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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE MÉXICO POSGRADO EN CIENCIAS BIÓLOGICAS Instituto de Geología “Germinación simbiótica y reintroducción de orquídeas terrestres en la reserva ecológica del Pedregal de San Ángel, México, D. F.” T E S I S QUE PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO(A) EN CIENCIAS BIOLÓGICAS (Biología Ambiental) P R E S E N T A Biól. Mónica Rangel Villafranco Director(a) de Tesis: Dra. Maria del Pilar Ortega Larrocea México, D.F. JUNIO 2006 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Agradecimientos Al apoyo del CONACYT por haberme otorgado la beca con número 181874 que me permitió realizar los estudios de Maestría. Al apoyo de la Dirección General de Estudios de Posgrado de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) por haberme otorgado la beca complementaria que me permitió realizar los estudios de Maestría. Al Instituto de Geología de la UNAM por recibirme como alumna y por la beca que me otorgó para finalizar la escritura de esta tesis. Al la Maestría de Restauración Ecológica de la UNAN y al fundación Packard por el apoyo económico otorgado para la realización de esta tesis. A la Dra. Ma. Pilar Ortega Larrocea por brindarme la oportunidad de seguir trabajando bajo su dirección, por su tiempo, su invaluable apoyo en el trabajo del laboratorio y en campo, especialmente por su paciencia que es infinita y por ser una amiga para mí, por ser un apoyo cuando la cima parecía inalcanzable. A los integrantes del Jurado: al Dr. Gerardo Adolfo Salazar Chávez, Dra. Alma Delfina Lucía Orozco Segovia, Dr. Víctor Manuel Chávez Ávila, Dra. Ma. Dolores González Hernández, por tiempo, su paciencia y comprensión así como ha sus acertados comentarios para la mejora de este trabajo. Al Instituto de Ecología A. C. por permitirme realizar una parte importante de este trabajo en sus instalaciones. En el laboratorio de Sistemática Molecular a cargo de la Dra. Ma. Dolores González Hernández, a quien agradezco por enseñarme con gusto con una nueva área de la ciencia. A la M. en C. Cristina Bárcenas del Laboratorio del Secuenciador Automático ADN, por su apoyo durante mi estancia en el INECOL y su ayuda para secuenciar mis muestras y a mis compañeros de laboratorio que me hicieron más fácil mi estancia: Adriana Cruz, Karina Salazar, Brenda Diaz y Rafael Ortega. Al Ing. Alfredo Martínez Sigüenza coordinado de áreas verdes de la Coordinación de áreas verdes y forestales de la dirección general de obras y conservación por todo el apoyo brindado durante la realización de este trabajo A la M. en C. Maria de los Ángeles Aída Téllez Velasco del Jardín Botánico del Instituto de Biología de la UNAM por su ayuda en el trabajo de campo, por su interés en la realización y progreso del mismo, así como por su invaluable amistad. Al Biól. Israel Cárdenas por su apoyo en campo y comentarios sobre el mismo. A mis compañeros de laboratorio por su compañía y apoyo: Cris, Fred, Jani, Gabi y Jorge. A mis amigos incondicionales: Liliana Ruvalcaba, Cristal Pérez, Abigail González, Nicol Fuentes, Juan Manuel Sánchez, Ana Maria Quiroz, Rigoberto Romualdo y Ottmar Reyes. Parte de esta tesis se desarrolló en el Invernadero Automatizado del Instituto de Geología por permitirme realizar una parte de mi Trabajo en sus instalaciones. Este trabajo lo quiero dedicar a: La persona que esta siempre para mi, Israel. A mis padres Virginia y Eduardo por su ejemplo de lucha A mis hermanos Ely, Sonia y Lalo por su tenacidad A mis suegros Julia y Aurelio por su apoyo La vida es hacer preguntas y no saber las respuestas… el deseo de ver lo que esta por delante nos impulsa a continuar… debemos continuar haciendo preguntas, deseando comprender… aun sabiendo que nunca encontraremos las respuestas… debemos seguir haciendo las preguntas Alli, TaKen. Índice. Resumen Ι Capitulo 1: Introducción general 1 1. Familia Orchidaceae 1 1.1. Germinación de las semillas de las orquídeas e importancia de la micorriza orquidácea. 3 1.2 Hongos micorrízicos de las orquídeas. 7 2. Amenazas a la diversidad de las orquídeas. 11 3. Estrategias de conservación. 12 3.1. Métodos de conservación in situ 13 3.2. Métodos de conservación ex situ. 14 4 Área de estudio. 17 5. Justificación. 21 6. Objetivo general 22 Capitulo 2: Germinación simbiótica in situ y ex situ de Bletia campanulata, Dichromanthus aurantiacus y D. cinnabarinus. 23 1. Introducción. 23 2. Área de estudio 25 3. Método. 26 3.1 Pruebas de germinación simbiótica in situ de Bletia campanulata y Dichromanthus aurantiacus 26 3.2. Aislamiento de hongos micorrízicos. 27 3.3. Pruebas de germinación simbiótica in vitro. 28 4. Resultados. 30 4.1. Pruebas de germinación simbiótica in situ 30 4.2. Aislamiento de hongos micorrízicos. 34 4.3. Pruebas de germinación simbiótica in vitro. 34 5. Discusión. 385.1. Pruebas de germinación simbiótica in situ 38 5.2. Aislamiento de hongos micorrízicos. 42 5.3. Pruebas de germinación simbiótica in vitro 43 6. Conclusiones. 46 Capitulo 3: Caracterización molecular de hongos micorrízicos. 48 1. Introducción. 48 2. Método. 51 2.1. Banco de germoplasma de hongos micorrízicos. 51 2.2. Caracterización morfológica. 51 2.3. Extracción de ADN. 52 2.4. Amplificación y secuenciación de la región ITS. 52 3. Resultados. 53 3.1. Determinación morfológica y molecular 53 5. Discusión. 56 6. Conclusiones. 59 Capitulo 4: Reintroducción de plántulas simbióticas de Dichromanthus aurantiacus a su hábitat 61 1. Introducción. 61 2. Sitios de reintroducción. 64 3. Método. 64 3.1. Obtención de plántulas simbióticas y aclimatación ex vito. 64 3.2. Reintroducción a su hábitat. 65 4. Resultados. 66 4.1. Aclimatación de plántulas simbióticas ex vitro. 66 4.2. Reintroducción a su hábitat . 69 5.Discusión. 70 6. Conclusiones. 72 Capitulo 5. Conclusiones generales y consideraciones finales. 73 Literatura citada. 76 Anexos. 87 Anexo 1. Descripción de las especies de orquídeas. 87 Anexo 2. Descripción de los sitios e siembra de los dispositivos de germinación in situ de Bletia campanulata y Dichromanthus aurantiacus. 90 Anexo 3. Medios de cultivo y soluciones nutritivas utilizadas. 91 Anexo 4: Características morfológicas de los aislados de hongos micorrízicos de orquídeas del banco de germoplasma. 92 Anexo 5: Bases de las secuencias las regiones ITS. 96 Anexo 6. Mapas de los sitios de reintroducción. 101 Anexo 7Base de datos de las plántulas simbióticas de Dichromanthus aurantiacus reintroducidas. 107 RESUMEN. Se presenta un estudio integral que va desde la germinación simbiótica in situ y ex situ hasta la reintroducción de algunas orquídeas terrestres de la Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel, en México D. F. Este hábitat tiene un deterioro a pesar de su protección y ha resguardado a una orquideoflora importante del Valle de México. De las 24 especies de orquídeas registradas para el mismo, han desaparecido ya poblaciones como Bletia punctata, Cyrtopodium macrobulbon, Epidendrum anisatu, Habenaria strictissima y Liparis greenwoodiana. Es necesario elaborar protocolos de propagación y reintroducción en especies vulnerables y en especies modelo, que permitan ser aplicados para la conservación de las plantas y los hongos y la restauración futura de este hábitat. Debido a que las orquídeas establecen una relación simbiótica obligada con hongos micorrízicos durante la germinación, la propagación simbiótica es la estrategia que debería desarrollarse para fines de reintroducción. Esta sin embargo necesita varios pasos de distinta complejidad. Desde el aislamiento de cepas que estimulen la germinación, hasta los protocolos de aclimatación en invernadero de las plantas propagadas. Los hongos que estimulan la germinación pueden ser distintos de los establecidos en plantas adultas por lo que es necesario realizar estudios de germinación in situ. Finalmente, la caracterización de los aislados que promueven la propagación simbiótica con fines de restauración es de suma importancia para contribuir al conocimiento de la especificidad y ecología de esta familia en el hábitat. Los estudios taxonómicos tradicionales junto con la integración de datos moleculares, permitirían identificar de una manera certera a los hongos aislados y seleccionados en diversas pruebas de germinación in vitro. En el presente trabajo se implementaron por vez primera, los dispositivos de germinación simbiótica en campo en los que se lograron aislar 14 cepas de hongos micorrízicos que promueven la germinación de Dichromanthus aurantiacus, una especie bien representada en El Pedregal que puede servir de modelo. Estos aislados, junto con algunos otros obtenidos de plantas adultas de la misma especie y D. I cinnabarinus, se integraron al banco de germoplasma ya existente del Laboratorio de Microcosmos Bioedáfico del Instituto de Geología de la UNAM. Se realizaron pruebas de germinación in vitro con diversos aislados de este banco de germoplasma en Bletia