ARTICULOS REGULARES

 

Efecto de la fertilización con nitrógeno, fósforo y potasio, sobre el contenido foliar de carbohidratos, proteínas y pigmentos fotosintéticos en plantas de Berberidopsis corallina Hook.f.

Effect of the fertilization with nitrogen, phosphorus and potassium, on the foliar content of carbohydrates, proteins and photosynthetic pigments in plants of Berberidopsis corallina Hook.f.

 

MIRTHA LATSAGUE^*1, PATRICIA SÁEZ² & MARIELA MORA¹

¹Escuela de Ciencias Ambientales, Facultad de Recursos Naturales, Universidad Católica de Temuco, Casilla 15-D, Temuco, Chile.
²Centro de Biotecnología, Facultad de Ciencias Forestales, Universidad de Concepción. Casilla 160-C, Concepción, Chile.

*E-mail: mlatsagu@uct.cl

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RESUMEN

Un número substancial de publicaciones se relacionan con aspectos de fertilización y nutrición de especies leñosas exóticas, principalmente en Eucalyptus spp. y Pinus spp., siendo escasa la información para especies nativas. Berberidopsis corallina (Berberidopsidaceae) es una especie endémica de Chile en peligro de conservación para la cual no existe antecedentes de fertilización. El objetivo de esta investigación es contribuir con nuevos antecedentes sobre el efecto estimulador de la fertilización con nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K) en el contenido bioquímico foliar en B. corallina, como información base para su conservación. Un experimento de invernadero en condiciones controladas de temperatura y riego fue conducido para evaluar el efecto de la aplicación de N, P, K sobre el contenido foliar de carbohidratos, proteínas y clorofila en plantas de B. corallina obtenidas por estacas. Los tratamientos correspondieron a la aplicación de fertilizante N, P y K en distintas combinaciones aplicado en dosis de 150 mg L^-1 de solución fertilizante, preparada a partir de sales hidrosolubles. Los más interesantes resultados se obtuvieron con la aplicación de solución completa (NPK). La clorofila fue el mejor indicador en este experimento del efecto de la fertilización NPK, con un promedio de 8,1 mg mL^-1 comparado con el control con un promedio de 2,8 mg mL^-1. En general el porcentaje de carbohidratos y proteínas solubles totales aumenta en 41 y 57%, respectivamente, en comparación al tratamiento control. Es destacable el efecto estimulador de la adición de N en las distintas dosis, favoreciendo la síntesis de carbohidratos y proteínas. El efecto estimulador de la fertilización con N, P y K sobre los parámetros bioquímicos de las hojas de B. corallina fue observado principalmente en el contenido de clorofila a y b, permitiendo que las hojas producidas sean fotosintéticamente competentes, aumentando el contenido de carbohidratos y proteínas solubles totales, lo que podría potenciar el crecimiento en condiciones de campo.

PALABRAS CLAVE: Berberidopsis corallina, macronutrientes, atributos bioquímicos, clorofila.

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ABSTRACT

A substantial number of publications are relating to aspects of fertilization and nutrition of woody exotic species, principally in Eucalyptus spp. and Pinus spp., being little the information for native species. Berberidopsis corallina (Berberidopsidaceae) is endemic specie of Chile in danger of conservation for which there is no information about fertilization. The aim of this research is contribute with new antecedent and evaluated the effect stimulatory of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K), fertilizer in the biochemical leaf content in B. corallina as information base for his conservation. A greenhouse experiment in controlled conditions of temperature and irrigation was undertaken to evaluate the effect of NPK on the foliar content synthesis of carbohydrates, proteins, chlorophyll in B. corallina plants obtained by cutting. The treatments corresponded to the application of N, P and K in different combinations applied in dose of 150 mg L^-1 of solution fertilizer prepared from hydrosoluble salt. The more interesting results were obtained by the application of complete solution (NPK). The chlorophyll was the best indicator found in this experiment of the effect of NPK fertilization with average of 8.1 mg mL^-1 compared with treatment control with average of 2.8 mg mL^-1. In general the percentage of carbohydrates and soluble total proteins, increased in 41 and 57 % respectively, in compared with treatment control. Notably the stimulatory effect N addition in the different doses stimulated the synthesis of carbohydrates and proteins. The stimulatory effect of fertilization with N, P and K on the biochemical parameters of the leaves of B. corallina was observed fundamentally in the content of chlorophyll a and b, allowing that the leaves produced should be photosynthetically competent, increasing the content of carbohydrates and soluble total proteins, which might promote the growth in field conditions.

