Estacionalidad y microorganismos rizosféricos de ilama (Annona diversifolia Saff.) en huertos naturales del trópico seco
Seasonality and Rhizosphere Microorganisms of Ilama (Annona diversifolia Saff.) in Natural Orchards in the Dry Tropics
J. Cortes-Sarabia1,2, J. Pérez-Moreno1*, J. Delgadillo M.1, R. Ferrera-Cerrato1 y G. Ballesteros-Patrón2
1 Colegio de Postgraduados, Campus Montecillo. 56230 Montecillo, Estado de México. *Autor responsable (jperezm@colpos.mx)
]]> 2 Instituto Tecnológico de Ciudad Altamirano. 40660 Altamirano, Guerrero, México.
Recibido: marzo de 2008.
Aceptado: julio de 2008.
RESUMEN
La ilama (Annona diversifolia Saff.) es una planta tropical nativa del suroeste de México y Centroamérica de gran importancia regional por la alta calidad de sus frutos. A pesar de su gran importancia, ha quedado de lado el estudio de los microorganismos rizosféricos y los hongos micorrícicos en esta planta. Asimismo, los estudios de la influencia de la estacionalidad en los microorganismos rizosféricos en áreas tropicales han recibido escasa atención. En el presente estudio se evalúan las poblaciones de microorganismos rizosféricos, incluyendo los hongos micorrícico arbusculares, asociados con tres edades de ilama y cuatro épocas del año. Las poblaciones de bacterias fijadoras de nitrógeno y solubilizadoras de fosfato fueron mayores en épocas con mayor precipitación. En contraste, las poblaciones de hongos y actinomicetes fueron mayores en épocas de sequía. La mayor colonización micorrícica total se encontró en el mes con mayor precipitación (agosto) en plantas de uno a ocho meses y de 4 a 20 años. La densidad de esporas fue mayor en épocas con menor precipitación y bajas temperaturas. Hasta donde se conoce, éste es el primer estudio de los microorganismos rizosféricos asociados con Annona diversifolia y uno de los pocos estudios que analiza la influencia de la estacionalidad en las poblaciones de microorganismos rizosféricos en árboles tropicales. Este estudio muestra que los diferentes grupos microbianos asociados con la rizosfera de plantas de ilama han sido afectados diferencialmente por la estacionalidad y la demanda nutrimental de las plantas.
Palabras clave: defoliación, micorriza arbuscular, comunidades microbianas, Annonaceae, factores abióticos.
ABSTRACT
]]> The ilama (Annona diversifolia Saff.) is a native tropical plant from Southwestern Mexico and Central America of great regional importance due to the high quality of their fruit. Despite its importance, rhizosphere microorganisms and mycorrhizal fungi of ilama have not been studied. Furthermore, studies related to the influence of seasonality on rhizosphere microorganisms in tropical areas are insufficient. In the present study, the populations of rhizosphere microorganisms, including arbuscular mycorrhizal fungi, associated with three plant ages and four seasons of the year were evaluated. The populations of nitrogen fixing and P-solubilizing bacteria were higher in the months with the highest precipitation. In contrast, the populations of fungi and actinomycetes were higher in the dry season. The highest mycorrhizal colonization in ilama plants was observed in the month with the highest precipitation (August) in 1 to 8 month-old and 4 to 20 year-old plants. The highest density of spores was observed in the season without precipitation and with low temperature. This is the first study of rhizosphere microorganisms associated with Annona diversifolia and one of the few studies where the influence of seasonality on rhizosphere microorganisms is analyzed in tropical trees. This study shows that the populations of rhizosphere microorganisms were differentially affected by seasonality and by nutrient demand of plants.Keywords: defoliation, arbuscular mycorrhiza, microbial communities, Annonaceae, abiotic factors.