campanulata, Dichromanthus aurantiacus y D. cinnabarinus. Los resultados obtenidos demostraron que estas plantas presentan una especificidad a nivel genérico en la asociación con sus endofitos. Tres especies del género Bletia (B. campanulata, B. urbana y Bletia sp.), resultaron estar asociadas con la familia Tulasnellaceae, mientras que D. aurantiacus y D. cinnabarinus están asociadas a la familia Ceratobasidiaceae. Esta especificidad fue corroborada con las secuencias del análisis molecular de la región ITS de los aislados que concuerdan con las caracterizaciones morfológicas de estas dos familias. Los hongos del banco de germoplasma se utilizaron para realizar la germinación simbiótica in vitro y aclimatación de Bletia campanulata, Dichromanthus aurantiacus y D. cinnabarinus. Al respecto, algunos delos aislados probados con anterioridad que demostraron ser altamente efectivos en la germinación de las semillas, no tuvieron el mismo efecto en prácticas posteriores. Estos resultados dejan claro la complejidad del manejo de cepas efectivas en estudios monoxénicos y su reproducibilidad. Sin embargo, aún cuando los aislados no tuvieron el mismo efecto en la germinación de algunas especies como Dichromanthus aurantiacus, un porcentaje considerable de plantas obtenidas en la primera propagación simbiótica fue reintroducida en campo con resultados exitosos de sobrevivencia del 12 % después de un año. Un nuevo grupo de plantas propagadas de esta misma especie con distintos aislados del banco de germoplasma provenientes inclusive, de hongos aislados de protocormos germinados in situ, fueron reintroducidos en la época de lluvias del año anterior por lo que no se incluyen resultados de esta práctica. En el presente trabajo se lograron desarrollar métodos de conservación in situ y ex situ complementarios para algunas orquídeas terrestres del Pedregal de San Ángel, apoyados por diferentes metodologías como cultivo in vitro, experimentos en el campo e identificación molecular. Este trabajo puede ser tomado como un modelo para desarrollar una estrategia de conservación y restauración de poblaciones de otras orquídeas terrestres. II Capítulo 1: Introducción general. 1. Familia Orchidaceae. La familia Orchidaceae es una de las familias de plantas con flor mas grandes y diversas. Se estima que está conformada por 20 000 a 30 000 especies distribuidas en 5 subfamilias (Cribb et al., 2003). Esta diversidad es el resultado de una larga historia evolutiva, que comienza con la aparición de las primeras orquídeas hace unos 100 o 110 millones de años (Hágsater et al., 2005). Esta familia ha podido establecerse en casi todos los ambientes de la tierra, desde selvas hasta desiertos. Sus formas de vida son diversas; algunas son terrestres (arraigadas en el suelo), otras son epifitas (que crecen sobre los troncos y ramas de los árboles), algunas litofitas (que crecen en la superficie de una roca) y otras más crecen como lianas o son completamente subterráneas (Dressler, 1981; Peña, 1990; Hágsater et al., 2005). Una característica importante de esta familia es su capacidad de establecer interacciones con otros seres vivos como hongos micorrízicos, polinizadores, árboles hospederos u hormigas mutualistas (Dressler, 1993; Cozzolino y Widmer, 2005; Hágsater et al., 2005). La familia Orchidaceae pertenece a la clase de las monocotiledóneas, las cuales son principalmente plantas herbáceas y presentan dos tipos de crecimiento: 1) monopodial, cuando el tallo o eje principal crece a partir de un solo meristemo apical; 2) simpodial, cuando cada nuevo crecimiento se desarrolla a partir de una yema o meristemo lateral en el anterior. Los tallos de muchas orquídeas se engrosan para formar pseudobulbos (aéreos) o cormos (subterráneos), los cuales actúan como órganos de almacenamiento de agua y sustancias nutritivas. Las raíces de las orquídeas son simples o ramificadas, con un diámetro entre 1 y 10 mm. Muchas orquídeas presentan en la epidermis de la raíz una cubierta de células muertas llamada velamen que tiene como principal función la captación de agua. En otras orquídeas las raíces son gruesas, carnosas y sirven como reserva de nutrimentos y agua (Larson, 1988; Peña, 1990; Dressler, 1993; Hágsater et al., 2005). 1 Las flores de las orquídeas son la parte más vistosa de la planta; pueden presentarse en racimos o panículas y en ocasiones en forma solitaria. Hay seis características principales que separan a las flores de las orquídeas de todas las demás flores del reino vegetal (Fig. 1) (Dressler, 1981; Larson, 1988; Peña, 1990 Cozzolino y Widmer, 2005; Hágsater et al., 2005): 1. La flor presenta zigomorfismo (simetría bilateral). 2. Los órganos sexuales femenino y masculino están fusionados formando la columna o ginostemio. 3. Generalmente tienen un solo estambre fértil. 4. La flor presenta tres sépalos y tres pétalos, uno de los cuales está modificado y es denominado labelo o labio, situándose en posición opuesta a la columna. 5. Los granos de polen están agrupados en masas compactas o polinios. 6. La columna presenta un rostelo, una parte no receptiva que separa los polinios de la superficie fértil del estigma e interviene en la dispersión de los polinios. Sépalo dorsal Estambre Pétalo Estigma Rostelo Sépalo lateral B A Labelo Figura. 1. Estructura de una flor de orquídea. A, flor de Encyclia, vista frontal; B, vista ventral de la columna. Tomado de Dressler (1993). Las flores de las orquídeas son polinizadas comúnmente por una gran variedad de insectos, entre ellos, abejas, avispas, moscas y mariposas y en ocasiones por 2 algunas aves como los colibríes. Los polinizadores son atraídos por diferentes estímulos visuales (colores y formas de las flores), texturas y olores (Cozzolino y Widmer, 2005; Hágsater et al., 2005). Los frutos de las orquídeas son cápsulas que al madurar liberan las semillas, que varían en su número de unos pocos miles a cuatro millones. Su tamaño es muy pequeño; miden entre 0.05 y 6.00 mm (Arditti y Ghani, 2000). 1.1. Germinación de las semillas de las orquídeas e importancia de la micorriza orquidácea. Las diminutas semillas de las orquídeas contienen un embrión indiferenciado y puede estar constituido desde 8 a 734 células en orquídeas terrestres. El embrión no presenta cotiledones y no tiene reservas alimenticias (carece de endospermo); puede contener en sus células lípidos o proteínas que pueden ser suficientes para iniciar la germinación, pero que no están disponibles metabólicamente. Sin embargo, algunas especies de orquídeas de los géneros Dactylorhiza y Orchis pueden llegar a metabolizar estas reservas para germinar (Rasmussen, 1995; Arditti y Ghani, 2000). La mayoría de las semillas de las orquídeas dependen de la energía y nutrimentos que les proporcionan hongos micorrízicos para germinar y desarrollarse (Rasmussen 1995; Smith y Read, 1997); es decir, atraviesan por una fase micoheterótrofa antes de llegar a ser autótrofas. Otro beneficio que proporciona el hongo en algunas especies de orquídeas es la interrupción de la latencia (Brundrett et al., 2003; Peterson et al., 2004). La germinación de las orquídeas marca la transición del estado de embrión latente a una forma metabólicamente activa, en donde se producen eventos como el aumento de la tasa de respiración, la síntesis de enzimas y ácidos nucleicos, la división celular e hidratación de proteínas (Pritchard, 1993). Estos eventos dependen de factores abióticos como la luz, el agua y la temperatura. El proceso de germinación se inicia con la imbibición (movimiento del agua al interior del embrión), produciendo un aumento de volumen que rompe la testa. A partir de este evento, comienza la división celular, formando una estructura casi esférica o en forma de trompo denominada protocormo, en donde se puede distinguir un meristemo en la parte superior y por otro lado, rizoides (Arditti, 1992). El protocormo posteriormente se desarrollará en una plántula donde Zettler y McInnis 3 (1993), proponen las siguientes etapas de desarrollo que serán referidas durante el desarrollo del presente trabajo (Fig. 2): 0, semillas antes de germinar; 1, imbibición y ruptura de testa; 2, protocormo con presencia de rizoides; 3, protocormo con primordio foliar; 4, aparición de primera hoja verdadera; 5, alargamiento de la hoja y aparición de raíz; 6, plántula. Figura 2. Semilla y diferentes etapas de desarrollo y crecimiento de Spiranthes cernua: rh, rizoides; Ip, primordio foliar; tl, hoja verdadera; rt, raíz. Tomado de Zettler y McInnis (1993). Para que estos eventos se lleven a caboen condiciones naturales, es necesario que la semilla sea colonizada por un hongo micorrízico capaz de establecer una relación simbiótica estable. Esta relación inicia comúnmente cuando las hifas del hongo atraviesan las células del suspensor, llegando hasta las células del embrión donde se introducen y comienzan a formar masas de hifas tridimensionales (los pelotones), estructuras típicas de esta asociación (Fig. 3). Con estos