Cultivos Tropicales Vol. 44, No. 4, octubre-diciembre, 2023, ISSN: 1819-4087
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Artículo original

Respuesta de la especie Stevia rebaudiana Bertoni a la inoculación con cepas de hongos micorrízicos arbusculares

 

iDYadira Almaguer-Ricardo*✉:yalmaguer@inca.edu.cu

iDYonaisy Mujica-Pérez

iDElein Terry-Alfonso


Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km 3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700

 

*Autor para correspondencia: yalmaguer@inca.edu.cu

RESUMEN

La Stevia rebaudiana Bertoni es una especie perenne de alto valor comercial por sus propiedades medicinales. Con el objetivo de determinar el efecto de la inoculación de cepas eficientes de hongos micorrízicos arbusculares (HMA) en esquejes de estevia, se desarrolló esta investigación en condiciones semicontroladas en el Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas. Se utilizaron esquejes libres de enfermedades, con una longitud de 10 cm y con cinco pares de hojas por cada uno. En el experimento 1 se estudiaron tres cepas de HMA: Rhizoglomus irregulare, Funneliformis mosseae y Glomus cubense, además de un control sin inoculación. Para el segundo experimento se empleó la cepa de mejor comportamiento del ensayo anterior, además de dos combinaciones de sustrato (suelo + abono orgánico). Los tratamientos se distribuyeron en un diseño completamente aleatorizado con tres repeticiones y 20 plantas por cada uno. Las evaluaciones se realizaron al finalizar la etapa de vivero del cultivo y se analizaron variables relacionadas con el funcionamiento fúngico y con el crecimiento y desarrollo de las plantas. Los resultados demostraron la efectividad de la inoculación de los HMA en las variables relacionadas con el crecimiento y desarrollo de los esquejes de estevia a los 40 días después de su plantación. La cepa Rhizoglomus irregulare mostró un mejor comportamiento en las condiciones experimentales evaluadas.

Palabras clave: 
micorrizas, crecimiento, desarrollo, plantas medicinales

Recibido: 15/10/2021; Aceptado: 08/5/2022

Conflicto de intereses: Los autores declaran no tener conflicto de intereses

Contribución de los autores: Conceptualización- Yadira Almaguer Ricardo. Investigación- Yadira Almaguer Ricardo, Yonaisy Mujica Pérez, Elein Terry Alfonso. Metodología- Yadira Almaguer Ricardo, Yonaisy Mujica Pérez. Supervisión- Yonaisy Mujica Pérez, Elein Terry Alfonso. Escritura del borrador inicial- Yadira Almaguer Ricardo. Escritura y edición final- Yadira Almaguer Ricardo, Yonaisy Mujica Pérez. Curación de datos- Yadira Almaguer Ricardo, Yonaisy Mujica Pérez.

Conflict of interest: The authors declare that they have no conflict of interest.

Authors' contribution: Conceptualization- Yadira Almaguer Ricardo. Research- Yadira Almaguer Ricardo, Yonaisy Mujica Pérez, Elein Terry Alfonso. Methodology- Yadira Almaguer Ricardo, Yonaisy Mujica Pérez. Supervision- Yonaisy Mujica Pérez, Elein Terry Alfonso. Initial draft writing- Yadira Almaguer Ricardo. Final writing and editing- Yadira Almaguer Ricardo, Yonaisy Mujica Pérez. Data curation- Yadira Almaguer Ricardo, Yonaisy Mujica Pérez.

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN

 

La Stevia rebaudiana Bertoni es una especie perenne, originaria del Paraguay, con alto valor comercial por sus propiedades medicinales (11. Rivilla, D.M.; Urrea, A.; Jiménez, E. y Atehortua, L. ‘‘Estrategia para la propagación in vitro de Stevia rebaudiana Bertoni’’, Biotecnología Vegetal, vol. 16, no. 3, 3 de julio de 2016, ISSN 2074-8647, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/518>.). Aunque en el proceso de reproducción de esta especie pueden emplearse las semillas botánicas, este método no resulta el más eficiente para garantizar plantas de excelente calidad, porque se obtiene una alta heterogeneidad en la descendencia en cuanto al porcentaje de germinación, el crecimiento de la planta, así como la producción de esteviósidos, por lo tanto, la propagación agámica constituye el método más efectivo que garantiza las características de la planta madre (22. López Medina, E.; López Zavaleta, A. y De la Cruz Castillo, A. ‘‘Efecto del ácido giberélico en la propagación in vitro de Stevia rebaudiana (Bertoni) Bertoni, «estevia»’’, Arnaldoa, vol. 24, no. 2, julio de 2017, pp. 599-608, ISSN 2413-3299, DOI 10.22497/arnaldoa.242.24211.).

