Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
1
Habilidad competitiva entre plantas de festuca alta libres e infectadas
con hongo endófito bajo defoliación
Lucas Ricardo Petigrosso
1
, Julieta Martínez Verneri
2
, y Osvaldo Néstor Fernández
3
Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Mar del Plata,
Ruta 226 km 73,5, 7620 Balcarce, Argentina.
Competition between free and infected tall fescue plants
with endophytic fungus under defoliation
Abstract. Given the increased incidence of the endophyte Epichloë coenophiala in tall fescue
pastures and the consequent risk of fescue toxicosis, it is important to understand the role
played by competition between infected (E+) and endophyte-free (E-) plants in interaction
with mechanical harvest, in increasing the frequency of E+ on E-. A competition experiment
with substitution design was conducted in field pots. Four genotypes E+ and E- of tall fescue
were used (removal with fungicide and cloning). The obtained E- and E+ clones were grown
as E+E+ and E-E- monocultures, or 1:1 E+E- mixtures, at a constant density of 8 plants per
pot (2 per genotype) and were combined with two levels of defoliation (without and with
mechanical harvest). Aerial biomass cuts were made every 2 weeks at 3 cm from the ground
level. Fescue-endophyte symbiosis did not result into higher aerial biomass of E+E+
monocultures compared to E-E-, regardless of harvest treatment. On the contrary, in the
treatment without harvest, the E-E- monocultures produced higher aerial biomass than the
E+E+, suggesting a net cost of the symbiotic association. When both phenotypes grew in 1: 1
mixtures E+ plants behaved as dominant, according to the estimated competition and
aggressivity indices. Contrary to expectations, neither the periodic harvest of aerial biomass
nor the provision of growth conditions without resource restrictions, neutralized an apparently
beneficial effect of the symbiosis on E+ plants, growing in a 1:1 mixture with E- plants. The
incidence of infection in E+E- mixtures would tend to increase, at least under favourable
conditions for plant growth, even in absence of herbivores which could be deterred by E+
plants.
Keywords: Schedonorus arundinaceus, Epichloë coenophiala, symbiosis, competition,
relative yield, aggressivity index.
Resumen. Dado el aumento de la incidencia del endófito Epichloë coenophiala en pasturas de
festuca alta y el consecuente riesgo de intoxicación del ganado por festucosis, resulta
importante comprender qué papel juega la competencia entre plantas infectadas (E+) y libres
de endófito (E-), en interacción con la cosecha mecánica, en el aumento de la frecuencia de
E+ sobre E-. Se realizó un experimento de competencia de tipo sustitutivo en macetas a
campo. Se emplearon 4 genotipos de festuca E+ y E- (remoción con fungicida y clonación).
Los clones E- y E+ fueron utilizados en tres niveles de tratamiento: monoculturas E+E+,
monoculturas E-E- y mezclas 1:1 E+E-, a densidad constante de 8 plantas/maceta (2 por
genotipo), combinados con dos niveles de defoliación (sin y con cosecha mecánica). Las
cosechas de biomasa aérea se efectuaron cada 2 semanas a 3 cm del suelo. La simbiosis
festuca-endófito no se tradujo en una mayor biomasa aérea de las monoculturas E+E+
respecto a las E-E-, con independencia del tratamiento de cosecha. Por el contrario, en el
Recibido: 2020-09-28. Aceptado: 2020-11-18
1
Autor para correspondência: lpetigrosso@mdp.edu.ar ; https://orcid.org/0000-0002-5865-3181
2
E-mail: julietamartinezverneri@hotmail.com ; https://orcid.org/0000-0002-5905-763X
3
E-mail: onf4038@gmail.com
Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
2
tratamiento sin cosecha, las monoculturas de plantas E-E- produjeron mayor biomasa aérea
que las E+E+, sugiriendo un costo neto de la asociación simbiótica. Cuando ambos fenotipos
crecieron en mezclas 1:1, las plantas E+ se comportaron como dominantes, de acuerdo con los
índices de competencia estimados. Contrariamente a lo esperado, ni las cosechas periódicas ni
la provisión de condiciones de crecimiento sin restricciones de recursos, neutralizaron los
efectos positivos de la simbiosis sobre plantas E+, creciendo en mezcla 1:1 con plantas E-. La
incidencia de infección en mezclas E+E- tendería a aumentar, al menos en condiciones
favorables para el crecimiento de las plantas y en ausencia de herbívoros que podrían ser
disuadidos por plantas E+.