eventos se inicia la colonización o simbiosis en donde el embrión comienza la digestión de las hifas que forman los pelotones, obteniendo con ello carbohidratos y nutrimentos y comienza a aumentar hasta que se forma el protocormo (Clements, 1988; Rasmussen, 1995; Peterson et al., 2004). Durante el desarrollo del protocormo simbiótico, se observa su polarización (región del meristemo apical y parte basal) en donde se observan los pelotones distribuídos en la parte basal (Fig. 4). Algunas hifas, pueden salir del protocormo a través de los rizoides. En algunos casos la 4 1 . Ip colonización o recolonización se puede dar a través de los rizoides (Clements, 1988; Arditti, 1992; Rasmussen, 1995; Peterson et al., 2004). B A Figura 3. A. Microfotografía de microscopio electrónico de barrido de pelotones de un protocormo de Orchis morio. Tomado de Peterson et al. (2004). B. Microfotografía de microscopia de luz de pelotones de un protocormo de Dichromanthus aurantiacus 400 X. Foto tomada por Rangel (2005). Figura 4. Corte longitudinal de un protocormo de Bletia urbana (estadio 4), mostrando la parte inferior colonizada por hongos micorrízicos (zona oscura) (microscopia de luz). Foto proporcionada por Ortega-Larrocea. El protocormo continúa su desarrollo hasta transformarse en una plántula, la colonización del hongo micorrízico se limita a la parte basal y va migrando a las raíces recién formadas, sin llegar a colonizar al meristemo de las raíces (Ortega- Larrocea et al., datos no publicados). En algunas especies, la transición de la fase micotrófica a la fase autótrofa (fotosintética) de las plántulas, puede tardar varios a años (Rasmussen y Rasmussen, 1991). La relación simbiótica puede continuar a lo largo de la vida de la orquídea. En la etapa adulta, el tejido micotrófico o área de 5 desarrollo del hongo, se encuentra fundamentalmente en la corteza de las raíces y ocasionalmente en otros órganos como tallos (Ramsay et al., 1986; Rasmussen, 1995). Las zonas de colonización en las raíces de las orquídeas terrestres suelen presentarse en parches y con una distribución irregular, algunas de ellas se pueden distinguir por una coloración amarillenta en la epidermis (Mitchell, 1989). La presencia de la asociación micorrízica es vital para la germinación y el establecimiento de las plántulas de orquídeas en condiciones naturales, especialmente para las especies terrestres (Rasmussen, 1995; Zettler, 1997). Bayman et al. (2002) desarrollaron un experimento en Puerto Rico con una población silvestre de plántulas de Lepanthes rupestris que presentaba pelotones. Fumigaron las plantas con un fungicida y observaron que las plántulas se vieron afectadas negativamente en su crecimiento y que el número de pelotones disminuyó, además de que la mortandad de las mismas aumentó. Los datos de estos autores apoyan la hipótesis de que la inhibición del crecimiento del hongo micorrízico podría reducir el crecimiento y la sobrevivencia de plántulas de orquídeas. En las plantas adultas, la micotrofia o dependencia de sus hongos endofitos puede no ser tan grande, pero la colonización micorrízica les proporciona ventajas como la obtención de fósforo, así como la adquisición de otros suplementos nutrimentales (Rasmussen, 1995; Zettler, 1997; McCormick et al., 2004; Peterson et al., 2004). Cabe señalar que existen orquídeas aclorofitas como, Corallorhiza spp., Galeola spp., Neottia spp., las cuales son totalmente dependientes de la relación micorrízica durante toda su vida y establecen relaciones simbióticas altamente específicas. Otras orquídeas terrestres presentan una sucesión de hongos micorrízicos a lo largo de su vida (Taylor et al., 2002; Zettler et al., 2003; Peterson et al., 2004). El establecimiento de una relación micorrízica presenta beneficios para la planta huésped ya que le permite tener mayor acceso a recursos limitantes del suelo como el agua y minerales. Las micorrizas incrementan la tolerancia a la sequía, favorecen el crecimiento de las plantas en suelos pobres y les proporcionan protección ante los patógenos. Por estas razones y las anteriormente expuestas, se ha sugerido que el desarrollo de la relación micorrízica es crucial en la evolución de la familia Orchidaceae, dado que puede afectar la diversidad de las orquídeas, su distribución, tamaño poblacional y reservorio (pool) genético (Rasmussen y 6 Whigham, 1998; Batty et al., 2001a; Bayman et al., 2002; Taylor et al., 2002; Brundrett et al., 2003; McCormick et al., 2004). 1.2. Hongos micorrízicos de las orquídeas. La asociación simbiótica de las orquídeas es de tipo endomicorrízico, ya que las hifas penetran la pared vegetal para establecerse entre ésta y la membrana celular, sin perforarla (Read et al., 1992). Como se mencionó antes, la estructura típica de esta asociación micorrizica son los pelotones, los cuales sufren un proceso de lisis o digestión por la célula vegetal, liberando el contenido citoplasmático del hongo. Este proceso se puede dar en dos formas diferentes denominadas tiofagia y tolipofagia (Burgeff, 1959). La diferencia radica en que en la primera, la lisis de las estructuras del hongo es total y en la segunda, se dan ciclos de lisis seguidos por otros de nueva formación de pelotones en el mismo estrato celular, observándose capas celulares hospederas y regiones de digestión (Fig. 5) (Reyes, 1973; Mukerji et al., 2000). B A Figura. 5. A Tiofagia. Raíz de Gastrodia callosa. Se observan dos capas de células de pasaje y una capa de fagocitosis que muestra hifas liberando su contenido citoplasmático el cual es absorbido por estructuras esféricas llamadas tiosomas. B Tolipofagia. Raíz de Platanthera chlorantha. Se observa una capa de células hospederas adyacentes a la epidermis y dos capas de células digestoras (fagocitos). Ilustración original de Burgerff (1959) tomada de Reyes (1973). 7 Los hongos aislados de tejidos de orquídeas que presentan pelotones se han identificado con el género forma Rhizoctonia (Sneh et al., 1991; Ulloa y Hanlin, 2001; Taylor et al., 2002). Es frecuente que a estos hongos se les asignen dos nombres basados en dos grupos de características. Uno para el anamorfo, basado en características vegetativas como la morfología de las hifas y esporas asexuales y el segundo asignado al telomorfo, basado en las estructuras sexuales, es decir, las características de los esporocarpos. Sin embargo, es muy raro observar la fase sexual de los hongos asignados al género forma Rhizoctonia, por lo que es más frecuente poderse referir a ellos o identificarlos en su fase anamórfica (Sneh et al., 1991; Mukerji et al., 2000; Taylor et al., 2002). La determinación del género forma Rhizoctonia en su forma anamórfica se basa principalmente en características observables del micelio creciendo in vitro incluyendo las siguientes (Fig. 6) (Moore, 1987; Andersen, 1990; Sneh et al. 1991): 1. Color de la colonia generalmente hialina o marrón. 2. Hifas septadas. 3. Bifurcación a 90° cerca del septum distal en hifas jóvenes. 4. Formación de células monilioides (propágulos asexuales). 5. Doliporo septado. 6. Hifas binucleadas o multinucleadas. 7. Ausencia de conexiones en puente (clamp), esclerocios diferentes, conidias, rizomorfos. 8 A B C Figura 6. A. Dibujo de una típica Rhizoctonia mucoroides. Tomado de Arditti (1992). B. Microfotografíasde Epulorhiza inquilin. C. Epulorhiza repens. B y C Tomadas de Peterson et al. (2004). Las flechas cabezas de flecha señalan las hifas septadas y las células monilioides. Los miembros del género forma Rhizoctonia que se han aislado de una asociación micorrízica con orquídeas pertenecen a los basidiomicetes, los cuales apareando los nombres del anamorfo/telomorfo presentan las siguientes correspondencias: Epulorhiza (anamorfo) /Tulasnella (telomorfo), Ceratorhiza/Ceratobasidium, Opadorhiza/Sebacina y Rhizoctonia DC/Thanatephorus (Moore, 1987; Taylor et al., 2002). Las características morfológicas en el cultivo in vitro de los anamorfos de estos hongos no permiten una fácil distinción y la inducción del estado perfecto es difícil de conseguir en algunos casos, por lo que en los últimos tiempos se han comenzado a utilizar herramientas moleculares para su identificación y la construcción de árboles filogenéticos para su clasificación (Sneh et al., 1991; Mukerji et al., 2000; Kristiansen et al., 2001; Otero et al., 2002; Taylor et al., 2002; Peterson et al., 2004). Las especies del género Rhizoctonia también se han aislado de cultivos infectados de papa y otras especies comerciales, causantes de la enfermedad conocida como costra negra (Herrera y Ulloa, 1990; Agrios, 1997). 