Strategies of a potential cash crop halophyte ( Beta vulgaris ssp . maritima ) to avoid salt injury

Salt stress effects were studied on Beta vulgaris ssp. maritima plants cultivated in defined nutrient solution in a gravel/hydroponic quick check system (QCS) with flow irrigation. We compared plants grown with 0, 125, 250, 375 and 500 mol m-3 NaCl-salinity. The salinity tolerance was measured on the basis of three parameters: a) The maximum yield of Beta vulgaris ssp. maritima was reduced by 50% (C50-value) at 375 mol m-3 NaCl-salinity. b) The salinity threshold was reached at 125 mol m-3 NaCl-salinity. c) Gas exchange parameters such as net photosynthesis (μmol m-2 s-1), stomatal conductance (mol m-2 s-1) and transpiration (mol m-2 s-1) were highest at 250 mol m-3 NaCl-salinity. At salinities above the C50-value the ratio of intercellular (Ci) to atmospheric (Ca) CO2-concentrations (Ci/Ca ratios), transpiration and stomatal conductance showed a distinct reduction and there was a steep rise in water use efficiency. The strategies employed by the seabeet for avoiding salt injury depend on adaptation to low water potential and high Na and Cl concentrations. The seabeet was able to balance out low external water potential and to generate turgor by accumulating high internal Na and Cl concentrations in the leaf and of sucrose and proline in the taproot. However, the specifity for the uptake of K, Mg and Ca was insufficient to prevent dilution of these ions at tissue and cellular level, supporting the hypothesis that the major reason for the particular threshold of salinity tolerance in the seabeet is ion-deficiency. The biennial seabeet survives NaCl in the range of seawater salinity because of a division of labour between leaf and taproot. It can be concluded that the mechanisms in the leaf are effective only until the taproot provides sufficient conditions for completion of a second vegetation period. Resumen: Se estudiaron los efectos del estrés causado por la sal en plantas de Beta vulgaris ssp. maritima cultivadas en una solución nutritiva definida, en un sistema hidropónico/grava de rápida revisión (QCS) con irrigación de flujo. Comparamos plantas que crecieron con salinidades de NaCl de 0, 125, 250, 375 y 500 mol m-3. La tolerancia a la salinidad fue medida con base en tres parámetros: a) El máximo rendimiento de Beta vulgaris ssp. maritima se vio reducido en 50% (valor de C50) en una salinidad de NaCl de 375 mol m-3. b) El umbral de salinidad fue alcanzado en una salinidad de NaCl de 125 mol m-3. c) Los parámetros de intercambio de gases tales como la fotosíntesis neta (μmol m-2 s-1), la conductancia estomática (mol m-2 s-1) y la transpiración (mol m-2 s-1) tuvieron sus máximos en una salinidad de NaCl de 250 mol m-3. En salinidades por arriba del valor de C50, el cociente de concentraciones de CO2 intercelular (Ci) sobre el atmosférico (Ca) (cociente Ci/Ca), la transpiración y la conductancia estomática mostraron una reducción distinta y hubo un * Corresponding Author 192 STRATEGIES TO AVOID SALT INJURY aumento muy abrupto en la eficiencia de uso del agua. Las estrategias empleadas por la remolacha de mar para evitar daños por salinidad dependen de la adaptación a un bajo potencial hídrico y a concentraciones altas de Na y Cl. La remolacha de mar fue capaz de balancear un bajo potencial hídrico externo y de generar turgencia por medio de la acumulación de concentraciones internas altas de Na y Cl en la hoja, y de sacarosa y prolina en la raíz pivotante. Sin embargo, la especificidad de la absorción de K, Mg y Ca fue insuficiente para prevenir la dilución de estos iones a nivel tisular y celular, lo que apoya la hipótesis de que la causa principal del umbral particular de tolerancia a la salinidad en la remolacha de mar es la deficiencia de iones. La remolacha bienal sobrevive al NaCl en el intervalo de salinidad del agua de mar gracias a una división del trabajo entre la hoja y la raíz pivotante. Se puede concluir que el mecanismo en la hoja es efectivo sólo si la raíz pivotante proporciona condiciones suficientes para poder completar un segundo periodo de crecimiento vegetativo. Resumo: Os efeitos do stress salino foram estudados em plantas de Beta vulgaris ssp. maritima cultivadas numa solução nutriente definida num sistema de verificação rápida do tipo hidropónica/cascalho (QCS) com fluxo de irrigação. O crescimento das plantas foi comparado com salinidades de 0,125, 250, 375 e 500 mol m-3 . A tolerância à salinidade foi medida na base de três parâmetros: a) O rendimento máximo da Beta vulgaris ssp. maritima foi reduzido a 50% ( valor C50) para a salinidade de 375 mol m-3 NaCl; b) O limiar de salinidade foi atingido a 125 mol m-3 NaCl; c) Os parâmetros de troca gasosa tais como a fotossíntese líquida (μmol m-2 s-1), a condutância estomática (mol m-2 s-1) e a transpiração (mol m-2 s-1) foram mais elevadas para uma salinidade de 250 mol m-3 NaCl. Para valores da salinidade acima do valor de C50 o ratio (Ci/Ca), traduzido pela relação entre o valores das concentrações da concentração do CO2 intercelulares (Ci) e atmosférico (Ca), a transpiração e condutância estomática mostraram uma redução clara e houve uma aumento brusco na eficiência no uso da água. As estratégias empregues pela beterraba marítima para evitar as injúrias provocadas pelo sal depende da adaptação ao baixo potencial hídrico a altas concentrações de Na e Cl. A beterraba marítima foi capaz de compensar o baixo potencial hídrico externo e gerar turgescência mediante uma acumulação interna da Na e Cl elevada na folha e de sacarose e prolina na raiz principal. Contudo, a especificidade para a absorção do K, Mg e Ca foi insuficiente para prevenir a diluição destes iões ao nível dos tecidos e celular, suportando a hipótese de que a maior razão para o limiar particular de tolerância da beterraba marítima à salinidade seja a deficiência iónica. A beterraba marítima bienal sobrevive ao NaCl no intervalo de salinidade da água do mar por causa da divisão de trabalho entre a folha e a raiz principal. Pode concluir-se que o mecanismo na folha só é efectivo enquanto a raiz principal proporcionar condições suficientes para completar o segundo período vegetativo.