Fijación biológica del nitrógeno en tres especies silvestres del género Lupinus (Leguminosae, Papilionoideae) en México

Juan Francisco Zamora Natera, Isidro Zapata Hernández, Alejandra Villalvazo Hernández

Resumen


Antecedentes y Objetivos: La fijación biológica del nitrógeno (FBN) en leguminosas nativas de México ha sido poco estudiada; particularmente en especies del género Lupinus no se tiene información al respecto. En este sentido, el objetivo de esta investigación fue cuantificar la acumulación de biomasa y nitrógeno (N) en tres lupinos silvestres del estado de Jalisco, México (Lupinus exaltatusL. rotundiflorus y L. mexicanus), así como evaluar la FBN en términos de cantidad de N fijado (kg ha-1) y proporción de N derivado de la atmósfera (% Ndda).

Métodos: Las especies en estudio al igual que la cebada, una especie conocida como no fijadora de N y usada de referencia, fueron cultivadas en suelos agrícolas de Zapopan, Jalisco, en el periodo otoño-invierno de 2015-2016. Durante el crecimiento de las especies en estudio se realizaron muestreos destructivos a los 93, 108 y 122 días después de la siembra (Dds). En cada muestreo se cuantificó el número de nódulos por planta, contenido de materia seca (Ms) y % de N. Con estos valores se estimó mediante el método de la diferencia de N, la proporción de N derivado de la atmósfera (% Ndda) y cantidad de N fijado (kg ha-1).

Resultados clave: A los 93, 108 y 122 Dds, L. exaltatus fijó 87.4, 86.9 y 187 kg de N ha-1lo cual fue equivalente a 71.0, 70.9 y 83.8% de Ndda, respectivamente. Las especies L. rotundiflorus y L. mexicanus solamente mostraron valores significativos de N fijado hasta los 122 Dds.

Conclusiones: Bajo las condiciones de este estudio se puede concluir que L. exaltatus se caracterizó por ser la especie más eficiente en la fijación de N atmosférico, debido a una favorable simbiosis entre las raíces y las bacterias nativas del suelo fijadoras de N atmosférico.


Palabras clave


Leguminosas; materia seca; nódulos; N atmosférico; Rhizobium

Texto completo:

PDF

Referencias


Atchison, G. W., B. Nevado, R. J. Eastwood, N. Contreras-Ortiz, C. Reynel, S. Madriñán, D. A. Filatov y C. E. Hughes. 2016. Lost crops of the Incas: Origins of domestication of the Andean pulse crop tarwi, Lupinus mutabilis. American Journal of Botany 103(9): 1592-1606. DOI: https://dx.doi.org/10.3732/ajb.1600171

Ayisi, K. K., D. H. Putnam, C. P. Vance y P. H. Graham. 1992. Dinitrogen fixation, nitrogen and dry matter accumulation, and nodulation in white lupine. Crop Science 32(5): 1197-1202. DOI: https://dx.doi.org/10.2135/cropsci1992.0011183X003200050028x

Baker, T. G., G. R. Oliver y P. D. Hodgkiss. 1986. Distribution and cycling of nutrients in Pinus radiata as affected by past lupin growth and fertiliser. Forest Ecology and Management 17(2-3): 169-187. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/0378-1127(86)90110-6

Barbazán, M., M. Ferrando y J. P. Zamalvide. 2002. Acumulación de materia seca y nitrógeno en gramíneas anuales invernales usadas como cobertura vegetal en viñedos. Agrociencia 6(1): 10-19.

Barrientos, L., A. Montenegro e I. Pino. 2002. Evaluación de la fijación simbiótica de nitrógeno de Lupinus albus y L. angustifolius en un Andisol Vilcun del sur de Chile. Terra Latinoamericana 20(1): 39-44.

Bermúdez, T. K., Q. N. Robledo, H. J. Martínez, T. Andreas y M. Wink. 2000. Biodiversity of the genus Lupinus in Mexico. In: Van Santen, E., M. Wink, S. Weissmann y P. Römer (eds.). Proceedings 9th International Lupin Conference. International Lupin Association. Klink/Müritz, Germany. Pp. 294-296.