KEYWORDS: Berberidopsis corallina, nutrients, biochemical attributes, chlorophyll.

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INTRODUCCIÓN

Los nutrientes minerales tienen funciones esenciales y específicas en el metabolismo de las plantas, como activadores de reacciones enzimáticas, osmorreguladores y constituyentes de estructuras orgánicas (Schwambach et al. 2005, Bustos et al. 2008). Un número substancial de publicaciones se relacionan con aspectos de fertilización y nutrición de especies leñosas exóticas y su efecto sobre variables morfológicas como producción de brotes y crecimiento inicial, principalmente en Eucalyptus spp. (Sansigolo et al. 1983, Barros & Novais 1990, Guerra et al. 2007) y Pinus spp. (Reissmann & Wisniewski 2000, Domínguez et al. 2000, Munari et al. 2005, Rowe et al. 2002). Asimismo el efecto de la fertilización con N, P y K sobre el contenido bioquímico foliar en plantas introducidas ha sido ampliamente informado, Poole & Conover (1990), Zaghloul et al. (1996), Rowe et al. (2002), Kopsell et al. (2004) reportan que el contenido de clorofila a, clorofila b y carotenoides aumenta en plantas fertilizadas con N, P y K, contribuyendo a un incremento en la tasa fotosintética. Resultados obtenidos por Reyes et al. (2000) en hojas de Citrus reticulata Blanco y de Citrus sinensis (L.) Osbeck, Tranaviciene et al. (2007) en Triticum aestivum L., Abd El- Aziz (2007) en hojas de Codiaeum variegatum L., señalan que la aplicación de N, P y K influye en el contenido de carbohidratos solubles, lo que se relaciona directamente con la síntesis de pigmentos y proteínas que aumentan significativamente con la aplicación de los tratamientos fertilizantes.

Con relación a especies nativas, la investigación permanece incompleta (Resende et al. 2005), estándares nutricionales publicados en la literatura han sido desarrollados para especies producidas a través de semillas: Nothofagus dombeyi (Mirb.) Oerst., Nothofagus alpina (Poepp. & Endl.) Oerst. y Eucryphia cordifolia Cav., informando el efecto de la fertilización con Osmocote® (18-6-12 de N–P₂O₅–K₂O) sobre variables morfológicas tales como diámetro a la altura del cuello, altura total y biomasa aérea y radicular (Bustos et al. 2008). Sin embargo, no hay antecedentes en plantas nativas respecto a la influencia de la fertilización con N, P y K sobre las variables morfológicas como tampoco sobre el contenido bioquímico foliar como carbohidratos, proteínas y pigmentos fotosintéticos, y su relación con la calidad de las plantas y su crecimiento vegetativo.

Berberidopsis corallina Hook.f. es una especie de la familia Berberidopsidaceae, endémica de Chile. Debido a su carácter de especie endémica de un estrecho territorio de Chile y al escaso número de poblaciones conocidas, B. corallina se considera por diversos autores una trepadora en peligro de extinción. Aunque puede llegar a ser localmente abundante en ciertos puntos restringidos a la vertiente oceánica de Nahuelbuta, sus poblaciones requieren de esfuerzos adicionales para su conservación (Marticorena et al. 2010). En este sentido la propagación vegetativa de B. corallina ha sido estudiada y exitosamente desarrollada (Latsague et al. 2008, Uribe et al. 2011). En general, se han desarrollado diversos programas dirigidos a maximizar la calidad de las plantas producidas por estacas y a la producción de conocimiento científico en términos de los requerimientos nutricionales y respuesta al suministro de nutrientes de las plantas obtenidas, de manera de potenciar su desarrollo y crecimiento fenológico como asimismo optimizar el metabolismo de éstas en orden a garantizar un adecuado establecimiento inicial de las plantas bajo condiciones de campo. A pesar de ello, la información es escasa para especies nativas producidas por esta vía y a nuestro saber, inexistente para Berberidopsis corallina.