INTRODUCCIÓN
La ilama (Annona diversifolia Saff.) es una especie tropical nativa de las colinas de la costa suroeste de México y Centroamérica (Pinto et al., 2005). Su nombre científico hace alusión a los dos tipos de hojas que posee: obovadas pecioladas y brácteas redondeadas no pecioladas que crecen en la base de las ramas pequeñas (FAO, 1994). Este árbol tropical deciduo que alcanza alturas de 7 a 8 m, produce frutos que han sido apreciados desde la época prehispánica, pues se consideraron la natilla de los aztecas. (Ochse et al., 1965; Morton, 1987). A su vez, dichos productos poseen un gran potencial económico para los pobladores de regiones marginales en tierras bajas y cálidas del sureste de México, debido a su apreciado sabor, aroma y a los colores púrpura, rosa y blanco de su pulpa. Adicionalmente, se ha registrado que esta planta posee efectos ansiolíticos, analgésicos, antiinflamatorios, antiepilépticos y anticonvulsivos (González-Trujano et al., 2001; López-Rubalcava et al., 2006).
Debido a que esta planta prospera en suelos con bajos contenidos de nitrógeno (N) y fósforo (P), y posee escasos sistemas radicales, la asociación de microorganismos simbióticos en su raíz resulta fundamental para la adquisición y traslocación nutrimental en esta especie. Adicionalmente, el efecto de la estacionalidad en las comunidades de microorganismos rizosféricos en general y de los hongos micorrícicos arbusculares (HMA) en particular, se ha estudiado poco en regiones tropicales (Cleveland et al., 2004). Por ejemplo, Ramos-Zapata et al. (2006) evaluaron el efecto de la estacionalidad en el porcentaje de la colonización micorrícica en palma Desmoncus orthacanthus Martius, en un bosque tropical maduro. Dichos autores encontraron que los mayores porcentajes de colonización micorrícica, en condiciones naturales para cuatro estadios definidos de crecimiento de esta palma, se presentaron en las épocas de mayor precipitación. Asimismo, De Oliveira y De Oliveira (2005) al estudiar dos especies de árboles frutales tropicales Theobroma grandiflorum y Pullinia cupana, encontraron que en T. grandiflorum, la colonización de HMA y el número de esporas estaba estrechamente relacionada con la precipitación pluvial, la textura y la concentración de magnesio (Mg) y potasio (K).
En el presente trabajo se estudió el efecto de la estacionalidad sobre las poblaciones rizosféricas, incluyendo los HMA, de plantas de ilama de tres edades en cuatro épocas del año en huertos naturales del suroeste del estado de Guerrero, México. La hipótesis que se planteó fue que en las épocas con mayor precipitación y con mayor demanda nutrimental por las plantas (épocas de llenado de fruto y presencia de frutos maduros) existirían mayores poblaciones microbianas funcionales (bacterias solubilizadoras de fosfatos y fijadoras de N y arbúsculos de hongos micorrícicos arbusculares) en comparación con las existentes en épocas de menor precipitación y menor demanda nutrimental por las plantas (épocas de defoliación completa o parcial).
MATERIALES Y MÉTODOS
Los muestreos se efectuaron en huertos naturales ubicados en San Antonio de las Huertas, Tlapehuala, estado de Guerrero, México. Dicha localidad se encuentra a 18°16'39" N y 100°31'03" O, a una altitud de 360 m.
