Ciencia para todos desde el CEBAS

Archivo para noviembre, 2012

LETARGO INVERNAL / NECESIDADES DE FRÍO EN FRUTALES

José Egea Caballero (Prof. de Investigación, CEBAS-CSIC) y David Ruiz (Científico Titular, CEBAS-CSIC)

Los frutales de hueso (melocotonero, albaricoquero, ciruelo, etc.) y pepita (peral, manzano, etc.) a partir del verano van progresivamente entrando en una fase de parada vegetativa que alcanza su máxima intensidad en nuestras condiciones climáticas, aproximadamente a comienzos de noviembre. A partir de ese momento se produce un rápido deterioro de las hojas que culmina pronto en la pérdida de las mismas. En ese momento, aunque los árboles se encuentren en las condiciones más favorables para su crecimiento y desarrollo (agua, luz, temperatura, fertilización, etc.), se mantienen totalmente paralizados sin mostrar el menor síntoma de vida. A esta fase de su ciclo anual se le denomina “letargo invernal.” El letargo invernal es un mecanismo de defensa frente a las condiciones climáticas adversas del invierno, es decir frente al frío. Si la planta se mantuviera verde y lozana en esa fase invernal con fríos más o menos intensos, sufriría frecuentemente la helada con el riesgo incluso de ser completamente destruida. Si no se mantuviera en letargo en esa época, podría incluso florecer y con la helada las flores serían destruidas y por tanto, puesto que la floración es el elemento fundamental de la reproducción (la descendencia), se pondría en peligro el futuro de la especie.

¿Cómo sale la planta del letargo? Curiosamente en la naturaleza es el frío el factor que provoca la salida del letargo. Una combinación de tiempo y temperaturas frías conduce progresivamente a la liberación de la planta del freno para el crecimiento que supone el letargo invernal. Pero no todas las temperaturas frías son igual de efectivas. Las más eficientes están en torno a 7 ºC y temperaturas más bajas o más altas son menos eficientes. Cuando las temperaturas en esa fase superan los 16ºC entonces se produce un retroceso, una marcha atrás en la salida del letargo.

Pero no todas las variedades necesitan la misma cantidad de frío para liberarse del letargo. Esta cantidad es propia de cada variedad, dándose una amplia variabilidad en el valor de este parámetro. La cantidad de frío que precisa una variedad determinada para salir del letargo se denomina “necesidades de frío invernal” de la misma. Cuando el frío en un área determinada no es suficiente para completar adecuadamente las necesidades de frío de una variedad, la floración y brotación de la misma es muy irregular, con consecuencias muy negativas para la producción de frutos e incluso para el desarrollo del árbol. Si por el contrario una variedad se localiza en un área en donde complete muy pronto en el invierno “sus necesidades de frío”, frecuentemente florecerá a mediados del invierno con el consiguiente riesgo de helada y con ello la pérdida de cosecha. Como vemos, las “necesidades de frío invernal” determinan en que áreas las variedades deben ser plantadas para su mejor adaptación y comportamiento productivo.

Floración de melocotonero.

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El Premio DuPont de la Ciencia recae sobre Francisco Tomás Barberán

El Doctor Francisco A. Tomás Barberán, investigador y profesor del Departamento de Ciencia y Tecnología de Alimentos del CEBAS-CSIC (Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura) uno de los principales centros del CSIC en el campo Agroalimentario sito en el campus universitario de Murcia. El profesor Tomás Barberán -que lidera el Grupo de Investigación en Calidad, Seguridad y Bioactividad de Alimentos Vegetales- ha sido elegido ganador del XXII Premio DuPont de la Ciencia cuya temática este año vuelve a centrarse en la temática de Nutrición y Salud.

Dicho galardón le ha sido otorgado por sus aportaciones científicas en el campo de la producción de alimentos de calidad y su papel para mejorar la salud humana, que le han convertido en un referente a nivel nacional e internacional en el campo de los polifenoles de los alimentos, su relación con la calidad y seguridad de los mismos y su papel en la nutrición y en la salud.

El Presidente del jurado, Profesor Santiago Grisolía manifestó la relevancia del trabajo de Francisco Tomás Barberán y comentó que “en un momento como el que vivimos, es esperanzador ver como la ciencia sigue ahí, aportando soluciones y respuestas, desvelando nuevas incógnitas y posibilidades, y que quienes dedican su vida a la investigación tienen gracias a estos premios un lugar destacado en la sociedad”.

