Introducción
⌅El
cambio climático y las actividades humanas han modificado severamente
la distribución natural de las sales en la superficie de varios paisajes
y ha conducido a la degradación de ecosistemas agrícolas y naturales (IPCC, 2023IPCC.
(2023). Summary for policymakers. En H. Lee y J. Romero (Eds.), Climate
Change 2023: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and
III to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on
Climate Change (pp. 1-34). IPCC. https://doi.org/10.59327/IPCC/AR6-9789291691647.001
). La acumulación excesiva de iones en el suelo,
como el calcio, magnesio, sodio, sulfato y cloruro, inhibe la
germinación, el crecimiento y el desarrollo de las plantas mediante su
efecto sobre la absorción del agua y los nutrientes (Uçarlý, 2020Uçarli, C. (2021). Effects of salinity on seed germination and early seedling stage. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.93647
; Velmurugan et al., 2020Velmurugan,
A., Swarnam, P., Subramani, T., Meena, B. y Kaledhonkar, M. J. (2020).
Water demand and salinity. En: Desalination: Challenges and
Opportunities. IntechOpen. ISBN: 978-1-78984-738-3 https://doi.org/10.5772/intechopen.88095.
).
La salinidad excesiva puede incluso reducir significativamente el rendimiento de los cultivos (Kumar et al., 2021Kumar,
A., Singh, S. N., Tripathi, D. K., Rawat, D. K. y Maurya, N. (2021). To
study the effect of growth and metabolic parameters of French bean
(Phaseolus vulgaris L.) as influenced by sulphur and iron application.
Indian Journal of Pure and Applied Biosciences, 9(1), 336-343.
),
esta se origina dependiendo de la fuente de sales, ya sea proveniente
de la intemperización de rocas, de los contenidos en sales de los
acuíferos o directamente del agua de mar y de los procesos que llevan a
su translocación y acumulación (Hassani et al., 2021Hassani,
A., Azapagic, A. y Shokri, N. (2021). Global prediction of primary soil
salinization under changing climate in the 21st century. Nature
Communications, 12(1), Article 6663. https://doi.org/10.1038/s41467-021-26907-3
). Los procesos de salinización pueden darse en
regiones de clima árido y semiárido donde la evaporación es mayor a la
precipitación, lo que provoca que la solución del suelo ascienda y las
sales se acumulen en la superficie. También en regiones costeras
tropicales, cuando hay un manto freático cerca de la superficie rico en
sales (ONEI, 2022Oficina Nacional de Estadística e Información (ONEI). (2022). Panorama ambiental Cuba 2021. Dirección de Estadísticas Básicas.
).
A partir de sus investigaciones, Hernández et al. (2023)Hernández,
J. A., López, P. D. y Morales, D. M. (2023). Métodos de análisis para
calcular el contenido de sales de los suelos de Cuba. Agrotecnia de
Cuba, 47(1), 93-97. ISSN: 0538-3114
afirman que un 14 %
de los suelos de Cuba están afectados por la salinidad, lo que
representa un millón de ha. Entre estos suelos se encuentran algunos
Fluvisoles con niveles moderados de sales, que no alcanzan las
concentraciones extremas observadas en los Solonchaks. Estos últimos se
presentan solamente en una pequeña área al sur de la provincia de
Holguín y en el Valle de Guantánamo.
El frijol común (Phaseolus vulgaris L.), dentro de los granos, es la leguminosa más importante para la
alimentación en el trópico de América Latina. La producción mundial de
este cultivo alcanza los 30,4 millones de toneladas y entre los países
mayores productores se encuentran la India, Myanmar, Brasil, Estados
Unidos, China, Tanzania y México (FAOSTAT, 2021FAOSTAT. (2021). La producción mundial de frijol (Phaseolus vulgaris L.) [Base de datos]. Roma, Italia: FAO. Recuperado de http://www.fao.org/faostat/es/#data/QC
).
En el caso de Cuba, se cosecharon unas 73
mil hectáreas de frijoles en el 2020, con una producción total de 65
toneladas y un rendimiento agrícola promedio de 0,89 t ha-1 (ONEI, 2021Oficina
Nacional de Estadística e Información (ONEI). (2021). Agricultura,
ganadería y pesca. En Anuario Estadístico de Cuba (Edición 2022). La
Habana, Cuba: ONEI. Recuperado de http://www.onei.cu
) que son muy inferiores a los óptimos del
cultivo. En los últimos años, el cambio climático ha causado deterioro
en los ecosistemas de producción de frijol. Las principales causas de
las afectaciones, se relacionan con deficiencias hídricas en los suelos,
incremento de plagas y la salinidad.
