Establishment of Mimosa biuncifera (Fabaceae) inoculated with arbuscular mycorrhizal fungi in greenhouse and field drought conditions / Establecimiento de Mimosa biuncifera (Fabaceae) inoculada con hongos micorrízicos arbusculares en invernadero y campo, en condiciones de sequía

AbstractMexico is dominated by arid or semi-arid ecosystems, predominantly characterized as xeric shrublands. These areas are frequently deteriorated due to agriculture or over-grazing by livestock (sheep and goats). The vegetation type mainly consists of thorny plant species, and among these, the dominant one in overgrazed areas is catclaw (Mimosa biuncifera). This is a nurse plant that facilitates establishment of other vegetation and promotes plant succession. Catclaw plants form a mutualistic association with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), which improves uptake of nutrients and water. The objective of this study was to determine the effect of inoculating catclaw plants with native AMF and starting their growth under a low water availability treatment in a greenhouse, and later transplanting them to field conditions of drought and deterioration. Field plants were evaluated according to their survivorship and growth. The seeds of catclaw plants and soil with AMF spores were collected in the Mezquital Valley of Hidalgo State, in Central Mexico. Seedlings were grown in individual pots in a greenhouse. The experimental design consisted of two levels of pot irrigation, wet (W) and dry (D), as well as the presence (M+) or absence (M-) of AMF inoculum, with 20 replicates for each treatment. The following plant parameters were recorded every week: height, number of leaves and pinnae, and mean diameter of coverage. After 20 weeks in the greenhouse, determination was made of fresh and dry biomass, relative growth rate (RGR), root/shoot ratio, real evapotranspiration (RET), water-use efficiency (WUE), and percentage of mycorrhizal colonization. The remaining plants growing under the dry treatment (M+ and M-) were then transplanted to a semi-arid locality in the Mezquital Valley. During one year, monthly records were kept of their height, number of leaves, mean diameter of coverage and survival. Results showed that compared to greenhouse plants under other treatments, those under the wet mycorrhizal (WM+) treatment were taller, had more pinnae, and were characterized by greater coverage, faster RGR, and greater fresh and dry biomass. Moreover, inoculated plants (WM+ and DM+) showed higher WUE than those uninoculated (WM- and DM-, respectively). After one year in field conditions, there was a higher survival rate for previously inoculated versus uninoculated plants. Hence, mycorrhization of M. biuncifera with native AMF inoculum increased plant efficiency in biomass production, thus favoring establishment and survival in field conditions. We concluded that inoculation of catclaw plants is recommendable for revegetation programs in deteriorated semi-arid zones. Rev. Biol. Trop. 64 (2): 791-803. Epub 2016 June 01.

ResumenMás de la mitad del territorio mexicano está dominado por ecosistemas áridos y semiáridos. El principal tipo de vegetación de estos ambientes son matorrales xerófilos y normalmente están deteriorados por agricultura y sobrepastoreo de ovejas y cabras inducido por la actividad humana. Las plantas espinosas dominan en estas zonas, como el gatuño (Mimosa biuncifera Benth., Fabaceae), que es una planta nodriza que promueve la sucesión vegetal. Las plantas de gatuño forman junto con hongos micorrizógenos arbusculares (HMA), una asociación mutualista llamada micorriza arbuscular que mejora la captación vegetal de nutrimentos y agua. El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de la inoculación con HMA nativos en plantas de gatuño, para evaluar su crecimiento y establecimiento bajo un tratamiento de baja disponibilidad hídrica, tanto en condiciones de invernadero como de campo. Para esto, se recolectaron semillas de Mimosa biuncifera y suelo con esporas de HMA en el Valle del Mezquital, estado de Hidalgo, en el Centro de México. Las plántulas fueron cultivadas en macetas individuales en condiciones de invernadero bajo un diseño experimental que consistió en dos tratamientos de riego de las macetas, húmedo (W) y seco (D), y dos tratamientos de inoculación: con y sin inóculo de HMA (M+, M-). Cada tratamiento tuvo 20 repeticiones. Semanalmente se registró altura, diámetro medio de la cobertura y número de hojas y pinnas de las plantas. Después de 20 semanas, se determinaron biomasa húmeda y seca, tasa relativa de crecimiento (TRC), proporción raíz vástago, evapotranspiración real, eficiencia en el uso del agua (WUE) y porcentaje de colonización micorrícica. Posteriormente, los individuos del tratamiento seco (M+ y M-) fueron trasplantados a una localidad semiárida en el Valle del Mezquital, donde la altura, número de hojas y supervivencia fueron registrados mensualmente durante un año. Los resultados muestran que las plantas en el tratamiento húmedo y micorrizado (WM+) tuvieron una mayor altura, cobertura vegetal, biomasa húmeda y seca, TRC y más pinnas que las plantas de los otros tratamientos; también los tratamientos micorrizados (WM+ y DM+) tuvieron mayor WUE que la plantas sin inóculo (M-). En condiciones de campo, después de un año, la supervivencia de las plantas M+ fue mayor que en los testigos. Se concluyó que la micorrización de M. biuncifera con inóculo nativo incrementa su eficiencia en la producción de biomasa y favorece el establecimiento y supervivencia en condiciones de campo. Finalmente, se recomienda la inoculación de plantas de gatuño con HMA en programas de revegetación de zonas semiáridas deterioradas.

