Ecología y fisiología en las primeras fases de crecimiento de plantas suculentas en el sur del desierto chihuahuense en México y las montañas de Córdoba en Argentina.

Pérez Sánchez, Reyes Manuel (2018) Ecología y fisiología en las primeras fases de crecimiento de plantas suculentas en el sur del desierto chihuahuense en México y las montañas de Córdoba en Argentina. Doctorado thesis, Universidad Autónoma de Nuevo León.

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Resumen

En esta tesis se presentan dos investigaciones realizadas sobre ecología y fisiología de las primeras etapas de vida de plantas suculentas, la primera en una zona árida mexicana y la segunda en las montañas argentinas. En las zonas áridas, los altos niveles de radiación solar y la escasez de agua son dos factores importantes que limitan el desarrollo de las plántulas. En general, el establecimiento de plántulas suculentas es más exitoso bajo plantas nodriza debido a la sombra proporcionada, ayudando así a reducir el sobrecalentamiento, la transpiración excesiva y la fotoinhibición en plántulas protegidas. La diferencia que un microambiente de una planta nodriza puede proporcionar en el funcionamiento fisiológico de plántulas de suculentas desérticas, podría ser probada midiendo el crecimiento y la fotosíntesis de la planta. En este estudio se midieron las variables relacionadas con la fluorescencia de la clorofila: Rendimiento cuántico efectivo del fotosistema II (ФPSII) y la tasa de transporte de electrones (ETR); así como, la tasa relativa de crecimiento (RGR) y sus componentes (tasa de asimilación neta, NAR, y proporción de área foliar o fotosintética, LAR), proporción raíz/vástago (R/S) y contenido relativo de agua (RWC), para plántulas trasplantadas bajo plantas nodriza y plántulas trasplantadas bajo la luz solar directa. Hemos probado que ФPSII, LAR, proporción R/S y RWC, fueron más bajos, y ETR, RGR y NAR fueron más altos para plántulas de siete especies suculentas comunes al Sur del Desierto Chihuahuense (Agave lechuguilla, A. salmiana, Echinocactus platyacanthus, Ferocactus histrix, Myrtillocactus geometrizans, Stenocactus coptonogonus y Yucca filifera) creciendo bajo la luz directa del sol, en comparación con las trasplantadas bajo árboles nodriza de mezquite. Aunque las especies respondieron de manera diferente a los tratamientos; en general, se encontró que las plántulas creciendo bajo plantas nodrizas tenían alto ФPSII y baja ETR que las que crecían bajo la luz solar directa. RWC, proporción R/S y RGR y sus componentes, variaron en respuesta a los microambientes para algunas especies, pero no de manera consistente. Las variables ecofisiológicas aquí evaluadas fueron más claramente afectadas por la radiación solar que las variables morfológicas. Estos resultados son el primer estudio de campo que incluyen los mecanismos ecofisiológicos y morfológicos de plántulas de especies suculentas bajo plantas nodriza. Las sequías y altas temperaturas podrán aumentar como consecuencia del cambio climático. Esto afectaría la vida de las plantas de diversas maneras, en particular en sus fases iniciales como la germinación y el crecimiento de las plántulas. En especies de crecimiento lento, como los cactus, la germinación de semillas y su establecimiento son las fases más críticas de su ciclo de vida Sin embrago, para que este proceso se pueda llevar a cabo con éxito, se necesita de condiciones favorables Por ello es probable que las especies de cactus de los ecosistemas mésicos sean más afectadas por el cambio climático, que las especies de ecosistemas áridos. El objetivo en este segundo estudio fue evaluar el efecto combinado de potenciales hídricos y temperaturas sobre la germinación de semillas y las características de plántulas en seis especies de cactus globosos de las montañas de Córdoba: Echinopsis candicans, Gymnocalycium bruchii, G. capillaense, G. mostii, G. quehlianum y Parodia mammulosa. Se realizó un experimento factorial en el que se combinaron cuatro niveles de potenciales hídricos (0, -0.2, -0.4 y -0.6 MPa) con dos niveles de temperatura (25 y 32°C). Se registró la germinación (%) y el tiempo medio de germinación (T50); y se midió la forma de la plántula (anchura y longitud). En general, una disminución del potencial hídrico y un aumento de la temperatura dieron como resultado una baja germinación, con diferentes comportamientos entre especies. A 32°C y bajos potenciales hídricos, la germinación fue baja o nula para casi todas las especies. No hubo una clara tendencia en la