Growth and nutrient contents of Pinus greggii Engelm. inoculated with the edible ectomycorrhizal mushroom Hebeloma mesophaeum (Pers.) Quél.

Magdalena Martínez–Reyes¹; Jesús Pérez–Moreno^1,2*; Luis Villarreal–Ruiz¹; Ronald Ferrera–Cerrato¹; Beatriz Xoconostle–Cázares³; J. Jesús Vargas–Hernández¹; Mario Honrubia–García⁴

¹ Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo. km 36.5, Carretera México–Texcoco, Montecillo, Estado de México. C. P. 56230. (*Autor para correspondencia) Correos–e: jperezm@colpos.mx, jepemo@yahoo.com.mx

² Animal and Plant Sciences Department, University of Sheffield, Sheffield S10, 2TN, ENGLAND, United Kingdom.

³ Departamento de Biotecnología y Bioingeniería, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Instituto Politécnico Nacional. Av. Instituto Politécnico Nacional, Núm. 2508. San Pedro Zacatenco, C. P. 07360, México, D. F.

Recibido: 15 de noviembre, 2010
Aceptado: 2 de mayo, 2012

RESUMEN 

Se evaluó el crecimiento y contenido de macro y micronutrimentos de Pinus greggii Engelm., cuando éste fue inoculado con el hongo comestible ectomicorrízico Hebeloma mesophaeum (Pers.) Quél. Se tuvieron dos tratamientos: plantas inoculadas con H. mesophaeum y plantas sin inocular. Los resultados mostraron que tanto el peso seco de la parte aérea y de la raíz, altura y diámetro del tallo así como el contenido total de N, P, K, Ca y Mg, fueron mayores en las plantas inoculadas con respecto a las plantas no inoculadas. Los contenidos de P y Mg fueron, respectivamente, 6.7 y 6.9 veces mayor en la parte aérea de las plantas inoculadas que las no inoculadas. Adicionalmente, existió una eficiencia alta de H. mesophaeum para la traslocación de P, K y Mg a la parte aérea de las plantas. El porcentaje de micorrización fue alto (79.5 %), del cual, más de la mitad se observó en la parte media del cepellón. La inoculación con H. mesophaeum tiene entonces un gran potencial de uso en la producción de plantas de P. greggii en invernadero.

Palabras clave: Macronutrimentos, pinos, hongos silvestres comestibles, esporomas.

ABSTRACT

Key words: Macronutrients, pines, edible wild mushrooms, sporomes.

INTRODUCCIÓN

La micorriza es una de las simbiosis de mayor importancia en la estructura y funcionamiento de los ambientes terrestres. Específicamente, las ectomicorrizas son un componente de calidad ecofisiológica para el mantenimiento de los bosques. Al incrementar el área de absorción de las raíces, los hongos ectomicorrízicos originan un efecto benéfico en las plantas asociadas, aumentando la absorción de nutrimentos, principalmente N y P, en retribución, los hongos reciben carbono (C) de ellas (Read & Pérez–Moreno, 2003). Las ectomicorrizas son de considerable interés, dado que algunos géneros de los grupos Basidiomycota y Ascomycota que las forman, producen hongos comestibles. Dichos hongos constituyen un recurso forestal no maderable, de enorme importancia a nivel internacional para la conservación forestal, ya que son una fuente alimenticia o una alternativa de ingreso económico para las comunidades locales. En el caso específico de México, se conocen más de 300 especies de hongos silvestres comestibles, de las cuales alrededor de 50 % establecen ectomicorrizas con árboles de importancia forestal (Boa, 2004; Sánchez, Pérez–Moreno, Mata, Salmones, & Leal–Lara, 2012).

