Respuesta del vigor de plántula de poblaciones de Lotus tenuis a variaciones contrastantes de disponibilidad de agua, luz y nutrientes

Seedling vigor response of Lotus tenuis populations to contrasting variations of water, light and nutrient availability

V. Yanet Ixtaina^{1 *}, M. Merced Mujica^{1, 2}

¹ Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Agrarias y Forestales, La Plata, Buenos Aires, Argentina, ^*Autor responsable: (vanesaix@hotmail.com).

² Dirección de Tecnología y Experimentación. Ministerio de Asuntos Agrarios de la Provincia de Buenos Aires. (mmujica@ciudad.com.ar).

Recibido: Julio, 2008.
Aprobado: Septiembre, 2009.

Resumen

La intersiembra de Lotus tennuis, leguminosa estratégica para mejorar el pastizal, es limitada por la escasa habilidad competitiva de sus plántulas. En este artículo se evaluó la influencia de variaciones de agua, luz y nutrientes sobre caracteres involucrados con la implantación de poblaciones de L. tenuis: peso seco aéreo (PSa), número de tallos en la corona (Nt), longitud del tallo principal (Lt) y número de hojas desplegadas en el tallo principal (Nh), en siete poblaciones (P) sometidas a situaciones contrastantes de disponibilidad de agua (A), fertilizante (F) y luz (S). Se encontró efecto de P para PSa; la A y S afectaron todos los caracteres; no hubo efecto de F; el aumento de PSa, Lt y Nh, en condiciones de anegamiento, evidenció un comportamiento tolerante, lo cual puede ser una ventaja competitiva con respecto a otras especies en estas condiciones; el sombreado redujo PSa, Nt y Nh, y promovió una mayor Lt. Se destaca la interacción A × S (p ≤ 0.001) para Lt y PSa; el mayor PSa de las plántulas sometidas a anegamiento y sin restricción lumínica, puede explicarse por un efecto benéfico de la abundancia de agua, que evitó un posible estrés hídrico temporarios. Se detectó variación entre poblaciones sólo para PSa y ausencia de variación significativa para los otros caracteres evaluados, lo que limitó las expectativas de respuesta a la selección a nivel interpoblacional. El vigor de las plántulas resultó condicionado por la A y S, lo cual debe considerarse en la planificación de la siembra. Hubo interacción P × S (p ≤ 0.05) para Nt y P × F × S (p ≤ 0.01) para Lt, aunque no se detectó interacción poblaciones × ambientes para el vigor de las plántulas evaluado por PSa ni para Nh.

Palabras clave: Lotus tenuis Waldst et Kit, anegamiento, fertilización, sombreado, vigor de plántula.

Abstract

The intercrop of Lotus tennuis, a strategic legume to improve pasture, is constrained by the limited competitive ability of its seedlings. In this article we evaluated the influence of the environmental variations of water, light and nutrients on the characters involved in the implantation of populations of L. tennuis: air dry weight (PSA), number of stems in the crown (Nt), main stem length (Lt) and number of leaves unfolded on the main stem (Nh), in seven populations (P) under contrasting situations of water availability (A), fertilizer (F) and light (S). An effect of P on PSA was detected; the A and S affected all characters; F was found to have no effect; increasing PSA, Lt and Nh in flooding conditions showed a tolerant behavior, which can be a competitive advantage over other species under these conditions; shading reduced PSA, Nt and Nh, and ptomoted greater Lt. The intetaction A × S (p ≤ 0.001) for Lt and PSA was outstanding; the higher PSA of seedlings subjected to flooding and unrestricted light can be explained by the beneficial effect of abundant watet, which prevented potential temporary water stress. Variation among populations was detected only for PSA and there was no significant change in the test of the chatacters evaluated, thus limiting the expected response to selection at the interpopulation level. The strength of seedlings was detetmined by A and S, which should be taken into account in sowing planning. There was interaction P × S (p ≤ 0.05) for Nt and P × F × S (p ≤ 0.01) for Lt, although no populations × envitonments interaction was detected for the seedling vigor estimated by PSA not for Nh.