Palabras clave: Schedonorus arundinaceus, Epichloë coenophiala, simbiosis, competencia,
rendimiento relativo, índice de agresividad.
Introducción
Festuca alta es la gramínea forrajera más importante en pasturas cultivadas de la Región
Pampeana de Argentina debido a sus valiosas características agronómicas (Lattanzi et al.,
2007; Scheneiter et al., 2016). Al igual que otras gramíneas C
3
puede establecer una relación
en general simbiótica con hongos endófitos asexuales de transmisión vertical (Clay y Schardl,
2002; Selosse y Schardl, 2007). El endófito que infecta festuca alta es asintomático y su
dispersión se limita a semillas infectadas (Clay y Schardl, 2002) donde puede permanecer
viable en el banco de semillas del suelo (Petigrosso et al., 2019). La importancia agronómica
de esta asociación está dada por los efectos positivos inducidos por el hongo endófito en su
hospedante, tales como mayor tolerancia a estreses bióticos y abióticos (Bacon, 1993;
Malinowski y Belesky, 2000) y autodefensa frente a herbívoros (Cheplick y Clay, 1988; Chen
et al., 2017). Estos efectos, dependiendo del contexto ambiental, el manejo agronómico y la
combinación de genotipos del endófito y el de su hospedante (Hill et al., 1990; Slaughter et
al., 2019), otorgarían ventajas competitivas a las plantas infectadas (en adelante E+) respecto
a las libres de endófito (en adelante E-), aumentando la frecuencia de las primeras en las
pasturas implantadas y su capacidad competitiva en pastizales templados que invade
(Saikkonen et al., 2002; Moore et al., 2019). Sin embargo, el endófito puede inducir la
síntesis de metabolitos tóxicos (i.e. ergoalcaloides) para el ganado en pastoreo, originando
importantes pérdidas en la producción por intoxicación con festuca infectada o festucosis
(Hoveland, 1993; Young et al., 2013).
Dado el aumento de la incidencia del endófito en pasturas y pastizales de festuca alta y el
consecuente riesgo de intoxicación de ganado por festucosis (Elizalde y Riffel, 2015;
Petigrosso et al., 2013), resulta importante poder responder las siguientes preguntas: ¿cómo
afecta la simbiosis festuca-endófito la habilidad competitiva de plantas E+ sobre las E-? y,
¿puede una defoliación modificar el balance competitivo entre ambas? Los métodos más
utilizados para estudiar la competencia interespecífica e intraespecífica en una mezcla deben
considerar la densidad, la disposición espacial y proporción de cada especie (Park et al.,
2003). Los efectos de estas variables que influyen en la persistencia de las especies en
competencia, pueden evaluarse y analizarse mediante experimentos de reemplazo o
sustitución (de Wit, 1960; Weigelt y Jolliffe, 2003).
El objetivo de este trabajo fue evaluar la habilidad competitiva entre plantas de festuca alta
libres e infectadas con hongo endófito bajo cosecha mecánica. Para ello, se analizó la biomasa
aérea en monocultivos y en mezclas 1:1 en plantas de festuca genéticamente idénticas E+ y E-
, bajo dos regímenes de cosecha mecánica y se determinó el rendimiento relativo total de las
mezclas y la agresividad de plantas E+ sobre E-. Esta información es imprescindible para
comprender por qué puede aumentar la incidencia del endófito en pasturas con baja frecuencia
inicial de plantas infectadas, y qué papel puede jugar la competencia E+ x E- en interacción
con la realización de cosechas mecánicas.
Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
3
Materiales y Métodos
Lugar y conducción del experimento
Se realizó un experimento de competencia de tipo sustitutivo (Harper, 1977) en macetas de 4
L a campo en la Unidad Integrada Balcarce (Facultad de Ciencias Agrarias UNMdP -
Estación Experimental Agropecuaria INTA Balcarce, ubicada a 37°45'47,94"S,
58°17'38,82"W, 130 m s.n.m.). Se emplearon cuatro genotipos (= plantas madres) de festuca
alta, Schedonorus arundinaceus (Schreb.) Dumort [sinónimos: Festuca arundinacea Schreb.,
Lolium arundinaceum (Schreb.) S.J. Darbyshire, Schedonorus phoenix (Scop.) Holub], 100 %
infectados con hongo endófito Epichloë coenophiala (Morgan-Jones & W. Gams) C.W.