Actualmente, la producción de inoculantes basados en hongos ectomicorrízicos ha cobrado una enorme importancia en los países con tradición forestal. En países como México, esta biotecnología ha recibido escasa atención, a pesar de su enorme potencial. Por tal motivo, es necesaria la generación de conocimientos vinculados con la utilización de hongos ectomicorrízicos nativos, con plantas de interés forestal. Pinus greggii Engelm es una especie forestal de gran importancia en los programas de reforestación del país (Ramírez–Herrera, Vargas, & López–Upton, 2005). Por su parte, Hebeloma mesophaeum (Pers.) Quél. es un hongo ectomicorrízico que tiene una gran importancia como especie comestible en diversas partes del centro de México (Pérez–Moreno, Martínez–Reyes, Yescas–Pérez, Delgado–Alvarado, & Xoconostle–Cázares, 2008). El objetivo del presente trabajo fue evaluar el crecimiento, la colonización radical, y contenido de N, P, K, Ca y Mg, en la raíz y parte aérea de P. greggii, cuando éste fue inoculado con el hongo comestible ectomicorrízico H. mesophaeum.

MATERIALES Y MÉTODOS

Material vegetal e inóculo

El presente estudio se efectuó en el laboratorio de Micorrizas y en el invernadero de Edafología del Colegio de Postgraduados, en Montecillo, Estado de México. Las semillas utilizadas de P. greggii fueron esterilizadas antes de la siembra con H₂O₂ al 30 % durante 20 minutos. Posteriormente, se enjuagaron tres veces con agua destilada estéril. Los esporomas utilizados para el inóculo procedían de hongos adquiridos en el mercado de Ozumba, Estado de México (Figura 1a). El inóculo se obtuvo a partir de los píleos de H. mesophaeum, los cuales se cortaron de los estípites, se deshidrataron a 35 °C y se molieron. Posteriormente, el inóculo se tamizó a través de una malla de 1.19 mm de diámetro de abertura, para homogeneizar el tamaño de las partículas. El inóculo así obtenido se almacenó a 5 °C.

El sustrato se preparó a partir de una mezcla de arena, corteza y suelo forestal, en una proporción 2:2:1, el cual fue esterilizado con vapor de agua a 1.3 kg·cm² y 125 °C durante 5 h. El material vegetativo se sembró en "tubetes" de plástico negro de 140 mL que contenían el sustrato. P. greggii se inoculó con un intervalo de 10⁷ a 10⁸ esporas de H. mesophaeum por planta. La concentración de dichas esporas se determinó con un hematocitómetro. Se realizaron dos inoculaciones con las esporas del hongo ectomicorrízico; la primera se efectuó simultáneamente con la siembra y la segunda 90 días después.

Crecimiento vegetal P. greggii

La altura y el diámetro del tallo se midieron en 60 plantas. Se tomaron al azar 10 plantas inoculadas con H. mesophaeum y 10 plantas sin inocular para determinar el peso seco de la raíz y el de la parte aérea; las muestras se secaron a 70 °C por 48 h, hasta peso constante. Las mediciones se realizaron a los 421 días después de la siembra.

Caracterización macro y micromorfológica de la ectomicorriza H. mesophaeum

La evaluación de la colonización micorrízica es fundamental para explicar cualquier efecto en el crecimiento vegetal de las plantas, como consecuencia de la presencia de H. mesophaeum en las raíces de éstas. Se tomaron al azar tres plantas inoculadas con H. mesophaeum y tres plantas sin inocular, para la evaluación del porcentaje de micorrización. Posteriormente, se extrajeron los cepellones de los "tubetes". La parte radical se lavó bajo chorro de agua con baja presión y con ayuda de tres tamices de diferente diámetro de abertura (1.19, 0.180 y 0.085 mm), para reducir la pérdida de raíces cortas. La identificación de raíces vivas micorrizadas se realizó con un microscopio estereoscópico. Se contaron todas las raíces cortas del cepellón y se efectuaron cortes a mano para su análisis micromorfológico. El análisis se realizó con la toma de fotografías de las estructuras diagnósticas de la ectomicorriza: manto, red de Hartig y micelio externo (Agerer, 1994). Se evaluó la colonización en tres profundidades del cepellón: i) parte superior (0 – 5 cm), ii) parte media (5.1 – 10 cm), y iii) parte inferior (10.1 – 15 cm). Lo anterior, debido a que en ensayos preliminares se observó que la distribución de la colonización ectomicorrízica no es homogénea a diferentes profundidades en el "tubete". En cada una de estas profundidades, se evaluó el número de raíces vivas y muertas (en función de su turgencia y color), micorrizadas o no.