El frijol común es una de
las especies cuya producción puede verse afectada negativamente por la
salinidad, debido a que es un cultivo poco tolerante a las sales
contenidas en el agua y en el suelo (Miranda et al., 2021Miranda,
A., Martínez, M. E. y Villalobos, A. (2021). Efecto del NaCl en la
germinación de cultivares de frijol. Universidad & Ciencia, 10(2),
39-53. http://revistas.unica.cu/uciencia40
). En los últimos 10 años, la salinidad por NaCl
es la que ha producido los mayores efectos negativos en la producción de
frijol, la cual es inducida por la utilización de agua de riego con
niveles altos de sal.
La germinación del frijol es el proceso
fisiológico de mayor afectación por los niveles altos de salinidad. Una
de las formas de vencer los efectos de la salinidad por NaCl, es la
selección de genotipos tolerantes (Miranda et al., 2021Miranda,
A., Martínez, M. E. y Villalobos, A. (2021). Efecto del NaCl en la
germinación de cultivares de frijol. Universidad & Ciencia, 10(2),
39-53. http://revistas.unica.cu/uciencia40
). Por estas razones, el objetivo de este trabajo
fue evaluar el efecto de la salinidad sobre la germinación de semillas
de dos variedades de Phaseolus vulgaris L. cultivadas en la provincia de Guantánamo.
Materiales y Métodos
⌅Material vegetal y condiciones de laboratorio
⌅Los experimentos se realizaron en el Laboratorio de Fisiología Vegetal del Departamento de Recursos Fitogenéticos y Semillas, del Instituto de Investigaciones Fundamentales en Agricultura Tropical (INIFAT), en la localidad de Santiago de las Vegas, municipio Boyeros, La Habana, Cuba. Se utilizaron semillas de las variedades CC-25-9R (grano rojo) y CULL-156 (grano negro), las cuales se cultivaron en el municipio de Imías, en la provincia de Guantánamo, Cuba.
Desinfección de las semillas
⌅Las semillas se lavaron inicialmente con agua destilada estéril, seguida de una desinfección con una solución de etanol 70 % (v/v) por 2 min mediante agitación manual. A continuación, se colocaron en una solución de hipoclorito de sodio al 2 % (v/v) y se agitaron de forma manual durante 5 min. Las semillas desinfectadas se enjuagaron con agua destilada estéril.
Prueba de germinación en condiciones de estrés salino
⌅Se colocaron las semillas en placas Petri de 90 mm de diámetro sobre papel de filtro a razón de 20 semillas por placa, con tres placas por tratamiento. El experimento se llevó a cabo a una temperatura media de 21,5 ± 0,4 oC, una humedad relativa de 56,2 ± 2,1% y 9 h continuas de luz durante 10 días. La temperatura y la humedad se registraron diariamente con un higrotermómetro (temperatura en grados Celsius y la humedad relativa en %).
Se emplearon siete tratamientos de salinidad, generados mediante la aplicación de 20 mL de soluciones de NaCl (Tabla 1). La conductividad eléctrica se determinó con un conductímetro de mesa, marca Hanna (Precisión: ± 1% de lectura ± 0.05 µs/cm). La humedad de las placas se mantuvo durante todo el experimento.
| Concentración de NaCl (mM L-1) | 0 | 25 | 50 | 75 | 100 | 125 | 150 | 200 |
| Conductividad eléctrica (dS m-1) | 0,0015 | 2,66 | 5,24 | 7,85 | 10,3 | 11,0 | 13,1 | 17,4 |
Evaluación de los índices fisiológicos
⌅Se efectuaron recuentos diarios del número de semillas germinadas durante 10 días a partir de la siembra, considerando aquellas con una longitud radicular igual o superior a 2 mm. Después de diez días de exposición las plántulas fueron removidas de las placas y se midió la longitud del hipocótilo y la radícula. Se calculó el porcentaje final de germinación (G), el porcentaje de inhibición de la germinación (PIG), el índice de estrés de la longitud del hipocótilo y/o radícula (IE), el porcentaje de inhibición del crecimiento del hipocótilo (PIH) y el porcentaje de inhibición del crecimiento de la radícula (PIR).
Donde:
Análisis estadístico de los datos
⌅El
experimento se llevó a cabo según un diseño completamente aleatorizado
con tres réplicas. Los datos se analizaron mediante un análisis de
varianza (ANOVA) bifactorial (Lerch, 1977Lerch, G. (1977). La experimentación en las ciencias biológicas y agrícolas. La Habana, Cuba: Editorial Científico-Técnica.