JORNADAS DE PUERTAS ABIERTAS EN EL CEBAS

El pasado 6 de noviembre de 2012 se celebraron unas jornadas de puertas abiertas dirigidas a estudiantes de bachillerato. En esta edición visitaron el CEBAS un total de 130 alumnos pertenecientes a los Institutos Capuchinos, IES Francisco de Goya, IES Valle del Segura de Blanca e IES Floridablanca. Las actividades de las Jornadas incluyeron la proyección de los DVDs Institucionales del CSIC y del CEBAS, una explicación detallada sobre el CSIC, el CEBAS y sobre la carrera investigadora. También se realizó una visita guiada para mostrar diferentes infraestructuras del CEBAS (cámaras de crecimiento en condiciones controladas, servicio de cultivos in vitro, servicio de análisis de nutrientes;  equipamiento para análisis de gases, equipamiento para determinaciones de calidad en frutas y hortalizas,  herramientas para la aplicación de riego de precisión) así como la muestra de diferentes experimentos (procesado, envasado y conservación de productos vegetales cuarta gama, análisis de fluorescencia de clorofilas,…) y las diferentes formas de comunicación de datos en Congresos y en publicaciones científicas.

Alumnos del IES Francisco de Goya

Explicaciones sobre las herramientas para la aplicación de riego de precisión a cargo del Doctor Oussama Mounzer.

Charla-coloquio en Archena.

El pasado jueves 15 de noviembre tuvo lugar en la Casa de la Cultura de Archena una Charla-Coloquio sobre el “Momento de aplicación de tratamientos para adelantar la floración en albaricoquero“, impartida por los investigadores del Departamento de Mejora Vegetal del CEBAS-CSIC, José Egea Caballero y David Ruiz González.

El objetivo de esta charla fue transmitir al sector productivo la necesidad de mejorar la eficiencia en el uso de tratamientos utilizados para adelantar la salida del letargo invernal y por tanto de la floración.

En los últimos años se ha incrementado notablemente el uso de diferentes agentes químicos para producir un adelanto de floración, con la finalidad de adelantar la fecha de maduración de las variedades tempranas de albaricoquero. Este asunto es de gran trascendencia económica  en las comarcas productoras de albaricoque temprano, ya que entre finales de abril y primeros de mayo la oferta de albaricoque es casi nula y por tanto los precios obtenidos por este tipo de producción precoz son muy rentables. Sin embargo, existe un gran desconocimiento por parte de los agricultores y técnicos sobre el proceso fisiológico del letargo invernal, y de cuándo es el momento óptimo de aplicación de estos productos que aceleran la floración. Esta situación está conduciendo a un frecuente empleo inadecuado de estos tratamientos, aplicándolos bien antes de la fecha óptima, lo que provoca serios desórdenes fisiológicos en lo referente a la brotación y floración, o bien aplicándolos después de la fecha óptima, que conduce a un efecto prácticamente nulo de los productos.

Por ello, esta charla se organizó con la intención de dar a conocer a los agricultores la importancia que tiene el uso de estos tratamientos sólo en el momento adecuado de aplicación y se explicó cómo determinar, con la mayor precisión posible, el momento idóneo para su utilización. Este momento dependerá de cada variedad y aproximadamente coincidirá con el momento en el que se hayan cubierto el 70% de sus necesidades de frío invernal.

Más adelante intentaremos animar a nuestros compañeros a que publiquen un post explicándonos a todos en qué consisten estas necesidades de frío invernal, o qué es y que consecuencias tiene el letargo en nuestros frutales.

Gracias a todos

ESPECIES REACTIVAS DEL OXÍGENO ¿AMIGOS O ENEMIGOS?

José A. Hernández Cortés (Investigador Científico, CEBAS-CSIC, Murcia)

Como apuntamos en el capítulo anterior, el uso del oxígeno molecular (O2) como aceptor final de electrones en la respiración supuso un enorme beneficio para la evolución de la vida en la tierra. Sin embargo, la consecuencia de la transformación del O2 en agua (H2O) en el metabolismo celular es la formación de especies reactivas del oxígeno (ROS), intermedios muy tóxicos para los componentes celulares. El mismo O2 es en sí un radical libre, que presenta dos electrones desapareados. Esta situación hace que el oxígeno pueda aceptar electrones de uno en uno favoreciendo la aparición de dichos intermedios tóxicos del oxígeno.