Bacon & Schardl = Neotyphodium coenophialum (Morgan-Jones & W. Gams) Glenn, C.W.
Bacon & Hanlin (Leuchtmann et al., 2014), obtenidos de una pastura ubicada en un
establecimiento ganadero de Balcarce (Buenos Aires, Argentina).
Las plantas de cada uno de los cuatro genotipos fueron multiplicadas vegetativamente.
Se seleccionaron por uniformidad 9 macollos de cada genotipo, los cuales no diferían
(p<0.05) entre ellos según el diámetro de pseudotallo medido con calibre (promedio de 3
mediciones por eje) a 5 cm del cuello de la planta (media general ± error estándar, 3.81 ±
0.103 mm; n=36). Cada clon fue cultivado en una maceta individual de 200 cm
3
colocada
sobre bandejas plásticas, empleando un sustrato homogéneo (volúmenes iguales de arena de
río y vermiculita sobre una capa de perlite de 1 cm de espesor ubicada en el fondo de la
maceta para facilitar el drenaje). Las macetas fueron regadas inicialmente con solución
nutritiva (Hoagland - Arnon) hasta capacidad de campo y luego sub-irrigadas con agua
deionizada. Las mismas se dispusieron al azar en el invernáculo y periódicamente se
cambiaron de posición a fin de compensar la falta de uniformidad microambiental. Se las
cultivó hasta que cada clon presentaba al menos 3 macollos con hojas desplegadas. Los clones
de cada genotipo fueron tratados con un fungicida sistémico a base del principio activo
azoxistrobina (metil (E)-2-{2-[6-(2-cianofenoxi) pirimidin-4-iloxi]fenil}-3-metoxiacrilato)
formulado al 25 % en suspensión concentrada, empleando una solución acuosa al 2
0
/
00
i.a. El
fungicida se aplicó con una pipeta de 50 ml (Eppendorf Easypet® 3) en la base de la planta,
asegurando que el fungicida llegue a las vainas de las hojas de todos los macollos (tejido
donde se encuentra principalmente el endófito, White et al., 1993). Para corroborar la eficacia
del fungicida, se realizó el diagnóstico microscópico de la presencia o ausencia del hongo en
los macollos según la técnica de Belanger (1996).
Los clones E- y E+ obtenidos fueron utilizados en tres niveles de tratamiento: monoculturas
E+E+, monoculturas E-E- y mezclas 1:1 E+E-, a densidad constante de 8 plantas por maceta
(2 por cada genotipo) y se combinaron con dos niveles de defoliación (sin y con cosecha
mecánica). Previamente, dos macollos de cada genotipo y cada nivel de infección fueron
secados y pesados para conocer la biomasa inicial al comenzar el experimento. El peso de los
macollos de cada genotipo, con y sin infección, fue similar entre ellos, con una media general
( ± error estándar) de 393.3 ± 3.98 mg y 295.9 ± 2.96 mg para la parte aérea y raíz,
respectivamente. Las plantas fueron cultivadas al aire libre en macetas plásticas de 17 cm de
diámetro por 17 cm de profundidad, conteniendo 3 L de suelo tamizado proveniente del
horizonte superficial (0-15 cm) de un Argiudol típico (17.1 ppm de P Bray I, 6.1 % MO y
17.4 ppm N-NO
3
-
). Las macetas fueron fertilizadas al comienzo del experimento con fosfato
diamónico (dosis equivalente a 250 kg/ha) y enterradas para mantener la temperatura de las
raíces en equilibrio con la del suelo. Las cosechas (4) de biomasa aérea se efectuaron cada 2
semanas a 3 cm del nivel del suelo. Durante el experimento, el suelo se mantuvo sin
limitaciones ni excesos de agua, para lo cual debajo de las macetas se dispuso una cama de
grava de aproximadamente 20 cm para facilitar el drenaje.
