Esta invención está relacionada con el uso de composiciones que contienen menadiona (Vitamina K ₃ o Provitamina K) y/o algunos de sus derivados hidrosolubles para Ia mejora de Ia tolerancia al estrés salino de las plantas afectadas. El tratamiento se lleva a cabo mediante Ia aplicación de las soluciones que contengan los citados compuestos por cualquier vía que ponga en contacto las composiciones de Ia invención con cualquier parte de Ia planta y/o semillas.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

La salinidad de los suelos es uno de los principales factores que está afectando cada vez más a las zonas de cultivo a nivel mundial, especialmente en las zonas áridas y semiáridas de producción.

La salinidad es un problema grave en muchas zonas áridas, donde el riego ha ido aumentado lentamente Ia concentración de sales solubles en el suelo y reduciendo el potencial productivo de muchos cultivos. La salinidad puede inhibir Ia germinación y el crecimiento de las plantas, reduciendo el rendimiento o Ia calidad de Ia cosecha.

La salinización de los suelos afecta a Ia Humanidad desde el inicio de Ia agricultura. La actividad antrópica ha incrementado Ia extensión de áreas salinizadas al ampliarse las zonas de regadío con el desarrollo de grandes proyectos hidrológicos que han provocado cambios en el balance de agua y sales de los sistemas hidrogeológicos. La proporción de suelos afectados por salinidad se cifra en un 10% del total mundial, y se estima que entre 25 y 50 % de las zonas de regadío están salinizadas (Rhoades et al., 1992. FAO Irrigation and Drainage paper. FAO, United Nations, Rome, 48 pp.). En las zonas afectadas por salinidad, Ia principal solución ha sido Ia sustitución de cultivos sensibles por otros más tolerantes como remolacha azucarera, cebada, algodón, etc., que reemplazan a los cultivos tradicionales. Sin embargo, esta opción puede no tener interés por problemas de mercado, particularidades climáticas o necesidades nutricionales de Ia población, por Io que resultaría más importante disponer de variedades tolerantes en los principales cultivos o bien aumentar su capacidad de tolerancia. La salinidad afecta el crecimiento y producción de los cultivos al reducir el potencial hídrico de Ia solución del suelo, disminuyendo así Ia disponibilidad de agua, y al crear un desequilibrio nutritivo, dada Ia elevada concentración de elementos (Na ⁺ , Cl ^" ) que pueden interferir con Ia nutrición mineral y el metabolismo celular. En consecuencia, los diversos efectos observados a distinta escala, desde reducción de turgencia y crecimiento hasta Ia pérdida de Ia estructura celular por desorganización de membranas e inhibición de Ia actividad enzimática, son el producto combinado de estrés hídrico, toxicidad iónica y desequilibrio nutricional. Una causa de Ia reducción del crecimiento es Ia inadecuada fotosíntesis debida al cierre estomático y en consecuencia Ia limitación de Ia entrada de CO2 (Leidi y Pardo, 2002. Revista de investigaciones de Ia facultad de Ciencias Agrarias, N ⁰ II).

En los últimos 25 años los inventores han venido investigando sobre el efecto que los reguladores del crecimiento de las plantas podrían producir en el reforzamiento de los mecanismos naturales de defensa y, como consecuencia, en Ia inducción de tolerancia a salinidad además de resistencia a patógenos y plagas en las plantas tratadas y otros efectos positivos. En este sentido, los investigadores han observado cómo un determinado tipo de reguladores del crecimiento de las plantas, los derivados hidrosolubles de Ia Vitamina K, eran capaces de estimular los mecanismos naturales de defensa de las plantas tratadas y consecuentemente de inducir resistencia frente a los ataques de patógenos y plagas (WO/1995/03702), así como para contrarrestar los daños producidos por pesticidas y herbicidas (WO/2003/105586).

Los inventores también han obtenido resultados sorprendentes en Io que se refiere al uso de un derivado hidrosoluble de Ia Vitamina K3, Ia menadiona sodio bisulfito (MSB) en el cultivo de platanera (banana) para estimular el adelanto de Ia floración de las plantas tratadas, frente a las no tratadas (WO/1996/28026)

Además, las plantas tratadas con derivados hidrosolubles de Ia Vitamina K3, especialmente con el MSB, originan el desarrollo de propiedades antialimentarias frente a los ataques de patógenos y plagas (Patente ES-200601179).

Los investigadores de Ia presente invención han continuado experimentando acerca de los efectos del MSB en relación al estrés salino.