]]> Se estudiaron las poblaciones de microorganismos rizosféricos en plantas de ilama de tres edades: 1) de 1 a 8 meses; 2) de 1 a 3 años y 3) de 4 a 20 años. Se muestrearon 10 plantas de cada edad, distribuidas en áreas naturales de 140 m2 de extensión en cuatro épocas del año, durante 2005 y 2006: a) agosto (llenado de fruto); b) octubre (presencia de frutos maduros); c) enero (inicio de defoliación) y d) marzo (defoliación completa y formación de yemas nuevas). Con la finalidad de asegurar que las recolectas se efectuaran en los mismos individuos, éstos fueron marcados con pintura y cintas de plástico, excepto los de 1 a 8 meses de edad en los cuales los muestreos fueron destructivos. El muestreo consistió en colectar alrededor de 15 g de raíz y 1 kg de suelo para cada edad, en cada época del año. El suelo en el área de estudio presentó textura franco-arenosa, con 57, 24 y 19% de arena, limo y arcilla, respectivamente. Sus características químicas fueron: pH, 6.6; materia orgánica (MO), 6.8%, y conductividad eléctrica (CE), 0.09 dS m-1. El contenido de N total, P Olsen y K intercambiable fue de 0.34%, 20 mg kg-1 y 0.5 mol kg-1, respectivamente. El N, P y K se determinaron según Bremner (1965), Olsen et al. (1954) y el método de extracción de acetato de amonio por emisión atómica, respectivamente.Se evaluaron las unidades formadoras de colonias (UFC) de hongos, actinomicetos, bacterias totales y bacterias solubilizadoras de fosfatos, mediante conteo en placa. Este método consistió en obtener diluciones decimales seriadas, de suelo rizosférico en agua destilada estéril desde 10-1 hasta 10-9. Posteriormente, se inocularon dichas diluciones en los medios de cultivos sólidos correspondientes en cajas de Petri, por quintuplicado. El conteo de microorganismos se efectuó en las placas que contenían de 30 a 300 colonias. Los medios de cultivo sólidos empleados fueron: papa dextrosa agar, Czapeck, agar nutritivo y Pikovskaya (Pikovskaya, 1948), respectivamente. Con el mismo método se evaluaron las poblaciones de bacterias con características similares a las bacterias fijadoras de N pertenecientes a los grupos de Azospirillum spp., Azotobacter spp., Beijerinckia spp. y Derxia spp., en los medios de cultivo, NFb (Rennie, 1980), LG para Azotobacter, LG para Beijerinckia y LG para Derxia (Lipman, 1903), respectivamente. Se efectuó una caracterización macro y micromorfológica para los géneros de bacterias mencionadas anteriormente. Adicionalmente, para Azospirillum se empleó el medio de cultivo NFb propuesto por Tarrand et al. (1978) y para Azotobacter, Beijerinckia y Derxia se empleó como fuente de carbono en el medio LG sacarosa, glucosa y almidón, respectivamente (Rennie, 1981). Las evaluaciones se efectuaron entre 3 y 8 días después de la siembra, dependiendo de los grupos microbianos. Para cada edad, en cada época del año, se sembraron tres diluciones con cinco repeticiones para cada uno de los medios de cultivo empleados. Todas las placas se incubaron a 28 °C. Se evaluó la colonización micorrícica de las raíces y el número de esporas en suelo rizosférico, para cada edad, en cada época del año. Se determinó el porcentaje de colonización de arbúsculos, vesículas, hifas y colonización total para cada planta, según Phillips y Hayman (1970). Para cada muestra de raíz se evaluaron 75 campos visuales en 25 segmentos de raíces montadas en lactoglicerol. Asimismo, se evaluó la densidad de esporas de hongos micorrízicos arbusculares en 100 g de suelo rizosférico de cada planta, siguiendo la técnica de Gerdemann y Nicolson (1963).
Análisis estadístico
Los datos que se obtuvieron en las diferentes variables evaluadas se sometieron a un análisis de varianza y prueba de comparación de medias de Tukey (α = 0.05). Para satisfacer los criterios de normalidad y homogeneidad de varianzas, los valores de UFC se transformaron a logaritmos previo a los análisis de varianza respectivos. En el caso de los valores de colonización micorrícica, expresados como porcentajes, los datos se transformaron, y sus arcosenos se utilizaron en los análisis de varianza, para satisfacer los mismos criterios que en el caso de UFC. Los datos se analizaron con el programa estadístico SAS 8.0 (SAS Institute, 1999).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se observaron variaciones en las UFC registradas en medios sólidos en los cuatro muestreos efectuados. En términos generales, se observaron dos tendencias: a) Las UFC de hongos totales y actinomicetes fueron más abundantes en la rizosfera de plantas defoliadas en la época de secas (marzo), independientemente de la edad de los árboles; por ejemplo, las UFC de actinomicetes registrados en el mes de marzo, considerando las tres edades de árboles, fueron conspicuamente superiores a las registradas en el mes de agosto (21 x 106 versus 13 x 106 UFC por g de suelo seco; n = 9; P = 0.05) y b) Las UFC de bacterias totales y bacterias solubilizadores de fosfatos (Cuadro 1) y las bacterias fijadoras de N de vida libre en general (Cuadro 2) fueron más abundantes en la rizosfera de plantas con hojas en época de mayor precipitación (agosto) comparadas con plantas parcialmente o totalmente defoliadas en las épocas de menor o nula precipitación. Por ejemplo, las UFC de bacterias en fuente combinada de carbono registradas en el mes de agosto, considerando las tres edades de árboles, fueron evidentemente superiores a las registradas en el mes de marzo (44 x 106 versus 14 x 105 UFC por g de suelo seco; n = 9; P = 0.05).
