La aplicación de carbohidratos como una opción para mejorar la
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La aplicación de carbohidratos como una opción para mejorar la
La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano La aplicación de carbohidratos como una opción para mejorar la vitalidad y crecimiento del arbolado urbano Annual ISA International Conference Tomás Martínez-Trinidad Profesor Investigador Adjunto Arboricultura y Dasonomía Urbana Postgrado en Ciencias Forestales [email protected] INTRODUCCIÓN Fotosíntesis: fuente de energía (carbohidratos) 6CO2 + 6H20 ISA annual international conference [email protected] C6H1206 +6O2 1 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Introducción RELACIÓN FUENTE-DEMANDA • Fuente - Producción (hojas), o liberación (raíz, tallo) • Demanda - Almacén, o Uso http://online.moraine.cc.il.us /WebSupported/BIO112/s ourcetos ink.jpg Introducción DISTRIBUCIÓN DE RECURSOS • Crecimiento • Mantenimiento • Exudados raíz • Reproducción • Defensa • Almacenamiento Shigo, A. L. 1991. M odern Arboriculture ISA annual international conference [email protected] 2 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Introducción Arbolado urbano experimenta diferentes condiciones de estrés Reservas de Energía Crecimiento Defensa Reproducción Almacenamiento Declinación Introducción MÉTODOS PARA DETERMINAR VITALIDAD * Apariencia visual - Crecimiento - Tamaño de hoja, color - Densidad de follaje * Contenido de carbohidratos - Laboratorio (glucosa y almidón) - Tinción de tejidos - almidón - Medidores de glucosa • Espectrómetro de fluorescencia (Fv/Fm) * Ohmímetro (Resistencia eléctrica) ISA annual international conference [email protected] 3 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Pregunta Principal ¿Se pueden aplicar carbohidratos de manera exógena para mejorar el crecimiento y vitalidad de los árboles? EXPERIMENTO 1 • Estudiar la distribución espacial y estacional de glucosa y almidón en árboles de Quercus virginiana. (Larcher, 1980) ISA annual international conference [email protected] 4 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano MATERIALES AND MÉTODOS - Árboles (10 cm diam.) Quercus virginiana - 5 m - espaciamiento N S Muestras: N,S,E,O E * Raíces (soporte) * Tronco (1 m altura) * Hojas (media de copa) * Ramillas (1 año) Materiales y Métodos Hielo, secado, molido, y almacenado (viales) Muestreo: cada estación Determinación de glucosa y almidón Sigma GAGO-20 Extracción glucosa Determinación (650 nm) Almidón –muestra remanente – enzima amiloglucosidasa Colorimétricamente: a 540 nm ISA annual international conference [email protected] 5 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Materiales y Métodos Análisis de datos - Punto cardinal, tipo tejido, época de año N-S, E-O (entre árboles y filas) - Procedimiento GLM - SPSS v.13 RE S U L TA D O S El contenido de carbohidratos no fue afectado por punto cardinal. Root T runk 80 mg g-1 DW Glucose concentration 100 T wigs Leaves 60 40 20 0 March July September January Time Contenido de glucosa en Quercus virginiana en cuatro fechas diferentes. ISA annual international conference [email protected] 6 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Resultados 80 Root DW Twigs Leaves -1 mg glucose g Starch concentration Trunk 60 40 20 0 March July September January Time Contenido de almidón en Quercus virginiana en cuatro fechas diferentes. El contenido de glucosa: hojas > ramillas > tronco y raíz, mientras que el almidón tuvo un patrón inverso. La raíz y tronco presentaron altos contenidos de almidón durante el periodo de dormancia. EXPERIMENTO 2 • Evaluar los efectos de aplicaciones de carb ohidratos en el suelo sob re la actividad microb iana b ajo condiciones de lab oratorio y en campo. MATERIALES Y MÉTODOS Suelo bajo condiciones controladas y en campo Carbohidrato Testigo Glucosa Almidón Mezcla (50% cu) Concentración (g L-1) 0 40, 80, 120 40, 80, 120 40, 80, 120 3 rep/ tratamiento ISA annual international conference [email protected] 7 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Materiales y Métodos * Laboratorio - Contenedores Incubados a 27oC * Campo - Soluciones radio 0.5 m - Ambos casos: Distribución aleatoria - Muestreo semanal Materiales y Métodos Método de disoluciones -Bacteria - (N.A) -Actinomicetes - (A) -Hongo - (PDA+RB) ISA annual international conference [email protected] 8 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Materiales y Métodos Respiración: Titulación 30 g of suelo (frasco) 3 mL NaOH (vaso) Incubó 48 hrs. 2,3 gotas fenolftaleína +1 mL BaCl2 * HCl (Dr. Zuberer) Análisis de datos - Completamente al azar - Procedimiento GLM - SPSS v.13 - Prueba de Dunnett ISA annual international conference [email protected] 9 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano RESULTADOS Medias de UFC para hongo, actinomicetes, bacterias en suelo tratado con carbohidratos a diferentes concentraciones. Microbio Campo UFC g-1 suelo 9.8 x 103 ( 4.0)† 10.7 x 104 ( 5.3) 8.5 x 106 ( 3.7) Hongo Actinomicetes Bacteria † Laboratorio UFC g-1 suelo 13 x 103 ( 3.1) 8 x 104 ( 3.5) 15 x 106 ( 4.8) Desviación estandar La técnica de disoluciones no funcionó para encontrar diferencias en la enumeración de poblaciones microbianas del suelo. Resultados * CO2 Evo lved (µg .g- 1 so il ) 1000 * 800 * 600 * * * * Control Control Cont rol Glucose 120 Glucose 80 St arch 120 Mi x 120 Glucose 40 St arch 40 Mi x 80 St arch 80 * Mi x 40 * * * * 400 * 200 * * * * * * 8 9 * * * 0 0 1 2 3 4 5 Weeks 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 Weeks 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 We eks Respiración en muestras de suelo tratadas con glucosa, almidó n o mezclas 50:50 en concentraciones diferentes (0, 40, 80, and 120 g L-1 ) baj o condiciones de laboratorio. *Significativamente diferente con P 0.05 usando la prueba de Dunnett. La respiración en el suelo no fue afectada hasta después de varias semanas de la aplicación de altas concentraciones de almidón. ISA annual international conference [email protected] 10 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano C O2 E volved (µg. g -1 soil ) Resultados 700 C ontrol Control Glucos e 120 S tarc h 120 600 Glucos e 80 S tarc h 80 Glucos e 40 S tarc h 40 * 500 * ** 400 300 * * ** 1 2 * Mix 120 Mix 80 Mix 40 * * * * * Cont rol * 200 * * 100 0 0 3 4 5 6 0 1 2 W eeks 3 4 5 6 Weeks 0 1 2 3 4 5 6 Weeks Respiración en muestras de suelo tratadas con glucosa, almi dón o mezclas 50:50 en diferentes concentraciones (0, 40, 80, and 120 g L-1 ) baj o condiciones de campo. * Significativamente diferente con P 0.05 usando la prueba de Dunnett. La respiración en el suelo se incrementó significativamente con la aplicación de carbohidratos bajo condiciones de campo y laboratorio. EXPERIMENTO 3 Evaluar los efectos de aplicaciones de carbohidratos en el suelo en el crecimiento y vitalidad de Quercus virginiana. • Absorción x raíz (azúcares) • Disponibilidad Nutriente - microorganismos - suelo • Secuestro de Nutrientes - temporal http://www.organicare.com/howyardworks .html ISA annual international conference [email protected] 11 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano MATERIALES Y MÉTODOS Árboles -10 cm * Tratamiento: soluciones al suelo Materiales y Métodos Carbohidrato Concentración (g L-1) Glucosa 0, 40, 80, 120 Almidón 0, 40, 80, 120 Mezcla (50% cu) 0, 40, 80, 120 •10 L por árbol – alrededor – radio de 0.5 m Completamente azar Aplicaciones: Cada 4 meses (1.5 años) ISA annual international conference [email protected] 12 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Materiales y Métodos Crecimiento: - Diámetro, - Área de copa vertical, Programa ImageJ - Índice de crecimiento IC = medición 2 − medición medición 1 1 • Crecimiento de raíz: * 4 muestras (6 cm x 15 cm) * a 0.5 m del tronco * Longitud y diámetro Programa WinRhizo * Peso seco Materiales y Métodos Análisis de carbohidratos en ramillas - Muestras raíz (final) Fotosíntesis: - LiCor 6200 - 3 hojas ISA annual international conference [email protected] 13 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Materiales y Métodos • Fluorescencia clorofila 10 hojas de 1/3 bajo de la copa Composición isotópica de carbono - ramillas y raíces – 18 meses * Laboratorio de Isótopos Estables en UC Davis * 13C (estándar