Por lo anterior, el objetivo de esta investigación es contribuir con nuevos antecedentes para identificar el efecto estimulador de la fertilización con N, P y K sobre el contenido bioquímico foliar en B. corallina, especie endémica de Chile, como información base para su conservación.

MATERIALES Y MÉTODOS

MATERIAL VEGETAL Y TRATAMIENTOS

Las hojas para el análisis del contenido bioquímico en laboratorio se extrajeron de plantas de B. corallina de un año de edad, reproducidas por estacas (Latsague et al. 2008), el material para estaquillado se obtuvo de individuos de una población de B. corallina en un predio del sector La Cabaña comuna de Carahue, Región de La Araucanía (38° 29’ 36’’S-73° 14’ 14’’O).

Las plantas utilizadas en los tratamientos se mantuvieron durante cinco meses en vivero en bolsas de polietileno de 15 x 30 cm, con capacidad de 1.000 cm3, el sustrato utilizado fue compost de corteza de pino (Pinus radiata D.Don) con una granulometría de 12 mm, a temperatura constante de 18 ºC y riego por aspersión. La frecuencia de riego fue establecida considerando la pérdida del 20% de la capacidad de campo del sustrato del contenedor de cada planta, monitoreada diariamente a través de una balanza digital de precisión de ± 1g.

La solución fertilizante de los distintos tratamientos se preparó con base en los elementos nitrógeno, fósforo y potasio en distintas combinaciones y dosis fijas de 150 mg L^-1 (Tabla I), se definió la concentración de 150 mg L^-1 en base a antecedentes existentes para especies introducidas, por no estar documentada para nativas. Las soluciones se prepararon a partir de sales hidrosolubles (Tabla II). Adicio- nalmente, cada uno de los tratamientos fue suplementado con una dosis fija de 40 mg L^-1 de magnesio (Mg), 60 mg L^-1 de azufre (S) y 80 mg L^-1 de calcio (Ca). La solución fertili- zante se aplicó cada 15 días durante tres meses. De acuerdo a la capacidad de retención del sustrato se aplicaron 20 mL de la solución fertilizante, según tratamiento. La capacidad de retención se calculó según Aldana & Aguilera (2003) [1]:

CR = Porosidad total (PT) – Porosidad de aire (PA) [1]

donde CR es la capacidad de retención del sustrato; PT corresponde al volumen de poros del sustrato/volumen del contenedor *100; PA es el volumen de poros de aire/volumen del contenedor *100. Las variables que se evaluaron fueron contenido de clorofila a y clorofila b, proteínas solubles totales (PST), carbohidratos solubles totales (CST), principales indicadores del metabolismo de la planta cuya síntesis depende de la disponibilidad de nitrógeno, fósforo y potasio.

ANÁLISIS QUÍMICO

El contenido de pigmentos totales, clorofila a y clorofila b se determinó utilizando 50 mg de peso fresco de material vegetal, el que fue pulverizado con nitrógeno líquido y homogeneizado con acetona al 80 % v/v. El contenido de pigmentos se determinó a través de espectrofotometría siguiendo la metodología de Lichtenthaler & Wellburn (1983). Para determinar el contenido de proteínas solubles totales (PST) se utilizó el método de Bradford (1976) y las modificaciones efectuadas por Latsague & Sáez (2006), con una solución patrón de albúmina sérica bovina (BSA) (Sigma) de 1 mg mL^-1, leyendo absorbancia a 595 nm. El contenido de carbohidratos solubles totales (CST) fue estimado mediante el método fenol sulfúrico (Steubing et al. 2002). Para la cuantificación se utilizó como patrón una solución de glucosa 1 mg mL^-1 y la absorbancia fue leída a una longitud de onda de 630 nm.