Björnsson, H. 2007. Fertilization of Nootka lupin (Lupinus nootkatensis) for biomass production and carbon sequestration. Icelandic Agricultural Sciences 20: 81-92.

Boller, B. C. y J. Nösberger. 1994. Differences in nitrogen fixation among field-grown red clover strains at different levels of 15N fertilization. Euphytica 78(3): 67-174.

Bremner, J. y D. Keeney 1965. Steam distillation methods for determination of ammonium, nitrate and nitrite. Analytica Chimica Acta 32: 485-495.

Carlsson, G. y K. Huss-Danell. 2003. Nitrogen fixation in perennial forage legumes in the field. Plant and Soil 253(2): 353-372.

Cueto-Wong, J. A., D. G. Reta-Sánchez, U. Figueroa-Viramontes, H. M. Quiroga-Garza, A. Ramos-Rodríguez y J. J. Peña-Cabriales. 2013. Recuperación de nitrógeno aplicado en forma fraccionada en maíz forrajero utilizando 15N. Ingeniería Agrícola y Biosistemas 5(1): 11-16.

Drummond, C. S., R. J. Eastwood, S. T. S. Miotto y C. E. Hughes. 2012. Multiple continental radiations and correlates of diversification in Lupinus (Leguminosae): Testing for key innovation with in complete taxon sampling. Systematic Biology 61(3): 443-460. DOI: https://dx.doi.org/10.1093/sysbio/syr126.

Duthion, C., N. Amarger, A. Mariotti, V. Durey, J. J. Giraud, J. Gonthier, P. Mathey y G. Sommer. 1987. Accumulation potentielle de matière sèche et d’azote chez le lupin blanc de printemps (Lupinus albus L.). Agronomie 7(8): 585-593.

Evans, J., G. E. O’Connor, G. L. Turner, D. R. Coventry, N. Fettell, J. Mahoney, E. L. Armstrong y D. N. Walsgott. 1989. N2 fixation and its value to soil N increase in lupin, field pea and other legumes in south-eastern Australia. Australian Journal of Agricultural Research 40(4): 791-805. DOI: https://dx.doi.org/10.1071/AR9890791

Gastal, F. y G. Lemaire. 2002. N uptake and distribution in crops: an agronomical and ecophysiological perspective. Journal of Experimental Botany 53(370): 789-799. DOI: https://dx.doi.org/10.1093/jexbot/53.370.789

Hardason, G. y S. K. A. Danso. 1993. Methods for measuring biological nitrogen fixation in grain legumes. Plant and Soil 152(1): 19-23.

Herridge, D. F. 1982. Relative abundance of ureides and nitrate in plant tissues of soybean as a quantitative assay of nitrogen fixation. Plant Physiology 70(1): 1-6.

INEGI. 2001. Modelo digital de elevación escala 1: 50,000. In: INEGI (ed.). Modelos digitales de elevación, disco compacto. Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática. Aguascalientes, México.

Kitessa, S. M. 1992. The nutritional value of Russell lupin (Lupinus polyphyllus x Lupinus arboreus) for sheep. M. Agr. Sci thesis. Lincoln University. Christchurch, New Zealand. 143 pp.

Kohl, D. H., G. Shearer y J. E. Harper. 1980. Estimates of N2 fixation based on differences in the natural abundance of 15N in nodulating and nonnodulating isolines of soybeans. Plant Physiology 66(1): 61-65.

Kurlovich, B. S. 2002. The history of lupin domestication. In: Kurlovich, B. S. (ed.). Lupins (Geography, classification, genetic resources and breeding). OY International North Express. St. Petersburg, Russia-Pellosniemi, Finland. Pp. 147-164.

Larson, K. J., K. G. Cassman y D. A. Phillips. 1989. Yield, dinitrogen fixation and aboveground nitrogen balance of irrigated white lupin in a Mediterranean climate. Agronomy Journal 81(3): 536-543. DOI: https://dx.doi.org/10.2134/agronj1989.00021962008100030029x

Lemus, L. O., E. E. Herrera y C. T. Jiménez. 1986. La tsirangeramani (Lupinus spp.) en la Meseta Purépecha. Dirección General de Culturas Populares-Serie Contribuciones. Uruapan, México. 42 pp.