INTRODUCCIÓN

La especie forrajera Lotus tenuis Waldst et Kit (ex Lotus glaber Mili) es una leguminosa perenne, alógama, naturalizada en la Pampa Deprimida Bonaerense (Provincia de Buenos Aires, Argentina). Esta región se caracteriza por presentar ciclos alternados de inundación y sequía, con suelos muy heterogéneos con baja infiltración, exceso de salinidad, alcalinidad por sodio y una capa freática elevada (Tricart, 1973). La principal actividad productiva en la región es la cría de ganado vacuno basada principalmente en los pastizales como único recurso forrajero (Insausti y Quinos, 2000). L. tenuis, por su adaptación a las condiciones limitantes de clima y suelo mencionadas, y por aportar proteína de alta digestibilidad (McGraw et al., 1989), sería estratégica para mejorar la productividad y calidad de los pastizales de la región, escasos en leguminosas. Quinos et al. (1998) han atribuido a L. tenuis la función de especie clave en el manejo de los pastizales, basándose en el efecto positivo de la presencia cercana de esta especie en el crecimiento de Paspalum dilatatum, debido al aumento de la disponibilidad edáfica de N provocada por la fijación simbiótica bacteriana y la baja demanda del N disponible en el suelo por L. tenuis.

El uso de L. tenuis como mejoradora de pastizales implica su implantación por intersiembra, limitada por la escasa habilidad competitiva de las plántulas. La comunidad vegetal donde se practica la intersiembra de esta especie es un factor condicionante del éxito (Miñón y Colabelli, 1993). Un aporte a la solución de la problemática de la implantación de L. tenuis es la mejora genética del vigor de las plántulas. Se encontró una correlación positiva entre el peso de la semilla y el vigor de las plántulas (Beuselinck y Me Graw, 1983; Collado y Mujica, 2002). Asimismo, se determinó la función e importancia de los cotiledones en la etapa inicial del crecimiento (Mujica y Rumi, 1998), mientras que un análisis de regresión múltiple aplicado a 20 progenies de policruza al azar indicó que 43 % del vigor de las plántulas fue determinado por el peso de la semilla y la superficie de los cotiledones (Collado y Mujica, 2002). Sasal et al. (2001) informaron, para esta especie, que el sombreado de las plántulas afectó negativamente la acumulación del peso seco aéreo y la emisión de tallos en la corona y, por tanto, el vigor de las plántulas. Además, se ha detectado variabilidad inter e intrapoblacional para el vigor de plántula y caracteres vinculados a éste en poblaciones mejoradas (Colares et al, 1999) y naturales de esta especie (Ixtaina y Mujica, 2003).

Para la mejora genética es relevante conocer la existencia de interacción genotipo × ambiente (Annicchiarico, 2002), la cual implica que los valores fenotipicos relativos de los genotipos cambian al ser expuestos a diferentes ambientes. Uno de los primeros aportes metodológicos para estudiar esa interacción se basó en el análisis de regresión (Eberhart y Russell, 1966). La ausencia de interacción entre genotipos y localidades implica el beneficio de un uso más extendido de las mejores variedades a regiones geográficas más amplias con diferentes ambientes (Tigerstedt, 1994), lo cual contribuye al beneficio de una mayor seguridad de cosecha (Clawson, 1985). Una variedad estable es aquella que no presenta interacción con el ambiente (Márquez–Sánchez, 1973). La estabilidad del comportamiento varietal fue descrita por Allard y Bradshaw (1964) quienes señalan dos tipos de amortiguamiento, individual y poblacional, como mecanismos explicativos de la estabilidad del fenotipo, y que son consecuencia de la estructura genética de las poblaciones. En L. tennis se ha encontrado interacción poblaciones × ambientes para el vigor de las plántulas (Ixtaina y Mujica, 2003) y también hay efectos de diferentes factores del ambiente. Según Sevilla y Fernández (1991), el éxito de la emergencia y establecimiento de plántulas en regiones forrajeras está fuertemente regulado por factores abióticos y bióticos, con importancia relativa según los caracteres biológicos de la especie y el ambiente del desarrollo. De L. corniculatus, Cooper (1966) reporta que un bajo nivel de luz no afectó la sobrevivencia de plántulas, pero disminuyó la tasa relativa de crecimiento y la altura de las mismas a las ocho semanas de vida. Además, este factor asociado con alta temperatura y estrés hídrico, causó una reducción en el peso seco aéreo y radicular. Vignolio et al. (1999) indican que L. tennis tiene caracteres relacionados con la tolerancia al anegamiento, que deberían considerarse en los programas de selección.