respuesta de la T50 a los tratamientos. El desarrollo de las plántulas fue altamente y negativamente afectado por la combinación de factores, particularmente en los bajos potenciales hídricos. Las respuestas de las especies de cactus analizadas a bajo potencial hídrico fueron similares a las de especies de cactus de ecosistemas más áridos. Nuestros resultados sugieren que las especies estudiadas se verían gravemente afectadas por los cambios en la temperatura y la precipitación, como se predijo en un escenario de cambio climático. Abstract This thesis shows two researches about ecology and physiology of the first stages of life succulent plants, the first research is in arid Mexican zone and the second is in Argentinean Mountains. In arid zones, the light and water are two important factors that limit the development of seedlings. The shade provided by nurse plants can increase the overheating, excessive transpiration and the photoinhibition in protected seedlings. The difference that a microenvironment of a nurse plant can provide in the physiological functioning of desert succulent seedlings could be tested by measuring the plant growth and photosynthesis. Specifically, in this study we measured the variables related to chlorophyll fluorescence: Effective quantum yield of photosystem II (ΦPSII) and electron transport rate (ETR), as well as relative growth rate (RGR) and its components (net assimilation rate, NAR, and proportion of leaf or photosynthetic area, LAR), root to shoot ratio (R/S) and relative water content (RWC), for seedlings transplanted under nurse plants and seedlings transplanted under direct sunlight. It was proved that ΦPSII, LAR, R/S ratio and RWC were low, and ETR, RGR and NAR were higher for seedlings of seven succulent species common to the Southern Chihuahuan Desert (Agave lechuguilla, A. salmiana, Echinocactus platyacanthus, Ferocactus histrix, Myrtillocactus geometrizans, Stenocactus coptonogonus y Yucca filifera) grown under direct sunlight, in comparison with seedlings transplanted under nurse mezquite trees. Although species responded differently to treatments, in general, it was found that seedlings grown under nurse plants had higher ФPSII and lower ETR than those grown under direct sunlight. The RWC, R/S ratio and RGR and their components varied in response to microenvironments for some species, but not consistently. The echophysiological variables evaluated here were more clearly affected by solar radiation than the morphological variables. These results are the first field study to include the ecophysiological and morphological mechanisms of succulent seedlings under nurse plants. Droughts and high temperatures may increase as a result of climate change. This would affect the life of plants in various ways, particularly in their early stages such as germination and seedling growth. In slow-growing species such as cacti, seed germination and establishment are the most critical phases of their life cycle; However, for this process to be successful, favorable conditions are needed. Therefore, cacti species of mesic ecosystems are more likely to be affected by climate change than arid ecosystem species. The objective of this second study was to evaluate the combined effect of water potentials and temperatures on seed germination and seedling characteristics in six species of globular cactus in the Córdoba Mountains: Echinopsis candicans, Gymnocalycium bruchii, G. capillaense, G. mostii, G. quehlianum y Parodia mammulosa. A factorial experiment was performed in which four levels of water potential (0, -0.2, -0.4 and -0.6 MPa) were combined with two temperature levels (25 y 32°C). Germination (%) and mean germination time (T50) were recorded, and the shape of the seedling (width and length). In general, a decrease in water potential and an increase in temperature resulted in low germination, with different behaviors between species. At 32°C and low water potential, germination was low or zero for almost all species. There was no clear trend in the response of T50 to treatments. Seedling development was highly and negatively affected by the combination of factors, particularly in low water potentials. The responses of cactus species analyzed at low water potential were similar to those of cactus species from more arid ecosystems. Our results suggest that the species studied would be severely affected by changes in temperature and precipitation, as predicted in a climate change scenario.

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