Inicio Noticias Nopal: Respuesta fisiológica a factores ambientales

Nopal: Respuesta fisiológica a factores ambientales

por Redacción

Por: Nancy Hernández

El nopal, Opuntia ficus-indica, es la cactácea de mayor importancia económica a nivel mundial ya que de ella se utilizan los tallos –cladodios– para forraje y alimento humano, y sus frutos. Está ampliamente distribuida en México como especie cultivada y aunque se cree que es nativa de aquí, no se encuentra en forma silvestre y de hecho se desconoce su origen.

Hasta 1994 alrededor del mundo se destinaban cerca de un millón de hectáreas al cultivo del nopal. Las especies que tradicionalmente se han cultivado para consumo humano como verdura y fruto, son principalmente Opuntia ficus-indica, O. ondulata y O. megacanta. Aunque en general las cactáceas presentan bajas proporciones de proteínas su producción de energía digestible es alta en relación al índice de precipitación pluvial requerido, por lo que su desarrollo en ambientes naturales semiáridos es menos limitado por la disponibilidad de nitrógeno comparativamente a otras especies, y se complementa con especies fijadoras de nitrógeno cohabitantes de estos ambientes como Leucaena (Guaje) y Prosopis (Guamuchil).  Además de la importancia y potencial de uso que el nopal tiene como alimento forrajero, fruto y verdura, se debe tomar en cuenta también su alto valor como organismo equilibrante en los ecosistemas semiáridos del mundo. Durante los temporales de lluvia abundante el nopal secuestra agua y nutrientes minerales para producir carbohidratos y vitaminas, los cuales podrán estar más disponibles económicamente que alimentos alternativos durante la época de estiaje.

La mayoría de las cactáceas son nativas de ambientes áridos o semiáridos, con temperaturas elevadas y escasa precipitación y donde algunas veces también ocurren heladas, lo que genera en ellas respuestas fisiológicas diversas  relacionadas tanto con el grado de incidencia del factor estresante como con sus mecanismos de respuesta. Un estrés ambiental significa que parte del potencial hídrico del ambiente difiere del potencial del organismo, así los bajos potenciales hídricos en el exterior de un organismo generan una fuerza conducente para la pérdida de agua y las bajas temperaturas dan lugar a una pérdida de calor. Cuando las plantas terrestres a través de sus raíces absorben menos agua del ambiente que el agua que transpira por las hojas (evapotranspiración) desarrollan un estado de estrés. El contenido relativo de agua, el potencial hídrico y la turgencia celular decrecen y la concentración de iones y otros solutos en la célula se incrementa reduciendo así el potencial osmótico. Además del cierre de estomas, los nopales y otras suculentas evitan el estrés hídrico mediante la acumulación de agua en los tejidos donde su potencial hídrico no es tan negativo (-1.0 Mpa en promedio) lo que les permite tomar el agua desde sus tejidos cuando ésta escasea en el suelo. Sin embargo, cuando las plantas de O. ficus-indica se encuentran en la etapa productiva de cladodios hijos o brotes, estos importan en sus etapas tempranas de desarrollo cantidades significativas de agua, que junto con la transpiración de los cladodios madre agotan las reservas de agua almacenadas en los tallos.

Bajo condiciones de estrés hídrico las plantas con metabolismo CAM obligado, superan con amplio margen en cuanto a la capacidad de asimilación de carbono, a sus congéneres con diversos grados de metabolismo CAM facultativo. Sin embargo, en el periodo de producción de brotes (nopalitos) y bajo condiciones de estrés hídrico, los cladodios madre de O. ficus-indica, reducen significativamente la ganancia de carbono; sobre todo cuando estos desarrollan más de cuatro brotes. Un factor común e importante en las zonas áridas y semiáridas es la presencia de altas concentraciones de sales, aunque también los suelos de regiones templadas están expuestos a este problema. Bajo estas condiciones las plantas deben vencer un potencial osmótico negativo para obtener agua además de sufrir los efectos potencialmente tóxicos propios de las altas concentraciones de sodio, carbonatos y cloro de estos suelos.

Algunas cactáceas también crecen en regiones áridas en latitudes muy hacia el norte o altitudes elevadas donde el factor estresante son las heladas que son poco comunes en las zonas semiáridas donde habitualmente se desarrollan las cactáceas. Se ha sugerido que en plantas del género Opuntia la presión osmótica en consistencia con el tipo de solutos de bajo peso molecular presentes en el mucílago del parénquima medular, es un factor que determina la resistencia a temperaturas bajo cero, puesto que dichos solutos ayudan a retener osmóticamente agua líquida dentro de las células, asegurando así la actividad metabólica por periodos mayores de tiempo después de una helada. En un trabajo realizado se incluyó a O. humifusa especie que se ha comprobado que soporta hasta -24 °C.

