Funcionamiento del aparato fotosintetico de Solamun lycopersicum (var. Hayslip) sujetas a deficiencia de nitrogeno y luz
Araya V. Castro R. Portuguez I. Quesada A. Sibaja D.
2 de noviembre de 2018
Universidad Nacional de Costa Rica, Heredia, Costa Rica, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Escuela de Ciencias Biologicas.
Resumen
El daño del aparato fotosintético en las plantas se pueden notar por medio de varios indicadores; uno de ellos es en la fotosíntesis, esta puede ser medida mediante la fluorescencia de la clorofila, la fluorescencia estudia la función del fotosistema II (PSII) durante el transporte electrónico en la fotosíntesis y expresa el daño causado por diferentes tipos de estrés al aparato fotosintético. El objetivo principal de este proyecto es evaluar la fluorescencia y partición de biomasa de Solamun lycopersicum (var. Hayslip) sujetas a deficiencia de nitrógeno (ausencia y presencia) y dos tratamiento de luz (alta y baja), para determinar el nivel de estrés de acuerdo a la interacción luz y deficiencia de nitrógeno. Ochenta plántulas fueron sometidas a las pruebas, de las cuales cuarenta se les dio un tratamiento control con solución Hoagland y las otras cuarenta a una deficiencia de nitrógeno y en ambos casos a 20 plantas se les sometió a luz alto y a las 20 restantes se les sometió a luz baja, donde se logró obtener como resultado que la deficiencia de nitrógeno afecta significativamente la fluorescencia y por ende la fotosíntesis por lo que se pudo concluir que quien se vio afectado fue el fotosistema II y no lo afecta la producción de clorofila.
Palabras Clave: Fluorescencia, Clorofíla, Fotosistema-II, Hayslip, Nitrógeno.
Introducción
La variedad Hayslip de Solamun lycopersicum fue desarrollada en el año 1981 por la Universidad de Florida en Bradenton, Estados Unidos. Posee características tales como crecimiento indefinido del fruto, fruto redondo, de buen sabor, con un peso aproximado de 180 a 210 gramos; crece a una altura entre 100 y 120 centímetros, que como ventaja tiene que es una variedad resistente a una serie de hongos.
En las plantas, el nitrógeno es parte estructural de hormonas de crecimiento (Martínez. et al, 2009). Es asimilado en aminoácidos gracias a unas enzimas, como la glutamina sintasa (Yoneyama. et al, 2016); para construir proteínas, ácidos nucleicos, clorofila y enzimas indispensables para la fotosíntesis y la respiración celular. El nitrógeno es móvil en el floema, y cuando empieza a darse una deficiencia en elementos móviles, los elementos almacenados en hojas maduras se desplazarán a las hojas jóvenes, por lo que los síntomas se observarán en las hojas maduras de la parte basal de la planta. Las plantas de tomate con deficiencia de nitrógeno pueden presentar síntomas tales como: Desarrollo con poca clorofila; tallos, ramas y hojas de tamaño reducido (alteración en la partición de biomasa), desprendimiento prematuro de hojas antiguas (Martínez. et al, 2009).
Se utiliza el método de partición de biomasa para saber, cómo responden las plantas a la variabilidad en la disponibilidad de los recursos abióticos (Villegas. et al, 2013). Varios modelos de partición óptima han sugerido un balance funcional en la biomasa asignada al vástago y la raíz con la siguiente predicción: “las plantas cambiarían su asignación de biomasa hacia el vástago si la ganancia de carbono de la parte aérea de la planta es afectada por un nivel bajo de recursos sobre el suelo, tal como luz o CO2. Igualmente, las plantas cambiarían su asignación hacia la raíz si el nivel de los recursos del suelo es bajo, tal como nutrientes y agua”. Estos cambios en la asignación pueden ser considerados como adaptativos, ya que permiten a la planta capturar más de aquel recurso que limita fuertemente su crecimiento” (Rodríguez & Darío, 2006). Existe bastante información sobre los progresos en la distribución de la partición de masa seca en plantas. Los genes de la planta, la etapa de desarrollo en que se encuentra, las condiciones ambientales y la regulación interna de la planta son factores que influyen en la partición de biomasa (Carranza. et al, 2008).
Por otro lado, la fluorescencia como tal es un proceso que permite estudiar la función del fotosistema II (PSII) durante el transporte electrónico en la fotosíntesis y la sensibilidad del PSII al daño que puede sufrir por efecto de diferentes condiciones de estrés y las consecuencias que esto tiene en el proceso global de la fotosíntesis (Blasco, 1973). El proceso fotosintético se inicia cuando la luz es absorbida por los pigmentos fotosintéticos de los complejos antena de la membrana fotosintética (Rogner. et al, 1991). Parte de la energía absorbida es transferida como energía de excitación y atrapada por el centro de reacción, en donde es utilizada para hacer el trabajo químicamente útil, y la otra parte es disipada principalmente como calor y en menor grado re-emitida como energía luminosa de menor energía, realizándose así el proceso conocido como fluorescencia (Moreno. et al, 2008). A través de la medición del rendimiento de la fluorescencia de la clorofila se puede obtener información de la eficiencia fotoquímica, como identificación de pigmentos, su organización, entre otras funciones del fotosistema II (PSII), además de que es un procedimiento no destructivo, de fácil manejo y con rápida respuesta (Cerrillo. et al, 2004). Por tanto, con la ejecución de este proyecto se pretende evaluar la fluorescencia y partición de biomasa de Solamun lycopersicum (var. Hayslip) sometidas a una solución deficiente de nitrógeno y solución de Hoagland y dos tratamientos de luz con la finalidad de determinar el grado de afectación de acuerdo a la interacción luz y deficiencia de nitrógeno.