Determinaciones
Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
4
Biomasa aérea acumulada por maceta y planta
Se determinó la biomasa aérea acumulada durante 8 semanas, por maceta y por planta,
mediante la adición de las 4 cosechas de los tratamientos con cosechas, o mediante un corte a
5 cm desde el nivel del suelo al final del período experimental, en los tratamientos sin
cosecha. La biomasa cosechada se secó en estufa de aire forzado a 60°C hasta peso constante
y se pesó. Luego de la última cosecha, las plantas se cultivaron hasta llegar a estado
reproductivo.
Número de panojas por planta
Al finalizar el período experimental (1640 °Cd acumulados, temperatura base de festuca alta 4
°C; Agnusdei y Mazzanti, 2001) se determinó el número de panojas en cada planta,
incluyendo en el recuento las inflorescencias parcialmente emergidas y las que presentaban
aristas visibles por encima de la lígula de la última hoja expandida.
Cálculos e interpretación de índices de competencia
Rendimiento relativo (RR)
A partir de los datos de biomasa aérea acumulada, se analizó la competencia por el uso de los
recursos entre las plantas de igual o diferente nivel de infección (intra- e inter-nivel) E+ y E-.
Para ello, se calcularon los rendimientos relativos (de Wit, 1960) de cada tipo como:
RR
E+
= R
E+ E-
/ R
E+ E+
RR
E-
= R
E- E+
/ R
E- E-
Siendo R
E+E-
y R
E-E+
los rendimientos medios por planta E+ y E- en las mezclas 1:1 (en este
estudio, 4 plantas E+ y 4 plantas E-) respectivamente, y R
E+E+
y R
E-E-
el rendimiento de
plantas E+ y E- creciendo en los respectivos monocultivos. Si el valor de RR es 1 se deduce
que: a) no existen recursos limitantes y, por ende, no hay competencia, o b) que ambos tipos
de planta capturan y emplean esos recursos con igual ritmo y eficiencia y, por lo tanto, son
sustituibles. Si RR de un tipo de planta es > o < que 1, esas plantas son dominantes o
subordinadas como consecuencia de las relaciones de competencia, intra- e inter-fenotipos
respectivamente.
Tasa Relativa de Reemplazo (RRR)
Este índice, calculado como cociente RR
E+
/ RR
E-
, es un indicador de desplazamiento
competitivo o coexistencia entre genotipos, introducido por de Wit y van den Bergh (1965)
para su aplicación al mejoramiento genético tradicional de cereales, calculado con base en el
rendimiento reproductivo medio por planta en mezclas. En este trabajo se estimó, como proxi
de tasa relativa de reemplazo para cada nivel de cosecha, el cociente RR
E+
/ RR
E-
en biomasa
aérea (RRR
BA
).
Rendimiento Relativo Total (RRT)
De acuerdo con el balance entre relaciones de competencia intra- e inter-fenotipos E+ y E-, la
producción de biomasa de mezclas de ambos puede ser igual, menor o superior a la del
monocultivo más productivo (respuesta compensatoria, sub- o sobre-compensatoria,
respectivamente; Harper, 1977; Fasoula y Fasoula 1997). A partir de la biomasa aérea de las
plantas de cada nivel de infección en cada maceta, y considerando su número (4 en mezcla u 8
en monocultivo) y su proporción (0.5 o 1, respectivamente), se calculó para cada unidad
experimental el Rendimiento Relativo Total de acuerdo a la expresión general RRTij =
pRRij+ qRRji (de Wit, 1960) donde i y j son los fenotipos, genotipos o especies en
competencia (en este estudio E+ y E-), RR los rendimientos relativos en biomasa aérea de
cada tipo en mezcla respecto a su biomasa aérea en cultivo puro, y p y q las proporciones en
cada condición de cultivo (en este estudio, p = q = 0.5).
Para cada maceta se calculó el RRT como:
RRT = 0,5 (RR
E+
+ RR
E-
)
En caso de no existir competencia o que la habilidad competitiva de ambos fenotipos sea
equivalente, el RRT no difiere estadísticamente de 1. Si el RRT resulta inferior o superior a la
Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
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unidad, se interpreta como evidencia de sub-compensación (asociado a fenómenos de
asimetría competitiva; Weiner y Freckleton 2010) o de sobre-compensación o
complementariedad en el uso de recursos por aumento de la eficiencia en la captura y uso de
recursos limitantes (Fasoula y Fasoula 1997).