Sorprendentemente, las plantas tratadas con estas composiciones presentan una mayor tolerancia frente a dicho estrés especialmente en Io que se refiere a condiciones de alta salinidad. Los efectos nocivos sobre los cultivos provocados por Ia salinidad son contrarrestados, al menos en parte, por el tratamiento de los mismos con MSB, Io que se traduce en una mejora de Ia calidad de Ia cosecha e incremento del rendimiento de Ia misma.

Los compuestos descritos en Ia presente invención son sistémicos, biodegradables, no pesticidas, no tóxicos e inocuos desde el punto de vista medioambiental, y no son peligrosos para las plantas, los animales y las personas. Además se pueden mezclar con varios aditivos, por ejemplo: fertilizantes orgánicos e inorgánicos, insecticidas, nematocidas, fungicidas, bactericidas o herbicidas.

En relación con Ia estimulación de los sistemas defensivos de las plantas por medio de menadiona, en el documento de patente WO/2003/105586 se emplean composiciones que contienen menadiona y/o algunos de sus derivados hidrosolubles para estimular los mecanismos naturales de defensa de las plantas, contrarrestando en parte los daños químicos ocasionados por pesticidas y herbicidas. Asimismo, el documento de patente WO/1996/28026 está basado en los mismos compuestos que el documento anterior para inducir resistencia de las plantas a patógenos y plagas.

Por otra parte, el documento WO/2005/054156 menciona que las plantas tratadas con un fertilizante compuesto por Vitamina K y/o sus derivados, ácido algínico, y betaina son capaces tanto de mejorar el crecimiento como aumentar Ia tolerancia al estrés abiótico y osmótico.

La presente invención se refiere a un concepto más específico de estrés abiótico, el estrés salino, además, el efecto de Ia mejora de Ia tolerancia al estrés abiótico y osmótico, mencionada en WO/2005/054156, no puede ser atribuida a Ia Vitamina K o sus derivados puesto que, como se ha explicado anteriormente, Ia tolerancia a estos estreses es debida al ácido algínico y betaina respectivamente.

El estrés salino es un tipo de estrés abiótico y el estrés osmótico es uno de los efectos del estrés salino. Como se ha comentado en el tercer párrafo de este apartado introductorio, Ia salinidad causa estreses relacionados tanto con el estrés hídrico y osmosis celular como con Ia toxicidad y desequilibrios nutricionales debidos al ion sodio u otros iones en el caso de ser sales diferentes a cloruro sódico. Es conocido que los mecanismos defensivos de las plantas frente a estreses de diferente naturaleza pueden compartir algunos elementos implicados, como por ejemplo, rutas de transducción de señales, pero es tal Ia complejidad de estas respuestas, que no se podría considerar que los estreses causados a las plantas por patógenos, pesticidas y herbicidas articulan los mismos procesos a pesar de que puedan compartir parte de los mecanismos de Ia respuesta defensiva.

Con esta invención se solventa Ia dificultad de conseguir un crecimiento óptimo de las plantas sometidas a estrés salino. El uso de composiciones que contienen menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles genera un resultado sorprendente e inesperado en aquellas plantas que han sido sometidas a estrés salino y son tratadas con estas composiciones.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se basa en el uso de composiciones que contienen menadiona (Vitamina K3) y/o al menos uno de sus derivados solubles en agua que cuando son aplicadas a las plantas y/o semillas son capaces de bioestimular sus mecanismos naturales de defensa al estrés salino.

La invención propuesta satisface una necesidad experimentada desde hace tiempo ya que describe el uso de una clase de compuestos que son sistémicos, biodegradables, no pesticidas, no tóxicos e inocuos desde el punto de vista medioambiental, y que no son peligrosos para las plantas, los animales y las personas. Por consiguiente, Ia presente invención supone una herramienta segura para luchar contra Ia pérdida de rendimiento agrícola y abandono de cultivos por Ia salinización de los suelos (sin el uso de organismos modificados genéticamente). En este sentido, un primer aspecto de Ia invención se basa en el uso de una composición acuosa que comprende menadiona y/o algunos de sus derivados hidrosolubles para inducir tolerancia al estrés salino en las plantas y/o semillas.

Siendo los derivados hidrosolubles de menadiona todas aquellas sales que pueden solubilizarse en agua tales como menadiona sodio bisulfito (MSB), bisulfito potásico, bisulfito amónico o bisulfito magnésico, menadiona nicotinamida bisulfito (MNB), menadiona ácido p- aminobenzoico bisulfito, menadiona histidina bisulfito, menadiona adenina bisulfito, menadiona ácido nicotínico bisulfito o menadiona triptofano bisulfito sin perjuicio de otras sales no citadas.