9 Por otro lado, los aislados obtenidos a partir de orquídeas adultas en algunos casos estimulan la germinación de semillas de la misma especie y frecuentemente, también la germinación de un amplio rango de géneros de orquídeas más distantemente relacionadas. Sin embargo, se ha documentado que algunos aislados bajo condiciones de laboratorio, no establecen un equilibrio simbiótico y pueden ser patógenos de ciertas especies de orquídeas (Warcup y Talbot, 1967; Smerciu y Currah, 1989). Todos los hongos micorrízicos de las orquídeas presentan habilidades saprobias, es decir, pueden utilizar diversas fuentes de carbono siendo capaces de obtener carbohidratos de polímeros complejos, almidón, pectina, celulosa y lignina, así como azúcares solubles, presentes en la materia orgánica del suelo (Smith y Read, 1997). Algunos hongos forman al mismo tiempo que con orquídeas asociaciones con plantas ectomicorrízicas como las gimnospermas, lo que se conoce como asociaciones tripartitas. En este tipo de relaciones se ha documentado que las orquídeas también pueden obtener compuestos de carbono directamente de la traslocación de fotosintatos de los árboles vía el micelio de los hongos (Allen, 1991; Read et al., 1992; Taylor et al., 2002; Peterson et al., 2004). Los basidiomicetes que forman micorrizas con las orquídeas también son importantes en la pedogénesis ya que son descomponedores de materia orgánica, permitiendo la mineralización de elementos como el nitrógeno y el fósforo (Allen, 1991; Read et al., 1992). Dentro de los compuestos más abundantes que componen la materia orgánica del suelo están las ligninas, que son muy recalcitrantes por lo que su mineralización puede influir en la cantidad de nutrimentos disponibles para las plantas. Los principales degradadores de ligninas son los hongos basidiomicetes volviendo accesibles el nitrógeno y compuestos de carbono asimilables para ellos y las plantas. Algunos hongos que participan en este proceso son Marasmius androsaceus, Agaricus bisporus, Thanatephorus ocraceus, así como hongos pertenecientes al género anamorfo Ceratorhiza, etc. (Ceratorhiza se asocian con orquídeas) (Cádiz y Giller, 1997, Rasmussen, 2002). Del mismo modo, el micelio contribuye a desarrollar la estructura del suelo ya que permite la agregación de sus partículas minerales y orgánicas (Allen, 1991; Read et al., 1992). A su vez, la distribución de los hongos micorrízicos de las orquídeas se puede ver afectada o delimitada por las características físico-químicas del suelo, 10 que de igual manera limitan a las poblaciones de orquídeas en su establecimiento y sobrevivencia (Bowles et al., 2005). 2. Amenazas a la diversidad de las orquídeas. La biodiversidad del mundo se ve amenazada por diferentes factores principalmente de origen antropogénico, como la destrucción, degradación y fragmentación de los hábitats. La pérdida de la biodiversidad trae como principales consecuencias: la disminución de la diversidad de los ecosistemas, especies y genes, aumento en la tasa de extinción, desaparición de relaciones biológicas, alteración de las cadenas tróficas, pérdida de servicios ambientales como la retención y captación de agua, el paisaje, amortiguamiento de ruido, el reciclaje de nutrimentos esenciales como el nitrógeno y el fósforo, la absorción de dióxido de carbono, la regulación de temperatura y precipitación, la protección del suelo (Toledo, 1994; Wotavová et al., 2004). La diversidad de la familia Orchidaceae esta amenazada debido principalmente a la destrucción de sus hábitats; a que algunas especies son extraídas directamente de su hábitat sufriendo una explotación no sustentable de sus poblaciones (Rubluo et al., 1993; Koopowitz et al., 2003). El cambio de uso de suelo es uno de los factores que afectan la diversidad y persistencia de las orquídeas. Una evidencia experimental de esto es lo observado por Wotavová et al. (2004), quienes documentan que el cambio en la concentración de nutrimentos y drenaje del suelo propiciados por la agricultura, afectan directamente a las poblaciones de Dactylorhiza majalis, una orquídea terrestre. México alberga entre el 8 y 12 % del total de especies del planeta, por lo que es considerado un país megadiverso. México ocupa el cuarto lugar mundial en cuanto a la riqueza de flora y muchas especies que conforman esta riqueza son endémicas de este país (Toledo, 1994; Rzedowski, 1998). La familia Orchidaceae esta representada por más de 1 200 especies, de las cuales cerca de 450 son endémicas; además México es considerado centro de diversificación de los géneros Barkeria, Bletia, Clowesia, Deiregyne, Encyclia, Laelia y Schiedeella entre otras (Soto, 1988; Hágsater et al., 2005). En cuanto a las orquídeas terrestres 11 mexicanas, los géneros de la subtribu Spiranhtes, así como Bletia, Govenia, Habenaria y Malaxis son los mejor representados (Soto, 1996). Desafortunadamente, México considerado en la lista “Hots-pots” como un lugar de elevada diversidad, es considerado como un lugar bajo amenaza crítica de esta diversidad. Esta situación es producto de las actividades humanas como la agricultura, la ganadería, la expansión de zonas urbanas, la apertura de vías de comunicación la tala inmoderada, el comercio ilegal de especies, la sobre colecta, etc. (Vázquez-Yánez y Batís, 1996; Damon et al., 2005; Hágsater et al., 2005). En México, se han extinguido alrededor de 22 especies de orquídeas en los últimos 20 años (Hágsater et al., 2005). La Norma Oficial Mexicana, NOM-059-ECOL-2001, incluye 181 especies de orquídeas con diversos grados de amenaza, entre de las cuales una especie está probablemente extinta en su medio silvestre (Laelia gouldiana), 15 en peligro de extinción, 58 amenazadas y 107 sujetas a protección especial. Por otra parte, la disminución de las poblaciones, aún cuando no estén consideradas como amenazadas, erosiona la diversidad genética, lo que podría poner en riesgo la capacidad de sobrevivencia de las especies (Hágsater et al., 2005). 3. Estrategias de conservación. No hay duda de que aún cuando la legislación mexicana considere un número particular de especies de orquídeas en peligro, muchas otras especies también pueden estar bajo la amenaza de desaparecer, dado que es posible que en muchos hábitats todavía se desconozca la diversidad de especies de orquídeas. Aunado a esto, la biología de la propia familia representa un reto para su conservación, debido a que muchas especies presentan bajas tasas de crecimiento, ciclos de vida relativamentelargos y escaso reclutamiento de nuevos individuos en condiciones naturales. Para la conservación de la diversidad de orquídeas es necesario incrementar nuestro conocimiento sobre la estructura genética de las poblaciones, sus ciclos de vida, polinizadores y su relación con sus hongos micorrízicos (Cribb et al., 2003; Baltazar, 2004). La conservación de la diversidad de las orquídeas es multidisciplinaria debido a la complejidad de factores que intervienen para que éstas estén en peligro, por lo 12 que requiere del empleo de diversas áreas del conocimiento que comprenden a la biología, economía y diversas áreas sociales. Es prioritario diseñar programas de recuperación de especies, monitoreo de poblaciones y análisis de posibles causas de su declinación, combinados con programas de manejo y restauración de hábitats, complementados con cultivo ex situ (fuera de sus hábitats), reintroducción y programas de educación pública. Todo esto permitiría un manejo sustentable del hábitat de las orquídeas, así como la creación de leyes para su comercialización y aprovechamiento (Cribb et al., 2003). 3.1. Métodos de conservación in situ. La conservación in situ se define como la preservación de la biodiversidad en sus hábitats naturales. Este es el único método mediante el cual se conserva la dinámica de las poblaciones propia de los factores selectivos de su medio, manteniendo su habilidad para interactuar con otros organismos como sus polinizadores y hongos micorrízicos, preservando su diversidad genética y manteniendo su capacidad de sobrevivencia para continuar sus procesos evolutivos (Dixon et al., 2003; Baltazar, 2004). La principal estrategia en la conservación in situ es el decreto de áreas naturales protegidas que tienen por objeto preservar y asegurar el aprovechamiento sustentable, aunque no siempre posible la conservación de la biodiversidad, para garantizar que las relaciones biológicas (cadenas tróficas, relaciones simbióticas, etc.) y presiones de selección, se mantengan (Conabio, 1998). Una estrategia que enlaza la conservación in situ y la ex situ es la reintroducción de plantas nativas. En ella se utiliza material propagado fuera del lugar y se restituye a su hábitat con el objetivo de aumentar el número poblacional de alguna especie o reintroducir nuevamente un elemento ya desaparecido del ecosistema (Ramsay y Dixon, 2003). La reintroducción de especies nativas de orquídeas ha tenido en algunos casos éxito. Por ejemplo, Gangaprasad et al. (1999) lograron establecer en la India 819 plántulas de la orquídea terrestre Ipsea malabarica, iniciando el establecimiento de protocolos de propagación y reintroducción exitosos para ésta y otras especies de ese país. En el Reino Unido después de varios intentos, Ramsay y Stewart (1998) 13 lograron establecer plántulas de Cypripedium calceolus, una orquídea rara y que