Índice de Agresividad (A)
A fin de analizar posibles efectos de la relación endófito-festuca sobre la jerarquía
competitiva de plantas E+ y E-, a partir de los cálculos de RR basados en la producción de
biomasa aérea de cada fenotipo en cada unidad experimental, se calculó el índice de
agresividad A propuesto por McGilchrist y Trenbath (1971), para plantas E+ sobre plantas E-
en mezclas 1:1, como:
A
E+,E-
= RR
E+
– RR
E-
De acuerdo a esta ecuación, en caso que ambos tipos de plantas sean igualmente competitivas
RR
E+
es igual a RR
E-
y A = 0. Si A es positivo o negativo, se inferirá que E+ es el tipo de
planta dominante o la subordinada en las mezclas, respectivamente.
Diseño experimental y análisis estadísticos
Las macetas se ubicaron según un diseño factorial completamente aleatorizado (DCA) con 3
repeticiones para cada combinación de tratamiento (6) resultante de dos factores
experimentales: tipo de mezcla (3 niveles: monoculturas E+E+, monoculturas E-E- y mezclas
1:1 E+E-) y nivel de cosecha (2 niveles: con y sin cosecha). Además, en el análisis de las
variables respuestas a nivel de planta, se incluyó el nivel de infección endofítica (E+ y E-).
Los efectos de los factores experimentales y su posible interacción sobre las variables
respuesta consideradas se analizaron mediante ANOVA de dos o tres vías. Las medias se
compararon con la prueba de la Mínima Diferencia Significativa (MDS) y se consideró
significativa toda diferencia con un valor de probabilidad p<0.05. Los supuestos de
normalidad y homogeneidad de varianza fueron verificados. La variable respuesta número de
panojas fue transformada mediante Ln para cumplir con los supuestos de normalidad y
homogeneidad de varianzas. Todos los análisis se realizaron empleando el software
estadístico R (R Development Core Team, 2018).
Resultados
Biomasa aérea por maceta y por planta
No se halló interacción significativa entre el tipo de mezcla y el nivel de cosecha para la
biomasa aérea por maceta (F
2,12
=1.0; P=0.3956), pero sí efectos principales de cada factor.
Para ambos niveles de cosecha, la mezcla E+E- produjo mayor biomasa que la monocultura
E-E- y ésta que la monocultura E+E+ (F
1,12
=298.3; P<0.0001; 6.17 ± 0.42 > 5.53 ± 0.36 >
5.03 ± 0.39 g MS). La biomasa acumulada por maceta para los monocultivos y las mezclas
fue mayor (en promedio 19.6 %) con que sin cosecha (F
1,12
=89.4; P=0.0012; 6.19 ± 0.55 >
4.97 ± 0.49 g MS).
La biomasa aérea por planta presentó interacción triple entre el tipo de mezcla, nivel de
cosecha y nivel de infección (F
1,16
=35.7; P<0.0001), por lo cual se ajustaron modelos
estadísticos para cada nivel de cosecha por separado. En tratamientos sin cosecha se observó
interacción significativa entre el tipo de mezcla por el nivel de infección (F
1,8
=51.9;
P<0.0001). Así, mientras que, en cultivos puros, las plantas E- produjeron mayor biomasa
aérea que las E+, en las mezclas no se encontraron diferencias entre nivel de infección (Tabla
1). Las plantas E+, en la mezcla E+E-, tuvieron mayor biomasa promedio que en monocultivo
(0.743 ± 0.001 > 0.551 ± 0.011 g MS/planta) mientras que las E- no difirieron en su biomasa
media en monocultivo (0.624 ± 0.034 g MS/planta) y en mezcla (0.637 ± 0.020 g MS/planta).
En el tratamiento con cosecha, la defoliación recurrente anuló la interacción observada en los
testigos sin cosecha entre el tipo de mezcla y el nivel de infección (F
1,8
=1.9; P=0.2051) y esta
Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
6
variable presentó respuesta significativa a cada uno de esos factores. Con cosecha, las plantas
E- produjeron, en promedio de los dos niveles de mezcla, mayor biomasa que las E+
(F
1,8
=87.6; P<0.0001; E- = 0.830 ± 0.033 g MS/planta; E+ = 0.757 ± 0.047 g MS/planta) y en
promedio de ambos niveles de infección, mayor producción media de biomasa por planta en
las mezclas que en los monocultivos (F
1,8
=30.7; P=0.0005; mezclas = 0.855 ± 0.030 g
MS/planta; monocultivos = 0.733 ± 0.021 g MS/planta).