Un segundo aspecto de Ia presente invención se basa en el uso de una composición acuosa para inducir tolerancia al estrés salino de las plantas y/o semillas que comprende,

a. 3.3 x 10 ^~7 a 0.66 mM (0.0001 a 200 p.p.m.) de menadiona (Vitamina K3) ; b. 3.3 x 10 ^~6 a 33.3 mM (0.001 a 10000 p.p.m.) de un derivado de Vitamina K3 soluble en agua caracterizado por ser un bisulfito seleccionado de Ia lista que comprende; menadiona sodio bisulfito (MSB), bisulfito potásico, bisulfito amónico o bisulfito magnésico; c. 3.3 x 10 ^~5 a 33.3 mM (0.01 a 10000 p.p.m.) de un derivado de Vitamina K3 de bajo nivel de solubilidad en agua caracterizado por ser un bisulfito seleccionado de Ia lista que comprende; menadiona nicotinamida bisulfito (MNB), menadiona ácido p-aminobenzoico bisulfito, menadiona histidina bisulfito, menadiona adenina bisulfito, menadiona ácido nicotínico bisulfito o menadiona triptofano bisulfito; d. o cualquier combinación de las composiciones según (a), (b) y/o (C).

Todos estos compuestos son sistémicos, biodegradables, no pesticidas, no tóxicos e inocuos desde el punto de vista medioambiental, no son peligrosos para las plantas, los animales y las personas. Dichos compuestos originan el desarrollo en los cultivos de propiedades que contrarrestan el estrés ocasionado por Ia salinidad. La concentración de los componentes activos de las composiciones dependerá del tipo de planta, fase de desarrollo de Ia misma, así como de Ia frecuencia y forma de aplicación de las composiciones.

La efectividad de los componentes activos de las composiciones, referida a Vitamina K3, MSB y MNB puede esperarse a las siguientes concentraciones: Vitamina K3 entre 3.3 x 10 ^~7 a 0.66 mM (0.0001 a 200 p.p.m.); MSB entre 3.3 x 10 ^~6 a 33.3 mM (0.001 a 10000 p.p.m.); MNB entre 3.3 x 10 ^~5 a 33.3 mM (0.01 a 10000 p.p.m.).

En una realización preferida, el compuesto es menadiona sodio bisulfito

(MSB).

Un tercer aspecto de Ia invención es el uso de una composición según los compuestos anteriores y sus concentraciones para inducir tolerancia al estrés salino en las plantas mediante su aplicación a Ia parte aérea mediante pulverización.

Los principios fisiológicos del transporte de los compuestos absorbidos por las hojas mediante pulverización, son similares a los que ingresan en las plantas por Ia absorción vía radicular, sin embargo, el movimiento de los compuestos aplicados sobre las hojas no es el mismo en tiempo y forma que el que se realiza desde las raíces al resto de Ia planta. La absorción foliar es más efectiva cuando las condiciones de absorción desde el suelo son adversas como por ejemplo en caso de sequía, estrés salino, temperaturas extremas u otros estreses. Además, es mucho más fácil obtener una distribución uniforme, a diferencia de Ia aplicación de granulados o en mezclas físicas.

La aplicación a Ia superficie de Ia planta de una de las composiciones anteriormente mencionadas, conteniendo una cantidad efectiva de uno o más de los compuestos descritos, origina una respuesta defensiva de naturaleza sistémica y, en consecuencia, el tratamiento de una parte de Ia planta desencadena Ia bioestimulación de los mecanismos de defensa a Io largo de toda Ia planta.

Un cuarto aspecto de Ia presente invención es el uso de una composición según los compuestos anteriores de menadiona y/o sus derivados hidrosolubles para inducir tolerancia al estrés salino en las plantas mediante su aplicación al tallo por inyección.

Asimismo, un quinto aspecto de Ia presente invención es el uso de una composición, según los compuestos anteriores y sus concentraciones, caracterizada porque se aplica al suelo u otro sustrato de cultivo, al agua de riego (o solución de cultivo) o por inmersión del sistema radicular de las plantas y/o de semillas.

La aplicación de las composiciones acuosas por medio de Ia inmersión de Ia parte radicular de Ia planta así como de semillas se realiza por un tiempo y con una concentración que depende del tipo de planta, estado de desarrollo así como de Ia frecuencia y forma de aplicación de las composiciones. En el caso de semillas que requieran un tratamiento especial de escarificación o eliminación de determinadas cubiertas para facilitar su germinación, el proceso de inmersión en las composiciones acuosas de Ia presente invención, se podrá realizar de forma más efectiva después de Ia eliminación de las cubiertas para facilitar Ia absorción de los compuestos activos. Asimismo, también se podrán sumergir las semillas en cualquier estadio de germinación.