Metodología
Para la realización de la investigación se cultivaron 80 plantas de Solamun lycopersicum de la variedad “Hay Slip” durante 5 semanas con distintos tratamientos, los cuales fueron: solución completa y luz alta, solución completa y baja luz, solución sin nitrógeno yluz y solución sin nitrógeno y bajaluz. Primeramente, se mantuvieron las plántulas durante una semana en la casa de vegetación de la escuela de biología para lograr su aclimatación y durante las 4 semanas restantes se mantuvieron con la técnica de cultivo hidropónico. Para esto se procedió a traspasarlas a frascos de vidrio con las soluciones respectivas, dividiendo las 80 plantas en 2 grupos de 40 plantas, al primer grupo se le agregó 100 ml de solución completa por planta y al segundo grupo se les agregó 100 ml de solución con ausencia de nitrógeno por planta, a la vez cada grupo de 40 plantas se dividieron en dos grupos de 20 plantas, y cada uno de estos fueron tratadas a diferentes intensidades de luz, (luz alta y luz baja). Durante esas 4 semanas se realizaron mediciones semanales (una vez a la semana) de altura, fluorescencia y conteo de número de hojas por planta. La medición de altura se realizó con una regla midiendo solo la parte aérea de la planta, la cual va desde donde sale la primera raíz lateral hasta el meristemo apical, esta fue tomada en cm. En el caso del conteo de hojas, se tomó en cuenta el número de hojas presentes en momento de la medición. Y finalmente para la medición de fluorescencia se realizó utilizando un fluorómetro y para esta se tomó en cuenta la segunda lámina de la primera hoja (de abajo hacia arriba) de cada planta, se midió en las unidades fm/fv. Pasadas las 4 semanas se procedió a cosechar las plantas y 60 de estas, 15 por cada tratamiento se cortaron en 3 partes (hojas, tallo y raíz) para su secado, este se realizó durante 3 días en un horno a 60°C. Las 20 restantes fueron utilizadas para la realización de mediciones de clorofila. Para esto se utilizó la misma hoja en la que se realizaron las mediciones de fluorescencia anteriormente y el espectrofotómetro. Para la realización de esta parte primero se macero la hoja con carbonato de calcio (CaCO3) y acetona, 3 mL aproximadamente por cada hoja, una vez listo se colocó en la centrífuga por 30 segundos y finalmente se midió la longitud de onda en el espectro de luz del macerado, esto mediante el espectrofotómetro. Finalmente, con las muestras ya secas, se efectuó un pesaje en gramos de cada parte de la planta, para así obtener la biomasa en peso seco de cada una de las plantas.
Análisis
Para el análisis estadístico de este proyecto se aplicaron dos pruebas, la cuales fueron análisis de varianza de dos vías y regresión lineal. En el análisis de varianza primeramente se aplicó una ANOVA para así obtener los residuos y con estos por medio de la prueba de Shapiro-Wilk la normalidad de estos, con los resultados obtenidos se aplicó una ANOVA de Kruskal-Wallis a los datos asimétricos y una ANOVA de Fisher a los simétricos. Una vez obtenido el resultado del p, si este valor era >0.05 se procedió a aplicar la prueba posteriori, para esto se utilizó la de LSD para los datos no balanceados, esto en ambas pruebas. Para los datos normales y no balanceados se utilizó como prueba posteriori la prueba de Tukey HSD.
Resultados
Después de cuatro semanas de trabajo experimental, se obtuvo que las plantas de Solamun lycopersicum sometidas a los diferentes tratamientos, se enfrentaron a una serie de alteraciones en su estructura, relacionada al déficit de nitrógeno, mientras que las plantas que crecieron con una fuente nutritiva adecuada, crecieron sin cambios drásticos. El efecto de la luz también trajo consecuencias, provocando, en cierta medida, una reducción en el impacto que la falta del nitrógeno ocasiona en algunas. Se pudo observar que el crecimiento de las plantas sometidas a tratamiento de luz alta y solución sin nitrógeno tuvieron poco crecimiento y producción de hojas, las cuales en promedio fueron de 3-5 pero a su vez la producción de raíz de estas fue mayor que el resto de los tratamientos además, rápidamente tomaron una coloración amarillenta esto como efecto de la clorosis, como consecuencia de esto una de las plantas sometidas a este tratamiento murió. En el caso de las plantas sometidas a tratamiento con solución sin nitrógeno pero esta vez expuestas a luz baja se obtuvo un mayor producción de hojas pero igual al anterior su crecimiento no fue el más óptimo. Por otro lado,las plantas que se encontraban con el tratamiento de solución de Hoagland y luz alta presentaron la mayor producción de hojas y el mayor crecimiento, como era de esperar, finalmente las plantas con el tratamiento de solución de Hoagland pero expuestas a luz baja, presentaron un crecimiento normal y la producción de hojas fue alta pero no tanto como las anteriores. En el caso de los índices de fluorescencia estos fueron mayores en las plantas de tratamiento de solución de Hoagland y luz alta y como se esperaba los de solución sin nitrógeno y luz alta fueron disminuyendo con el paso de las semanas el resto mantuvieron índices similares durantes las 4 semanas de tratamiento. (Fig 1)
Fig 1.Plantas de Solamun lycopersicum (var. Hayslip) con solución completa y sin nitrógeno sometidas a luz alta. Cuarta semama.