en el pasado había sufrido una importante sobrerecolecta. En estos ejemplos se utilizaron métodos de propagación asimbióticos, es decir, la germinación y desarrollo de las plantas substituyendo a los hongos micorrízicos por medios de cultivo enriquecidos. En otra parte del Reino Unido, Ramsay y Dixon (2003) propagaron simbióticamente y asimbióticamente a la orquídea terrestre Liparis loeselii y sólo lograron establecer plantas provenientes de la propagación simbiótica. Stewart y Zettler (2003) reintrodujeron en Estados Unidos 172 plántulas propagadas simbióticamente de Spiranthes brevilabris, trabajo con el que demostraron que estas orquídeas podían propagarse exitosamente y ser usadas potencialmente en proyectos de restauración. Para México también existen ejemplos que lograron la reintroducción de especies de orquídeas a su hábitat. Rubluo et al. (1993) reintrodujeron plántulas de Oncidium stramineum y Lycaste aromatica. Anteriormente, Rubluo et al. (1989), reintrodujeron a la reserva ecológica del Pedregal de San Ángel, 133 plántulas de Bletia urbana de las cuales sobrevivieron el 15 % después de un año. Con esta misma orquídea del Pedregal, Castillo (2002) realizó la primera propagación simbiótica que le permitió reintroducir 170 plántulas de las que sobrevivieron 62 % en un año. Ortega-Larrocea et al. (sometido) han registrado anualmente la sobrevivencia de las poblaciones introducidas por Castillo y han observado que con la reintroducción simbiótica, la sobrevivencia se ha mantenido estable en más de un 50 % durante 5 años de observación. Estos autores lograron también registrar un evento reproductivo autónomo, la producción de la primera cápsula viable desarrollada por una de estas plantas reintroducida simbióticamente después de 5 años. Bletia urbana es una orquídea endémica de México y considerada como amenazada y ha servido como modelo para iniciar los estudios de propagación simbiótica de orquídeas terrestres de México. 3.2. Métodos de conservación ex situ. La conservación ex situ es aquella que se desarrolla fuera del hábitat de las especies y se considera como complemento y apoyo a la conservación in situ, ya que preserva sólo una parte de la diversidad genética. Esta estrategia tiene como 14 objetivo rescatar germoplasma amenazado, producir material para la reintroducción, restauración y manejo de los hábitats y para otros propósitos, como la comercialización, educación ambiental, exhibiciones, etc. con el fin de eliminar o reducir la presión de la recolecta silvestre (Baltazar, 2004). Algunas de las estrategias utilizadas en la conservación ex situ son: 1) el establecimiento de jardines botánicos, ya que con sus colecciones de plantas vivas permiten la realización de investigaciones encaminadas al rescate de especies amenazadas o en peligro de extinción (además de contar con programas de educación); 2) la creación de bancos de germoplasma que sirven como reservorios genéticos de algunos organismos, de individuos o poblaciones, a través del almacenamiento de semillas, esporas, propágulos y tejidos conservados in vitro en condiciones ideales y prolongadas que permitirán conservar parte de la diversidad genética; 3) el cultivo de tejidos vegetales o cultivo in vitro que engloba un amplio rango de técnicas bajo condiciones asépticas, como la germinación de semillas, la micropropagación, el cultivo de meristemos y callos entre otros (Martínez, 1985; Arditti, 1992; Baltazar, 2004). Las orquídeas fueron una de las primeras plantas en ser propagadas in vitro a partir de semillas, lográndose desarrollar dos métodos de obtención de plántulas, el simbiótico y el asimbiótico (Arditti, 1992). El método asimbiótico consiste en sembrar las semillas de las orquídeas en un medio rico en azúcares como fuente externa de carbono, mientras que el método simbiótico se basa en propiciar el establecimiento de la relación simbiótica entre las semillas de las orquídeas y un hongo micorrízico compatible. El cultivo de tejidos vegetales es un método altamente exitoso y muy usado para llevar acabo la propagación masiva de orquídeas (Cymbidium, Phalaenopsis, Orchis, Cattleya, Dendrobium, etc) (Arditti y Krikorian, 1996). Sin embargo, algunas semillas de orquídeas terrestres son generalmente difíciles de germinar in vitro asimbióticamente ya que muchas dependen de su hongo micorrízico para llevar a cabo este proceso (Arditti et al., 1981; Oliva y Arditti, 1984; Smith y Read, 1997). El método simbiótico de propagación de orquídeas no ha sido tan usado como el método asimbiótico, sobre todo para especies de valor comercial. Esto se debe a que cuando hay dos organismos involucrados (cultivo monoxénico), el control de los medios se vuelve más delicado y no siempre los resultados son repetibles, aún con la misma cepa de hongo y procedencia de semillas. Por ejemplo, en algunos casos se ha observado 15 que el hongo puede causar un efecto antagónico sobre el crecimientode los protocormos llevándolos a la muerte (Muir, 1989; Sneh et al., 1991). Sin embargo, son importantes las ventajas que proporciona la propagación simbiótica para la conservación de las poblaciones naturales, como aumentar el porcentaje de sobrevivencia, el que se pueda reintroducir y conservar dos organismos nativos al mismo tiempo y sobre todo mantener la adecuación de las poblaciones a lo largo del tiempo (Batty et al., 2001b; Rasmussen, 2002). Se han desarrollado otras vías para la micropropagación de las orquídeas como la propagación masiva y clonal a partir de explantes como meristemos, ápices, raíces, hojas jóvenes y maduras, inflorescencias jóvenes y maduras, embriones, nudos, entrenudos, nudos de inflorescencia, pedúnculos de flores, base de hojas, tallo con yemas axilares, etc. (Arditti y Krikorian, 1996). Sin embargo, para lograr mantener la variabilidad genética es preferible realizar la propagación desde semillas y tomar en cuenta los fines que se tengan. Si proposito de la propagación es la reintroducción, se debe considerar el establecimiento de la simbiosis micorrízica ya que la presencia del simbionte puede ser necesaria para la sobrevivencia y establecimiento de poblaciones a largo plazo. Las prácticas documentadas de reintroducción de orquídeas en México, han utilizado el método asimbiótico como parte de las estrategias de conservación para especies como Cuitlaluzina pendula, Catasetum intergerrimum Mormodes tuxtlensis, y Laelia albida, Laelia anceps, Laelia speciosa, Lycaste skinneri y Oncidium tigrinum e inicialmente de Bletia urbana (Rubluo et al., 1989 y 1993; Baltazar, 2004; Santos-Hernández et al., 2004). Sin embargo, el método simbiótico no ha sido explorado en México, en parte porque se tienen pocos ensayos de reintroducción y porque no se cuentan con especialistas a nivel nacional en la simbiosis orquidácea. El primer trabajo documentado desde el aislamiento del simbionte, micropropagación y reintroducción a mediono plazo en México inició con Ortega-Larrocea et al. (2000; sometido, 2006) y Castillo (2002) con Bletia urbana y otras especies del pedregal (Rangel, 2004). El presente trabajo, es una continuación de las investigaciones realizadas en este hábitat. 16 4. Área de estudio. Hace aproximadamente 2 000 años ocurrió la erupción del volcán Xitle y conos adyacentes, que cubrió 80 Km2 del valle de México, desde el Ajusco hasta parte de lo que hoy son las delegaciones Tlalpan, Coyoacan y Magdalena Contreras (González-Hidalgo et al., 2001). La vegetación que se estableció en las partes altas de las faldas del Ajusco fue de bosque de pino y encino, mientras que en las partes bajas fue matorral xerofilo con Senecio praecox, que se conoce como el Pedregal (Rojo, 1994). La presión social generada por la demanda de vivienda y servicios en la capital, propició el crecimiento de la zona urbana, llevando a la destrucción casi total del pedregal quedando pequeños fragmentos aislados. La conservación de algunas de las zonas de Pedregal como una acción para frenar la destrucción, fue la creación de las reservas ecológicas como la del Pedregal de San Ángel en 1983 y Lomas del Seminario en 1989, esta última resguarda una extensión de 727 hectáreas aproximadamente (González-Hidalgo et al., 2001). La reserva ecológica del Pedregal de San Ángel fue decretada gracias a la preocupación de profesores y estudiantes universitarios por proteger lo que quedaba de este tipo de vegetación de alta biodiversidad, principalmente dentro de Ciudad Universitaria. La reserva contaba con 124 hectáreas cuando fue creada, pero su extensión ha crecido ya que en 1990 se incrementó su superficie a 146.8 hectáreas y desde el 2005 cuenta con una extensión de 237 hectáreas aproximadamente (Fig. 7) (Rojo, 1994; De la Fuente, 2005). 17 Figura. 