Propagules of arbuscular mycorrhizal fungi in a secondary dry forest of Oaxaca, Mexico

Plant cover loss due to changes in land use promotes a decrease in spore diversity of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), viable mycelium and, therefore, in AMF colonization, this has an influence in community diversity and, as a consequence, in its recovery. To evaluate different AMF propagules, nine plots in a tropical dry forest with secondary vegetation were selected: 0, 1, 7, 10, 14, 18, 22, 25, and 27 years after abandonment in Nizanda, Oaxaca, Mexico. The secondary vegetation with different stages of development is a consequence of slash and burn agriculture, and posterior abandonment. Soil samples (six per plot) were collected and percentage of AMF field colonization, extrarradical mycelium, viable spore density, infectivity and most probable number (MPN) ofAMF propagules were quantified through a bioassay. Means for field colonization ranged between 40% and 70%, mean of total mycelium length was 15.7 +/- 1.88 mg(-1) dry soil, with significant differences between plots; however, more than 40% of extracted mycelium was not viable, between 60 and 456 spores in 100 g of dry soil were recorded, but more than 64% showed some kind of damage. Infectivity values fluctuated between 20% and 50%, while MPN showed a mean value of 85.42 +/- 44.17 propagules (100 g dry soil). We conclude that secondary communities generated by elimination of vegetation with agricultural purposes in a dry forest in Nizanda do not show elimination of propagules, probably as a consequence of the low input agriculture practices in this area, which may encourage natural regeneration.

La vegetación secundaria con diferentes grados de desarrollo es consecuencia de prácticas agrícolas de rozatumba- quema y su posterior abandono. La remoción de la vegetación por cambios de uso de suelo promueve una disminución en la diversidad de esporas, micelio viable y por lo tanto de la colonización de los hongos micorrizógenos arbusculares (HMA), lo cual repercute en la diversidad de la comunidad y como consecuencia en su regeneración. Para evaluar los propágulos de HMA se seleccionaron nueve parcelas con vegetación secundaria con diferentes edades de abandono: 0, 1, 7, 10, 14, 18, 22, 25, 27 años, en la región de Nizanda, Oaxaca, México. Se recolectaron muestras de suelo (seis por parcela) y se cuantificó la colonización de campo, el micelio extrarradical, la densidad de esporas viables, así como la infectividad y el número más probable de propágulos infectivos (NMP). Los promedios de la colonización de campo fueron de 40 a 70 %, el promedio de la longitud de micelio total alcanzó 15.7 ± 1.88 mg-1 suelo seco con diferencias significativas entre parcelas, pero más del 40 % del micelio extraído no fue viable. Se encontraron entre 60 y 456 esporas en 100 g de suelo pero más del 64 % presentaron algún tipo de daño. Los valores de infectividad se encontraron entre 20 % y 50 %, mientras que el NMP presentó un promedio de 85.42 ±44.17 (100 g de suelo seco). Concluimos que las comunidades secundarias generadas por la eliminación de la vegetación con fines agrícolas en la selva baja caducifolia en Nizanda o presentan eliminación de propágulos, probablemente por el bajo impacto de la agricultura, lo cual indica que la regeneración natural es posible.