La investigación del vigor de plántula y otros caracteres relacionados con la habilidad competitiva durante la etapa inicial del crecimiento de L. tennis en diferentes ambientes debe contribuir al diseño de mejores estrategias de implantación y criterios de selección. Una etapa inicial de estudio en condiciones experimentales semicontroladas, debe producir conocimientos para ajustar el diseño y enfoque de futuros experimentos de campo en los pastizales.

El objetivo de este trabajo fue evaluar la influencia de variaciones ambientales en la disponibilidad de agua, luz y nutrientes en caracteres involucrados en el éxito de la implantación de poblaciones naturales de L. tenuis.

MATERIALES Y MÉTODOS

El diseño experimental fue completamente aleatorizado con dos repeticiones. La siembra se realizó a 5 mm de profundidad en macetas de 5 L (unidades experimentales), llenas de tierra homogeneizada, al aire libre. La semilla fue escarificada mecánicamente, ajustando la densidad de cada población según pruebas de germinación para lograr 30 plántulas maceta^–1.

Las macetas asignadas a presencia de anegamiento se inundaron a los 38 dds (días después de la siembra) y se permanecieron en estado de saturación hasta el final del experimento. La saturación se determinó por la formación de una película brillosa en la superficie de la tierra, característica de esta condición. Los riegos se realizaron para mantener la saturación. En las unidades experimentales de ausencia de anegamiento sólo se regó para un normal crecimiento de las plántulas. Esto se logró mediante un monitoreo diario y riego moderado, evitando la saturación. En las unidades experimentales que recibieron fertilizante se aplicó la fórmula 12–5–14–1 deN P KMg (Nitrofoska, BASF), mediante 200 cm³ de solución (3 g Nitrofoska L^–1), en dos aplicaciones (38 y 49 dds). En este caso, el sombreado se realizó desde los 38 dds hasta el final del experimento, cubriendo las macetas con una bolsa (45 cm x 40 cm) de tela plástica conocida como media sombra, con trama de θ1.5 mm. La intensidad lumínica del interior de la bolsa se determinó al mediodía (en la base, centro y extremo superior); el valor promedio fue 454.0 (± 5) µmol m^–2 s^–1.

La cosecha se realizó a los 175 dds cortando con bisturí inmediatamente debajo de la corona de las plántulas y se seleccionaron al azar 20 individuos de cada unidad experimental. Los caracteres evaluados fueron: 1) número de tallos en la corona mayores o iguales a 1 cm de longitud (Nt); 2) longitud del tallo principal (tallo de mayor longitud originado en la corona) (Lt); 3) número de hojas desplegadas en el tallo principal (Nh); 4) peso seco aéreo (PSa), que incluyó hojas, tallos y corona (g MS plántula^–1), determinado después de secar las muestras en estufa a 60 °C hasta peso constante. El valor de cada carácter en cada unidad experimental fue el promedio de los 20 individuos.

El efecto de los cuatro factores y de sus interacciones en cada variable se evaluó mediante análisis de varianza. También se realizó un análisis de varianza bifactorial para los factores: poblaciones (7 niveles) y ambientes (8 niveles, resultantes de la combinación de disponibilidad de agua, luz y nutrientes). Previo al análisis de la varianza se realizó la prueba de Cochran para homogeneidad de varianzas (Hines y Montgomery, 1990). De acuerdo con el resultado se transformaron los datos de Nt y Nh con la conversión Para comparar las medias se usó la prueba de Tukey (p≤0.05).