Tabla 1. Biomasa aérea acumulada por planta (media ± error estándar) durante el período
experimental con o sin cosechas mecánicas periódicas. Referencias: E+, plantas infectadas
creciendo en cultivos puros (E+E+) o en mezclas 1:1 con plantas libres de endófito (E+E-); E-
, plantas libres de endófito creciendo en cultivos puros (E-E-) o en mezclas 1:1 con plantas
infectadas (E-E+). Letras diferentes (minúsculas o mayúsculas en tratamientos con o sin
cosecha mecanicas, respectivamente) indican diferencias significativas (P<0.05).
NIVEL DE COSECHA
TIPO DE MEZCLA
CON COSECHA
SIN COSECHA
E+E+
0,706 ± 0,022 c
0,554 ± 0,040 B
E+E-
0,810 ± 0,022 ab
0,741 ± 0,058 A
E-E-
0,760 ± 0,036 bc
0,621 ± 0,018 AB
E-E+
0,910 ± 0,044 a
0,650 ± 0,063 AB
Número de panojas por planta
El número de panojas por planta presentó interacción triple entre el tipo de mezcla, nivel de
corte y de infección (F
1,16
=4.3; P=0.0434) (Tabla 2), por lo cual se ajustaron modelos de
análisis de la varianza para cada régimen de cosecha por separado. En los tratamientos con
cosecha, no se registró interacción entre el tipo de mezcla y el nivel de infección (F
1,8
=0.2;
P=0.6665), pero sí efectos principales de cada factor. Así, el número de panojas fue mayor en
plantas E- (F
1,8
=16.2; P=0.0038) y en los monocultivos (F
1,8
=9.8; P=0.0140). Por el contrario,
en los tratamientos sin cosecha dicha interacción fue significativa (F
1,8
=6.7; P=0.0319). Así,
el número de panojas por planta E- no difirió entre monocultivo y mezcla, pero sí respecto a
las plantas E+. En estas últimas, el número de panojas por planta, fue mayor en mezcla que en
monocultivo (Tabla 2).
Tabla 2. Número de panojas (media ± error estándar) por planta en cultivos puros (E+E+ y E-
E-) y en mezclas 1:1 de plantas de festuca alta infectadas (E+) y libres de endófito (E-) con y
sin cosechas. Letras (mayúsculas en tratamiento control o minúsculas en tratamiento de
cosechas) diferentes, indican diferencias significativas (P<0.05).
NIVEL DE COSECHA
TIPO DE MEZCLA
CON COSECHA
SIN COSECHA
E+E+
0,125 ± 0,037 b
0,542 ± 0,021 B
E+E-
0,333 ± 0,021 a
0,833 ± 0,056 A
E-E-
0,000 ± 0,000 c
0,833 ± 0,012 A
E-E+
0,167 ± 0,085 ab
0,750 ± 0,073 AB
Índices de competencia
El índice RR en biomasa aérea por planta presentó interacción significativa entre los niveles
de cosecha y de infección (F
3,16
=5.3; P=0.0097). En los testigos sin cosecha, las plantas E+
presentaron mayor RR en mezcla que las E- (F
1,8
=7.8; P=0.023; Figura 1) y en esta condición
el RRT
BA
fue 20 % superior a 1 (1.205 ± 0.039). Esto último se vincula al hecho de que el
mayor RR de las plantas E+ en mezcla con las E- no estuvo asociada a una menor producción
Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
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de estas últimas en las mezclas respecto a sus monocultivos ya que RR
E
- no fue inferior a 1
(Figura 2). La defoliación anuló la diferencia de RR entre plantas E+ y E- (F
1,8
=0.326;
P=0.583; Figura 1) y el RR no difirió de 1 para ambos niveles de infección. La superioridad
de E+ en mezclas sin defoliación se tradujo en un valor de RRR
E+E-
significativamente mayor
a 1 (1.33 ± 0.1002; Figura 3). En macetas con cosechas, el rendimiento relativo total de las
mezclas en biomasa aérea, RRT
BA,
no difirió entre niveles de infección ni de la unidad
(RRT
BA
= 1; Figura 2).