Análisis de nutrimentos en tejido vegetal

Los análisis de nutrimentos se realizaron en las plantas utilizadas para la evaluación del peso seco. El N se determinó por digestión húmeda (Bremner, 1965); el P total, según el método de Allen, Grimshaw, Parkinson, y Quarmbyn (1997); el K, mediante extracción con acetato de amonio por fotometría de llama; y el Ca y Mg, mediante determinación colorimétrica en un espectrofotómetro de absorción atómica (Varian, Spectra–AA220).

Análisis estadístico

Los resultados de evaluación del crecimiento, y peso seco de la raíz y parte aérea de P. greggii, se analizaron en un diseño experimental completamente al azar. Para todas las variables se realizó un análisis de varianza mediante PROC GLM y se hizo una comparación de medias con la prueba de Tukey (P < 0.05) (SAS Institute, 1999). Los datos del porcentaje de colonización ectomicorrízica fueron transformados mediante la fórmula (% colonización + 0.05)^½ utilizada por Alves, Oliveira, y Germano (2010).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Crecimiento vegetal de P. greggii

El peso seco total de las plantas inoculadas fue 2.9 veces mayor que el de las plantas no inoculadas. Un fenómeno similar se observó en el caso de la altura de las plantas y el diámetro del tallo (Figura 1b y Cuadro 1). Efectos benéficos, en términos de la producción de biomasa de pinos, han sido reportados previamente como consecuencia de la inoculación con otros hongos ectomicorrízicos (Christophe etal., 2010; Domínguez, Planelles, Rodríguez, & Saiz de Omeñaca, 2004; Duñabeitia et al., 2004).

Caracterización macro y micromorfológica de la ectomicorriza H. mesophaeum

Una colonización micorrízica alta (79.5 %) se observó únicamente en plantas inoculadas (Cuadro 2). También se han registrado porcentajes altos (hasta 80 %) de colonización micorrízica en plantas de pino inoculadas con hongos ectomicorrízicos de los géneros Tuber, Rhizopogon y Suillus (Duñabeitia et al., 2004; Parladé, Pera, & Álvarez, 1996) y valores más bajos han sido registrados por Kropp (1997). En el caso de las plantas inoculadas, se observó un porcentaje mayor (40.5 %) de raíces cortas micorrizadas en la parte central del cepellón. Este porcentaje fue 1.6 y 3.0 veces mayor que la parte superior e inferior del cepellón, respectivamente (Cuadro 2). En este estudio, se observó una dinámica mayor de renovación de raíces finas en las plantas inoculadas. Como consecuencia, en las plantas inoculadas se registró un porcentaje mayor de raíces cortas muertas (16.7 %) comparado con el de las plantas no inoculadas (1.7 %). Sin embargo, una proporción alta de las raíces cortas muertas en plantas inoculadas, correspondieron a raíces no micorrizadas (10.6 %).

Las micorrizas de H. mesophaeum fueron simples o dicotómicas, de 2 a 3 mm de longitud y 0.5 mm de diámetro. Las terminaciones tuvieron forma recta y cilíndrica en la punta, de color café y en algunas partes blanca (Figura 1e y 1f). No se observaron rizomorfos. La base de la ectomicorriza fue de 1 a 2 mm y el ápice de 0.5 a 1.4 mm, con hifas emanantes abundantes de color blanco a lo largo de todas las raíces ectomicorrizadas (Figura 1c y 1d). La red de Hartig penetró hasta tres capas de células corticales y el manto fue plectenquimatoso. Estas características morfológicas son similares a las reportadas por Deemy (2008) para H. mesophaeum con Pinus strobus.