Se realizó una comparación de porcentajes de la cantidad de biomasa según áreas específicas de la planta. se obtuvo como resultado que las plantas tratadas con deficiencia de N á luz alta es a que presenta mayor producción de raíz. Para el análisis de este gráfico primero se realizó un análisis de varianza de dos vías para de esta manera obtener los residuos, una vez realizado esto, se realizó una prueba de Shapiro-Wilk para determinar si los datos presentaban normalidad y se obtuvo que los datos eran asimétricos por lo que fue necesario un segundo análisis de varianza de Kruska-Wallis y se obtuvo un p<0.05, por lo que se determinó que los datos si presentaban diferencias significativas, finalmente se aplicó una prueba de LSD, por que se estaba trabajando con datos no balanceados, obteniendo como resultado que existen diferencias significativas entre las plantas sometidas a los diferentes tratamientos (figura 2). En el caso de la sección B y C al igual que en la A se realizó primero una ANOVA para obtener los residuos y con estos probar la normalidad de los datos, de igual manero obtuvimos que son asimétricos, por lo que también fue necesario realizar segundo análisis de varianza de Kruska-Wallis y se obtuvo un p<0.05, por lo que se concluyó que en la sección B si hay diferencias significativas entre los tratamientos con nitrógeno y los demás tratamientos, pero no hay diferencias significativas entre las plantas tratadas con solución completa, es decir hay mayor producción de raíz en relación con él en las plantas tratadas con la deficiencia de nitrógeno. Por último en la sección C las plantas tratadas con deficiencia de N a luz alta, no posee diferencias significativas con las plantas tratadas con deficiencia de N a baja luz, pero si posee diferencias significativas con los otros tratamientos. Por otro lado, las plantas con deficiencia de N a luz baja no posee diferencias significativas con las plantas tratadas con solución completa a luz alta, pero si posee diferencias significativas con las plantas tratadas con solución completa a luz baja. Las plantas tratadas con solución completa a la luz alta, no posee diferencias significativas en la producción de raíz con las plantas tratadas con solución completa con luz baja, pero si posee diferencias significativas con las plantas tratadas con deficiencia de N a luz alta. Finalmente las plantas tratadas con solución completa a luz baja, no posee diferencias significativas en la producción de raíz con las plantas en tratamiento con solución completa con luz alta, pero si posee diferencias significativas con los demás tratamientos (figura 2).
raiz.hojas<-function.mean(data=Fluorescencia.semana_4, variable="raiz.hojas")
raiz.tallo<-function.mean(data=Fluorescencia.semana_4, variable="raiz.tallo")
raiz.parte.area<-function.mean(data=Fluorescencia.semana_4, variable="raiz.parte.area")
par(mfrow=c(3,1),mgp = c(1.75,0.5,0), mar = c(1.5,3,1,1))
barplot(raiz.hojas$Mean, beside=T, col=c("blue","blue","red","red"),border=c("black"),names.arg = ((as.character(raiz.hojas$Tratamiento_1_2))),legend.text=FALSE,ylim=c(0,1.3),ylab="Raiz/hojas (? E.E.)",main="")
error.bar.vertical(c(0.7, 1.9, 3.15, 4.3),raiz.hojas$Mean,raiz.hojas$S.E., col=c("blue","blue","red","red"))
box()
barplot(raiz.tallo$Mean, beside=T, col = c("gray"),border=c("black"),names.arg = ((as.character(raiz.tallo$Tratamiento_1_2))),legend.text=FALSE,ylim=c(0,3),ylab="Raiz/tallo (? E.E.)",main="")
error.bar.vertical(c(0.7, 1.9, 3.15, 4.3),raiz.tallo$Mean,raiz.tallo$S.E., col="red")
box()
barplot(raiz.parte.area$Mean, beside=T, col = c("gray"),border=c("black"),names.arg = ((as.character(raiz.parte.area$Tratamiento_1_2))),legend.text=FALSE,ylim=c(0,3.2),ylab="Raiz/parte aerea (? E.E.)",main="")
error.bar.vertical(c(0.7, 1.9, 3.15, 4.3),raiz.parte.area$Mean,raiz.parte.area$S.E., col="red")
box()
Fig 2. Relación raíz entre tallo, hojas y parte aérea de Solamun lycopersicum (var. Hayslip) sometidas a solución completa de Hoagland y deficiencia de N y dos tratamientos de luz (alta y baja) durante 4 semanas. Letras iguales no hay diferencia significativa.Resultados de la cuarta semana (LSD;p<0.05)
raiz.hojas <- aov(raiz.hojas ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(raiz.hojas$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "NO NORMALIDAD"kruskal.test (raiz.hojas ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)##