),
considerando los factores genotipo y tratamiento. El cumplimiento de
las premisas del ANOVA se comprobó mediante la prueba de Bartlett
(homogeneidad de varianzas) (Bartlett, 1937Bartlett,
M. S. (1937). Properties of sufficiency and statistical tests.
Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and
Physical Sciences, 160(901), 268-282. https://doi.org/10.1098/rspa.1937.0109
) y la prueba de Kolmogorov-Smirnov (normalidad) (Massey, 1951Massey,
F. J. Jr. (1951). The Kolmogorov-Smirnov test for goodness of fit.
Journal of the American Statistical Association, 46(253), 68-78. https://doi.org/10.2307/2280095
). (Los datos expresados como porcentajes se transformaron a arcosen√x; la longitud del hipocótilo y la radícula a √x) .
Los
datos relativos a las longitudes se tomaron a partir de cuatro
plántulas seleccionadas al azar de cada placa, para un total de 12
plántulas. Las comparaciones múltiples de medias se realizaron mediante
la prueba de Tukey HSD (p<0.05) (Lerch, 1977Lerch, G. (1977). La experimentación en las ciencias biológicas y agrícolas. La Habana, Cuba: Editorial Científico-Técnica.
).
Los valores del error estándar de las medias se refieren a los datos
transformados. Todos los análisis estadísticos se llevaron a cabo con el
programa Statistica, v.10.0 para Windows (StatSoft, Inc., 2011STATSOFT, Inc. (2011). Statistica. System reference. StatSoft, Inc., Tulsa, Oklahoma, USA, 1098 p.
).
Resultados y Discusión
⌅Efecto de la salinidad sobre la germinación
⌅La comparación del porcentaje final de germinación (Figura 1) reveló diferencias significativas entre genotipos, con una media de 92,7 ± 1,9 % para CULL-156 y 83,0 ± 2,0 % para CC-25-9R. La diferencia entre tratamientos de salinidad también fue significativa, aunque no la interacción entre ambos factores.
El porcentaje de germinación fue
mayor en el cultivar CULL-156, respecto al CC-25-9R, con diferencia
estadística entre ellos La salinidad sólo afectó negativamente la
germinación a 200 mM (Figura 1),
con valores medios de germinación de 72,7 ± 5,5 %. En el rango de 0 mM a
150 mM los porcentajes de germinación se mantuvieron entre 95,3 ± 2,4 %
y 86,0 ± 4,2 % para los distintos tratamientos. Sin embargo, en un
estudio realizado por Ortega et al. (2025)Ortega,
G. M., Ríos, R. Y., Ortiz, N. Y., Fernández, G. L. y Gil, V. J. F.
(2025). Comportamiento de cultivares de tomate (Solanum lycopersicum L.)
cubanos frente a diferentes condiciones de salinidad. Agrisost, 31,
1-6. ISSN-e: 1025-0247
, con diferentes genotipos de
tomate, encontraron que el porcentaje de germinación se vio afectado al
incrementarse la concentración de sales a 50 mM, y a partir de ese nivel
no se obtuvo respuesta positiva de los genotipos evaluados.
Según Miranda et al. (2021)Miranda,
A., Martínez, M. E. y Villalobos, A. (2021). Efecto del NaCl en la
germinación de cultivares de frijol. Universidad & Ciencia, 10(2),
39-53. http://revistas.unica.cu/uciencia40
, a medida que aumenta la concentración de NaCl en
el agua se aprecia una disminución de la germinación y del contenido de
agua en las semillas de los genotipos de frijol común. El incremento de
sales en el agua durante el proceso de imbibición, afecta el proceso de
osmosis, el cual permite el paso de agua a través de la membrana
semipermeable de las células, desde la solución más diluida a la más
concentrada.
La pérdida de agua en las semillas pudiera estar asociada a la plasmólisis celular durante la imbibición, que ocurre a medida que aumenta la concentración de sales. Este proceso es más visible en las concentraciones de 500 y 600 mM de NaCl. La función fundamental de los electrolitos en las células es de mantener el equilibrio de los fluidos, para su correcto funcionamiento.
El porcentaje de inhibición de la germinación fue estadísticamente diferente entre genotipos y tratamientos, pero no su interacción, como se muestra en la Figura 2.
La inhibición de la germinación fue significativamente superior en el cultivar CC-25-9R, con un porcentaje del 13,0 ± 2,9 %, mientras que el valor calculado para CULL-156 resultó de 6,0 ± 3,5 ,%. No obstante, es importante destacar que estos porcentajes de inhibición pueden considerarse bajos, muy alejados del 50 %, lo que sugiere que en estos cultivares el proceso de germinación no se afectó notablemente con el aumento de la salinidad en las condiciones estudiadas.