7. Mapa de Ciudad Universitaria en donde se aprecia el área destinada a la Reserva Ecológica (Fuente: www.unam.mx). La Reserva Ecológica El Pedregal de San Ángel está localizada en el suroeste de la cuenca del valle de México, aproximadamente entre 19°18’ 31’’ - 19° 19’ 17’’N y 99° 10’ 20’’- 99°11’ 52’’ O, a una altitud entre 2 200 y 2 277 m.s.n.m. El clima de la zona es templado subhúmedo o Cb (w1) (w) según el sistema modificado de clasificación climática de Köppen modificada por García (1964), con régimen de lluvias en verano, temperatura media anual de 15.5°C, con variaciones que van desde los –6 hasta los 34°C y una precipitación anual de 835 mm, distinguiéndose una temporada de lluvias de junio a octubre y una de secas de noviembre a mayo (Camacho-Salazar et al., 1993a,b,c; Castillo-Argüero et al., 2004; De la Fuente, 2005). 18 En la reserva los distintos patrones de solidificación de la lava y el efecto de los procesos físicos de enfriamiento e intemperismo, dieron como resultado la presencia de una topografía irregular, presentándose desde planchas de roca totalmente plana hasta hondonadas y grietas que van desde 2 cm hasta 6 m de profundidad (Figueroa-Castro et al., 1998). La consecuencia es una gran heterogeneidad microambiental y un suelo incipiente de origen eólico y orgánico, escaso y poco desarrollado con una profundidad media de 5 cm, que se acumula parcialmente en grietas, fisuras y depresiones (Cano-Santana y Meave, 1996). La Reserva Ecológica El Pedregal de San Ángel es considerada un refugio para la vegetación y fauna originarias del Valle de México (Rzedowski, 1954; Valiente- Banuet y De Luna-García, 1994; Téllez, 2002; Castillo-Argüero et al., 2004; Hágsater et al., 2005). La vegetación dominante en el pedregal es el matorral xerófilo descrito por Rzedowski en 1954. Está comunidad está constituida predominantemente por un estrato herbáceo bien desarrollado, uno arbustivo y algunos elementos arbóreos. Las especies son muy diversas, con alrededor de 350 especies de plantas donde las familias mejor representadas son Asteraceae, Poaceae, Leguminoseae y Orchidaceae (Herrera y Almeida, 1994, Hágsater et al., 2005). La familia Orchidaceae está representada por 25 especies, casi todas ellas terrestres exceptuando un único registro de hábito epifito (Epidendrum anisatum) (Cuadro 1) (Hágsater et al., 2005). Las especies de orquídeas más vistosas son pertenecientes a los géneros Dichromanthus y Bletia. Desafortunadamente algunas de las orquideas han desaparecido de la reserva: Bletia punctata, Cyrtopodium macrobulbon, Epidendrum anisatum, Habenaria strictissima y Liparis greenwoodiana (Hágsater et al., 2005) y otras como B. urbana se encuentran de manera muy aleatoria, cada vez menos frecuentemente (Ortega-Larrocea, com. pers.). Esto es consecuencia de la fragmentación y deterioro del hábitat, ya que el Pedregal de San Ángel enfrenta graves retos a pesar del aumento de su superficie sigue afrontando la introducción de especie exóticas que desplazan a la flora nativa, contaminación, principalmente por desechos sólidos ya que se la ha tomado como basurero, extracción ilegal de especies nativas, fuegos recurrentes producidos por negligencia, así como la constante urbanización de Ciudad Universitaria. Estos problemas amenazan con terminar con la vegetación original y fauna de reserva ecológica en pocos años (Mera et al., 2002; Téllez, 2002; Castillo- Arguero et al., 2004). Si no se establecen de manera prioritaria protocolos de 19 registro, censo, propagación, reintroducción, etc. de las especies nativas, predominantemente aquellas más vulnerables que aún cuando no estén oficialmente reconocidas como amenazadas pero que en estudios locales de los especialistas se detecten en riesgo, no será posible llevar a cabo la conservación efectiva del hábitat y en un futuro la restauración del mismo. Cuadro 1. Registro de orquídeas de la reserva ecológica el Pedregal de San Ángel (Rzedowski, 1954; Valiente-Banuet y De Luna-García,1994; Téllez, 2002; Castillo-Argüero et al., 2004; Hágsater et al., 2005). Género Especie Aulosepalum pyramidale campanulata macristhmochila punctata purpurata Bletia urbana Cyrtopodium macrobulbon confusa Deiregyne albovaginata aurantiacus Dichromanthus cinnabarinus Epidendrum anisatum Govenia lagenophora novemfida strictissima Habenaria filifera Liparis greenwoodiana carnosa myurus Malaxis rodriguezana Mesadenus polyanthus Ponthieva schaffneri Sarcoglottis schaffneri Schiedeella llaveana Triphora trianthophora 20 5. Justificación. Como se destacó anteriormente, la Reserva El Pedregal es un relicto de vegetación de matorral con un eminente deterioro y en el que todavía se encuentran muchas especies nativas. Para este hábitat hay pocos estudios actuales de censo y registro de la orquideoflora, pero se ha probado recientemente por los grupos de especialistas que la investigan (Téllez, Salazar, coms. pers.), que muchas de ellas se encuentran cada vez con menos frecuencia o limitadas a pocos metros cuadrados. Aunado a esto está el hecho de que se tiene poca documentación de las poblaciones y su distribución, los métodos de conservación de germoplasma no están implementados de manera rigurosa. Por ejemplo, algunos investigadores tienen semillas de especies de la reserva pero no se cuenta con un banco de germoplasma de semillas bien organizados o una colección representativa de las especies del Pedregal, por ejemplo en el Jardín Botánico. Menos aún se tienen estudios dirigidos a la conservación in situ de las plantas, contando únicamente con las referencias ya mencionadas para el lugar. El trabajo desarrollado por Ortega-Larrocea et al. (sometido) con Bletia urbana, ha sentado las bases de un protocolo de reintroducción y sobrevivencia a mediano plazo de una especie amenazada en este hábitat. Sin embargo, protocolos similares deben ser implementados para otras especies por lo que, la propagación simbiótica de orquídeas puede constituir una estrategia altamente viable para su conservación y a mediano plazo restauración de su hábitat. La propagación simbiótica no sólo es una estrategia más natural para la conservación de la orquideoflora local; también permite la conservación de los hongos simbiontes que promueven su crecimiento y desarrollo. Los hongos no sólo son importantes para las orquídeas, sino también juegan un papel fundamental en los microhábitats que forman el mosaico de ambientes del lugar, favoreciendo la descomposición de la materia orgánica y volviendo disponibles nutrimentos importantes como el fósforo y nitrógeno, no sólo para las orquídeas sino para la flora y fauna circundante. La propagación simbiótica se vuelve indispensable por ejemplo para las especies del género Dichromanthus, Habenaria y Malaxis que difícilmente germinan sin la presencia de su hongo simbionte o que germinan pero que no logran continuar con su desarrollo. Sin embargo, para establecer protocolos efectivos se requieren varios pasos, que van desde el aislamiento de los hongos 21 hasta generar conocimiento básico sobre la ecología de las orquídeas y sus hongos micorrízicos. Se cuenta con poca información sobre la relación micorrízica de las orquídeas para zonas tropicales y los antecedentes publicados están dados para especies distribuidas en otras regiones con climas y problemáticas muy diferentes. Existe una alta probabilidad de que en décadas subsecuentes el deterioro de la reserva ecológica del Pedregal de San Ángel sea tal que ni siquiera haya oportunidad de documentar los hongos que promueven el desarrollo de las orquídeas y que podría explicar su distribución. Previamente, Rangel (2004) se dió a la tarea de aislar diversos hongos micorrízicos a partir de varias especies de orquídeas de la reserva. En dicho trabajo se observó que ciertas especies presentaban una tendencia a la especificidad al ser germinadas in vitro con los hongos aislados de plantas adultas de la misma especie, mientras que otras, eran menos específicas y podían germinar y desarrollarse adecuadamente con endofitos aislados de varias especies de orquídeas. Con ese trabajo se inició el establecimiento de un cepario o banco de germoplasma de hongos micorrízicos para este hábitat abriendo la posibilidad de iniciar trabajos que desarrollen protocolos de propagación y reintroducción simbiótica de especies de orquídeas terrestres y paralelamente realizar la identificación de los hongos asociados para sentar las bases de estudios de la biología de la simbiosis en estas especies. El presente trabajo se centro en tres especies cuya descripción se encuentra en el anexo 1. Los objetivos particulares se indican en cada capítulo. 6. Objetivo general. Establecer protocolos de germinación simbiótica, aclimatización y reintroducción de plántulas para algunas orquídeas terrestres del Pedregal de San Ángel, México, D.F. 22 Capitulo 2: Germinación simbiótica in situ y ex situ de Bletia campanulata, Dichromanthus aurantiacus y D. cinnabarinus. 1. Introducción. La micorriza es una asociación entre algunas especies de hongos del suelo y las raíces de las plantas que involucra una transferencia de nutrimentos (Brundrett, 2002). Este tipo de relación simbiótica es la más ampliamente distribuida en la naturaleza y es característica en casi el 90 % de las plantas (Kulikov y Filippov, 2001). Esta simbiosis es particularmente importante para las especies de la familia Orchidaceae, pues al tener semillas muy pequeñas (0.05 a 6. 