Contenido de nutrientes

El contenido de los macro y micronutrimentos evaluados fue mayor en las plantas inoculadas en comparación con las no inoculadas (Cuadro 3). En el caso del N, los incrementos observados son de gran significancia ecofisiológica, debido a que es un elemento limitante en los ecosistemas forestales. El contenido de N en la parte aérea y radical fue, respectivamente, 2.1 y 2.6 veces mayor en las plantas inoculadas que en las no inoculadas. Esto concuerda con reportes previos que han registrado el incremento del contenido de N en plantas inoculadas con Hebeloma (Tibbet & Sanders, 2002) o con otros hongos ectomicorrízicos (Read & Pérez–Moreno, 2003). En las hifas externas de Hebeloma se han identificado transportadores de amonio (la fuente preferida de N por los microorganismos), y enzimas que lo metabolizan, como la glutamina sintetasa y el glutamato deshidrogenasa (Javelle et al., 2003).

Los contenidos totales de P, Mg y K, fueron 5.5, 5.2 y 2.5 veces mayor (P < 0.05), respectivamente, en las plantas inoculadas que en las no inoculadas (Cuadro 3). Se ha demostrado, que el micelio externo ectomicorrízico tiene un papel activo importante en la adquisición de P inorgánico y orgánico, a partir de fuentes no accesibles a la raíz (Pérez–Moreno & Read, 2000; Read & Pérez–Moreno, 2003). Recientemente, se ha demostrado que Hebeloma libera fosfatasas ácidas, lo cual facilita la translocación de los ortofosfatos (Louche et al., 2010). La translocación de Mg y K, en términos generales, ha sido escasamente estudiada para muchos hongos ectomicorrízicos. Sin embargo, se ha demostrado que especies como Paxillus involutus (Batsch) Fr. o Scleroderma bermudense Coker, son importantes para la translocación de dichos nutrimentos, respectivamente (Bandou, Lebailly, Muller, Dulormne, & Toribio, 2006; Jentscke, Brandes, Kuhn, Schróder, & Godbold, 2001; Jentscke et al., 2000). El contenido de P, K y Mg en la relación parte aérea:raíz, fue 1.43, 1.87 y 1.94 veces mayor, respectivamente, en plantas inoculadas que las no inoculadas. Este es un indicador importante de la alta eficiencia de H. mesophaeum, no sólo para tomar del suelo estos nutrimentos, sino también para movilizarlos hacia la parte aérea de las plantas inoculadas. Jentschke et al. (2001) demostraron que existe una fuerte interdependencia entre los flujos de N, K y Mg y la translocación de P dentro de las células del micelio ectomicorrízico. Esto se debe a que los fosfatos movilizados por el micelio externo de los hongos ectomicorrízicos, usualmente se incorporan en las vacuolas fúngicas como polifosfatos, los cuales se encuentran cargados negativamente. Todo esto origina un desbalance electrónico en las células fúngicas que facilita el flujo de cationes tales como K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ o aminoácidos básicos (como arginina). Dado que la deficiencia de Mg y K ha sido reportada previamente en bosques centrales de Europa (Jentscke et al., 2000; Ubel & Heinsdorf, 1997), los datos generados en el presente trabajo sugieren que la inoculación de árboles con H. mesophaeum podría contribuir a reducir la deficiencia de dichos nutrimentos.

CONCLUSIONES

Las plantas inoculadas presentaron incrementos conspicuos en biomasa de parte aérea, raíz y contenido de N, P, K, Ca y Mg, respecto a las plantas no inoculadas. H. mesophaeum fue particularmente eficiente en la movilización de P y Mg a la parte aérea de las plantas de P. greggii. Un alto porcentaje de colonización por H. mesophaeum, se observó principalmente en la parte central del cepellón. La formación de esporomas del hongo, 392 días después de la inoculación, también fue observada. Debido a los porcentajes altos de micorrización y al efecto benéfico registrado, se considera que el hongo comestible ectomicorrízico H. mesophaeum tiene potencial para su utilización en programas de inoculación de P. greggii en invernadero.

AGRADECIMIENTOS

El primer autor agradece el financiamiento del CONACYT por la beca otorgada. JPM agradece el apoyo del proyecto FOMIX–VERACRUZ Núm. 108654 por el financiamiento otorgado para el análisis nutrimental.

