Investigadores de Lallemand -la empresa canadiense productora de levaduras y bacterias, con representación y ventas en los mercados de Mendoza y Argentina- desarrollaron un producto basado en un derivado de levadura enológica seleccionada y en L-prolina de origen natural. El mismo fue sometido a pruebas químicas y de campo por científicos de las universidades italianas de Perugia y Piacenza, demostrando poder para generar una mayor fotosíntesis y una recuperación más rápida de la planta ante situaciones de estrés hídrico, como las que causan las cada vez más frecuentes sequías a nivel global, efecto del cambio climático.
A continuación, replicamos el estudio del producto, realizado por los investigadores Lucia Giordano (Universitá degli Studi di Perugia), Tommaso Frioni (Universitá Cattolica del Sacro Cuore di Piacenza) y Fabrizio Battista (Lallemand Oenology) y publicado en abril 2022 por la prestigiosa revista especializada L’Enologo.
Los expertos de Lallemand han desarrollado un derivado microbiano innovador para proteger a la viña de los efectos negativos del estrés hídrico. La aplicación de este producto ha sido objeto de un exhaustivo estudio que demuestra que el tratamiento permite una regulación osmótica rápida y más eficiente, limitando las pérdidas del rendimiento y de la calidad en situaciones de estrés hídrico que cada vez son más frecuentes.
El nivel de agua en el viñedo es un aspecto fundamental que hay que manejar durante el ciclo para asegurar un buen equilibrio vegetativo- productivo y unos rendimientos óptimos. En un contexto de calentamiento global, el número de inviernos secos está aumentando, con una acumulación pobre de reservas hídricas del suelo, y con primaveras y veranos caracterizados por frecuentes fenómenos extremos o lluvias intensas que no favorecen nada al equilibrio hídrico del viñedo.
Se calcula que el 99 % del agua que se usa en la viña es transpirada para facilitar los procesos fotoquímicos y de termorregulación de los tejidos. El «agua constitucional», es agua que está almacenada en la planta y que es esencial para el mantenimiento de la correcta turgencia celular, es necesaria para el crecimiento, el movimiento de los estomas y el funcionamiento del sistema radicular.
Con la misma cantidad de precipitaciones, las altas temperaturas incrementan la evapotranspiración del viñedo y la incidencia del estrés hídrico aumenta incluso en las regiones más húmedas. La cantidad de agua que necesita la viña varía considerablemente durante las diferentes fases fenológicas (Figura 1), lo que significa que las consecuencias de las escasez de agua difieren considerablemente según la etapa de desarrollo en la que esto ocurre.
El momento más delicado para el déficit de agua es entre el cuajado y el envero, durante la fase verde de crecimiento de la uva. El estrés hídrico que se da cuando los procesos de desarrollo y división celular están activos tiene un impacto en el rendimiento final en mucho mayor que el estrés de la misma intensidad que ocurre en el envero y después de este.
Además, la pérdida de producción causada por el estrés prematuro es irreversible, aunque aumente la cantidad de agua repuesta durante el resto del ciclo. Si el déficit de agua es moderado y controlado en la fase final de maduración, también podría tener efectos positivos en la calidad, especialmente en uvas tintas, mientras que la primera reacción de la planta a un fuerte déficit es una ralentización de la actividad fotosintética.
Cuando el estrés dura varios días, los estomas se cierran y la fotosíntesis de detiene, con un incremento de la temperatura de la hoja, al no existir termorregulación por transpiración.
Si esta situación continúa durante periodos muy largos, se pierde la turgencia de la célula, con una acumulación de las especies oxidativas reactivas en los tejidos (principalmente el peróxido de hidrógeno), lo que causa el clásico amarilleo de la hoja y la necrosis que puede provocar un daño permanente en el sistema fotosintético.
Cómo combatir el estrés hídrico
Para manejar un estrés hídrico prolongado o imprevisible es necesario un doble enfoque sinérgico. Por una parte, la planificación de estrategias a largo plazo a implementar durante la fase de plantación, y por otra, la identificación de técnicas flexibles y oportunas a aplicar durante el ciclo. El uso de nuevas aplicaciones foliares naturales basadas en la acción de derivados microbianos específicos, tales como las levaduras inactivadas y los extractos bacterianos, es una estrategia de cultivo novedosa.
Una exhaustiva I+D llevada a cabo por Lallemand (pendiente de patente) ha dado lugar al desarrollo de un número de formulaciones específicas que pueden optimizar los rendimientos del viñedo en cuanto a la mejora de la tolerancia al estrés abiótico (Giordano et al. 2021) y la maduración fenólica y aromática (Pastore et al. 2020).
Concretamente, Lalvigne ProHydro™, basado en un derivado de levadura enológica seleccionada (Saccharomyces cerevisiae) y en L-prolina de origen natural (Corynebacterium glutamicum), ha sido desarrollado específicamente para mejorar la respuesta de la viña al estrés hídrico. Su uso preventivo logra una doble acción, asegurando una alta actividad fotosintética evitando una ralentización excesiva del metabolismo básico de la planta, al mismo tiempo que, por otro lado, prepara a la planta para lidiar con las consecuencias del estrés hídrico.