Las formas de aplicación que se han citado hasta ahora no limitan otro tipo de aplicaciones de las composiciones que contienen menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles a las plantas.

Un sexto aspecto de Ia invención hace referencia al uso de una composición, según los compuestos anteriores y sus concentraciones, que además comprende un aditivo seleccionado de entre fertilizantes orgánicos o inorgánicos, insecticidas, nematocidas, fungicidas, bactericidas o herbicidas. De esta manera, al aplicar las composiciones que contienen menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles junto con aditivos, ya sea para aportar nutrientes o para tratar determinadas infecciones o plagas, se consigue no aumentar los costos de los tratamientos al hacerlo de forma coordinada.

El séptimo aspecto de Ia presente invención es el uso concreto de cualquiera de las composiciones que contienen menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles mencionadas anteriormente donde Ia composición se aplica a plantas y/o semillas de Ia especie Solanum licopersicum. En una realización preferida, Ia composición se aplica a semillas de Ia especie Solanum licopersicum por inmersión. En otra realización preferida, las semillas de Solanum licopersicum se sumergen en una solución acuosa con una concentración de 10 a 300 mM (3000 a 90000 p.p.m.) de menadiona sodio bisulfito (MSB).

El octavo aspecto de Ia invención está basado en el uso concreto de cualquiera de las composiciones que contienen menadiona y/o alguno de sus derivados hidrosolubles mencionadas anteriormente donde Ia composición se aplica a plantas y/o semillas de Ia especie Arabidopsis thaliana. En una realización preferida, Ia aplicación de las composiciones se realiza por pulverización foliar de plantas de Ia especie anterior. Asimismo, en otra realización preferida, Ia composición está formada por menadiona sodio bisulfito (MSB) y se emplea una concentración de 0,1 a 0,3 mM (30 a 90 p.p. m.).

A Io largo de Ia descripción y las reivindicaciones Ia palabra

"comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en Ia materia, otros objetos, ventajas y características de Ia invención se desprenderán en parte de Ia descripción y en parte de Ia práctica de Ia invención. Los siguientes ejemplos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de Ia presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

EJEMPLOS

A continuación se ilustrará Ia invención mediante dos ejemplos llevados a cabo con una planta de interés hortofrutícola y con cierta capacidad de resistencia a Ia salinidad, Solanum licopersicum y Ia planta modelo Arabidopsis thaliana, sensible al estrés salino.

EJEMPLO 1

Descripción del experimento: se sometieron a tratamiento por inmersión durante 6 horas semillas de tomate en una disolución de 20 mM en MSB (6000 p.p.m.), retirando las semillas posteriormente de Ia misma y dejándolas en agua destilada hasta completar un período de 24 horas. Las semillas control permanecieron sumergidas en agua destilada durante las 24 horas previas a Ia siembra en sustrato universal. Una vez germinadas las semillas las plántulas de tomate generadas fueron regadas cada 24 horas durante un máximo de 7 días con una solución salina 200 mM en NaCI.

A Io largo del experimento se realizaron medidas de fluorescencia de clorofila A encaminadas a Ia determinación de cómo el estrés salino afectaba a Ia capacidad fotosintética de Ia planta. Los datos fueron analizados mediante JIP-test. El concepto de JIP-test está basado en Ia Teoría de Flujos Energéticos en Membranas (Strasser, 1978. Chloroplast Development. Elsevier/North Holland, pp. 513-524; Strasser, 1981. Balaban International Science Services, Philadelphia, PA, pp. 727-737). El JIP-test define los flujos máximos de energía en Ia cascada de eventos que tienen lugar durante su Absorción (ABSo), Captura (TRo), Transporte (ETo) y Disipación (DIo). Al mismo tiempo establece una relación con los datos de fluorescencia experimentales entre los valores mínimos F ₀ y máximos F _M . Estos parámetros nos muestran información estructural y funcional (como son flujos fenomenológicos o índices de vitalidad ó Pl, PI _ABS , Pies) los cuales nos permiten cuantificar el comportamiento del Fotosistema Il en diferentes condiciones experimentales (Strasser et al., 2004. Advances in Photosvnthesis and Respiration. 19: 321-362).