## Kruskal-Wallis rank sum test
##
## data: raiz.hojas by Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 47.338, df = 3, p-value = 2.946e-10Comparacion<-pairwise.wilcox.test (Fluorescencia.semana_4$raiz.hojas, Fluorescencia.semana_4$Tratamiento, p.adj = "none", exact= F)
Comparacion<-ifelse(Comparacion$p.value<0.05, "Diferente", "Igual")
Comparacion## (-) N*Alta (-) N*Baja C*Alta
## (-) N*Baja "Diferente" NA NA
## C*Alta "Diferente" "Diferente" NA
## C*Baja "Diferente" "Diferente" "Diferente"raiz.tallo <- aov(raiz.tallo ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(raiz.tallo$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "NO NORMALIDAD"kruskal.test (raiz.tallo ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)##
## Kruskal-Wallis rank sum test
##
## data: raiz.tallo by Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 35.401, df = 3, p-value = 1.002e-07Comparacion<-pairwise.wilcox.test (Fluorescencia.semana_4$raiz.tallo, Fluorescencia.semana_4$Tratamiento, p.adj = "none", exact= F)
Comparacion<-ifelse(Comparacion$p.value<0.05, "Diferente", "Igual")
Comparacion## (-) N*Alta (-) N*Baja C*Alta
## (-) N*Baja "Igual" NA NA
## C*Alta "Diferente" "Diferente" NA
## C*Baja "Diferente" "Diferente" "Igual"raiz.parte.area <- aov(raiz.parte.area ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(raiz.parte.area$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "NO NORMALIDAD"kruskal.test (raiz.parte.area ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)##
## Kruskal-Wallis rank sum test
##
## data: raiz.parte.area by Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 26.728, df = 3, p-value = 6.714e-06Comparacion<-pairwise.wilcox.test (Fluorescencia.semana_4$raiz.parte.area, Fluorescencia.semana_4$Tratamiento, p.adj = "none", exact= F)
Comparacion<-ifelse(Comparacion$p.value<0.05, "Diferente", "Igual")
Comparacion## (-) N*Alta (-) N*Baja C*Alta
## (-) N*Baja "Igual" NA NA
## C*Alta "Diferente" "Igual" NA
## C*Baja "Diferente" "Diferente" "Diferente"En el caso del gráfico 3 se puede observar una mayor producción en el porcentaje de biomasa de la raíz de los tratamientos 3 y 4 ((-) N-Alta y (-) N-Baja) en comparación con los tratamientos 1 y 2 (C-Alta y C-Baja). Esto se debe a que la plantas de los tratamientos 3 y 4 al no obtener el nitrógeno necesario para su debido crecimiento se vieron forzadas a invertir mayor energía para incrementar la longitud de sus raíces, para así acaparar una mayor área, y lograr obtener el nitrógeno requerido para su óptimo crecimiento. Al realizar el análisis de varianza de doble vía con la variable raiz/total se observa que no hay diferencias significativas entre los tratamientos 1 y 2, a su vez estos demuestran diferencias significativas con los tratamientos 3 y 4, del mismo modo entre estos tratamientos también se aprecian diferencias significativas. Al hacer el análisis de la sección de las hojas se demuestras que los tratamientos 1 y 2 obtuvieron un mayor porcentaje de biomasa donde el tratamiento 2 al no tener luz se vio forzado a invertir más en número de hojas para lograr “suplantar” la deficiencia de luz. En los tratamientos 3 y 4 al producir mayor porcentaje de raíz se disminuyó significativamente la producción de hojas, en especial en el tratamiento 3, ya que este al encontrarse en luz no se vio obligado a invertir su energía en la producción de hojas, contrario a lo que sí sucede en el tratamiento 4, en el cual las plantas se vieron forzadas a producir mayor biomasa de raíz y hojas principalmente. Para la obtención de estos resultados de las variables de hojas y raíz primeramente se realizó un análisis de varianza de doble vía, para obtener los residuos y así probar la normalidad de los datos, para esto se realizó una prueba de Shapiro-Wilks con lo que se demostró que estos eran asimétricos, al ser los datos así, se continuó con una prueba de ANOVA de Kruskal-Wallis, con lo que se obtuvo un p<0.05, sabiendo esto y que los datos eran no balanceados, se realizó una prueba posteriori de LSD. Por otro lado para el análisis de la biomasa de tallo igual que en el anterior se realizó primeramente un ANOVA con la variable de tallo/total para extraer los residuos, posteriormente se realizó una prueba de Shapiro-Wilks la cual demostró la normalidad de los datos, por lo tanto se aplicó una ANOVA de Fisher, con la cual se obtuvo un p>0.05, por lo que se pudo concluir que no hubieron diferencias significativos. esto junto con los porcentajes de biomasa demuestran que el tallo de los 4 tratamientos se mantuvo conservador.