Lindig-Cisneros, R., A. Blanco-García, C. Sáenz-Romero, P. Alvarado-Sosa y N. Alejandre-Melena. 2007. Restauración adaptable en la meseta Purépecha, Michoacán, México: hacia un modelo de estados de transiciones. Boletín de la Sociedad Botánica de México 80: 25-31.

Martín, G. M., R. A. Rivera y Y. Mujica. 2007. Estimación de la fijación biológica del nitrógeno de la Canavalia ensiformis por el método de la diferencia de N total. Cultivos Tropicales 28(4): 75-78.

Martín, G. M., Y. A. Tamayo, I. F. Hernández, M. N. Varela y E. A. da Silva. 2017. Cuantificación de la fijación biológica de nitrógeno en Canavalia ensiformis crecida en un suelo pardo mullido carbonatado mediante los métodos de abundancia natural de 15N y diferencia de N total. Cultivos Tropicales 38(1): 122-130.

Masson-Boivin, C. y J. L. Sachs. 2018. Symbiotic nitrogen fixation by rhizobia-the roots of a success story. Current Opinion in Plant Biology 44: 7-15. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.pbi.2017.12.001

McNeill, A. M. e I. R. P. Fillery. 2008. Field measurement of lupin belowground nitrogen accumulation and recovery in the subsequent cereal-soil system in a semi-arid mediterranean-type climate. Plant Soil 302: 297-316. DOI: https://dx.doi.org/10.1007/s11104-007-9487-y

McVaugh, R. 1987. Lupinus, Vol. V. Leguminosae. In: McVaugh, R. (ed.). Flora Novogaliciana: A descriptive account of the vascular plants of Western Mexico. The University of Michigan Press. Ann Arbor, USA. Pp. 580-599.

Medina-Sánchez, E. y R. Lindig-Cisneros. 2005. Effect of scarification and growing media on seed germination of Lupinus elegans H.B.K. Seed Science and Technology 33(1): 237-241. DOI: https://dx.doi.org/10.15258/sst.2005.33.1.24

Pálmason, F., J. Gudmundsson y H. Sverrisson. 2002. Estimates of symbiotic nitrogen fixation in two lupin species in Iceland. In: Van Santen, E. y G. D. Hill (eds.). Proceedings 10th International Lupin Conference. International Lupin Association. Laugarvatn, Iceland. Pp. 118-120.

Pálmason, F., S. K. A. Danso y G. Hardason. 1992. Nitrogen accumulation in sole and mixed stands of sweet-blue lupin (Lupinus angustifolius L.) ryegrass and oats. Plant and Soil 142: 135-142.

Pérez, A. J. A., M. E. García, Q. J. F. Enríquez, C. A. R. Quero, P. J. Pérez y G. A. Hernández. 2004. Análisis de crecimiento, área foliar específica y concentración de nitrógeno en hojas de pasto “Mulato” (Brachiaria hibrido cv.). Técnica Pecuaria Mexicana 42(3): 447-458.

Plénet, D. y G. Lemaire. 1999. Relationships between dynamics of N uptake and dry matter accumulation in maize crops. Determination of critical N concentration. Plant and Soil 216(1-2): 65-82.

Prusiński, J. 2014. Dynamics and distribution of dry matter and total nitrogen in yellow lupine (Lupinus luteus L.) plants. Electronic Journal of Polish Agricultural Universities 17(2): 1-11.

Radic, S. y J. McAdam. 2012. Estimación de la fijación de nitrógeno en una vega de tierra del fuego por el método de la diferencia de nitrógeno. Anales Instituto Patagonia (Chile) 40(2): 95-102.

Ramírez-Contreras, A. y D. A. Rodríguez-Trejo. 2009. Plantas nodriza en la reforestación con Pinus hartwegii Lindl. Revista Chapingo, Serie Ciencias Forestales y del Ambiente 15(1): 43-48.