DISEÑO EXPERIMENTAL Y ANÁLISIS ESTADÍSTICO

El estudio constó de cuatro tratamientos (Tabla I) distribuidos al azar. Cada tratamiento constituido por 10 réplicas. Cada réplica compuesta por una planta de B. corallina (unidad experimental). Los datos se sometieron a un análisis de varianza de una vía con un 95 % de confianza (α = 0,05) utilizando los software XLstat y Statgraphics Plus Versión 5.1. La normalidad y homogeneidad de varianza de los datos se determinaron mediante la prueba de Shapiro-Wilk y la prueba de Bartlett, respectivamente (α = 0,05). Para detectar diferencias significativas entre los tratamientos, se realizó la prueba de comparación múltiple de Tukey (P < 0,05).

TABLA I. Tratamientos de fertilización aplicados en plantas de Berberidopsis corallina producidas a partir de estacas y fuente de macroelementos utilizadas en la solución nutritiva. TABLE I. Treatments of fertilization applied in Berberidopsis corallina plants produced from cuttings and source of macro elements used in the nutritive solution.

RESULTADOS

CONTENIDO DE PIGMENTOS

Los contenidos de clorofila a, b y total fueron influenciados por la aplicación de NPK (P<0,05) en hojas de B. corallina. Un aumento significativo en el contenido de clorofila, respecto al control, se observó en la combinación fertilizante N₁₅₀P₁₅₀K₁₅₀ y N₁₅₀P₁₅₀K₀ con valores de 8,13 y 6,56 mg mL-1, respectivamente. Entre estas mismas combinaciones igualmente hay diferencias significativas, lo que podría indicar que el efecto conjunto de la fertilización N, P y K favorecen el contenido de clorofila. Por el contrario, la fertilización sólo con fósforo y potasio (N₀P₁₅₀K₁₅₀) no produjo incrementos respecto al control (Tabla II). Independiente del tratamiento aplicado el contenido de clorofila a fue en promedio dos veces mayor que el de clorofila b.

TABLA II. Efecto del fertilizante NPK sobre el contenido de clorofila (Cl) (mg mL-1), proteínas solubles totales (PST) (mg mL-1) y carbohidratos solubles totales (CST) (mg mL-1) en hojas de Berberidopsis corallina (media ± EE). TABLE II. Effect of the fertilizer NPK on the chlorophyll content (Cl) (mg mL-1), soluble total proteins (PST) (mg mL-1) and soluble total carbohydrates (CST) (mg mL-1) in leaves of Berberidopsis corallina (averages ± SE).

CONTENIDO DE PROTEÍNAS SOLUBLES TOTALES (PST)

La adición de nitrógeno a la solución fertilizante, tuvo un efecto significativo (P<0,05) sobre el contenido foliar de proteínas solubles totales respecto del tratamiento control (Tabla II). Sin embargo, el contenido de PST fue similar entre las soluciones fertilizantes que contienen N en su formulación (N₁₅₀P₁₅₀K₁₅₀, N₁₅₀P₁₅₀K₀, N₁₅₀P₀K₁₅₀), independiente de la adición de fósforo y potasio en la combinación de solución fertilizante.

CONTENIDO DE CARBOHIDRATOS SOLUBLES TOTALES (CST)

La solución fertilizante afecta el contenido de carbohidratos solubles totales en hojas de B. corallina. Así, se observó diferencias significativas entre el tratamiento control y los tratamientos fertilizantes (Tabla II). El contenido de carbohidratos soluble totales aumenta significativamente con la adición de nitrógeno a la solución fertilizante.