LITERATURA CITADA

Agerer, R. (1994). Characterizacion of ectomycorrhiza. In J. R. Norris, D. J. Read, & A.K. Varma (Eds.), Techniques for the Study of Mycorrhiza (pp. 25–73). London: Academic Press.         [ Links ]

Allen, S. E., Grimshaw, H. M., Parkinson, J.A. & Quarmbym, C. (1997). Chemical analysis of ecological materials. Oxford, UK: Blackwell Scientific Publications.         [ Links ]

Alves, L., Oliveira, V. L., & Germano, N. S. F. (2010). Utilization of rocks and ectomycorrhizal fungi to promote growth of eucalypt. Brazilian Journal of Microbiology, 41, 676–684. doi:10.1590/S1517–83822010000300018        [ Links ]

Bandou, E., Lebailly, F., Muller, F., Dulormne, M., & Toribio, A. (2006). The ectomycorrhizal fungus Scleroderma bermudense alleviates salt stress in seagrape (Coccoloba uvifera L.) seedlings. Mycorrhiza, 16, 559–565. doi: 10.1007/s00572–006–0073–6        [ Links ]

Boa, E. (2004). Wild edible fungi: A global overview of their use and importance to people. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations. (FAO).         [ Links ]

Bremner, J. M. (1965). Total nitrogen. In C. A. Black (Ed.), Methods of soil analysis (pp. 1149–1178). Madison, Wisconsin: American Society of Agronomy.         [ Links ]

Christophe, C., Turpault, M., Uroz, S., Leclerc, E., Kies A., & Frey–Klett P. (2010). Laccaria bicolor S238N improves Scots pine mineral nutrition by increasing root nutrient uptake from soil minerals but does not increase mineral weathering. Plant Soil, 328, 145–154. doi: 10.1007/ s11104–009–0092–0        [ Links ]

Danell, E., & Camacho, F. J. (1997). Successful cultivation of the golden chanterelle. Nature, 385, 303. doi:10.1038/385303a0        [ Links ]

Debaud, J. C., & Gay, G. (1987). In vitro fruiting under controlled conditions of the ectomycorrhizal fungus Hebeloma cylindrosporum associated with Pinus pinaster. New Phytologist, 105, 429–436. doi: 10.1111/j.1469–8137.1987.tb00880.x        [ Links ]

Deemy. (2008). Characterization and determination of ectomycorrhizae. Consultado 13–02–2012 en http://www.deemy.de/        [ Links ]

Domínguez, N. J. A., Planelles, R., Rodríguez, B. J. A., & Saiz de Omeñaca, J. A. (2004). Influencia de la micorrización con trufa negra (Tuber melanosporum) en el crecimiento, intercambio gaseoso y nutrición mineral de plántulas de Pinus halepensis. Investigación agraria. Sistemas y recursos forestales, 13, 317–327.         [ Links ]

Duñabeitia, M. K., Hormilla, S., García–Plazaola, J. I., Txarterina, K., Arteche, U., & Becerril, J. M. (2004). Differential responses of three fungal species to environmental factors and their role in the mycorrhization of Pinus radiata D. Don. Mycorrhiza, 14, 11–18. doi:10.1007/s00572–003–0270–5        [ Links ]

Javelle, A., Morel, M., Rodriguez–Pastrana, B. R., Botton, B., André B., Marini A. M., Brun A., & Chalot, M. (2003). Molecular characterization, function and regulation of ammonium transporters (Amt) and ammonium–metabolizing enzymes (GS, NADP–GDH) in the ectomycorrhizal fungus Hebeloma cylindrosporum. Molecular Microbiology, 47, 411–430. doi:10.1046/j.1365–2958.2003.03303.x        [ Links ]

Jentschke, G., Brandes, B., Kuhn, A. J., Schröder, W. H., Becker, J. S., & Godbold, D. L. (2000). The mycorrhizal fungus Paxillus involutus transports magnesium to Norway spruce seedlings. Evidence from stable isotope labeling. Plant and Soil, 220, 243–246. doi: 10.1023/A:1004727331860        [ Links ]

Jentschke, G., Brandes, B., Kuhn, A. J., Schröder, W. H., & God–bold D. L. (2001). Interdependence of phosphorus, nitrogen, potassium and magnesium translocation by the ectomycorrhizal fungus Paxillus involutus. New Phytologist, 149, 327–337. doi: 10.1046/j.1469–8137.2001.00014.x        [ Links ]

