Inducción de Resistencia a plantas

Sílice

Equisetum

Franklin VillegasMarcos Molina S.

Sílice

• Propiedades• Características

– Importancia en los seres vivos– En ciertas especies puede llegar a representar el

10% de su constitución– Obtención mediante procesos químicos, su estado

natural es SiO2

• Usos– Aleaciones con otros elementos – Electrónica – Otros campos

• Lithogenic– Rocas, minerales– Se acumulan en el mar

• Biogenic – De origen biológico – Esencial en plantas y animales– Hidratados

Función en las plantas• Protección• Como funciona en cada especie

– Obtención natural mediante dos sistemas• En las raíces por sus células corticoides • Xilema a través de sus células parenquimáticas.

• Dióxido de silicio (SiO2)– Se encuentra de forma natural– Arena

• Acido Silícico [SiOx(OH)4-2x]n

– Diatomeas

Aplicación en plantas

• Importancia – Funcionan como un elemento principal en muchas

plantas a pesar de “no ser esencial” – Es tan importante como otros macronutrientes

(Potasio, carbón)– Las hojas como indicador de problemas– Que hace en la pared celular y las hojas– Sube con el agua y se distribuye

• Factores que afectan la producción– Tipo de suelo– Corteza débil– Clima– pH

Absorción

• Existen 3 tipos:– Activo, pasivo y excluyente (no absorben)– Varía en cada familia – Xilema y Floema– Les permite crecer

• Según los tres tipos de sistemas:– Activo = acumulador– Monocotiledóneas

Triticum aestivum Lolium perenne

• Pasivo = intermedio • Dicotiledóneas principalmente

Cucumis sativus Avena sativa

• Excluyentes

Lycopersicon esculentum

El estudio de Oryza sativa

• Proceso activo mediante un transportador específico

• Gen LSI1 • Raíces % y tallo • Uso del sílice en el suelo

Equisetum

• Plantas que provienen desde antes del carbonífero

• Altos niveles de sílice• Son perennes• Sus propiedades han sido explotadas desde

hace mucho tiempo• Reproducción y hábitat • Sílice en el equiseto

Equisetum arvense

Métodos de extracción

• Piekos & Paslawska – Se seca la planta y se la trata con agua hirviendo – Durante 6 horas – 0.6 gr. 500 ml.

• Extracción repetida– Se usa agua destilada como reemplazo – A las 3 horas de uso

• Extracción ultrasónica– 60, 120 y 180 V.– 10 minutos – 0.6 gr. 250 ml.

• Molibdeno – Mide la absorción de la cantidad requerida en un

espectrómetro a 815 nm.

Propiedades y ventajas

• Elimina el estrés biótico y abiótico • Reduce la toxicidad de algunos metales y la

salinidad

• Época reproductiva • Especies en el Ecuador

Equisetum bogotense

Equisetum giganteum

“El sílice como macronutriente no forma parte esencial dentro de la nutrición de la planta, pero dentro de la defensa de la misma juega un papel

fundamental”

Sílice-Biogénico• Concientes de la problemática mundial de

calentamiento global, alteraciones del ciclo del carbono y del nitrógeno; proponemos una nueva solución para combatir plagas y mitigar el efecto del medio ambiente sobre los cultivos sin intervenir en la armonía de la naturaleza.

• Nuestra propuesta es la aplicación de Sílice-Biogénico como inductor de resistencia en las plantas; que le atribuirá defensa física y bioquímica.

Qué es la resistencia?

• La resistencia se puede definir como mecanismos que dispone la planta para impedir que un patógeno la infecte, hace que la interacción entre patógeno-planta sea incompatible.

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Esporas

T

Factores necesarios para la infección eficaz de la planta.

• El agente patógeno necesita una señal de la planta para saber si es compatible o no.

• Vencer las barreras físicas, químicas.• Toma de nutrientes, si el patógeno no es

capaz de absorber nutrientes no habrá infección.

• Genotipo de la planta.

Barrera Mecánica de las hojas.

Elicitores

Barrera Bioquímica• Proteínas PR•

(pathogenesis related)•

PR-17 Descoocida.• PR-16 Oxalato oxidasa• PR-15 Oxalato oxidasa• PR-14 Lipid transfer protein• PR-13 Tionina• PR-12 Defensina• PR-11 Quitinasa• PR-10 Ribonucleasa• PR-9 Peroxidasa• PR-8 Quitinasa• PR-7 Endoproteinasa• PR-6 Inhibidor de proteinasa• PR-5 Thaumatin-like protein• PR-4 Proteína de unión a quitina

Bio-actividad del Sílice-Biogénico

Bio-polimerización del Sílice en la pared celular.

Pared Celular

Núcleo Celular

Síntesis de Quitinasa (PR11) y especies reactivas de 02, reacción de los Elicitores activados por el sílice.

Elicitores detectan la presencia de sílice

Especies reactivas de oxígeno.

• Señales del receptor

receptor

Flujo de genes

Inducción de genes de resistencia

Resistencia Local

Metabolitos.

• Los metabolitos sirven de barrera inicial a la propagación de bacterias u hongos y también liberan agentes alelopáticos.

Brugmancia, que produce alcaloides derivados del tropano en sus raíces.

