Las plantas producen distintos perfiles de exudados de raíz dependiendo del modo de cultivo (suelo o hidroponía)
Los exudados de raíz amplían la interacción planta-suelo
Los exudados de raíz son producidos en la rizosfera y tienen una gran influencia en la interacción planta-suelo, ya que algunos compuestos como los flavonoides y algunos carbohidratos y estrigolactonas ayudan a atraer rizobacterias y hongos micorrízicos para obtener más fácilmente nitrógeno y fósforo, respectivamente.
El cultivo hidropónico tiene ventajas en el análisis químico de los componentes de los exudados de raíz, así como muchas otras características de la raíz. A pesar de ello no queda claro si el perfil de exudados será el mismo en el sistema sin suelo como el de hidroponía. El objetivo del estudio de Heuermann y col. (2023) fue observar si la composición de exudados de raíz es la misma en hidroponía que en suelo.
Para esto realizaron el cultivo en suelo e hidroponía de 4 diferentes especies de plantas de cobertura de suelo agrícola y extrajeron los exudados de raíz con UPLC (Cromatografía líquida de ultra rendimiento) y otras técnicas químicas y enzimáticas.
Figure 4 Putative chemical classification of the 100 most abundant features in root exudates of mustard, phacelia, oat and clover grown in the field (FIELD) or hydroponically (HYDRO). Features were sorted by peak height and the top 100 in either growth condition are shown in Table S1. Those were classified using the ClassyFire tool (http://classyfire.wishartlab.com; Djoumbou Feunang et al. (2016)) by their kingdom and superclass, when compounds could be putatively annotated by level 3, and by kingdom, superclass, class and subclass, when putative annotation could be made on level 1 and 2 (see Table S1). Figure legend shows superclass on rank 1 (e.g. 1 Organoheterocyclic compounds), class on rank 2 (e.g. 11 Indoles and derivatives) and subclass on rank 3 (e.g. 111 Indolcarboxylic acids and derivatives). Features without annotation were classified as “Unknown”. The actual number of features classified as “Organic compounds” or “Unknowns” in every species and cultivation condition is given in brackets.
Analizaron el carbono total y riqueza química de metabolitos primarios y secundarios bajo diferentes sistemas de cultivo. Por riqueza química se refieren a la diversidad y abundancia de diferentes metabolitos presentes en los exudados de raíz.
En la medida de carbono total por cada especie, todas las plantas obtuvieron varias veces más carbón en hidroponía que en cultivo de suelo. La mostaza fue la que mayor diferencia tuvo en los dos sistemas de cultivo.
Se encontró que en mostaza, una mayor cantidad de exudados radiculares recuperados en hidroponía se asociaba con una mayor riqueza química, tanto de metabolitos primarios como secundarios. En avena, la recuperación de carbono y el número de metabolitos se vieron menos afectados por la condición de cultivo.
En cambio, la facelia y el trébol mostraron una mayor cantidad de carbono total en hidroponía, pero una mayor riqueza química en exudados recolectados en campo (suelo).
La recuperación del carbono total no es indicativa de la diversidad de metabolitos en los exudados de las raíces.
Esta conclusión se debe a que en algunas especies de plantas se encuentra que se produce una gran cantidad de Carbono en hidroponía pero la diversidad de compuestos es muy baja a comparación de las otras muestras en contraposición del suelo. Sin embargo, mencionan que los exudados en suelo presentan más variabilidad debido a factores como las respuestas al estrés y las lesiones en las raíces.
Llegan a la conclusión de que los patrones de metabolitos primarios en los exudados de las raíces ante las condiciones de cultivo reflejan adaptaciones comunes a las condiciones de cultivo, independientemente de la especie.
Encuentran que hay ciertas súper clases de compuestos metabolitos primarios que están en mayor concentración en todas las muestras, por ejemplo carbohidratos que pueden ser importantes para atraer rizobacterias y hongos micorrízicos.
En cuanto a los metabolitos secundarios que se encuentran en menor concentración pero están presentes en el trébol son los fenilpropanoides, entre las que se encuentran las coumarinas, las cuales tienen acción potencialmente fitotóxica; también fitoalexinas como la brasinina que son compuestos antimicrobianos que se acumulan en algunas plantas en altas concentraciones, después de infecciones bacterianas o fúngicas y ayudan a limitar la dispersión del patógeno.
Además, hay una gran diversidad de metabolitos secundarios entre las diferentes especies y en los dos diferentes medios de cultivo (suelo e hidroponía), por lo que los autores proponen que estos perfiles de metabolitos se puedan usar como huella para identificar especies en estudios ecológicos de suelo.
La diversidad de compuestos conocidos son mucho mayores en suelo, y en hidroponía hay una gran cantidad de compuestos desconocidos. Estas diferencias podrían deberse a que las condiciones de cultivo influyen mucho en la interacción de la planta con su medio, suponiendo que mucho se deba a interacciones mecánicas con las partículas del suelo y que la composición microbiana de la raíz cambia mucho entre ambos sistemas de cultivo.
Referencia:
Heuermann, D., Döll, S., Schweneker, D., Feuerstein, U., Gentsch, N., & von Wirén, N. (2023). Distinct metabolite classes in root exudates are indicative for field- or hydroponically-grown cover crops. Frontiers in Plant Science, 14. https://doi.org/10.3389/fpls.2023.1122285
