Influencia de hongos micorrícicos arbusculares en el crecimiento y desarrollo de Capsicum annuum L.*

Arbuscular mycorrhizal fungi influence on growth and development of Capsicum annuum L.

Rogelio Alonso-Contreras¹, Luis Isaac Aguilera-Gómez¹, Martín Rubí-Arriaga², Andrés González-Huerta², Victor Olalde-Potugal³ e Irma Victoria Rivas-Manzano¹

¹ Universidad Autónoma del Estado de México. Facultad de Ciencias. Centro de Investigación y Estudios Avanzados en Fitomejoramiento (CIEAF). Campus Universitario "El Cerillo". El Cerrillo Piedras Blancas, Municipio de Toluca, Estado de México, km 15.5 carretera Toluca-Ixtlahuaca, C.P. 50200. Tel. 2965556 Ext. 121. E-mail: luishalc@lycos.com; ivrivasm@uaemex.mx.

³ Cinvestav-IPN. Unidad Irapuato. Departamento de Biotecnología y Bioquímica. Laboratorio de Bioquímica Ecológica. Unidad Irapuato km 9.6 Libramiento norte carretera Irapuato-León, Irapuato, Guanajuato. Código Postal 36500. Tel. 4626239600 E-mail: v_olalde@yahoo.com.mx. Autor para correspondencia: aocr0616@yahoo.com.mx.

*Recibido: marzo de 2012
Aceptado: diciembre de 2012

Resumen

Esta investigación se realizó para determinar la densidad, diversidad y dinámica de esporas de hongos micorrícicos arbusculares (HMA), en el suelo bajo y fuera de la copa del árbol de un huerto de manzano (Malus domestica Borkh.) del municipio de San Felipe del Progreso, Estado de México. Se realizó un ensayo en invernadero con Capsicum annuum L., para evaluar la influencia de los HMA en la absorción de fósforo (P); el ensayo se estableció en un diseño factorial 3x2 con ocho repeticiones, bajo un diseño experimental completamente al azar. Se evaluó altura de planta, diámetro del tallo, número de hojas, área foliar, peso seco de la parte aérea de la planta y peso seco de la raíz. Los resultados obtenidos en 100 g de suelo permitieron identificar 570 y 481 esporas de HMA bajo y fuera de la copa del árbol, respectivamente. También se encontró que el gremio de HMA en el huerto constó de: Glomus coremioides, G. sinuosum, G. geosporum y Gigaspora sp. Los resultados del ensayo establecido en invernadero indicaron que los HMA tuvieron un efecto positivo (p> 0.05) sobre diámetro del tallo, área foliar, peso seco de la parte aérea y peso seco de la raíz, cuando actuaron simultáneamente con 22 µg ml ^-1 de P. En peso seco de raíz, el tratamiento micorriza-22 µg ml -1 de P, así como la interacción micorriza-dosis de P influyeron de manera significativa.

Palabras clave: microbiología, simbiosis mutualista, micorrizas arbusculares.

This research was conducted to determine the density, diversity and dynamics of arbuscular mycorrhizal fungal spores (HMA) on the ground under and outside the canopy of an orchard of apple (Malus domestica Borkh.) of the municipality of San Felipe del Progreso, State of Mexico. A trial was conducted in a greenhouse with Capsicumannuum L., to evaluate the influence of AMF in the absorption of phosphorus (P) the trial was conducted in a 3x2 factorial design with eight replications, under a completely randomized design. We evaluated plant height, stem diameter, number of leaves, leaf area, dry weight of the aerial part of the plant and root dry weight. The results obtained in 100g of soil helped to identify 570 and 481 AMF spores down out of the tree, respectively. We also found that, the guild of HMA in the garden consisted of: Glomus coremioides, G. Sinuosum, G. geosporum and Gigaspora sp. The results of the test under greenhouse indicated that, the AMF had a positive effect (p> 0.05) on stem diameter, leaf area, dry weight of shoot and root dry weight, when acting simultaneously with 22 µg ml^-1 of P. In root dry weight, mycorrhizal treatment-22 µg ml -1 of P and mycorrhizal interaction of P dose did significantly influenced.

Key words: microbiology, arbuscular mycorrhizae, mutualistic symbiosis.