Acción de las proteínas PR

Acción de las proteínas de defensa.

Tipos de resistencia.

– Resistencia pasiva, estática: este tipo de resistencia se manifiesta antes de la llegada del patógeno, la planta ya posee atributos en ausencia del agente infeccioso.

– Resistencia Sistémica: aunque la infección sea en un punto la protección se expresa en toda la planta.

Acción de Bio-Sílice en las plantas.• Emanuel Epstein concluded that Si is unquestionably an important requirement for the normal growth of

many plants, and it should be viewed as "quasi-essential" (Epstein, 1999).

• Como se explico con anterioridad las plantas poseen algunos tipos de defensas incluyendo las mecánicas.

• La acción del Si dentro de las plantas fortalece la pared celular debido a su bio-polimerización y acumulación en la pared celular de la hoja.

• De esta manera crea una defensa mecánica extra ante las enzimas degenerativas presentadas por los agentes patógenos.

EPESTEIN Emanuell, 1999.

• Plantas tratadas con sílice incrementa la producción de compuestos fenólicos como la lignina responsable del transporte interno de agua, metabolitos

• Además de plantas tratadas con silicio también acumularon más fitoalexinas, estas son respuestas de defensa química contra agentes patógenos que utilizan las plantas.

• Las fitoalexinas son producidas por endoelicitores que están formando por fragmentos la membrana celular de las plantas.

Mayor actividad de la callosa ante el ataque de ácaros.

Acumulação de Si em pontos de penetração de Sphaerotheca fuliginea em folhas Fonte: Bowen, P.;Ehret, D.L.; Menzies, J.G. 1995. Soluble silicon. Its Role in Crop and Disease Management of Greenhouse Crops. Plant Disease 79:329-

Acción de las proteínas PR

La acción de las proteínas PR conjuntamente con los efectores dentro de la célula se encarga de reconocer a los patógenos y neutralizarlos.

Resistencia a la tensión ambiental. (agua)

• Las aplicaciones de Silicio redujeron la necesidad de uso de agua en un 10.2% y 17,5% en altas y bajas concentraciones de silicio respectivamente.

• Las plantas se vuelven más eficientes en el uso de agua con la aplicación de Silicio.

• Se podría decir que la polimerización de silicio en las paredes celulares de las hojas disminuyó la evo transpiración cuticular.

• Plantas tratadas con silicio también acumularon más fitoalexinas, estas son respuestas de defensa química contra agentes patógenos.

• Además las plantas tratadas con Si presentan mayor síntesis de peroxidasa, quitinasa estas enzimas están relacionadas con quinonas y especies reactivas de 02 que tienen propiedades antibióticas.

• La disminución en la calidad nutricional de los tejidos producido por la síntesis de compuestos fenólicos decrementa la capacidad de digestibilidad del patógeno, lo cual genera, consecuentemente, un decremento en la preferencia de los insectos por las plantas tratadas con Bio-sílice.

Mayor tolerabilidad ante la toxicidad del suelo.

• El silicio en aplicaciones foliares genera mayor tolerancia a factores de tensión o estrés ambiental como: temperatura, sequedad.

• También ayuda a soportar la toxicidad de ciertos componentes del suelo como Al, Ge, Mn.

• El Al, con un 8,2% de abundancia en la litosfera, se encuentra en concentraciones elevadas en suelos ácidos, condición en la que resulta tóxico a las plantas. En frutas tropicales se ha notado que son muy sensibles a la prescencia de Al, pero la toxicidad es mitigada por la presencia de Si

Experimento en Crisantemos tratados a base de sílice arrojaron los siguientes resultados:

• El desarrollo del botón floral fue estimulado reduciéndose el número de horas de luz artificial para menos de 12 horas por día durante un mes.

• La masa seca foliar incrementada fue influenciada por las dosis de Si.

• La lignificación de los tejidos le propina mayor tiempo de vida de florero.

¿De qué manera el bio-sílice proporciona a las flores mayor tiempo de vida de florero?

• El silicio ayuda al metabolismo de flores y frutos además de la resistencia mejorada a marchitarse ya que la protección mecánica que genera el silicio no permite la entrada de polisacáridos en los poros de la hoja que taponarían los vasos conductores de esta manera incrementa la vida de florero.

Compensación del gasto de energía.

• La inducción de resistencia genera un mayor gasto de energía.

• Una solución viable a este efecto es la COMPENSACIÓN de nutrientes.

• La formulación de silicatos de calcio + nutrientes orgánicos.

• Una solución nutritiva sencilla se puede preparar diluyendo: fertilizante comercial, más yeso y fertilizante foliar.

Conclusiones.• Acumulación y bio-polimerización dentro de la pared celular

de la hoja, protegiendo contra bacterias y hongos• Estimulación de compuestos fenólicos (lignina) que

proporcionan durabilidad y resistencia al tallo.• Los compuestos fenólicos incrementan el tiempo de vida de

anaquel en flores.• Incitación de síntesis de proteínas R, que están directamente

relacionadas con la protección contra patógenos que lograron atravesar las barreras mecánicas de la planta.

• Mayor tolerabilidad ante la tensión abiótica, como por ejemplo: agua, temperatura, toxicidad del suelo.

• Inducción de resistencia a base de sílice (ISR) es genéticamente segura.