El mecanismo fotosintético CAM

El metabolismo ácido de las crasuláceas, CAM, es una adaptación fotosintética a la disponibilidad limitada de agua o C02, así como un importante proceso de fijación de carbono que permite por la noche fijar C02 en el citosol, mediante una enzima catalizadora (fosfoenolpiruvato carboxilasa -PEPC-), cuando la temperatura es más baja y la humedad relativa es mayor. Con lo que se forman ácidos orgánicos (usualmente malato), que son almacenados en las vacuolas de las células del clorenquima. Estos ácidos sufren descarboxilación diurna después de que los estomas se cierran, creando una fuente interna de C02 el cual es reasimilado en el cloroplasto por Rubisco (Ribulosa 1 ,5-bifosfato carboxilasa), una enzima que cataliza de manera irreversible la combinación del C02 con un azúcar denominado ribulosa 1 ,5-bifosfato (RuBP), y que es funcional en todos los organismos fotosintéticos, con excepción de algunas bacterias fotosintéticas.

Tanto en las plantas C3, C4 y CAM, los estomas son la ruta principal para el intercambio de gases, controlan la fijación de co2 y la transpiración de la planta. Los movimientos estomatales (cierre y apertura de estomas) son regulados tanto por factores internos como externos, entre los cuales se encuentran la concentración de C02, temperatura, luz, humedad relativa, potencial hidrico de la hoja y la radiación fotosintéticamente activa (PAR por sus siglas en ingles). El ciclo CAM se desarrolla en cuatro fases las cuales no se observan de manera clara o definida debido a interacciones complejas entre factores ambientales y del crecimiento vegetal que a menudo alteran u obscurecen ciertas características de cada fase

  • En la fase I – nocturna- , la enzima fosfoenol piruvato carboxilasa (PEPe) fija el C02 atmosférico en oxaloacetato (OAA) por carboxilación del fosfoenol piruvato (PEP) proveniente de la glicólisis (desdoblamiento de azúcares). El OAA es reducido a un ácido orgánico (ácido málico) por medio de la enzima NAD(P) malato dehidrogenasa y almacenado en la vacuola.
  • Fase II, al amanecer se presenta esta fase, en la cual tanto PEPe y Rubisco están activos y el malato se libera de la vacuola, hay carboxilación de la enzima PEPe a Rubisco.
  • Fase III Durante la mayor parte del día, cuando los estomas están cerrados, ocurre esta fase, inicia la descarboxilación de malato al tiempo que el C02 liberado es refijado por Rubisco, generando altas concentraciones de C02 internas e incremento en la presión parcial intercelular de co2 que promueve el cierre de estomas.
  • En la fase IV, las reservas de malato se reducen, causando una disminución en la disponibilidad de C02 intracelular, lo que se considera un factor endógeno que estimula la apertura de estomas y el consecuente ingreso de C02 atmosférico.

Conductancia

En el contexto de difusión de gases, se denomina conductancia al inverso de la resistencia a la difusión (generalmente en pmol m-2 s-1). En la conductancia estomática la fuerza impulsora del co2 hacia el interior de la hoja es la diferencia entre la presión del gas en el interior y la presión de la atmósfera exterior. La conductancia estomática puede variar cuando las hojas se ajustan a los cambios en irradiación, CO2 atmosférico y humedad relativa. Mientras que, la conductancia de CO2 de transferencia, que se difunde desde las cavidades subestomáticas a los sitios de carboxilación es aproximadamente constante a lo largo del día. La conductancia interna del CO2 es influenciada por la anatomía de la hoja.

En O. ficus-indica se observa que la asimilación neta de CO2, es mayor cuando la temperatura del aire se encuentra entre los 1  y 24 °C, la temperatura del aire es un factor ambiental determinante en la respuesta fotosintética de esta especie. La variación estacional en la asimilación de CO2 en Opuntia ficus-indica mantiene estrecha relación con la variación de los periodos en que el flujo fotónico fotosintético aumenta o disminuye, ya que mantienen cierta dependencia con la duración del fotoperiodo. Las variaciones en la concentración y capacidad de difusión o conductancia estomática de CO2 atmosférico en O. ficus-indica, afectan la asimilación de la planta, y ambos guardan cierta relación a su vez con factores ambientales como, humedad relativa, temperatura y luz (cantidad e intensidad), entre otros.

 

Balazos:

En presencia de altas concentraciones de sales, las plantas de nopal deben vencer un potencial osmótico negativo para obtener agua además de sufrir los efectos potencialmente tóxicos propios de las altas concentraciones de sodio, carbonatos y cloro de estos suelos

Relacionados

1 Comentario

Nicki Wujcik julio 18, 2019 - 12:11 am

Genial justo esto es lo que me faltaba para terminar mi trabajo, al fiiiiin T.T GRACIAS!

Respuesta

Deja un Comentario

Este sitio utiliza cookies para mejorar tu experiencia, ¿estás de acuerdo en seguir haciendo uso de nuestra plataforma? Aceptar Leer Más

UA-134859978-1