Los valores del porcentaje de inhibición para el rango de concentraciones de 25 a 150 mM presentaron valores entre 6,0 ± 2,3 % y 10 ± 4,9, y solo resultaron diferentes estadísticamente con la concentración 200 mM, la que genera un estrés más severo.
El porcentaje de inhibición del crecimiento de la radícula fue estadísticamente diferente entre genotipos, tratamientos y en la interacción entre estos factores En ambos cultivares, los mayores porcentajes de inhibición se observaron a 150 mM y 200 mM, sin diferencias significativas entre ellos (Figura 3).
Respecto a la interacción entra ambos factores se encontró que en el caso de CULL-156, las diferencias entre 50 mM, 100 mM y 125 mM no fueron significativas, a 75 Mm. La inhibición fue menor con respecto al resto de los tratamientos. En el cultivar CC-25-9R la inhibición más baja tuvo lugar a 50 mM, mientras que en el rango de 75 mM a 125 mM las diferencias no fueron significativas.
El porcentaje de inhibición del hipocótilo se calculó para los tratamientos de 125 mM, 150 mM y 200 mM porque es donde aparece de manera consistente la inhibición (Figura 4). En este caso sólo se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre genotipos y tratamientos Los resultados indican que la inhibición fue mayor para la variedad CULL-156, en tanto el efecto negativo de la salinidad se incrementó con diferencias estadísticas desde 125 mM hasta 200 mM.
La salinidad excesiva ejerce tres
efectos tóxicos fundamentales sobre las plantas. Primero, iones
específicos como el sodio y el cloruro inhiben la síntesis de proteínas y
provocan daños sobre los organelos celulares, la estructura de las
enzimas y de los sistemas fotosintético y respiratorio. En segundo
lugar, el exceso de sales impide la absorción de nutrientes y su
transporte hacia las estructuras aéreas, como las hojas y el tallo, lo
que se traduce en un déficit nutricional para las plantas. Por último,
reduce el potencial osmótico de las células, con lo cual reduce la
absorción de agua por las raíces y genera un estado de sequía
fisiológica en la planta. En estas condiciones, la planta debe reducir
su potencial osmótico interno para evitar que el agua del suelo penetre
en las raíces Kumar et al., (2021)Kumar,
A., Singh, S. N., Tripathi, D. K., Rawat, D. K. y Maurya, N. (2021). To
study the effect of growth and metabolic parameters of French bean
(Phaseolus vulgaris L.) as influenced by sulphur and iron application.
Indian Journal of Pure and Applied Biosciences, 9(1), 336-343.
.
Según (Al-huraby et al., 2022Al-Huraby,
A. I., Sameera, O. y Bafeel, S. O. (2022). The effect of salinity
stress on the Phaseolus vulgaris L. plant. African Journal of Biological
Sciences, 4(1), 94-107. https://doi.org/10.33472/AFJBS.4.1.2022.94-107
), cuando se han irrigado las semillas de cultivares de Phaseolus vulgaris con soluciones salinas a diferentes concentraciones (0, 50, 100, 150 y
200 mM), se encontró que se reduce el porcentaje de germinación a medida
que se incrementa la concentración de sales. EL riego con las
soluciones salinas estuvo asociado a un incremento del contenido de
carbohidratos solubles, proteínas y aminoácidos en el tallo de las
plántulas en comparación con el control.
Otro estudio que involucró cinco genotipos de Phaseolus vulgaris evidenció un efecto negativo de la concentración de sales (50 mM y 100
mM) de NaCl, sobre la producción de biomasa y la tasa de crecimiento
relativa de las plántulas; así como sobre parámetros morfológicos como
la altura de las plántulas, el número de hojas, la longitud de las
raíces y la relación tallo/raíz. La fotosíntesis, la transpiración y la
conductancia estomática también se afectaron severamente en todos los
cultivares (Mazón-SuasteguI, 2022Mazón-Suástegui,
J. M. (2022). Índice de tolerancia al estrés salino y análisis de
crecimiento de dos variedades de frijol (Phaseolus vulgaris L. y Vigna
unguiculata L., Walp.), cultivadas en un medio salino (NaCl) y tratadas
con medicamentos homeopáticos. Terra Latinoamericana, 40. https://doi.org/10.28940/terra.v40i0.1083
).
Conclusiones
⌅Las variedades CULL-156 y CC-25-9R no presentaron detrimentos en la germinación hasta la concentración de 200 mM de NaCl y la reducción más marcada de la longitud del hipocótilo y la radícula se manifestó entre los 150 y 200 mM, por lo que estas variedades pueden ser consideradas prometedoras en condiciones de salinidad, tanto en la germinación como en las fases tempranas del desarrollo.