También se calculó el coeficiente de variación por poblaciones para el conjunto de ocho ambientes y dos repeticiones (n= 16) y la correlación entre cada par de caracteres estudiados (n= 112). Para hacer estos análisis y cálculos se utilizó el programa Statgraphic Plus 4 (Statistical Graphics Corporation, 1997).

A partir del análisis de varianza se estimó la proporción de variabilidad explicada por los factores correspondientes mediante el coeficiente de determinación de Pearson (R²):

donde, SC_factor = suma de cuadrados del factor: SC_total = suma de cuadrados total.

Según el análisis de varianza hubo significación en poblaciones (P) para peso seco aéreo PSa, disponibilidad hídrica (A) y lumínica (S) para todos los caracteres, pero no en fertilizante (F) (Cuadro 1). Las interacciones entre dos factores fueron significativas sólo para P×S en Nt y para A×S en Lt y PSa. Entre tres factores la única interacción significativa fue P×F×S para Lt (Cuadro 1).

La media y el coeficiente de variación de cada combinación de población y carácter se muestran en el Cuadro 2. Respecto a las medias de las poblaciones sólo hubo tres diferencias significativas (p<0.05) en PSa: la P₅ superó la de P₁ P₃ y P₄ (Cuadro 2). Los resultados muestran una escasa variación entre poblaciones para el vigor de plántula medido por el PSa y ausencia de variación para los otros caracteres, lo que sugiere una limitada expectativa de respuesta a la selección. Otros resultados han mostrado mayor variabilidad entre poblaciones mejoradas (Colares et al, 1999), que posiblemente se han diferenciado por efecto de la selección artificial y en poblaciones naturales de otro origen (Ixtaina y Mujica, 2003), modeladas por la selección natural en otros ambientes. Además, en estos dos experimentos se encontró una elevada variabilidad fenotípica intrapoblacional en el PSa, indicando la conveniencia de la selección a este nivel. Los valores de CV (%) por población muestran una elevada variabilidad fenotípica de las poblaciones para PSa, media para Nt y Lt y baja para Nh como respuesta a todas las variaciones ambientales ensayadas.

Respecto al efecto de la disponibilidad hídrica, se destaca el aumento del PSa, de Lt y del Nh, en condiciones de anegamiento (Cuadro 3), que evidencian el comportamiento tolerante de esta especie y que puede ser una ventaja competitiva con respecto a otras especies en estas condiciones. Estos resultados concuerdan con lo informado por Vignolio et al. (1999) para L. tennuis.

La ausencia de respuesta a la fertilización (Cuadros 1 y 3), se atribuye a que la provisión de nutrientes no fue un factor limitante del estadio juvenil de las plántulas que podría haber minimizado la respuesta a las diferencias en la disponibilidad de nutrientes.

La condición de sombreado redujo significativamente (p<0.5) el PSa, Nt y Nh en la rama principal, y aumentó la Lt (Cuadro 3). Si bien el sombreado no se realizó desde el inicio del experimento, estos resultados coinciden con los obtenidos por Mujica y Rumi (1998) y Sasal et al. (2001), quienes observaron una disminución en el PSa debido al sombreado de los cotiledones y de las plántulas. Mujica y Rumi (1998) encontraron una disminución de Nh y Nt en condiciones de restricción lumínica de los cotiledones y destacan que los caracteres afectados serían estratégicos en la competencia por el espacio aéreo. Así, recomiendan minimizar el sombreado de los cotiledones mediante una intensa desfoliación del pastizal para favorecer la implantación.