Pero ¿quiénes son y que efectos tienen?

La reducción completa del O2 para formar agua (H2O), requiere 4 electrones (e) y 4 protones (H+). Este proceso puede ocurrir en pasos univalentes, generándose radicales superóxido (O2.-, cuando acepta un e), peróxido de hidrógeno (agua oxigenada, H2O2, cuando acepta otro e y dos H+), radicales hidroxilo (.OH, si acepta otro e y otro H+), y finalmente H2O, al aceptar un e y un H+ adicionales.

Así pues, la mayoría de las ROS se forman por transferencia de e. Sin embargo, hay otros que se generan por reacciones de transferencia de energía.

Como daños generales, las ROS provocan la inhibición de algunas enzimas, degradan las clorofilas, producen daños en membranas, daños en el ADN (pueden dar lugar a mutaciones puntuales), oxidan proteínas, etc…

En humanos, las ROS están implicadas en diferentes enfermedades como artritis reumatoide, hepatitis, Alzheimer, Parkinson, distrofia muscular, esclerosis múltiple, cataratas, degeneración macular, enfermedades autoinmunes, etc. En tejidos vegetales, aproximadamente un 1-2% del oxígeno total consumido conduce a la formación de ROS en condiciones normales. Por lo tanto, la formación de ROS es una consecuencia inevitable de la respiración. Este porcentaje es mayor en condiciones de estrés ambiental, estando las ROS implicadas en los daños celulares producidos en dichas situaciones.

Sin embargo, no todo es malo. La función de las ROS en el metabolismo es dual; resultan tóxicos para la célula cuando se acumulan en exceso pero a determinados niveles se ha demostrado que pueden funcionar como moléculas bio-señalizadoras en el crecimiento y desarrollo celular y en respuesta a situaciones estrés.

Más información acerca de las ROS

El O2.- es el primer producto de reducción del O2. Puede transformarse de forma espontánea, o por acción enzimática, en H2O2:

O2.- + O2.- + 2 H+   =   H2O2 + O2

En esta reacción un radical O2.- se reduce (hasta H2O2) y el otro radical O2.-  se oxida (hasta O2). Este proceso se conoce como dismutación, que implica que una misma molécula sufre reducción y oxidación en la misma reacción.

El superóxido puede ser protonado (aceptar un H+) para formar el radical perhidroxilo (HO2.-), que puede atravesar membranas y actuar como una molécula señalizadora.

El H2O2, aunque es una ROS, no es un radical libre (tiene sus electrones apareados). También puede atravesar membranas y tiene una vida media mayor que el de otras ROS. Estas dos características (mayor vida media y posibilidad de atravesar membranas) hacen que sea considerado como un bio-señalizador.

Sin embargo, la verdadera toxicidad de O2.- y H2O2 es su capacidad para generar .OH en presencia de metales de transición (como el Fe2+ o el Cu2+):

Fe2+ + H2O2  =  .OH + OH + Fe3+   (Reacción de Fenton)

A continuación, el O2.- recicla el ion ferroso (Fe3+) para producir Fe2+ y permitir que la reacción anterior pueda continuar:

O2.-  +  Fe3+     =     O2  + Fe2+

La suma de ambas reacciones se conoce como “Reacción de Haber-Weiss”:

O2.-  +  H2O2     =    .OH + OH  + O2 

El radical hidroxilo (.OH) es el oxidante más poderoso conocido en los sistemas biológicos, que unido a su bajísima vida media (1 ns), hace que sea muy tóxico. Puede reaccionar con cualquier molécula biológica en el momento en que se forma. Provoca mutaciones puntuales en el ADN, ataca a membranas (peroxidación de lípidos de membrana) y oxida proteínas. Un exceso de .OH, en última instancia, conduce a la muerte celular.

En el siguiente capítulo, hablaremos de los mecanismos de defensa que las plantas han diseñado para defenderse de las ROS.

Halliwell B, Gutteridge JMC (2003) Free Radicals in Biology and Medicine. Third Edition, Oxford University Press Inc, New York, ISBN 0 19 850044 0.

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