Sin embargo, el hábito de crecimiento y el tamaño limitado de los esquejes hacen que este método de propagación sea lento y, en algunos casos, se considera ineficiente para producir los volúmenes de plantas que demandan los productores (33. López Medina, E.; Gil Rivero, A.E. y López Zavaleta, A. ‘‘Enraizamiento de esquejes de Stevia rebaudiana Bertoni (Asteraceae) «estevia», aplicando dosis creciente de ácido indolbutírico’’, Arnaldoa, vol. 23, no. 2, 2016, pp. 569-576, ISSN 1815-8242.).

En este contexto, los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) representan un grupo de microorganismos edáficos que establecen simbiosis con numerosas especies vegetales de interés agrícola (44. Turrini, A.; Avio, L.; Giovannetti, M. y Agnolucci, M. ‘‘Functional Complementarity of Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Associated Microbiota: The Challenge of Translational Research’’, Frontiers in Plant Science, vol. 9, 2018, ISSN 1664-462X, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.01407>.). Dentro de los principales beneficios de esta interacción se destacan: los efectos directos en la nutrición mineral, especialmente en la absorción de macro y micronutrientes (55. Zhang, L.; Xu, M.; Liu, Y.; Zhang, F.; Hodge, A. y Feng, G. ‘‘Carbon and phosphorus exchange may enable cooperation between an arbuscular mycorrhizal fungus and a phosphate-solubilizing bacterium’’, New Phytologist, vol. 210, no. 3, 2016, pp. 1022-1032, ISSN 1469-8137, DOI 10.1111/nph.13838.); la inducción de tolerancia frente a condiciones de estrés biótico (ej. patógenos) (66. Lenoir, I.; Fontaine, J. y Lounès-Hadj Sahraoui, A. ‘‘Arbuscular mycorrhizal fungal responses to abiotic stresses: A review’’, Phytochemistry, vol. 123, 1 de marzo de 2016, pp. 4-15, ISSN 0031-9422, DOI 10.1016/j.phytochem.2016.01.002.) y abiótico (ej. sequía y salinidad) (77. Bidabadi, S.S. y Masoumian, M. ‘‘Arbuscular mycorrhizal symbiosis improves growth and antioxidative response of Stevia rebaudiana (Bert.) under salt stress.’’, Trends in Horticulture, vol. 1, no. 1, 27 de agosto de 2018, ISSN 2578-1812, DOI 10.24294/th.v1i3.549, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://systems.enpress-publisher.com/index.php/TH/article/view/549>.); su participación en los procesos de fitorremediación (88. Kanwal, S.; Bano, A. y Malik, R.N. ‘‘Role of arbuscular mycorrhizal fungi in phytoremediation of heavy metals and effects on growth and biochemical activities of wheat (Triticum aestivum L.) plants in Zn contaminated soils’’, African Journal of Biotechnology, vol. 15, no. 20, 2016, pp. 872-883, ISSN 1684-5315, DOI 10.4314/ajb.v15i20.) y su contribución en la estabilidad de los agregados del suelo (99. Barbosa, M.V.; Pedroso, D. de F.; Curi, N. y Carneiro, M.A.C. ‘‘Do different arbuscular mycorrhizal fungi affect the formation and stability of soil aggregates?’’, Ciência e Agrotecnologia, vol. 43, 1 de julio de 2019, p. e003519, ISSN 1413-7054, 1981-1829, DOI 10.1590/1413-7054201943003519.).

Algunos estudios refieren la efectividad de la simbiosis micorrízica en diferentes tecnologías de producción de plantas (1010. Quiñones-Aguilar, E.E.; Rincón-Enríquez, G.; López-Pérez, L.; Quiñones-Aguilar, E.E.; Rincón-Enríquez, G. y López-Pérez, L. ‘‘Hongos micorrízicos nativos como promotores de crecimiento en plantas de guayaba (Psidium guajava L.)’’, Terra Latinoamericana, vol. 38, no. 3, septiembre de 2020, pp. 541-554, ISSN 0187-5779, DOI 10.28940/terra.v38i3.646.), específicamente, en sistemas de viveros, demostrando incrementos significativos en el crecimiento y la calidad de las plantas, así como su posterior trasplante a campo (1111. Machineski, G.S.; Victola, C.A.G.; Honda, C.; Machineski, O.; Guimarães, M. de F. y Balota, E.L. ‘‘Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on early development of persimmon seedlings’’, Folia Horticulturae, vol. 30, no. 1, 31 de mayo de 2018, pp. 39-46, DOI 10.2478/fhort-2018-0004.).