La tabla 1 muestra los valores medios de Ia variación de diferentes parámetros de fluorescencia (F ₀ , F _M , F _V /F _M y Pl) frente al tiempo, para semillas control y tratadas con 20 mM de MSB (6000 p.p.m.). Como se puede observar las plantas procedentes de semillas tratadas con agua destilada o control sufrieron mucho más las drásticas condiciones de estrés salino impuestas en Ia eficiencia fotosintética del fotosistema Il que aquellas que fueron previamente tratadas con MSB. Los valores de fluorescencia inicial y máxima (Fo y F _M ) tienden a estabilizarse en aquellas plantas cuyas semillas fueron tratadas con MSB. El parámetro Pl, que expresa Ia eficiencia funcional del Fotosistema II, muestra claramente esta protección inducida por el MSB, estando sus valores diez veces por encima de los mostrados por las plantas control.

Tabla 1. Cambios experimentados por las plantas de tomate sometidas a estrés salino a Io largo del una semana en los valores de fluorescencia inicial (Fo), fluorescencia máxima (F _M ), máxima eficiente cuántica del Fotosistema Il (F _V /F _M ) y eficiencia funcional del fotosistema Il (Pl).

Días

1 3 7

Control F ₀ 686 ± 31 673 ± 28 962 ± 45

FM 3466 ± 123 3429 ± 145 2152 ± 136

FV/FM 0,80 ± 0,01 0,80 ± 0,02 0,55 ± 0,05

Pl 3,18 ± 0,83 3,33 ± 0,76 0,28 ± 0,34

MSB (2O mM) F ₀ 715 ± 25 690 ± 37 724 ± 15

FM 3538 ± 117 3524 ± 143 3431 ± 129

FV/FM 0,80 ± 0,01 0,80 ± 0,02 0,79 ± 0,03

Pl 2,94 ± 0,25 3,18 ± 0,45 2,51 ± 0,47

Valores medios de 10 plantas por tratamiento. Resultados similares fueron obtenidos en experimentos independientes.

EJEMPLO 2

Descripción del experimento: Plántulas de Arabidopsis thaliana de 4 semanas fueron tratadas mediante spray foliar con una solución de 0.2 mM (60 p.p.m.) de MSB 24 horas antes de ser sometidas a estrés salino severo consistente en el riego continuado cada 24 horas durante un máximo de 7 días con una solución salina 200 mM en NaCI, al igual que en el ejemplo 1. La siguiente tabla muestra igualmente Ia tolerancia a Ia salinidad inducida por el tratamiento previo con MSB. Al igual que en experimento descrito en el ejemplo 1 , a Io largo del experimento se realizaron medidas de fluorescencia de clorofila A encaminadas a Ia determinación de cómo el estrés salino afectaba a Ia capacidad fotosintética de Ia planta. Los datos fueron analizados mediante JIP-test al igual que en ejemplo anterior.

Tabla 2. Cambios experimentados por las plantas de Arabidopsis sometidas a estrés salino a Io largo de una semana en los valores de fluorescencia inicial (FO), fluorescencia máxima (FM), máxima eficiencia cuántica del Fotosistema Il (FV/FM) y eficiencia funcional del fotosistema Il

(Pl).

Días

1 3 7

Control FO 699 ± 22 725 ± 34 807 ± 45

FM 2885 ± 111 2890 ± 117 2795 ± 125

Fv/FM 0,74 ± 0,02 0,75 ± 0,03 0,73 ± 0,03

Pl 0,79 ± 0,12 0,71 ± 0,09 0,69 ± 0,15

MSB (0.2 mM) FO 698 ± 26 668 ± 45 734 ± 54

FM 2922 ± 99 2956 ± 112 3119 ± 121

Fv/FM 0,76 ± 0,04 0,77 ± 0,03 0,76 ± 0,01

Pl 0,80 ± 0,13 0,85 ± 0,18 0,84 ± 0,15

Valores medios de 10 plantas por tratamiento. Resultados similares fueron obtenidos en experimentos independientes. De esta manera en Ia tabla anterior se muestran los valores medios de Ia variación de diferentes los diferentes parámetros de fluorescencia (FO, FM, FV/FM y Pl) analizados frente al tiempo, para plántulas consideradas control y para aquellas tratadas con 0.2 mM de MSB (60 p.p.m.). Como se puede observar en Ia tabla 2, en las plantas tratadas con agua destilada o control, los valores de fluorescencia máxima (FM), máxima eficiencia cuántica del Fotosistema Il (FV/FM) y eficiencia funcional del Fotosistema Il (Pl) sufren un descenso constante, con Ia excepción de los valores de fluorescencia inicial (FO). Sin embargo, en las mismas condiciones experimentales las plantas tratadas con MSB no experimentaron dichos cambios en los parámetros de fluorescencia de clorofila, demostrando así Ia protección del MSB en las condiciones de estrés salino impuestas en aquellas plantas que fueron previamente tratadas con MSB. De nuevo el parámetro Pl muestra claramente esta protección del fotosistema inducida por el MSB.