Cómo funciona el nuevo tratamiento foliar
El agua se mueve en el interior de la planta debido al gradiente de potencial hídrico negativo, desplazándolo desde el suelo hasta la atmósfera a través de las raíces, el tronco, los brotes y las hojas.
En caso de déficit de agua, los recursos pueden ser insuficientes para garantizar la transpiración, la reacción fotoquímica y la turgencia celular, tres elementos que serán inhibidos en distintos grados y dinámicas. En estas situaciones, la viña recurre a estrategias para adaptarse a las condiciones limitantes, tales como incrementar el ángulo foliar o doblar el margen de la hoja para huir de la exposición directa a la luz, o a diversos reajustes fisicoquímicos para regular el equilibrio hídrico y bioquímico de sus tejidos. Esto incluye la acumulación de prolina, un aminoácido osmóticamente activo que, en caso de estrés, es sintetizado en los cloroplastos y acumulado en el citoplasma en concentraciones equivalentes a diez veces a las existentes antes del estrés.
La prolina potencia los ajustes osmóticos necesarios para mantener la turgencia celular y extrae agua de los orgánulos con mayor potencial hídrico. Además, la rotación día-noche de la prolina fomenta la acumulación del poder reductor (NADP+) y previene la formación de especies reactivas de oxígeno, moléculas tóxicas que causan el amarilleo y la necrosis de las hojas estresadas.
En 2020, se trataron viñas de pPinot noir en maceta con LalVigne Prohydro™ y se compararon con una muestra de control sin tratar. Desde un día antes del tratamiento y a intervalos regulares después de este, se hizo un muestreo de las hojas para determinar el nivel de concentración de la prolina. Tras el muestreo, se limpiaron las hojas con agua destilada para eliminar cualquier resto de prolina exógena de tal manera que solo se midiera la prolina endógena, es decir, la contenida en los tejidos de las hojas. Una hora después del tratamiento, no se observaron diferencias significativas entre los tratamientos. A partir del tercer día posterior al tratamiento, la variación del porcentaje de prolina comparada con los niveles anteriores a este aumentaron de forma gradual y constante de +68% hasta + 170% a los 14 días del tratamiento, mientras que en las plantas sin tratar en el mismo periodo registraron un aumento del 50%.
Esto significa que el tratamiento preventivo con LalVigne ProHydro™ prepara a la planta para el estrés hídrico y los desequilibrios osmóticos, con una activación que da lugar a una biosíntesis de prolina más abundante. La prolina, además de su función osmótica, actúa como neutralizador de radicales libres, evitando así el daño permanente al tejido causado por las especies químicas oxidativas que produce la viña cuando se encuentra bajo estrés. Desde un punto de vista práctico, esto se traduce no sólo en un mejor uso del recurso hídrico para los procesos fotoquímicos y la termorregulación, lo que favorece la preservación de una temperatura baja de la vegetación, sino también en una prevención más efectiva del exceso de energía que causa el amarilleo y la abscisión foliar.
Dispositivo experimental
La Universidad de Perugia, en colaboración con la Universidad Católica del Sagrado Corazón de Piacenza, hizo una valoración del uso de LalVigne ProHydro™ en la función fisiológica y productiva en viñas de siete años (cv. Sangiovese, clon VCR30) cultivadas en macetas y sometidas artificialmente a situaciones de estrés hídrico en un periodo de altas temperaturas.
Se aplicaron los tratamientos foliares de LalVigne ProHydro™ en una dosis equivalente a 1kg/ha en estas etapas fenológicas: cuajado (19 de junio), baya en tamaño guisante (3 de julio) y cerramiento del racimo (17 de julio). Las viñas testigo fueron tratadas solo con agua, en el mismo momento.
Se mantuvieron a todas las plantas bajo condiciones de irrigación completa (90% de la capacidad de la maceta) hasta tres días después del último tratamiento (20 de julio), cuando la mitad de las cepas de cada alternativa fue sometida a estrés hídrico, manteniendo una capacidad máxima de agua del 40 %. El 8 de agosto (pocos días antes del envero), se restableció el 90% de la capacidad máxima de agua hasta el final del ciclo en todas las plantas.
Se registró la fotosíntesis (Pn), la conductancia estomática (gs), la eficiencia en el uso del agua (Water Use Efficiency, WUE), la eficiencia fotoquímica del PSII (Fv/Fm) y el contenido de clorofila (unidades SPAD) así como los parámetros cuantitativos y composicionales de las uvas en la vendimia (12 de septiembre).
Resultados
Los datos obtenidos muestran cómo el tratamiento con LalVigne ProHydro™ fue capaz de limitar los efectos del estrés hídrico y térmico a lo largo del año. Desde el punto de vista climático, el estudio se realizó en una época de máximas temperaturas (T máx.) por encima de 35 °C durante más de 22 días (Figura 3A-B).