Kropp, B. R. (1997). Inheritance of the ability for ectomycorrhizal colonization of Pinus strobus by Laccaria bicolor. Mycologia, 89, 578–585.         [ Links ]

Louche, J., Arif, A. M., Cloutier–Hurteau, B., Sauvage, F. X., Quiquampoix, H., & Plassard, C. (2010). Effciency of acid phosphatases secreted from the ectomycorrhizal fungus Hebeloma cylindrosporum to hydrolyse organic phosphorus in podzols. FEMS Microbiology Ecology, 73, 323–335. doi: 10.1111/j.1574–6941.2010.00899.x        [ Links ]

Parladé, J., Pera, J., & Alvarez, I. F. (1996). Inoculation of containerized Pseudotsuga menziesii and Pinus pinaster seedlings with spores of five species of ectomycorrhizal fungi. Mycorrhiza, 6, 237–245. doi: 10.1007/ s005720050131        [ Links ]

Pérez–Moreno, J., & Read, D., J. (2000). Mobilization and transfer of nutrients from litter to tree seedlings via the vegetative mycelium of ectomycorrhizal plants. New Phytologist, 145, 301–309. doi: 10.1046/j.1469–8137.2000.00569.x        [ Links ]

Pérez–Moreno, J., Martínez–Reyes, M., Yescas–Pérez, A., Delgado–Alvarado, A., & Xoconostle–Cázares, B. (2008). Wild mushroom markets in Central Mexico and a case study at Ozumba. Economic Botany, 62, 425–436. doi: 10.1007/s12231–008–9043–6        [ Links ]

Ramírez–Herrera, C., Vargas H. J. J., & López–Upton J. (2005). Distribución y Conservación de las poblaciones naturales de Pinus greggii. Acta Botánica Mexicana, 72, 1–16.         [ Links ]

Read, D. J., & Pérez–Moreno, J. (2003). Mycorrhizas and nutrient cycling in ecosystems – a journey towards relevance? New Phytologist, 157, 475–492. Doi: 10.1046/j.1469–8137.2003.00704.x        [ Links ]

Sánchez, J. E., Pérez–Moreno, J., Mata G., Salmones, D., & Leal–Lara, H. (2012). Los hongos comestibles en México. In J. Álvarez–Sánchez, A. Alarcón, & M. P. Rodríguez–Guzmán (Eds.), Biodiversidad microbiana de México. México, D.F.: UNAM (en prensa).         [ Links ]

Statistical Analysis System Institute (SAS). (1999). SAS User's Guide, versión 8.0. Cary, N. C.: SAS Institute Inc.         [ Links ]

Tibbett, M., & Sanders, F. E. (2002). Ectomycorrhizal symbiosis can enhance plan nutrition trough improved access to discrete organic nutrient patches of high resource quality. Annals of Botany, 89, 783–789. doi: 10.1093/ aob/mcf129        [ Links ]

Übel, E., & Heinsdorf, D. (1997). Results of long–term K and Mg fertilizer experiments in afforestation. Forest Ecology Management, 91, 47–52. doi:10.1016/S0378–1127(96)03882–0        [ Links ]

Wang, Y., & Hall, I. R. (2004). Edible ectomycorrhizal mushrooms: Challenges and achievements. Canadian Journal of Botany, 82, 1063–1073. doi:10.1139/B04–051        [ Links ] ]]> 1994 25-73 1997 2010 41 676-684 2006 16 559-565 2004 1965 1149-1178 2010 328 145-154 1997 385 303 1987 105 429-436 Deemy 2008 2004 13 317-327 2004 14 11-18 2003 47 411-430 2000 220 243-246 2001 149 327-337 1997 89 578-585 2010 73 323-335 1996 6 237-245 2000 145 301-309 2008 62 425-436 2005 72 1-16 2003 157 475-492 2012 Statistical Analysis System Institute (SAS) 1999 2002 89 783-789 1997 91 47-52 2004 82 1063-1073