library(ggplot2)
Tratamientos=factor(c(1,1,1,2,2,2,3,3,3,4,4,4), labels =c("1_C*Alta","2_C*Baja","3_(-)N*Alta","4_(-)N*Baja"))
Biomasa=factor(c(1,2,3,1,2,3,1,2,3,1,2,3),labels = c("1_tallo" , "3_hojas" , "3_raiz"))
Porcentaje.de.particion=c(0.34,0.91,0.43,
0.10,0.32,0.13,
0.09,0.18,0.21,
0.06,0.15,0.12)
data=data.frame(Tratamientos,Biomasa,Porcentaje.de.particion)
ggplot(data, aes(fill=Biomasa, y=Porcentaje.de.particion, x=Tratamientos)) +
geom_bar( stat="identity", position="fill",color="black")+
scale_fill_manual(values=c("forestgreen", "chartreuse3","tan3")) 
Fig 3. Partición de biomasa por compartimientos (Tallo, Raíz y Hoja) en Solamun lycopersicum (var. Hayslip) sometidas a solución completa de Hoagland y deficiencia de N y dos tratamientos de luz (alta y baja) durante 4 semanas. Letras iguales no hay diferencia significativa.Resultados de la cuarta semana (Tallo= Tukey;p>0.05)(Hojas y Raíz= LSD;p<0.05)
tallo.total<- aov(tallo.total ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(tallo.total$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "SI NORMALIDAD"tallo.total<-oneway.test (tallo.total ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
tallo.total##
## One-way analysis of means (not assuming equal variances)
##
## data: tallo.total and Tratamiento
## F = 1.5589, num df = 3.000, denom df = 30.098, p-value = 0.2198Comparacion<-pairwise.t.test (Fluorescencia.semana_4$tallo.total, Fluorescencia.semana_4$Tratamiento, p.adj = "none", exact= F)
Comparacion<-ifelse(Comparacion$p.value<0.05, "Diferente", "Igual")
Comparacion## (-) N*Alta (-) N*Baja C*Alta
## (-) N*Baja "Igual" NA NA
## C*Alta "Igual" "Igual" NA
## C*Baja "Igual" "Igual" "Igual"hojas.total<- aov(hojas.total ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(hojas.total$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "NO NORMALIDAD"kruskal.test (hojas.total ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)##
## Kruskal-Wallis rank sum test
##
## data: hojas.total by Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 45.842, df = 3, p-value = 6.126e-10Comparacion<-pairwise.wilcox.test (Fluorescencia.semana_4$hojas.total, Fluorescencia.semana_4$Tratamiento, p.adj = "none", exact= F)
Comparacion<-ifelse(Comparacion$p.value<0.05, "Diferente", "Igual")
Comparacion## (-) N*Alta (-) N*Baja C*Alta
## (-) N*Baja "Diferente" NA NA
## C*Alta "Diferente" "Diferente" NA
## C*Baja "Diferente" "Diferente" "Diferente"raiz.total<- aov(raiz.total ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(raiz.total$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "NO NORMALIDAD"kruskal.test (raiz.total ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)##
## Kruskal-Wallis rank sum test
##
## data: raiz.total by Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 45.759, df = 3, p-value = 6.381e-10Comparacion<-pairwise.wilcox.test (Fluorescencia.semana_4$raiz.total, Fluorescencia.semana_4$Tratamiento, p.adj = "none", exact= F)
Comparacion<-ifelse(Comparacion$p.value<0.05, "Diferente", "Igual")
Comparacion## (-) N*Alta (-) N*Baja C*Alta
## (-) N*Baja "Diferente" NA NA
## C*Alta "Diferente" "Diferente" NA
## C*Baja "Diferente" "Diferente" "Igual"Se realizó una regresión lineal, entre cada uno de los tratamientos sobre las plantas (plantas con solución de Hoagland a luz alta y a luz baja y plantas con solución en deficiencia de nitrógeno a luz alta y a luz baja). Se obtuvo como resultado que las plantas sujetas solución de Hoagland y luz alta obtuvieron una mayor producción de biomasa en sus hojas que producción de biomasa en sus raíces, en el caso de las plantas sujetas a solución de Hoagland a luz baja mostró una mayor producción de biomasa en sus hojas que en sus raíces, lo opuesto sucede en el caso a las plantas sometidas a deficiencia de nitrógeno con luz alta y luz baja, en donde la producción de biomasa fue mayor en las raíces que en sus hojas. Además se obtuvo un p<0.05, con 3,57 grados de libertar y un R cuadrado ajustado de 0.87 (figura 4).
plot(Fluorescencia.semana_4$raiz.total, Fluorescencia.semana_4$hojas.total, xlab="Raíz.Total", ylab="Hojas.Total", cex=2)
points (Fluorescencia.semana_4$raiz.total[Fluorescencia.semana_4$Tratamiento=="C*Alta"],
Fluorescencia.semana_4$hojas.total[Fluorescencia.semana_4$Tratamiento=="C*Alta"],
pch=19, col="#3A458B",cex=2)
points(Fluorescencia.semana_4$raiz.total[Fluorescencia.semana_4$Tratamiento=="C*Baja"],
Fluorescencia.semana_4$hojas.total[Fluorescencia.semana_4$Tratamiento=="C*Baja"],
pch=19, col="#BD5694",cex=2)
points(Fluorescencia.semana_4$raiz.total[Fluorescencia.semana_4$Tratamiento=="(-) N*Alta"],
Fluorescencia.semana_4$hojas.total[Fluorescencia.semana_4$Tratamiento=="(-) N*Alta"],
pch=15, col="#54B747",cex=2)
points(Fluorescencia.semana_4$raiz.total[Fluorescencia.semana_4$Tratamiento=="(-) N*Baja"],
Fluorescencia.semana_4$hojas.total[Fluorescencia.semana_4$Tratamiento=="(-) N*Baja"],
pch=15, col="#DD4D4D",cex=2)
Fig 4 Relación de la biomasa de las raíces y la biomasa de las hojas de plantas de Solamun lycopersicum (var. Hayslip) sometidas a solución completa de Hoagland y deficiencia de N y dos tratamientos de luz (alta y baja) durante 4 semanas. Letras iguales no hay diferencia significativa.Resultados de la cuarta semana.