Introducción

En la actualidad existe un marcado interés en el manejo de la rizósfera, así como en el análisis de los efectos positivos de ciertos microorganismos del suelo sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas. La simbiosis mutualista más importante de las raíces de las plantas con microorganismos del suelo es efectuada por algunos hongos de la clase Zygomicetes del orden Glomales, denominados hongos micorrícicos arbusculares (HMA), que colonizan el sistema radical (Davies, 2000), y coadyuvan en el crecimiento de muchos cultivos; este efecto benéfico se atribuye a la aparente afinidad que tienen estos micosimbiontes por el fósforo; la absorción de este nutriente incrementa el crecimiento en plantas micorrrizadas (Smith y Read, 1997) al incrementar el área de absorción efectiva de las raíces por la formación de una red extensiva de hifas extraradical, estos hongos también incrementan la eficiencia de absorción de nutrientes y exploran sitios donde las raíces más finas jamás llegarían, creando así un íntimo puente entre las plantas y el suelo, más allá de la rizósfera (Aikio y Routsalainen, 2002; Bhromsiri y Bhromsiri, 2010). En la actualidad más del 95% de las familias de plantas terrestres forman micorrizas arbusculares en condiciones naturales; este hecho muestra el éxito de esta asociación ya que los HMA además de participar en el aporte nutrimental de las plantas, proporcionan a los vegetales defensa contra patógenos (Gardezi et al., 2000).

La diversidad de los HMA y otros microorganismos es una parte fundamental en el funcionamiento de un ecosistema debido a que estos ayudan directamente al desarrollo de las plantas por su aporte nutrimental y mejoran las características del suelo. En este sentido, el huerto de manzano donde se desarrolló este trabajo tiene 98 árboles del cultivar Royal Gala de 25 años de edad; aun cuando no se ha aplicado fertilización u otros insumos, la tasa de producción por árbol se ha mantenido en 35 kg. Los objetivos principales de este estudio fueron 1) determinar la densidad, diversidad y dinámica de esporas de hongos micorrícicos arbusculares en el ciclo de un año en el suelo bajo la zona de influencia de la copa del árbol y fuera de esta en el Municipio de San Felipe del Progreso, Estado de México, y 2) evaluar la influencia de estos micosimbiontes (HMA) en la absorción de fósforo (P) bajo tres niveles de fertilización (0, 22 y 44 µg ml^-1) en chile ancho (Capsicum annuum L.)

Materiales y métodos

En el presente trabajo se utilizaron muestras de suelo de un huerto de manzano localizado en la comunidad de San Pedro el Alto, municipio de San Felipe del Progreso, Estado de México; esta localidad se ubica a 19º43' de latitud norte y 99º57' de longitud oeste y tiene una altitud de 2760 m. Las temperaturas media anual corresponde a 12.01ºC y la precipitación es de 915.32 mm anuales (Promedio de 15 años Estación Meteorológica Tepatitlán, CNA).

Se realizaron cuatro muestreos de suelo, uno en de cada estación del año, con intervalos de 90 días, a partir del 13 de marzo de 2008; en cada muestreo, en la capa arable se obtuvieron diez muestras de 1 kg de suelo, a una profundidad de 20 cm; los puntos de muestreo consideraron diez árboles distanciados a cinco metros, ubicados en dos líneas; una bajo el área de influencia de la copa del árbol y la otra fuera de ésta. Las muestras se mezclaron para formar un compuesto por cada línea, se tomó 1 kg de suelo y de éste, tres submuestras de 100 g, se sometieron a tamizado en húmedo y flotación en glicerol al 50% para la obtención de esporas de HMA (Gerderman y Nicholson, 1963).

El sobrenadante de cada submuestra fue depositado en cajas petri para contabilizar y separar las esporas por color y morfología mediante un microscopio estereoscópico Leica a 100x, finalmente se montaron en un portaobjetos con lactoglicerol para la identificación de especies, que se llevó a cabo en un microscopio compuesto de campo claro a 40x.