00 mm) no tienen tejidos de reserva de energía para iniciar su germinación (Arditti y Ghani, 2000). Por esta razón, las semillas de las orquídeas dependen de los nutrimentos suplementados por un hongo micorrízico para germinar en condiciones naturales. Algunas especies de orquídeas mantienen esta relación simbiótica durante todo su ciclo de vida (Brundrett et al., 2003). Varios de los estudios sobre la relación micorrízica se han desarrollado in vitro con aislados provenientes de plantas adultas que presentan características afines al género forma Rhizoctonia (Hadley, 1970; Clements, 1988; Smreciu y Currah 1989; Peterson et al., 1996, Zettler et al., 1998, Hollick et al., 2001). Sin embargo los resultados de estos estudios pueden llevar a conclusiones inexactas sobre la especificidad de la relación orquídea-hongo, ya que muchas orquídeas presentan una sucesión de hongos micorrízicos a lo largo de su vida y en algunos casos, el hongo que se asocia a una orquídea adulta no es el mismo que estimuló su germinación. En otros casos se han probado aislados que provienen de orquídeas adultas en semillas de otras especies de orquídeas, observándose que se puede establecer la relación simbiótica. A este tipo de especificidad se le llama especificidad in vitro (Masuhara y Katsuya, 1994; Rasmussen, 1995; Rasmussen y Whigham, 2002). 23 El papel del hongo micorrízico en la naturaleza ha sido poco estudiado; no fue hasta que Rasmussen y Whigham (1993) desarrollaron el método de “baiting” o dispositivo de germinación in situ, que se pudo seguir este proceso en condiciones naturales. Con esta aproximación se logró obtener aislados de hongos micorrízicos que favorecen la germinación in situ y permiten conocer la especificidad ecológica orquídea-hongo que se da en condiciones naturales. Esta técnica ha sido utilizada exitosamente por múltiples investigadores (Masuhara y Katsuya, 1994; Van der Kinderen, 1995, Rasmussen y Whigham, 1998; McKendrick et al. , 2000 a y b, Batty et al., 2001 a, Brundrett et al., 2003, Feuerherdt et al., 2005; Whigham et al., 2006). El uso de los dispositivos de germinación in situ ha servido para evaluar la influencia de los hongos asociados a plantas adultas, la época de germinación de las semillas de las orquídeas y la influenciade las condiciones abióticas en el establecimiento de la relación simbiótica. La utilización de estos dispositivos contribuye al desarrollo de conocimientos sobre la ecología y distribución de los hongos micorrízicos y de las orquídeas y a su vez, permitirán establecer planes de manejo para la conservación de sus hábitats, así como desarrollar estrategias de reintroducción y restauración de las poblaciones de orquídeas con sus endofitos naturales (Van der Kinderen, 1995; Batty et al., 2001 a; Brundrett et al., 2003, McCormick et al., 2004). México es un país megadiverso que alberga más de 1 200 especies de orquídeas y muchas de estás son endémicas (Hágsater et al., 2005). Sin embargo, se cuenta con muy pocos estudios sobre la relación micorrizica de las orquídeas de este país. En la Reserva Ecológica El Pedregal de San Ángel se han efectuado estudios pioneros sobre esta asociación: Ortega-Larrocea et al. (2000) establecieron el cultivo simbiótico de Bletia urbana a partir del aislamiento de su endofito natural de una planta adulta y la germinación de sus semillas con el mismo. Posteriormente, Rangel (2004) llevó a cabo el aislamiento de endofitos de plantas adultas de cuatro especies de orquídeas (Cuadro 2), estableciendo el primer cepario de hongos micorrízicos de orquídeas en México. Además realizó pruebas cruzadas de germinación in vitro para evaluar la capacidad simbiótica y de efectividad de los aislados. En estas observó que las especies pertenecientes al género Bletia requieren de luz para germinar y pueden desarrollarse con aislados provenientes de otras especies del mismo género. Las especies de los géneros Habenaria y Dichromanthus requieren oscuridad para 24 germinar y en particular las especies del ultimo se desarrollan adecuadamente con aislados provenientes de plantas adultas de la misma especie. Para el caso particular de Bletia campanulata, presentó una elevada germinación en todos los tratamientos simbióticos. Dichromanthus aurantiacus geminó escasamente (34 %) en los diferentes tratamientos simbióticos, pero sólo se desarrollo a estadio de plántula de manera simbiótica con el aislado obtenido desde una planta adulta de la misma especie. La realización de estudios de germinación in situ que permitan obtener endofitos relacionados con la germinación en la naturaleza permitirían evaluar las tendencias observadas in vitro y estudiar la capacidad de los endofitos obtenidos para ser usados dentro de las estrategias de conservación de las orquídeas. En este capítulo, se plantearon los siguientes objetivos particulares: • Establecer un protocolo de germinación simbiótica in situ considerando dos especies de orquídeas con requerimientos diferentes para su germinación Bletia campanulata y Dichromanthus aurantiacus. • Llevar a cabo el aislamiento de hongos micorrízicos a partir de protocormos obtenidos de la germinación simbiótica in situ y de algunas plantas de orquídeas adultas como Bletia campanulata, Dichromanthus aurantiacus y D. cinnabarinus. • Realizar la germinación simbiótica in vitro de semillas de Bletia campanulata, Dichromanthus aurantiacus y Dichromanthus cinnabarinus, con aislados de las pruebas de germinación en campo y de plantas adultas. 2. Área de estudio. Las pruebas de geminación simbiótica in situ se realizaron en tres sitios de la parte poniente de la reserva ecológica del Pedregal de San Ángel (descrita en el Cáp. 1), Los sitios de estudio tienen las coordenadas 14479736 E; 2136043 N a 2297 m.s.n.m para el primer sitio 14479825 E; 2136402 N 2324 m.s.n.m y 14479718 E; 2136049 N a 2 324 m.s.n.m para el sitio tres. Estos sitios cuentan con vegetación de matorral xerofilo y en todos los casos la profundidad de suelo no sobrepasaba los 7 cm. Se 25 seleccionaron sitios con la presencia de plantas adultas de los géneros Bletia y Dichromanthus. 3. Método. 3.1. Pruebas de germinación simbiótica in situ de Bletia campanulata y Dichromanthus aurantiacus. Las pruebas de germinación simbiótica in situ se hicieron con semillas de Bletia campanulata y Dichromanthus aurantiacus, las cuales fueron previamente recolectadas maduras en la reserva El Pedregal de San Ángel (Rangel, 2004) y fueron ingresadas al banco de germoplasma del laboratorio Microcosmos Bioedáfico en el Instituto de Geología de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) (los números de colección se identifican con la clave MCCBHQ3 y MCCBH46, respectivamente). En este lugar permanecieron almacenadas en un desecador al 40 % de humedad relativa a una temperatura de 25 °C por dos años. Los dispositivos de germinación in situ se montaron de acuerdo al protocolo establecido por Rasmussen y Whigham (1993). Estos consistieron de 0.5 g de arena de mar (lavada múltiples veces con agua corriente y posteriormente con agua destilada y esterilizada en autoclave a 15 libras por 30 min), a los cuales se les agregaron 0.006 g de semillas para B. campanulata y 0.001 g de D. aurantiacus para sembrar un intervalo de 50 a 300 semillas (Rangel, 2004). Las semillas fueron colocadas en medio de dos secciones de malla de nylon de 23 X 23 mm con una apertura de 35 µm, las mallas fueron adheridas a un marco plástico para montar diapositivas. Se elaboraron 11 dispositivos de este tipo con semillas de B. campanulata y 19 con semillas de D. aurantiacus, los cuales fueron sembrados el 23 de agosto del 2004 en tres sitios diferentes seleccionados por contar con la presencia de orquídeas terrestres adultas (B. campanulata, B. urbana y D. aurantiacus). En el sitio 1 (zona núcleo) se colocaron 11 dispositivos de germinación in situ de B. campanulata y 8 de D. aurantiacus; en el sitio 2 (Instituto de Biología) se sembraron 3 26 de D. aurantiacus y los restantes 8 de D. aurantiacus en el sitio tres (Instituto de Ecología). Esta disposición respondió a la distribución de las orquídeas adultas (Anexo 2). Los dispositivos se colocaron a una distancia de 2 a 5 cm de las plantas adultas de orquídeas y a ras de suelo. Algunos de los dispositivos de D. aurantiacus fueron sembrados cerca de plantas adultas de orquídeas del género Bletia, ya que se observó con anterioridad (Rangel, 2004) que los aislados de plantas adultas de este género eran capaces de promover la germinación de semillas del género Dichromanthus. Los dispositivos de germinación in situ de B. campanulata sólo se colocaron cerca de plantas adultas del mismo género ya que también se observó que aislados obtenidos de plantas de diferente género no estimulaban la germinación de semillas del género Bletia. Los dispositivos se dejaron en los sitios por tres periodos de tiempo: un periodo de 3 meses después del cual se recolectaron y fueron transportados al laboratorio en bolsas plásticas para su estudio tomando 2 de B. campanulata y 3 de D. aurantiacus; 4 meses donde se recolectaron 3 de B. campanulata y 10 de D. aurantiacus y 5 meses donde se recuperó el resto, 4 de B. campanulata y 4 de D. aurantiacus. Es importante mencionar que 4 de los dispositivos de germinación in situ no se encontraron después del periodo de permanencia en campo (2 dispositivos de germinación in situ de cada especie). Una vez en el laboratorio, los dispositivos se lavaron y se abrieron para cuantificar el porcentaje de germinación, cuantificando desde el estadio 1 (Fig. 2). Se realizó una un análisis de varianza (ANOVA) de tres vía (especies, tiempo de permanencia en campo y sitio) después de corroborar la normalidad de los datos bajo la prueba de Kolmogorov-Smirnov. Se seleccionaron tres protocormos al azar para verificar el establecimiento de la relación simbiótica (constatar la presencia de pelotones), los cuales fueron teñidos con azul de Tripán y se observaron en un microscopio óptico. 