reg<- lm(Fluorescencia.semana_4$hojas.total~Fluorescencia.semana_4$raiz.total)
reg##
## Call:
## lm(formula = Fluorescencia.semana_4$hojas.total ~ Fluorescencia.semana_4$raiz.total)
##
## Coefficients:
## (Intercept) Fluorescencia.semana_4$raiz.total
## 0.7821 -0.9086summary(reg)##
## Call:
## lm(formula = Fluorescencia.semana_4$hojas.total ~ Fluorescencia.semana_4$raiz.total)
##
## Residuals:
## Min 1Q Median 3Q Max
## -0.09884 -0.01778 0.00834 0.02200 0.06274
##
## Coefficients:
## Estimate Std. Error t value Pr(>|t|)
## (Intercept) 0.78215 0.01501 52.10 <2e-16 ***
## Fluorescencia.semana_4$raiz.total -0.90859 0.04422 -20.55 <2e-16 ***
## ---
## Signif. codes: 0 '***' 0.001 '**' 0.01 '*' 0.05 '.' 0.1 ' ' 1
##
## Residual standard error: 0.03317 on 57 degrees of freedom
## (21 observations deleted due to missingness)
## Multiple R-squared: 0.8811, Adjusted R-squared: 0.879
## F-statistic: 422.3 on 1 and 57 DF, p-value: < 2.2e-16Con el análisis estadístico realizado, se pudo determinar que en la sección A de esta figura la fluorescencia se vio mayormente afectada por la deficiencia de nitrógeno que por los distintos tratamiento de luz( alta y baja), contrario a lo observado en las plantas tratadas con tratamiento de solución Hoagland, la cuales mantuvieron niveles de fluorescencia altos, independientemente de sus tratamientos de luz. Para el análisis de este gráfico primeramente se realizó un análisis de varianza de dos vías para de esta manera obtener los residuos, unas vez obtenidos esto se procedió a realizar una prueba de Shapiro-Wilk para así de manera saber si los datos eran normales, se obtuvo que los datos eran asimétricos por lo que se le realizó una segundo análisis de varianza esta de vez de Kruska-Wallis con lo que se obtuvo un p<0.05, por lo que se determinó que los datos si presentaban diferencias significativas, finalmente se aplicó un prueba posteriori de LSD,esto debido a que se trataban de datos no balanceados, con lo que se pudo apreciar que existen diferencias significativas entre cada uno de los tratamientos a los cuales sometidas las plantas. En el caso de la sección B,C y D al igual que en la A se realizó primeramente una ANOVA para obtener los residuos y con estos probar la normalidad de los datos, en el caso de estos se obtuvo que los datos si eran normales, por lo que se procedió a realizar una ANOVA de Fisher y se obtuvo un p>0.05 por lo que pudo concluir no existen diferencias significativas entre cada uno de los diferentes tratamientos; sin embargo, las plantas con solución de Hoagland y luz alta fueron las que presentaron mayor producción tanto de clorofila a como de clorofila b. En la sección D, al igual que los dos casos anteriores (sección B y C) la relación entre clorofila a y b no mostró diferencias significativas en ninguno de los cuatro tratamientos.(Figura 5)
Fv.Fm<-function.mean(data=Fluorescencia.semana_4, variable="Fv.Fm")
Chl_a.µg.mL<-function.mean(data=Fluorescencia.semana_4, variable="Chl_a.µg.mL")
Chl_b.µg.mL<-function.mean(data=Fluorescencia.semana_4, variable="Chl_b.µg.mL")
Fluorescencia.semana_4$Chl_a.b<-Fluorescencia.semana_4$Chl_a.µg.mL/Fluorescencia.semana_4$Chl_b.µg.mL
Chl_a.b<-function.mean(data=Fluorescencia.semana_4, variable="Chl_a.b")
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barplot(Fv.Fm$Mean, beside=T, col = c("gray"),border=c("black"),names.arg = ((as.character(Fv.Fm$Tratamiento_1_2))),legend.text=FALSE,ylim=c(0,1),ylab="Fv/Fm (± E.E.)",main="")
error.bar.vertical(c(0.7, 1.9, 3.15, 4.3),Fv.Fm$Mean,Fv.Fm$S.E., col="red")
box()
barplot(Chl_a.µg.mL$Mean, beside=T, col = c("gray"),border=c("black"),names.arg = ((as.character(Chl_a.µg.mL$Tratamiento_1_2))),legend.text=FALSE,ylim=c(0,2),ylab="Chl a (± E.E.)",main="")
error.bar.vertical(c(0.7, 1.9, 3.15, 4.3),Chl_a.µg.mL$Mean,Chl_a.µg.mL$S.E., col="red")
box()
barplot(Chl_b.µg.mL$Mean, beside=T, col = c("gray"),border=c("black"),names.arg = ((as.character(Chl_b.µg.mL$Tratamiento_1_2))),legend.text=FALSE,ylim=c(0,3.2),ylab="Chl b (± E.E.)",main="")
error.bar.vertical(c(0.7, 1.9, 3.15, 4.3),Chl_b.µg.mL$Mean,Chl_b.µg.mL$S.E., col="red")
box()
barplot(Chl_a.b$Mean, beside=T, col = c("gray"),border=c("black"),names.arg = ((as.character(Chl_a.b$Tratamiento_1_2))),legend.text=FALSE,ylim=c(0,0.725),ylab="Chl a/b (± E.E.)",main="")