Multiplicación del inóculo

Se montó un lote de multiplicación de esporas con 30 contenedores con capacidad de 1 kg utilizando como planta huésped Sorgum vulgare, el cual se desarrolló en una mezcla de arena-suelo 1:1 v/v, con Ph de 5.9, 2.1% de materia orgánica y 18.4 µg ml ^-1 de P, que previamente fue esterilizada en autoclave a una presión de 120 kg.cm^-2 por una hora durante tres días consecutivos. Las macetas fueron inoculadas con 100 g de suelo de la muestra compuesta original que contenía 250 a 300 esporas aproximadamente. El riego se llevó a cabo adicionando agua destilada en intervalos de tres días manteniendo las macetas a capacidad de campo; la fertilización se realizó semanalmente añadiendo a cada contenedor 125 ml de solución nutritiva Long Ashton (LANS) (Hewitt, 1966) modificada con 22 µg ml^-1 de fósforo.

Después de cuatro meses, se realizó un conteo de esporas por triplicado de tres contenedores tomados aleatoriamente del lote de multiplicación, para cerciorarse de que existieran más de 700 esporas por cada 100 g de suelo.

Incorporación de fósforo por los HMA

El sustrato utilizado como inóculo para el ensayo agronómico fue obtenido del lote de propagación de esporas. El ensayo fue establecido en un invernadero de la Facultad de Ciencias Agrícolas de la Universidad Autónoma del Estado de México, utilizando Capsicum annuum (chile ancho) como macrosimbionte. El arreglo factorial consto de dosis de fertilización fosfatada (0, 22 y 44 µg ml^-1), inoculación (plantas inoculadas y sin inocular). Los seis tratamientos fueron evaluados en un diseño experimental completamente al azar, con ocho repeticiones. La unidad experimental fue una planta.

La semilla de Capsicum annuum fue desinfectada con Cloramina T al 5% por un período de tres minutos y enjuagada con agua esterilizada. Las plantas crecieron en contenedores de 1 kg de capacidad. En los tratamientos inoculados, los contenedores se llenaron a ¾ de capacidad con la misma mezcla de sustrato estéril v/v descrita en la multiplicación de inóculo y se agregó 100 g de inóculo esparcido en una capa sobre el sustrato, posteriormente se agregó otra capa de sustrato estéril, se colocaron cinco semillas y se cubrieron con sustrato. En los contenedores con los tratamientos no inoculados se sembraron cinco semillas desinfectadas cubiertas con sustrato estéril. Las semillas germinaron con suministro de riegos con agua destilada que mantuvo a los contenedores a capacidad de campo. A los 12 días de la germinación, se dejó crecer una planta por cada contenedor en todos los tratamientos.

Las plantas se mantuvieron en las mismas condiciones de humedad que en el lote de multiplicación del inóculo. A los 17 días de la germinación y al presentarse la maduración de las dos primeras hojas, se inició la fertilización una vez por semana, aplicando 125 ml de la solución nutritiva Long Ashton (LANS), con su respectiva modificación en la dosis de fertilización fosfatada.

La tasa fotosintética estimada se registró en µmol m^-2 s con el sistema portátil (SPF), analizador de gases por infrarrojo Li-6400 (LiCor Inc., Lincoln, Nebraska, USA); se tomaron aleatoriamente seis plantas por tratamiento, de cada planta fueron tomadas dos hojas, una de la parte basal y otra de la parte media. La medición se llevó a cabo en días despejados cuando el flujo fotónico varió entre 332 y 335 µmol m^-2 s medidos con un fluxómetro marca EXTECH Instruments, modelo 401025. La medición se efectuó a los 52, 83 y 95 días de la emergencia de la planta.

Los resultados de densidad, diversidad y dinámica de esporas de HMA fueron analizados con estadística no paramétrica; la prueba de "U" de Mann Whitney se aplicó a la densidad de esporas, el análisis de varianza de una clasificación por rangos de Kruskal-Wallis para la densidad de esporas entre sitios de muestreo y estación climática y el índice de diversidad de Simpson.

Los resultados del ensayo en invernadero se sometieron a un análisis de varianza (ANOVA), con el apoyo del paquete estadístico SAS. Para las variables con diferencias entre tratamientos se aplicó la prueba de Tukey (α= 0.05).