Se puede observar que, independientemente del régimen hídrico aplicado, todas las plantas del ensayo fueron sometidas a un estrés térmico significativo durante el ciclo. Los datos fisiológicos y en particular, los de la fotosíntesis, muestran cómo en respuesta al primer y segundo tratamiento con LalVigne ProHydro™, se dio una fotosíntesis mayor comparada con el control sin tratar. Estas diferencias disminuyeron cuando se registraron temperaturas más bajas el 15 de julio (Figura 3A–B).
En las muestras no sometidas a estrés hídrico, después del tercer tratamiento, tras 7 días consecutivos con T máxima por encima de 35 °C, las viñas tratadas realizaron una fotosíntesis mayor que las viñas del control (Figura 3A). En el mismo período, con viñas sometidas a estrés hídrico, las plantas tratadas mostraron una fotosíntesis mayor que el control, + 48% el 25 de julio (5 días desde el inicio del estrés hídrico) y + 21 % el 1 de agosto (12 días de estrés) (Figura 3B) respectivamente. Cuando se recuperó todo el volumen de agua, las plantas tratadas respondieron inmediatamente, con una recuperación rápida y constante de Pn (+ 56 %) y WUE (+ 40 %), volviendo a los niveles anteriores al estrés, mientras que las plantas sin tratar no recuperaron nunca la tasa fotosintética completa (Fig. 3B-D).
Esto sugiere que durante el período de estrés las plantas tratadas no sufrieron un daño permanente o irreversible en el sistema fotosintético, como queda demostrado por los datos de eficiencia fotoquímica evaluados mediante el ratio de fluorescencia Fv/Fm (Fig. 4A). Este parámetro tiene un valor umbral de 0,65, por debajo del cual existe una pérdida irreversible de eficiencia del fotosistema II en el cloroplasto y que resulta evidente por el amarilleo de la hoja, la clorosis y la necrosis (Foto 2), resultado de la acumulación del peróxido de hidrógeno y otras moléculas fitotóxicas que se da bajo severas condiciones de estrés.
Las plantas tratadas con LalVigne ProHydro™ mantuvieron una eficiencia fotoquímica superior a la del control, permaneciendo por encima del valor umbral del 0,65 durante todo el ensayo. En cambio, las viñas del control cayeron por debajo de este valor, desencadenando procesos de fotoinhibición crítica. No se observaron fenómenos de fotoinhibición en las plantas con riego, ni en las tratadas ni en las de control (ver datos).
Las vides tratadas, además de recuperar rápidamente la eficiencia fotosintética tras un período de estrés, mantuvieron su sistema foliar con actividad durante más tiempo, garantizando unos buenos niveles de fotosíntesis hasta la vendimia. El contenido más alto de clorofila encontrado en las vides tratadas tanto en los días de más calor en las vides con riego (no se aportan datos), como en aquellas sometidos a estrés hídrico (Figura 4B) viene a corroborar esta afirmación.
El mejor comportamiento fisiológico de las viñas tratadas permitió una mejor distribución de la materia seca y una reducción de los fenómenos de deshidratación de la uva, como se muestra con el peso medio de las bayas y el rendimiento por cepa, superiores a los del control, en ambas situaciones, con riego continuo y con estrés hídrico. (Tabla1). Al mismo tiempo, el tratamiento facilitó la acumulación de azúcar y la concentración de polifenoles en las plantas bajo estrés hídrico (Tabla 2).
Conclusiones
LalVigne ProHydro™ es un nuevo derivado microbiano capaz de asegurar una mayor fotosíntesis y de potenciar una recuperación más rápida de la planta en caso de estrés hídrico. El tratamiento estimula la biosíntesis natural de la prolina endógena de las hojas, lo que permite un nivel mayor de turgencia celular e impide la biosíntesis de moléculas fitotóxicas tales como el peróxido de hidrógeno y otras especies reactivas del oxígeno.
En este estudio, realizado en un medio semicontrolado en macetas y con cepas de Sangiovese, se ha demostrado que los tratamientos foliares llevados a cabo entre el cuajado y el envero con LalVigne ProHydro™ pueden ayudar a prevenir pérdidas de producción relacionadas con el estrés hídrico y al mismo tiempo mantener la acumulación de azúcares y de compuestos fenólicos.
Estos efectos guardan relación con el comportamiento fisiológico mejorado de las plantas tratadas cuando surgen situaciones de estrés. Las plantas tratadas no sufren un daño permanente en su sistema fotosinténtico, permitiendo que se conserve la integridad funcional de la vegetación, con una mejor distribución de fotoasimilados hasta la vendimia.
Estos datos confirman que la mayor eficiencia de LalVigne ProHydro™ se consigue con tratamientos preventivos llevados a cabo en el período en el que el estrés hídrico puede comprometer gravemente la producción (periodo entre cuajado y envero).