PDB). OPCION POTENCIAL PARA DETERMINAR LA ABSORCIÓN DE AZÚCARES • Valores de 13C - Isótopos estables 12C, 13C Pee Dee Belem nite * Plantas C3: -20 a -34‰ * Plantas C4: -9 a -16.8‰ azúcar Azúcares de C4 ISA annual international conference [email protected] Planta C3 14 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Materiales y Métodos Respiración en suelo - 25 mm diam. x 150 mm largo muestras de suelo (4 meses) - 0.5 m del tronco * Muestras bolsas de plástico * Hielo Azul Análisis de nutrientes (año) - Suelo - Hojas Materiales y Métodos Análisis de datos - Completamente al azar - Estructura factorial (concentraciones y carbohidratos) 4x3 aumentada por el control - Procedimiento GLM - SPSS v.13 * Datos de composición isotópica de carbono * Prueba de Dunnett ISA annual international conference [email protected] 15 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano RESULTADOS Chlorophyll fluorescence (Fm/Fv) La aplicación de soluciones en el suelo no tuvieron un impacto significativo en el crecimiento. 0.85 0.83 Glucose A Starch Mixture 0.81 0.79 0.77 0.75 0.73 0.71 0.69 0.67 0.65 Aug '04 Dec '04 Apr '05 Aug '05 Dec '05 Jun '06 Time Efecto general de la aplicación de glucosa, almidón y mezclas 50:50 en fluorescencia de clorofila (Fv /Fm) de Quercus virginiana en diferentes fechas. Chlorophyll fluorescence (Fm/Fv) Resultados 0.8 5 0 40 80 1 20 0.8 3 0.8 1 0.7 9 0.7 7 0.7 5 0.7 3 0.7 1 0.6 9 0.6 7 0.6 5 0 A ug '0 4 Dec '04 Apr '0 5 A ug '0 5 De c '05 Jun '0 6 Time Efecto general de la aplicación de diferentes c oncentraciones de carbohidratos (0, 40, 80 and 120 g L-1 ) en la fluorescencia de clorofila (Fv /Fm) de Quercus virginiana en diferentes fechas. El uso de la composición de isótopos de carbono no funcionó para determinar si los azúcares fueron absorbidos por las raíces de los árboles. ISA annual international conference [email protected] 16 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Resultados Glucose (mg g-1 DW) 34 31 28 25 0 40 80 120 Concentration (g L-1) Efecto general de diferentes concentraciones de carbohi dratos en el conteni do de glucosa en ramillas de Quercus virginiana. La aplicación de altas concentraciones de carbohidratos causó un alto contenido de glucosa en ramillas y variación en la fluorescencia de clorofila, aunque las diferencias fueron pequeñas. Resultados -1 CO2 Evolved (µg g soil) Gluc os e Starc h Mixture 140 120 100 80 60 40 20 0 0 40 80 1 20 -1 Co nce n trat io n ( g L ) Efecto general de carbo hidratos (glucosa, almi dón y mezcla 50:50) en diferentes concentraciones sobre la respiración en suelo (µg CO2 g-1 s uelo) cuatro meses después de la aplicación de tratamientos. Altas concentraciones de almidón tuvieron un impacto en la actividad microbiana cuatro meses después del tratamiento, aunque no produjeron un efecto significativo en vitalidad y crecimiento. ISA annual international conference [email protected] 17 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano EXPERIMENTO 4 • Determinar el efecto de inyecciones con carbohidratos en el crecimiento y vitalidad de Quercus virginiana. MATERIALES Y MÉTODOS Árboles (20 cm ) cerca de College Station Tratamiento: Inyecciones al tronco - macroinfusión INYECCIONES EN LOS ÁRBOLES * Micro o macro * Baja o alta presión • Solución - al sistema vascular (Xilema) ISA annual international conference [email protected] 18 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Materiales y Métodos Carbohidrato Glucosa Sacarosa Mezcla (50% cu) Concentración (g L-1) 0, 40, 80, 120 0, 40, 80, 120 0, 40, 80, 120 10 L por árbol base de la raíz Aplicaciones: enero año1, año2 Materiales y Métodos Diámetro Crecimiento de raíz * Contenido de carbohidratos Fotosíntesis Fluorescencia de clorofila Composición isotópica de C * * Medido a un año de la aplicación ISA annual international conference [email protected] 19 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Materiales y Métodos Análisis de datos - Completamente al azar -Estructura factorial (concentraciones y carbohidratos) 4x3 aumentada por el control - Procedimiento GLM - SPSS v.13 * Datos de composición isotópica de carbono * Prueba de Dunnett