecológica Suni (0.545 ug/g) hay mayor producción de prolina que en la zona Circunlacustre (0.387 ug/g). El contenido de prolina también varía con las variedades, destacando las variedades Wariponcho (0.64 ug/g) y CRIDER2 (0.55 ug/g), superan al resto de las variedades, justificando su procedencia de la zona agroecológica Suni; siendo la variedad Kamiri con la más baja. Además, las variedades CRIDER2 (b=2.37) y Wariponcho (b=1.06) expresan buena adaptabilidad a las condiciones ambientales más adversa; en cambio la variedad Salcedo INIA (b=-0.003) muestra problemas de adaptación en áreas fuera de la zona agroecológica Circunlacustre.

7. Recomendaciones

Como indicador de adaptación de las variedades de quinua a las condiciones de sequedad, no es conveniente utilizar el contenido de prolina en el grano, mas bien el uso de las hojas al final del estrés hídrico resulta la más conveniente. La Línea CRIDER2 y la variedad Wariponcho constituyen material importante para trabajos de mejoramiento con el fin de lograr tolerancia al estrés climático o para la ZA Suni y Puna húmeda.

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