Resultados

Variables no paramétricas

Densidad de esporas

En esta variable se encontraron diferencias significativas (p< 0.05) entre bajo y fuera del área de influencia de la copa del árbol y diferencias altamente significativas (p< 0.001) para las estaciones primavera y otoño, respectivamente. Por otra parte, en el análisis de varianza de clasificación por rangos de Kruskal-Wallis, para el que se utilizaron los valores totales de la densidad de esporas se encontraron diferencias significativas (p< 0.05) entre las estaciones del año dentro de los sitios de muestreo y en la estación de otoño existió la mayor densidad de esporas de HMA fuera y bajo la copa de los árboles.

Diversidad de especies

Dinámica poblacional de esporas de HMA

La densidad de esporas de hongos micorrícicos tiende a disminuir en el verano y fue mayor en el suelo muestreado fuera de la copa de los árboles. Dentro y fuera de la copa de los árboles las densidades más bajas se presentaron en julio, agosto y septiembre; la densidad de esporas tiende a incrementarse en la estación de otoño para ambas condiciones debido a que disminuye la dominancia y aumenta la equidad entre las poblaciones de esporas, aunque en menor proporción fuera de las copas de los árboles de manzano.

Variables paramétricas

Influencia de los HMA en la incorporación de fósforo

El crecimiento de las plantas de chile ancho durante los primeros 12 días, después de la germinación no presentó diferencias significativas entre las plantas testigo y las plantas inoculadas con HMA. Sin embargo, a medida que avanzó el desarrollo del cultivo se presentaron diferencias entre ambos factores. En la altura de planta y en el número de hojas, el análisis de varianza indicó que no existieron diferencias significativas (p> 0.05) en ambos factores de estudio (Cuadro 2). Para diámetro de tallo existieron diferencias significativas (p< 0.05) entre los tratamientos inoculados y los tratamientos testigo; el tratamiento con 22 µg ml^-1 de P y con la intervención de los micosimbiontes (T₂1), mostró un mayor efecto para esta variable pero no se encontró efecto alguno en la interacción AxB.

Para la variable colonización micorrícica (%), los datos fueron transformados a arc sen .

Donde:

T1.0= 0 µg ml^-1 de fósforo, sin micorrizas.

T2.0= 22 µg ml^-1 de fósforo sin micorrizas.

T1.1= 0 µg ml^-1 de fósforo, con micorrizas.

T2.1= 22 µg ml^-1 de fósforo con micorrizas.

T3.1= 44 µg ml^-1 de fósforo con micorrizas.

Los resultados obtenidos en el análisis de varianza para peso seco de la raíz; mostraron diferencias altamente significativas (p< 0.001) entre tratamientos inoculados y no inoculados, explicables por el hecho de que existe una estrecha relación entre la presencia de hongos micorrícicos arbusculares y el desarrollo de la estructura radical de la planta, ya que las plantas inoculadas presentaron los niveles más altos en esta variable respecto a las plantas que no fueron inoculadas. En este sentido, la mayor expresión de la asociación se manifestó con 22 µg ml^-1 de P (T₂1) (Figura 1).

En peso seco de la parte aérea y en área foliar también existieron diferencias altamente significativas (p< 0.001) en los tratamientos inoculados con HMA respecto a los tratamientos testigo; la mayor área foliar y la mayor producción de biomasa se presentaron en el tratamiento con inoculación de hongos micorrícicos arbusculares y con 22 µg ml^-1 de fertilización de P, pero la interacción entre ambos factores no fue significativa en ambas variables (Figura 2). En la tasa fotosintética existieron diferencias altamente significativas (p< 0.01) entre tratamientos inoculados y no inoculados con HMA (Cuadro 2). Los resultados muestran que los tratamientos con 22 µg ml^-1 de P y con inoculación (T₂l), fueron altamente significativos respecto a los demás tratamientos. El tratamiento con 0 µg ml^-1 de P y con HMA (T₁1) no fue significativao (p> 0.05) con el de 44 µg ml^-1 de P y con inoculación (T₃1).

Discusión

Densidad de esporas y diversidad de especies

El número de esporas y de especies son dos importantes componentes para la sustentabilidad de los ecosistemas, incluyendo los agroecosistemas. La riqueza de especies de hongos micorrícicos arbusculares encontrada en la huerta evaluada en este estudio se puede considerar baja comparada con los resultados obtenidos por Carrenho et al. (2001), sin embargo, se encontraron especies como Glomuscoremioides y Glomus sinuosum que de acuerdo con otras investigaciones, tienen la característica de formar simbiosis mutualista con plantas de hábito perenne, los cuales pudieron contribuir a la productividad de los árboles de manzano durante el tiempo de vida sin ningún manejo técnico.