La agresividad de plantas E+ sobre las E-, A
E+,E-
, en términos de biomasa aérea acumulada
por maceta (A
BA
), fue significativamente superior a 0 en macetas sin cosecha (0.324 ± 0.0343;
F
2,6
=3.5; P=0.0272). Esta respuesta fue anulada en el tratamiento con cosechas donde, si bien
A
E+,E-
de E+ sobre E- fue negativa, su valor no difirió de 0 (-0.032 ± 0.045; F
2,6
=0.4;
P=0.9326). Por otro lado, cuando este índice se calculó en base al número de panojas (A
PAN
)
el valor de A
E+,E-
en macetas sin cosecha fue también positivo (0.614 ± 0.118; F
2,6
= 14.4; P=
0.0022) mientras que en tratamiento con cosechas fue significativamente inferior a 0 (-0.444 ±
0.226; F
2,6
=23.3; P=0.0045).
Figura 1. Rendimiento relativo (RR) de biomasa aérea media por planta y tasa relativa de
reemplazo en biomasa aérea (RRR
BA
) de plantas de festuca alta infectadas (E+) sobre plantas
libres de endófitos (E-) creciendo en mezclas 1:1, con (barras llenas) o sin cosechas
mecánicas (barras vacías). Los segmentos indican ± error estándar. Medias con letras
diferentes en RR (mayúsculas en tratamiento sin cosechas, o minúsculas en tratamiento con
cosechas), indican diferencias significativas (P<0.05).
Figura 2. Rendimiento relativo en biomasa aérea acumulada por maceta (RR
BA
/mac) en
tratamientos con (barras llenas) y sin (barras vacías) cosecha periódica de plantas de festuca
alta infectadas (E+) y libres de endófito (E-). Los segmentos indican ± error estándar. Medias
con letras diferentes en RR (minúsculas) o RRT (mayúsculas), indican diferencias
Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
8
significativas (P<0.05). La linea punteada indica el nivel 1, correspondiente a la hipótesis de
no competencia o de equivalencia competitiva.
Discusión
En festuca alta, algunos autores han destacado el papel de la simbiosis como promotora de
tolerancia a estreses físicos originados por deficiencias de agua y nutrientes, así como la
tolerancia o escape de depredadores mediada por metabolitos tóxicos (Arachevaleta et al.,
1989; Lyons et al., 1990). Estas observaciones, basadas en atributos de tolerancia, indujeron
la formulación de hipótesis sobre la capacidad invasora y de naturalización de festuca alta, así
como a la resistencia o susceptibilidad a la invasión de comunidades dominadas por festuca
infectada (Richardson y Pysek, 2006). Estos atributos propiciarían una mayor supervivencia
de los biotipos infectados en períodos de restricciones severas, complementarias a efectos
positivos de la simbiosis sobre la defensa anti-herbivoría, alta tasa de crecimiento aéreo y
producción de semillas.
Bajo las condiciones del presente experimento, es decir favorables para el crecimiento de las
plantas, la simbiosis festuca-endófito no se tradujo en una mayor producción de biomasa
aérea de las monoculturas E+E+ respecto a las E-E-, con independencia del tratamiento de
cosecha. Por el contrario, en el tratamiento sin cosecha, las monoculturas de plantas E-E-
produjeron mayor biomasa aérea que las E+E+, sugiriendo un costo neto de la asociación
simbiótica. Sin embargo, cuando ambos fenotipos crecieron en mezclas 1:1, las plantas E+ se
comportaron como dominantes, de acuerdo con los índices de competencia estimados (RRT
BA
y A
BA
de plantas E+ sobre las E-) aunque sin afectar a la biomasa aérea de las E-. Esto último
puede explicar que la producción de biomasa aérea de las mezclas en ambos tratamientos de
cosecha haya superado a la de los monocultivos, tal como lo indicaron los valores de
rendimiento relativo total (RRT) de esas mezclas. Asumiendo la competencia por algún
recurso esencial limitante entre plantas E+ y E-, un RRT superior a 1 se ha interpretado como
evidencia de una mayor eficiencia de captura y uso de ese factor, una sobre-compensación a
una eventual merma provocada en el componente subordinado por el dominante y un
mecanismo estabilizante de la productividad a escala poblacional (Allard y Bradshaw, 1964;
Fasoula y Fasoula, 1997). Si bien estos conceptos fueron aplicados originalmente a mezclas
de genotipos en una población monoespecífica y luego extendido a mezclas de especies en
policulturas, los valores de RRT registrados en este trabajo en mezclas de plantas E+ y E-
ponen en evidencia la diferenciación en la captura y en el uso de recursos.