DISCUSIÓN

Los estudios sobre nutrición vegetal a menudo se enfocan sobre el efecto de la fertilización nitrogenada, puesto que éste es el nutriente requerido en mayor cantidad y el que probablemente más limita la ganancia de carbono (Chapin et al. 1987). En nuestro estudio la presencia de nitrógeno en alguna de las combinaciones, independiente de la presencia de potasio o fósforo favorece la síntesis de clorofila total. El aumento en el contenido de clorofila, con la fertilización nitrogenada, ha sido informado por Warren et al. (2005) en hojas de Pinus pinaster Aiton, Seneweera et al. (2011) en hojas de arroz, Modh et al. (2011) en Labisia pumila Benth. & Hook.f., Boussadia et al. (2010) en Olea europea L., probablemente debido a que el nitrógeno favorece la absorción de Mg, lo que influencia la síntesis de clorofila (Gárate & Bonilla 2000). Así, uno de los factores importantes que indican la eficiencia de la fertilización nitrogenada es el contenido de pigmentos fotosintéticos en las hojas (Kopsell et al. 2004). La capacidad fotosintética de las hojas se relaciona con el contenido de nitrógeno principalmente porque las proteínas del ciclo de Calvin y de los tilacoides representan la mayor parte del nitrógeno foliar (Gibson 2005). En este estudio, el contenido de clorofila a fue en promedio dos veces mayor que el de clorofila b independiente del tratamiento aplicado. Tales proporciones se encontraron en otras especies en las cuales hay por lo general dos a cuatro veces más clorofila a que clorofila b (Carter & Spiering 2002, Politycka & Golcz 2004). La adición de K en la solución fertilizante igualmente influye, aumentando significativamente el contenido de clorofila. Estos resultados están de acuerdo con las conclusiones de Jackson & Volk (1968), Chapagain & Wiesman (2004), respecto a que el potasio es requerido para la síntesis de clorofila a y activador de enzimas involucradas en la síntesis de ésta.

Es evidente que el contenido de carbohidratos solubles aumenta significativamente en hojas de B. corallina fertilizadas con N, P y K comparada con las plantas control. Esto se relaciona directamente con la síntesis de pigmentos, los que aumentaron significativamente con la aplicación de los tratamientos fertilizantes. Las moléculas orgánicas cuantificadas en este estudio (clorofila a, b, proteínas solubles totales) son utilizadas como estimadores de la fotosíntesis, por lo que su aumento estimula la tasa fotosintética aumentando el contenido de carbohidratos solubles (Reyes et al. 2000, Sanclemente & Peña 2008). El potasio, catión univalente más abundante en la célula vegetal, juega un rol significativo en la regulación de la función estomática. La forma por la cual la fertilización con potasio aumenta la fotosíntesis es aumentando la conductancia estomática (Barnes et al. 1995, Bednarz & Oosterhuis 1999, Houman et al.1990). De este modo, Vijay et al. (2009) relacionaron el mayor rendimiento fotosintético de Asparagus racemosus Willd. con el aumento en el contenido de clorofila y aplicación de potasio.

El contenido de proteínas solubles totales aumenta significativamente en hojas tratadas con fertilizante N, P y K respecto del control, observando estas diferencias entre el tratamiento T0 (N₀P₀K₀) y aquellos que incluyen nitrógeno en su combinación. La fotosíntesis produce azúcares solubles a partir de CO₂ y H₂O, pero este proceso no puede realizarse sin la producción de proteínas, enzimas y moléculas de transferencia de electrones tales como clorofila, ADP y ATP, todas ellas moléculas orgánicas que tienen nitrógeno y fósforo como constituyente fundamental (Marques et al. 2002, Abd El-Aziz 2007). Una fuerte relación entre fósforo y la máxima capacidad fotosintética (A_max) ha sido observada en Pinus radiata (Sheriff et al. 1986), P. pinaster (Ben Brahim et al. 1996), la explicación parcial de estos resultados puede basarse en una relación positiva entre concentración de fósforo y cantidad de Rubisco.

El efecto estimulador de la fertilización con N, P y K sobre los parámetros bioquímicos de las hojas de B. corallina especie endémica de Chile fue observado principalmente en el contenido de clorofila a y b, permitiendo que las hojas producidas sean fotosintéticamente competentes, aumentando el contenido de carbohidratos y proteínas solubles totales, lo que podría potenciar el crecimiento en condiciones de campo. Los resultados obtenidos son un punto de partida respecto a la fertilización en B. corallina, es necesario a futuro probar nuevas dosis, incluso superiores a ésta.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen al proyecto DGIPUCT 2009-03-04.

 

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Recibido: 22.03.13
Aceptado: 16.10.13