Adicionalmente, existió una evidente variación en la dinámica estacional de las estructuras micorrícicas estudiadas (Cuadro 3). En términos generales, las mayores colonizaciones micorrícicas totales se registraron en las épocas cuando las plantas tenían hojas y existió mayor precipitación (agosto y octubre). Independientemente de la edad de las plantas, los menores porcentajes de arbúsculos se presentaron siempre en plantas con defoliación completa en la época de sequía (marzo), mientras que los mayores porcentajes de dichas estructuras se registraron en las plantas con hojas en las épocas de mayor precipitación (agosto y octubre). Los mayores porcentajes de vesículas se observaron en la etapa previa a la defoliación y sequía (octubre). En el caso de las hifas, la mayor proporción se registró en las plantas defoliadas en épocas de sequía (enero y marzo).
En lo que respecta a la colonización micorrícica, los mayores porcentajes de colonización total se observaron (en plantas muy jóvenes y maduras) en la época de mayor precipitación (agosto) en comparación con las épocas con menor o sin precipitación. Una tendencia similar fue registrada recientemente por Ramos-Zapata et al. (2006) para la palma Desmoncus orthacanthus Martius, en un bosque tropical maduro. Dichos autores encontraron que los mayores porcentajes de colonización micorrícica, en condiciones naturales para cuatro edades definidas de crecimiento de esta palma, se presentaron en las épocas de mayor precipitación. Adicionalmente, se ha considerado con frecuencia que un indicador mas preciso que la colonización micorrícica total es la presencia de arbúsculos (McGonigle et al., 1990; Gange y Ayres, 1999), a pesar de que éstas son estructuras muy efímeras, cuya duración puede ser de 3 a 7 días (Mohammad et al., 1998). En la presente evaluación se observó un mismo patrón de distribución de colonización por arbúsculos, independientemente del estadio de las plantas. Los mayores porcentajes de arbúsculos se observaron en las épocas de mayor precipitación y también se observó una marcada reducción de presencia de arbúsculos en las épocas sin precipitación. De hecho, en la época en la cual existió una defoliación completa (enero) no se detectó presencia de arbúsculos, en ninguno de los estadios vegetales estudiados. Debido a que los arbúsculos son estructuras que están involucradas directamente en la traslocación nutrimental de la interfase planta-hongo (Smith y Read, 1997), la ausencia de arbúsculos en la época sin precipitación podría ser indicador entonces de una ausencia de traslocación substancial de N y P del suelo a las plantas de ilama, vía HMA. Esto parece lógico para plantas carentes de hojas en un ambiente sin agua, independientemente de su edad. En contraste, los mayores porcentajes de arbúsculos, registrados en la época de mayor precipitación, correspondieron a la época de llenado de fruto, época en la cual la demanda nutrimental de las plantas de ilama es considerablemente alta.