3.2. Aislamiento de hongos micorrízicos. De los protocormos recolectados de los dispositivosde germinación in situ se seleccionaron algunos para llevar a cabo el aislamiento de hongos micorrízicos. También se obtuvieron aislados de raíces de plantas adultas de D. aurantiacus, D. 27 cinnabarinus siguiendo el método propuesto por Dixon y Batty (2003). Los protocormos y las raíces se lavaron con agua corriente para retirar el sustrato, después fueron desinfectados con hipoclorito de sodio (NaCl) al 15 % por 5 min y se enjuagaron tres veces con agua destilada estéril. Los pelotones se extrajeron de los protocormos y las raíces realizando un corte transversal y removiéndolos desde la corteza. Los pelotones se colocaron en medio de aislamiento fúngico (MAF) (ver Anexo 2) y se incubaron a 25°C por una semana. Los cultivos puros se obtuvieron desde ápices de hifas que crecieron de los pelotones viables. Estos ápices se cultivaron en un medio de papa-dextrosa-agar 39 g/L (PDA) BIOXON®. Los aislados obtenidos fueron depositados en el banco de germoplasma del Laboratorio de Microcosmos Bioedáfico en el Instituto de Geología de la UNAM. 3.3. Pruebas de germinación simbiótica in vitro. Inicialmente se planteo como única estrategia llevar a cabo la propagación simbiótica de semillas de B. campanulata y D. aurantiacus con aislados efectivos probados anteriormente por Rangel (2004) (Cuadro 2). Debido a que con esto no se logró obtener protocormos, se implementó una segunda propagación para evaluar otros aislados del banco de germoplasma no probados anteriormente con una sola repetición. Una tercera propagación simbiótica in vitro se hizo para evaluar la efectividad de nuevos aislados obtenidos en este trabajo con las semillas de las cápsulas de D. aurantiacus, D. cinnabarinus (con números de colección MCCBGQ46 y MCCBGQ57, respectivamente). 28 Cuadro 2. Claves de los aislados obtenidos de plantas adultas por Rangel (2004) y las especies con las que fueron probadas en ese trabajo. Clave del Cepario Especie origen Aislados probados en: MCCBGHQ0001-3 Bletia campanulata No probado MCCBGHQ0004-9 Bletia urbana No probado MCCBGHQ0010-11 Dichromanthus aurantiacus No probado MCCBGHQ0012 Dichromanthus aurantiacus B. campanulata, B. sp., B. urbana y D. aurantiacus MCCBGHQ0013 Bletia campanulata B. campanulata, B. sp., B. urbana y D. aurantiacus MCCBGHQ0014 Bletia sp. B. campanulata, B. sp., B. urbana y D. aurantiacus MCCBGHQ0015 Bletia urbana B. campanulata, B. sp., B. urbana y D. aurantiacus Para todos los experimentos se siguió la siguiente metodología. Se pesaron las semillas para obtener entre 50 y 300 (Rangel, 2004), éstas fueron colocadas en sobres de papel filtro Whatman® no. 1 y se desinfectaron con hipoclorito de calcio al 7 % y enjuagadas con agua destilada estéril tres veces. Se sembraron para su germinación en cajas Petri con 20 mL de medio asimbiótico Knudson C (KC) (Knudson, 1946) (control positivo) y los tratamientos simbióticos en medio básico de avena (MBA) (ver Anexo 3). La inoculación se realizó el mismo día de la siembra con cubos de agar de aproximadamente 0.5 cc (uno por caja donde todos los aislados fueron diferentes y provenientes del banco de germoplasma, ver Anexo 4). En la segunda propagación se utilizó un aislado para B. campanulata y dos para D. aurantiacus y para la tercera se probaron 12 aislados nuevos para D. aurantiacus y 2 aislados nuevos para D. cinnabarinus. Los experimentos contaron con una repetición en el segundo y con tres en el tercero. Las cajas fueron selladas con egapak e incubadas. Las semillas de B. campanulata fueron incubadas en luz desde su siembra, mientras que las semillas de D. aurantiacus así como las semillas de D. cinnabarinus, permanecieron en oscuridad hasta la aparición del primordio foliar,. El fotoperiodo aplicado a todos los tratamientos fue de 16/8 h (luz/oscuridad) con una iluminación promedio de 880 Lux, 35 % de humedad relativa y temperatura de 25 ± 2 °C. A los 28 días de la siembra se cuantificó el porcentaje de germinación bajo un microscopio estereoscópico 10 X y se cuantificaron los porcentajes de las semillas que alcanzaron los estadios descritos en 29 la introducción (Fig. 2). Se realizó un análisis de varianza (ANOVA) de una vía para la variable de respuesta de germinación de D. aurantiacus y D. cinnabarinus, del tercer experimento donde se corroboró la normalidad de los datos bajo la prueba de Kolmogorov-Smirnov. 4. Resultados. 4.1. Pruebas de germinación simbiótica in situ. Los resultados de la germinación de las semillas en los dispositivos se presentan en la figura 8 y cuadro 3. En la especie B. campanulata sólo se logró cuantificar el número de semillas imbibidas en todos los tiempos, debido a que no se observó en ningunos de los dispositivos ni tiempos de permanencia en campo, una verdadera germinación que implica la formación de un protocormo. Es por esto que los valores en la figura representan porcentaje de imbibición para B. campanulata y de germinación para D. aurantiacus. Cabe señalar que el criterio de germinación en campo para algunos autores es la imbibición con ruptura de testa (Rasmussen y Whigham 1993). Para D. aurantiacus si se logró observar la germinación bajo el criterio utilizado en este trabajo (protocormo con o sin rizoides, estadio 2) (Fig. 2) y se observó que a los tres meses de siembra en el suelo de los dispositivos de germinación in situ así como que los protocormos prosiguieron su desarrollo en un mes más alcanzaron el estadio 4; a los 5 meses se observó que no continuó su desarrollo, e incluso se comenzaron a etiolar por la falta de luz y desecar por el comienzo de la sequía (Fig. 9). En la figura 8 se observa que, a los cuatro meses de siembra en campo se alcanzó el mayor porcentaje de respuesta para ambas especies y para D. aurantiacus se observó que el porcentaje de germinación se mantenía en los sitios 1 y 3 mientras que aumentaba ligeramente en el sitio 2; a los cinco meses se observó una tendencia a la desecación de las semillas de ambas especies (Fig. 8). En general se obtuvo un mayor porcentaje de germinación de D. aurantiacus que de imbibición para B. campanulata en los tres tiempos de incubación. No se encontraron diferencias entre las variables de tiempo de permanencia en campo ni de sitio (F=2.75, p<0.05; g.l. 1). 30 Los dispositivos de germinación in situ de D. aurantiacus fueron colocados en tres sitios diferentes cerca de plantas del género Bletia y de plantas adultas de la misma especie. Para el caso de B. campanulata, no se evaluó el efecto de plantas adultas de diferente género ya que se había observado anteriormente que esta especie no se desarrollaba con aislados provenientes de plantas adultas de diferente género (Rangel, 2004). No se encontraron diferencias atribuibles a la planta hospedera para ambas especies (F=.078, p<0.05; g. l. 2) (Cuadro 3). SITIO R es pu es ta (% ) Es pe ci e D a -40 20 80 140 Tiempo (meses) 3 Es pe ci e B c -40 20 80 140 1 2 3 Tiempo (meses) 4 1 2 3 Tiempo (meses) 5 1 2 3 Figura 8. Porcentaje de imbibición in situ de B. campanulata y porcentaje de germinación de D. aurantiacus durante los meses de permanencia en campo y en los sitios de colocación. 31 I I [ t ¡ [ t I I I [ t ¡ [ t I o o -cp- I I [ t ¡ [ t I I I [ t ¡ [ t I o ~ I I [ t ¡ [ t I I I [ t ¡ [ t I ~ L __________ L __________ L _________ _ Cuadro 3. Porcentaje de germinación de Bletia campanulata y Dichromanthus aurantiacus, en los Dispositivos de germinación in situ durante los diferentes tiempos de permanencia en campo y sitios. Especie Clave de los dispositivos de germinación in situ Planta cercana al dispositivo de germinación in situ. Tiempo de incubación (meses) Sitio Germinación (%) MRV-B024 Bletia
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