El mayor número de panojas en plantas E+ concuerda con lo observado por varios autores.
Rice et al. (1990) al comparar los mismos genotipos con y sin infección y Moore et al. (2019)
en experimentos de largo plazo a campo concluyen que la infección endofítica favorece la
reproducción de festuca y puede incrementar la frecuencia de infección en sus poblaciones, o
su capacidad invasiva en pastizales nativos degradados, dificultando la restauración de los
mismos.
La superioridad competitiva de plantas de festuca E+ creciendo en ambientes productivos fue
reportado también en estudios de campo (Saikkhonen et al., 2016; Moore et al., 2019), tanto
en términos de producción de biomasa aérea como de inflorescencias. Sin embargo, en
poblaciones nativas de Festuca arizonica en pastizales de EEUU, donde la asociación con
endófito presentó un costo neto para el hospedante, resultando en una interacción de
parasitismo (Faeth y Sullivan, 2003).
Faeth et al. (2010) observaron en poblaciones de un pasto nativo en EEUU, que la ventaja
adaptativa conferida por la simbiosis con Neotypodium se vinculó con una mayor tolerancia a
estrés por bajas temperaturas y sequías en etapas juveniles de plantas originadas de semillas
infectadas. Aunque, el crecimiento y la reproducción se asoció en forma negativa con la
concentración de alcaloides, reduciendo la habilidad competitiva de los biotipos infectados
Habilidad competitiva de festuca alta con endófito
9
(Faeth et al., 2004). No obstante, aún en poblaciones nativas persisten ambos fenotipos, lo
cual sugiere que una superioridad en crecimiento y/o reproducción en condiciones de alta
productividad no necesariamente otorga ventajas en términos de supervivencia a las plantas
E+.
En síntesis, los efectos positivos atribuibles a la simbiosis endófito-gramínea se tradujeron no
solo en la dominancia de plantas E+ sobre las E-, sino además en un aumento en la biomasa
aérea de las mezclas respecto a los monocultivos, evidenciando complementariedad y
aumento de eficiencia en la captura y uso de recursos. La mayor agresividad de plantas E+ se
tradujo en menores rendimientos de los cultivos puros E+ que de los de plantas E-. La mayor
producción de biomasa aérea de plantas E+ en las mezclas se asoció con en mayor número de
panojas por planta al final del período experimental. Los resultados del presente experimento
sugieren que la incidencia de infección en mezclas E+E- tendería a aumentar, al menos en
condiciones favorables para el crecimiento de las plantas y en ausencia de herbívoros que
podrían ser disuadidos por plantas E+. En otras palabras, la simbiosis generaría ventajas
competitivas solo en presencia de estreses físicos y bióticos. No obstante, cabe advertir que el
aumento de incidencia del endófito en pasturas y pastizales puede involucrar diferencias en
aspectos de dinámica poblacional no consideradas en el presente estudio, tales como la
producción y dispersión de semillas, el establecimiento y supervivencia de festuca bajo
pastoreo.
Conclusiones
En ausencia de cosechas periódicas, las plantas de festuca alta E+ presentaron menor
crecimiento en cultivos puros respecto a las E-, indicando un posible costo neto de la
asociación endófito-festuca. En esta misma condición, las plantas E+ creciendo en mezcla con
E-, presentaron mayor habilidad competitiva, aun cuando las plantas E- fueron más
productivas en cultivos puros. Estos resultados sugieren que la incidencia de infección en
mezclas E+E- tendería a aumentar, al menos en condiciones favorables para el crecimiento de
las plantas y en ausencia de cosechas periódicas.
Conflicto de interés: Los autores declaran no tener ningún conflicto de interés.
Reconocimientos
Agradecemos a la Ing. Agr. Mabel N. Colabelli (DEA) por su colaboración en el análisis
microscópico del hongo endófito en las semillas de festuca alta utilizadas. Este trabajo fue
financiado por la Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Mar del Plata.
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