RESULTADOS 0.5 (cm.cm-1 ) Diameter Growth Index 0.6 0.4 0.3 0.2 0.1 0 control glucose mixt ure 50:50 sucrose Type of sugar Índices de crecimiento en diámetro (cm cm-1) de Quercus virginiana inyectado con 3 tipos de azúcares (glucosa, sacarosa, y mezcla 50:50). ISA annual international conference [email protected] 20 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano (cm) Trunk increment Resultados 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 40 80 120 Carbohydrate Concentration (g L-1 ) Media general del incremento en diámetro (cm) de Quercus virginiana inyectado c on diferentes co ncentraciones de carbohidratos (0, 40, 80 y 120 g L-1 ). La mezcla 50:50 (glucosa y sacarosa) causó un mayor incremento de los índices de crecimiento en diámetro. Ramillas Raíces Resultados 60 40 35 S t a rc h c o n te nt ( m g gl u c o s e . g - 1 D W ) 50 G l u c o s e c o nt e n t ( m g . g- 1 D W ) 30 40 25 30 20 15 20 10 10 5 0 0 0 40 80 Ca rbohydra te Conce nt ra tion (g.L -1) 12 0 0 40 80 12 0 Ca rbohydra te Conce nt ra tion (g.L -1) Efecto general de inyecciones co n diferentes concen traciones de carbohidratos en el contenido de glucosa para ramillas y almidón en raíces de Quercus virginiana. El contenido de glucosa en ramillas y de almidón en raíces mostraron un incremento en árboles tratados con las altas concentraciones de carbohidratos. ISA annual international conference [email protected] 21 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano Chlorophyll fluorescence (Fv/Fm) Resultados 0.8 0.75 0.7 0.65 0.6 0 0 40 80 120 Carbohydrate Concentration (g.L-1 ) Efecto general de aplicación de carbohidratos por inyecciones al tronco en cuatro concen traciones (0, 40, 80, y 120 g L-1 ) sobre la fluorescencia de clorofila (Fv /Fm) en Quercus virginiana. La fluorescencia de clorofila Fv/Fm se incrementó significativamente en árboles tratados con altas concentraciones de carbohidratos. Resultados Composición iso tópica de carbono ( 13 C) en ramillas y raíces de Quercus virginiana tratados con glucosa y sacarosa a 40 y 120 g L-1 . Tratamiento Testigo Glucosa 40 Glucosa 120 Sacarosa 40 Sacarosa 120 Raíces -26.823 -26.437 -26.823 -26.697 -26.697 Ramillas -30.530 -30.430 -30.037 -29.973 -29.157* * Significativamente diferentes P 0.05 usando la prueba de Dunnett. La composición isotópica de carbono ( 13C) no mostró una tendencia clara para corroborar la distribución de fuentes exógenas de carbohidratos. ISA annual international conference [email protected] 22 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano CONCLUSIONES GENERALES Las diferencias en la concentración de carbohidratos entre los tejidos durante el año remarcan la necesidad de los órganos del árbol entre los periodos de crecimiento ydormancia. Aunque el método de disoluciones no funcionó para determinar el efecto de carbohidratos en la actividad microbiana del suelo, los resultados con la técnica de titulación sugieren que la aplicación de carbohidratos puede funcionar como un método efectivo y práctico para incrementar la actividad microbiana en el suelo. CONCLUSIONES GENERALES La aplicación de carbohidratos al suelo no produjo un efecto notable en el crecimiento de los árboles. Aunque la aplicación de altas concentraciones mostró cambios en el contenido de glucosa en ramillas y la fluorescencia de clorofila en hojas, dichas diferencias fueron pequeñas yno mostraron una tendencia clara. La inyección con carbohidratos puede mejorar el crecimiento y vitalidad de Quercus virginiana. 13C Desafortunadamente, los valores de no demostraron una tendencia que corroborara la absorción y distribución de fuentes exógenas de carbohidratos. ISA annual international conference [email protected] 23 La aplicación de carbohidratos en arbolado urbano AGRADECIMIENTOS Dr. Dr. Dr. Dr. W. Todd Watson (Consejero) Michael Arnold Leonardo Lombardini David Appel Dudley Bernard, Russell Book, Corey Stover, Tim Rogers, Alejandro Alarcon, Lisbet Islas-Rodríguez Environmental Design Inc. Texas Forest Service USDA Forest Service Colegio de Postgraduados Conacyt SEP ¿Preguntas? [email protected] ISA annual international conference [email protected] 24