error.bar.vertical(c(0.7, 1.9, 3.15, 4.3),Chl_a.b$Mean,Chl_a.b$S.E., col="red")
box()
Fig 5. A) Capacidad fotosintética en plantas de Solamun lycopersicum (var. Hayslip) en la cuarta semana de tratamiento (LSD;p<0.05) B) Cantidad de clorofila “a” obtenida C) Cantidad de clorofila “b” obtenida D) Relación clorofila a / clorofila b obtenida de las hojas de Solamun lycopersicum (var. Hayslip) sometidas a solución completa de Hoagland y deficiencia de N y dos tratamientos de luz (alta y baja) durante 4 semanas.Resultados de la cuarta semana. Letras iguales no hay diferencia significativa (Tukey;p>0.05)
Fv.Fm <- aov(Fv.Fm ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(Fv.Fm$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "NO NORMALIDAD"kruskal.test (Fv.Fm ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)##
## Kruskal-Wallis rank sum test
##
## data: Fv.Fm by Tratamiento
## Kruskal-Wallis chi-squared = 58.432, df = 3, p-value = 1.271e-12Comparacion<-pairwise.wilcox.test (Fluorescencia.semana_4$Fv.Fm, Fluorescencia.semana_4$Tratamiento, p.adj = "none", exact= F)
Comparacion<-ifelse(Comparacion$p.value<0.05, "Diferente", "Igual")
Comparacion## (-) N*Alta (-) N*Baja C*Alta
## (-) N*Baja "Diferente" NA NA
## C*Alta "Diferente" "Diferente" NA
## C*Baja "Diferente" "Diferente" "Diferente"Chl_a.µg.mL<- aov(Chl_a.µg.mL ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(Chl_a.µg.mL$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "SI NORMALIDAD"Chl_a.µg.mL <- aov(Chl_a.µg.mL ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
summary(Chl_a.µg.mL)## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Tratamiento 3 0.6428 0.21426 2.15 0.134
## Residuals 16 1.5947 0.09967
## 60 observations deleted due to missingnessComparacion<-TukeyHSD(Chl_a.µg.mL)
Chl_b.µg.mL<- aov(Chl_b.µg.mL ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(Chl_b.µg.mL$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "SI NORMALIDAD"Chl_b.µg.mL <- aov(Chl_b.µg.mL ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
summary(Chl_b.µg.mL)## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Tratamiento 3 1.535 0.5118 1.874 0.175
## Residuals 16 4.369 0.2731
## 60 observations deleted due to missingnessComparacion<-TukeyHSD(Chl_b.µg.mL)
Chl_a.b<- aov(Chl_a.b ~Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
ifelse((shapiro.test(Chl_a.b$residuals))$p.value>0.05,"SI NORMALIDAD", "NO NORMALIDAD")## [1] "SI NORMALIDAD"Chl_a.b <- aov(Chl_a.b ~ Tratamiento, data=Fluorescencia.semana_4)
summary(Chl_a.b)## Df Sum Sq Mean Sq F value Pr(>F)
## Tratamiento 3 0.000317 0.0001057 0.272 0.845
## Residuals 16 0.006219 0.0003887
## 60 observations deleted due to missingnessComparacion<-TukeyHSD(Chl_a.b)Discusión
En la figura 2, en la sección A, relación Raíz/Hojas el tratamiento con deficiencia de nitrógeno con luz alta, presentó mayor cantidad mayor producción de raíz en relación con las hojas, ya que deben desarrollar mayor raíz en búsqueda de ese nutriente que les está faltando, seguido por el tratamiento con deficiencia nitrógeno a la luz baja, este tratamiento toma el segundo lugar a pesar de contar también con deficiencia de nitrógeno ya que al estar con luz baja presenta la necesidad de producir de hojas para la búsqueda de luz blanca y así lograr llevar a cabo el proceso de fotosíntesis, como lo menciona Ortiz en su tesis sobre “Efecto del nitrógeno, fósforo y potasio en el crecimiento y producción de plántulas de tomate”, en 1998. Por otro lado las plantas tratadas con solución completa tienen menor cantidad de producción de raíz en comparación de las plantas tratadas con tratamiento con deficiencia de nitrógeno y mayor cantidad de hojas, debido a que las plantas encuentran todos los nutrientes necesarios para llevar a cabo su desarrollo. En la sección B de la figura 1 (relación Raíz/Tallo) las plántulas sometidas a deficiencia de nitrógeno con luz alta y baja, presentan mayor producción de raíz, que las plantas sometidas a tratamiento completo, esto por que el tallo en las plantas suele ser conservador (Vargas & Nienhuis, 2012), las plantas en tratamiento completo no tienen la necesidad de desarrollar más raíz porque tienen a su alcance todos los nutrientes necesarios para su desarrollo y concentran su energía en un desarrollo más balanceado entre su tallo y las hojas.