Romero, R. V., S. T. Hazard, B. M. Márquez y L. M. Hiriart. 1993. Evaluación agronómica de dos especies de lupino Lupinus albus y Lupinus mutabilis como alternativas de forraje suplementario en secano. Agricultura Técnica 53: 303-309.

Ruiz, C. J. A., A. I. J. González, C. J. Anguiano, V. I. Vizcaíno, C. D. Ibarra, G. J. Alcalá, V. S. Espinosa y L. H. E. Flores. 2003. Estadísticas climatológicas básicas para el estado de Jalisco (período 1961- 2000)-(Libro Técnico Núm. 1). Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias-Centro de Investigación Regional Pacífico Centro-Campo Experimental Centro de Jalisco. Conexión Gráfica. Guadalajara, México. 281 pp.

Sanginga, N., L. E. Wirkom, J. A. Okogun, I. O. Akobundu, R. J. Carsky y G. Tian. 1996. Nodulation and estimation of symbiotic nitrogen fixation by herbaceous and shrub legumes in Guinea savanna in Nigeria. Biology and Fertility of Soils 23(4): 441-448.

Schulz, S., J. D. H. Keatinge y J. G. Wells. 1999. Productivity and residual effects of legumes in rice-based cropping systems in a warm-temperate environment. I. Legume biomass production and N fixation. Field Crops Research 61(1): 23-35. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/S0378-4290(98)00146-4

Statgraphics, C. 2014. Statgraphics Centurion XVII. User Manual. Version, 17 (8.0). Herndon, USA.

Sujak, A., A. Kotlarz y W. Strobel. 2006. Compositional and nutritional evaluation of several lupin seeds. Food Chemistry 98(4): 711-719. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2005.06.036

Unkovich, M. J. y J. S. Pate. 2000. An appraisal of recent field measurements of symbiotic N2 fixation by annual legumes. Field Crops Research 65(2-3): 211-228. DOI: https://dx.doi.org/10.1016/S0378-4290(99)00088-X

Unkovich, M. J., J. Baldock y M. B. Peoples. 2010. Prospects and problems of simple linear models for estimating symbiotic N2 fixation by crop and pasture legumes. Plant and Soil 329(1-2): 75-89. DOI: https://dx.doi.org/10.1007/s11104-009-0136-5

Unkovich, M. J., J. S. Pate y P. Sanford. 1997. Nitrogen fixation by annual legumes in Australian Mediterranean agriculture. Australian Journal Agricultural Research 48: 267-293.

Weisany, W., Y. Raei y K. H. Allahverdipoor. 2013. Role of Some of Mineral Nutrients in Biological Nitrogen Fixation. Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences 2(4): 77-84.

Zamora, N. J. F., O. C. del Rio, H. I. Zapata, R. R. Macías y L. P. M. García. 2017. Preliminary estimation of forage yield and feeding value of Lupinus angustifolius varieties cultivated in Jalisco, México, during the cool season. Legume Research 40(6): 1060-1065. DOI: https://dx.doi.org/10.18805/lr.v0iOF.9111




DOI: https://doi.org/10.21829/abm126.2019.1543

Enlaces refback

  • No hay ningún enlace refback.


Copyright (c) 2019 Acta Botanica Mexicana

Licencia de Creative Commons
Este obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional.

 

Cintillo Legal

Acta Botanica Mexicana, Núm. 126, 2019. Publicación continua editada por el Instituto de Ecología, A.C., a través del Centro Regional del Bajío. www.inecol.mx

Editor responsable: Marie-Stéphanie Samain. Reservas de Derechos al Uso Exclusivo No. 04-2016-062312171000-203, ISSN electrónico 2448-7589, ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor.

Responsable de la última actualización: Marie-Stéphanie Samain. Ave. Lázaro Cárdenas 253, C.P. 61600 Pátzcuaro, Michoacán, México. Tel. +52 (434) 117 95 13, fecha de última actualización, 25 de enero de 2019.

ISSN electrónico: 2448-7589

Licencia Creative Commons

Esta obra está bajo una Atribución-No Comercial (CC BY-NC 4.0 Internacional).

Basada en una obra en abm.ojs.inecol.mx