Otro factor que pudo influir en la colonización micorrícica, en términos de arbúsculos y vesículas, en el presente estudio, fue la temperatura de los meses muestreados. Las mayores temperaturas se alcanzan en marzo en las áreas muestreadas y es en esta fecha de muestreo cuando no se detectaron arbúsculos o vesículas, independiente de la edad de las plantas. En el caso del número de esporas en el suelo existieron variaciones substanciales en las distintas fechas de muestreo. Las reducciones más dramáticas se apreciaron entre los meses de enero (con una temperatura diaria promedio de 25.5 °C) y marzo (con una temperatura diaria promedio de 30.2 °C) dado que el número de esporas en el suelo se redujo 87, 80 y 67% para las edades de 1 a 8 meses, 1 a 3 años y 4 a 30 años, respectivamente. Previamente, diversos autores (Monz et al., 1994; Gavito et al., 2005) han estudiado la influencia de la temperatura en los HMA y han encontrado que el incremento en la temperatura afecta el crecimiento de algunas especies de HMA. Gavito et al. (2005) encontraron que a 30 °C algunas de las especies de HMA inhibieron su crecimiento de micelio externo. En términos generales, en las épocas con mayor precipitación y mayor demanda nutrimental por las plantas, se observaron las mayores cantidades de arbúsculos en comparación con las observadas en las épocas de menor precipitación y de menor demanda nutrimental (Figura 1). La presencia de los arbúsculos puede ser indicadora de un mayor suministro de nutrimentos por parte de los hongos micorrícicos en las épocas de mayor demanda por las plantas, dado que se conoce que dichas estructuras son responsables de la traslocación nutrimental del suelo a los simbiontes vegetales asociados a la simbiosis micorrícica (Smith y Read, 1997). Adicionalmente, en las épocas de mayor demanda nutrimental para las plantas, se registraron las mayores poblaciones de bacterias fijadoras y solubilizadoras de fosfatos, las cuales pudieron estar implicadas también en el suministro de N y P hacia las plantas. El estudio de la simbiosis micorrícica ha recibido escasa atención en el género tropical Annona. Existen escasos estudios en los cuales se mencione el carácter micorrícico de especies del género Annona (Azcon-Aguilar et al., 1996; Manjarrez-Martinez et al., 2005; Padilla y Encina, 2005). Debido a los altos porcentajes de colonización micorrícica observados y a la gran variación estacional registrada en las estructuras micorrícicas, se puede considerar que una mayor comprensión de las relaciones micorrícicas de Annona diversifolia Saff. puede contribuir a mejorar la propagación y el cultivo de esta especie tropical con fines económicos. En función de los resultados encontrados, se puede señalar que existen al menos dos tipos de estudios que resultarían de enorme interés para la comprensión de las relaciones que se establecen entre microorganismos rizosféricos y las plantas de ilama. El primero está relacionado con estudiar cómo las condiciones microambientales (como humedad, características físicas y químicas del suelo de micrositios) afectan la presencia y el desarrollo de microorganismos rizosféricos asociados con ilama. El segundo está relacionado con desarrollar estudios de aislamiento, selección y propagación de microorganismos benéficos nativos, incluidos los hongos micorrícicos arbusculares y las bacterias fijadoras de N, con la finalidad de inocular plantas para mejorar su nutrición mineral y reducir sus tiempos de estancia en vivero, lo cual tiene una implicación práctica.
CONCLUSIONES
Las poblaciones de microorganismos rizosféricos asociadas con plantas de ilama fueron afectadas diferencialmente por la estacionalidad. Las poblaciones de bacterias fijadoras de nitrógeno y solubilizadoras de fosfato fueron mayores en épocas con mayor precipitación. En contraste, las poblaciones de hongos y actinomicetes fueron mayores en épocas secas. La mayor colonización micorrízica total y arbúsculos se encontró en épocas con menor temperatura y mayor precipitación(agosto) en plantas jóvenes y adultas. Asimismo, las poblaciones rizosféricas de bacterias solubilizadoras de fosfatos y fijadoras de nitrógeno estuvieron también influenciadas por la demanda nutrimental de las plantas de ilama. Se encontraron mayores poblaciones de dichos grupos microbianos en las épocas de llenado de fruto y presencia de frutos maduros, en comparación con las épocas en las cuales las plantas estuvieron parcial o totalmente defoliadas.
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