Dinámica poblacional de esporas

La dinámica poblacional de esporas de HMA en el huerto de manzano fue oscilante lo que conduce a pensar que el decremento en la densidad de esporas del gremio se debe probablemente, a que las condiciones climáticas en la temporada de lluvias son favorables para que estos micosimbiontes presenten la mayor actividad de germinación y la consecuente colonización de los sistemas radicales de las plantas.

En la estación de otoño se presentó la mayor cantidad de esporas de HMA, ya que de acuerdo con el diagrama ombrotérmico, en esta época inician condiciones climáticas críticas que activan el mecanismo de supervivencia de los micosimbiontes y esto ocasiona una mayor formación de esporas.

Ensayo agronómico para evaluación de los HMA

El lento crecimiento de las plantas en los primeros días posteriores a la germinación empezó a incrementarse a las tres semanas, este comportamiento similar también fue observado en estudios de micropropagación de chile ancho con asociaciones micorrícicas (Estrada Luna y Davies, 2003) y debido a estos resultados los autores concluyeron que este efecto es consecuencia de la baja colonización que existe en etapas tempranas, lo cual puede atribuirse al crecimiento lento de las plantas de C. annuum.

Los hongos micorrícicos arbusculares del presente ensayo promovieron una mayor eficiencia en la absorción nutrimental de las plantas de C. annuum, lo que pudo originar un mejor desarrollo en el diámetro del tallo de las plantas inoculadas respecto a las testigo. Estas evidencias mostraron que la mayor expresión de los micosimbiontes en diámetro de tallo se encontró cuando actuaron simultáneamente con las dosis altas de fertilización fosfatada.

En el número de hojas, las micorrizas arbusculares no tuvieron efectos significativos sobre los tratamientos testigo. Sin embargo, existieron diferencias significativas (p> 0.05) que mostraron que las plantas inoculadas tuvieron una mayor expansión foliar y una mayor producción de biomasa aérea que las plantas que no fueron inoculadas, y que el mayor efecto de los micosimbiontes se observó cuando actuaron con dosis de fertilización fosfatada de 22 µg ml^-1. Estos resultados coinciden con otras investigaciones (Amaya et al., 2005; Díaz-Franco y Garza-Cano, 2006, 2007; Guissou, 2009; Rubí et al., 2009, 2012) lo que permite manifestar que los hongos micorrícicos arbusculares incrementan la eficiencia de absorción de P y su subsecuente traslocación a los tejidos vegetales, a lo se le puede atribuir una mayor expansión foliar, además de que estos micosimbiontes incrementan su actividad cuando actúan de manera simultánea con dosis media de fertilización fosfatada.

En el peso seco de la raíz se encontró que los HMA tuvieron un efecto en la estructura de la raíz, lo cual originó que las plantas inoculadas tuvieran una arquitectura radical de mayores proporciones, que la observada en los tratamientos testigo. Esto indica que el fósforo influye de manera directa en los cambios de la arquitectura radical (López-Bucio etal., 2002), mostrando así un crecimiento continuo de la raíz primaria con un incremento de división y elongación celular.

La inoculación con HMA endémicos en combinación con 22 µg ml^-1 de P dio lugar a una respuesta diferencial positiva en la fotosíntesis y en porcentaje de colonización, lo cual concuerda con Davies (2000); Amaya et al. (2005); Díaz-Franco y Garza-Cano (2007), Rubí et al. (2009, 2012), que particularmente destacó en un incremento en la actividad fotosintética en los tratamientos inoculados respecto a las plantas no inoculadas.

Conclusiones

De acuerdo con los resultados obtenidos, en el presente estudio se puede concluir que; el número de esporas de hongos micorrícicos que se encontró en la huerta es elevado; también se puede mencionar que estas esporas tienen su mayor actividad de germinación y colonización en la estación de verano.

La presencia de HMA como G.coremioides y G. sinuossum en el huerto de manzano pueden ser los responsables de la supervivencia y tasa de producción actual de los árboles de manzano.

La combinación HMA con 22 µg ml ^-1 de P se establece como una alternativa promisoria para la producción hortícola.

Literatura citada

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