Además de las interacciones P×S y P×F×S, considerando sólo los factores ambientales, la única interacción significativa detectada fue S×A, para Lt y PSa (Cuadro 1). El mayor PSa encontrado en las plántulas sometidas a anegamiento y sin restricción lumínica (As) (Cuadro 3), puede explicarse por un efecto positivo de la abundancia de agua, lo cual evitó un posible estrés hídrico temporario, principalmente al mediodía. Por el contrario, en las plántulas sometidas a sombreado, si bien presentaron un PSa menor, la restricción hídrica no afectó significativamente este carácter.

En el Cuadro 4 se presenta el resumen de los análisis de varianza, considerando las siete poblaciones de L. tenuis y ocho ambientes por combinación de variantes de agua, luz y fertilizante. Además del efecto de poblaciones para PSa, se encontró efecto de ambientes en todas las variables pero no hubo interacción poblaciones × ambientes en los caracteres estudiados (Cuadro 4). Esta ausencia de detección de interacción poblaciones × ambientes se diferencia del resultado encontrado en el análisis de varianza multifactorial (Cuadro 1). El análisis bifactorial, al considerar al ambiente como la combinación de los tres factores sin discriminar cada uno de sus componentes, impide detectar interacciones significativas entre las poblaciones y alguno de los factores ambientales estudiados. El ambiente mostró el mayor porcentaje de la suma de cuadrados total del experimento (R² de 20 a 60 %), variable según el carácter estudiado, mientras que para el factor población R² fueron de 2 a 6 %.

La interacción poblaciones × ambientes (Cuadro 1), para el PSa no fue significativa pero sí lo fue para Nt (P×S) y Lt (P×F×S). Esto significa que los valores fenotípicos relativos de Nt y Lt cambiaron al ser expuestos a diferencias en la disponibilidad de luz o de nutrientes y luz. Esto implicaría la necesidad de generar variedades para ambientes específicos. La ausencia de interacción poblaciones × ambientes en PSa es un indicador promisorio para mejorar el vigor de las plántulas, lo cual debe ser validado en condiciones de campo. Si fuera así, se podría esperar mayor eficiencia en la selección y un uso más extendido de las mejores variedades a áreas geográficas más amplias que incluyen diferentes ambientes (Tigerstedt, 1994).Una variedad estable es aquella que no presenta interacción con el ambiente (Márquez–Sánchez, 1973).

Posiblemente la estructura genética de las poblaciones naturales de L. tenuis sea la principal causa de la ausencia o escasa interacción poblaciones × ambientes encontrada. En las poblaciones, una estructura genética caracterizada por un bajo nivel de heterogeneidad es más sensible a la variación de las condiciones ambientales que una de alta heterogeneidad (Becker, 1988). Debido a la elevada alogamia de L. tenuis, favorecida por un sistema genético de autoincompatiblidad (Lundqvist, 1993), se espera que las poblaciones naturales presenten una estructura genética caracterizada por una amplia diversidad genética y alta heterocigocis. Esto explica la estabilidad del comportamiento de las poblaciones en diferentes ambientes fundamentalmente por el mecanismo de amortiguamiento poblacional (Allard y Bradshaw, 1964). Clawson (1985), al referirse en general a la seguridad de cosecha de las variedades locales, indica que esta variabilidad se debe a su estructura genética poblacional caracterizada por una alta diversidad genética.

El análisis de los resultados remarca el interés de profundizar en futuros estudios el conocimiento sobre la variabilidad del vigor de plántula entre y dentro de poblaciones, sus componentes genéticos, ambientales y la interacción con el ambiente. También es fundamental validar los resultados de investigaciones semicontroladas en las condiciones naturales de los pastizales de la región.

CONCLUSIONES

El vigor de las plántulas resultó muy condicionado por la disponibilidad de agua y, especialmente, luz. Por tanto, estos factores deben tenerse en cuenta en la planificación de la siembra. La ausencia de interacción poblaciones × ambientes para PSa, un componente importante del vigor de las plántulas, es promisoria para la mejora genética. El número de tallos en la corona, considerado un componente estratégico del vigor, debe ser incluido en los programas de selección.

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