En la figura 3, como se mencionó anteriormente en la sección de resultados , las plantas con mayor producción de biomasa en la parte de raíz fueron las que se encontraban sometidas a tratamiento de luz alta y solución sin nitrógeno, esta alta producción de debió a que la planta al encontrarse frente a este estrés concentró su energía en la producción de raíz para la búsqueda del nutriente faltante, mientras que las plantas sometidas a luz baja y solución de Hoagland presentaron mayor producción de biomasa en sus hojas, esto debido a que concentró sus nutrientes y energía en la búsqueda de luz, esta respuesta según Dussan, Villegas & Miranda, (2016), posiblemente sea de la relación que mantiene el nitrógeno con el fósforo inorgánico el cual provoca una disminución del mismo, consigo disminuyendo la síntesis de ATP y la de rubisco. la cual su vez genera una disminución de las tasas de carboxilación lo que produce menor producción de hojas y mayor biomasa de raíz.
En la figura 4, se logra observar la relación entre la biomasa de los tallos y la biomasa de las raíces de las plantas de tomate con sus distintos tratamientos. En el caso de las plantas con el tratamiento solución completa a la exposición de luz alta y completa con luz baja se obtuvo una mayor producción de biomasa en las hojas que en la raíz, lo contrario sucedió con las plantas que se encontraban con deficiencia de nitrógeno a la exposición de luz alta y deficiencia de nitrógeno con luz baja. Esta relación se puede explicar por el estrés al que son sometidas las plantas con deficiencia de nitrógeno, ya que las raíces de las plantas con este tipo de estrés se ven forzadas a expandirse para buscar el nitrógeno que ellas necesitan y en muchos casos presentan síntomas tales como: desarrollo con poca clorofila, tallos, ramas y hojas de tamaño reducido y grosor, desprendimiento prematuro de hojas antiguas (Bergmann,1993).
En la figura 5, como se mencionó en los resultados los niveles de fluorescencia de las plantas sometidas a tratamientos con deficiencia de nitrógeno se vieron mayormente afectados como consecuencia del estrés al que fueron sometidas, el cual se generó un daño en el fotosistema II afectado así el proceso normal de fotosíntesis necesario para el buen funcionamiento de la planta, según Corrales, Rada & Jaimez, (2015), cualquier proceso estresante como: exceso de luz, altas o bajas temperaturas, déficit o problemas ligados al metabolismo del de nitrógeno, se pueden reflejar en una disminución en este índice. Además esta deficiencia se manifestó principalmente en las hojas de la planta y el crecimiento de estas, según Dell, Malajczuk & Grove, (1995) la deficiencia de este nutriente se manifiesta principalmente en las hojas de la planta, ya que estas toman un amarillamiento, esto ocurre primero en las hojas maduras, sin embargo los síntomas se extienden rápidamente hacia las hojas jóvenes esto por tratarse de un nutriente muy móvil. En el caso de la cantidad de clorofila producida por las plantas los resultados obtenidos fueron contrarios a lo que se esperados para las plantas sujetas a tratamientos con deficiencia de nitrógeno, ya que al tener un mayor daño en su aparato fotosintético como consecuencia de la deficiencia de nitrógeno se esperaba que la producción de clorofila( a y b) disminuyera, sin embargo como se pudo observar esto no fue así, esto debido a que según Stewart, Chapman, Jenkins, Graham, Martin & Crozier, (2001), la producción de clorofilas pudo haberse mantenido constante como consecuencia de que la planta al encontrarse sometida a un estrés como lo es la luz alta genero una mayor cantidad de clorofilas, para utilizarlas en las hojas como un mecanismo de protección contra la oxidación generada por la luz.
Con los resultados obtenidos se logró comprobar que la H0 (hipótesis nula) es aceptada. La deficiencia de nitrógeno afecta la producción de biomasa que también está ligado a la afectación que sufre el fotosistema II debido al estrés que sufre al estar expuesta la planta al la deficiencia de este. Además que la fluorescencia puede ser empleada como una herramienta para obtener información acerca de la influencia del estrés sobre el estado fisiológico del aparato fotosintético de las plantas y su respuesta será indicadora del daño o alteración en él. Se puso concluir también que la planta produjo la misma cantidad de clorofila, esto a pesar de las condiciones de estrés a las cuales se expusieron y las cuales afectaron el funcionamiento del fotosistema II el cual se vio reflejado por las variaciones obtenidas de la fluorescencia, por lo que se puede decir que el daño en este no afecta la producción de clorofila. y finalmente que la partición de biomasa puede ser utilizada como un instrumento para evidenciar los efectos que puede tener la deficiencia de nitrógeno, ya que, las plantas expuestas a esta condición desarrollaron síntomas como tallo y hojas con poca producción de biomasa y raíces con mayor producción de biomasa por el hecho de que estas tienden a expandirse en busca de este elemento.
Conclusiónes
La plantas con solución carente de nitrógeno presentaron mayor porcentaje de biomasa de raíz en comparación con la parte aérea.
Los índices de fluorescencia se vieron afectados por la deficiencia de nitrógeno.
Las plantas con solución de Hoagland tuvieron un crecimiento óptimo, según lo esperado.
Como resultado de la falta de nitrógeno una de las plantas murió en la cuarta semana.
La clorofila no se vio afectada por la deficiencia de nitrógeno.
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