A partir de los criterios anteriores, el objetivo de esta investigación estuvo orientado a determinar el efecto de la inoculación con cepas eficientes de hongos micorrízicos arbusculares en esquejes de Stevia rebaudiana Bertoni, en condiciones semicontroladas.

MATERIALES Y MÉTODOS

 

La investigación se condujo bajo condiciones semicontroladas, en el departamento de Manejo de Agroecosistemas Sostenibles (MAS), perteneciente al Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), ubicado en el kilómetro 3½ de la carretera a Tapaste, municipio San José de las Lajas, provincia Mayabeque. Esta área se situó a los 23º de latitud norte y 82º 12´de longitud oeste, a una altura de 138 m s.n.m. (1212. Hernández, A.; Morales, M.; Cabrera, A. y Ascanio, M.O. Degradación de los suelos Ferralíticos Rojos Lixiviados de la llanura roja de la Habana y algunos resultados sobre su mejoramiento [en línea], edit. Editorial INCA, Mayabeque, Cuba, 2014, p. 158, ISBN 978-959-7023-67-8, Disponible en: <https://ediciones.inca.edu.cu/public/journals/1/files/libros/librodegradacion.pdf>.).

Se utilizaron esquejes de Stevia rebaudiana Bertoni, libres de enfermedades, recolectadas de los canteros del área del jardín de variedades de plantas medicinales del propio departamento. Para su colecta se tuvo en cuenta la uniformidad en los esquejes con una longitud del tallo de 10 cm y cinco pares de hojas por cada uno.

Experimento 1. Efecto de la inoculación de tres cepas de HMA en el crecimiento y desarrollo de la estevia, en condiciones de vivero

Para el sustrato se empleó un suelo Ferralítico Rojo Lixiviado, según Clasificación de los Suelos de Cuba (1313. Hernández, J.A.; Pérez, J.J.; Bosch, I.D.; y Castro S.NClasificación de los Suelos de Cuba. (2015) [en línea], edit. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas e Instituto de Suelos, Ediciones INCA, Mayabeque, Cuba, 2015, ISBN 978- 959-7023-77-7, Disponible en: <https://ediciones.inca.edu.cu/files/libros/clasificacionsueloscuba_%202015.pdf>.), el que se correlacionó con Nitisol ferrálico, líxico, (dístrico, ródico, arcíllico) (1414. World Soil Resources FAO World Reference Base for Soil Resources 2014. Up date 2015. International soil classification system for naming soils y creating legends for soil maps. [en línea], [106], FAO, Italia, roma, 2015, Disponible en: <https://www.fao.org/3/i3794en/I3794en.pdf>.) y se mezcló con abono orgánico (estiércol vacuno) en una proporción 1:1; en la Tabla 1 se muestran algunas de sus características químicas.

Tabla 1.  Características químicas del sustrato empleado
pH H2O MO (%) P2O5 (mg kg-1) Cationes intercambiables
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ CIB
(cmolckg-1)
6,9 29,3 35,23 24,2 3,61 2,21 0,92 30,94

Determinaciones químicas: pH, potenciometría; materia orgánica (MO), Walkley Black (1934); fósforo (P2O5), extracción con H2SO4 0,025 M y determinación por espectrómetro; cationes intercambiables, Ca2+ y Mg2+ (extracción con NH4Ac 1 mol L-1 a pH 7 y determinación por complejometría), Na+ y K+ (extracción con HNO3 hirviendo y determinación por fotometría de llama)

Se estudiaron tres cepas de HMA: Rhizoglomus irregulare (Błaszk., Wubet, Renker & Buscot) (INCAM-11), Funneliformis mosseae (T.H. Nicolson & Gerd.) (INCAM-2) y Glomus cubense (Y. Rodr. & Dalpé) (INCAM-4) (1515. Rodríguez, Y.; Dalpé, Y.; Séguin, S.; Fernández, K.; Fernández, F. y Rivera, R.A. ‘‘Glomus cubense sp. nov., an arbuscular mycorrhizal fungus from Cuba’’, Mycotaxon, vol. 118, no. 1, 5 de enero de 2012, pp. 337-347, DOI 10.5248/118.337.), pertenecientes al cepario del Laboratorio de Micorrizas Arbusculares del INCA. La concentración del inóculo se certificó por el Laboratorio de Control de la Calidad de Micorrizas del INCA (35 esporas promedio g-1 de inoculante) y se aplicó 1 g de inoculante por planta, realizando un hoyo localizado debajo de los esquejes de la estevia, en el momento de la plantación.

Los tratamientos consistieron en las tres cepas de HMA y un control sin inoculación, los que se distribuyeron en un diseño completamente aleatorizado con tres repeticiones y 20 plantas por cada uno. A partir de los resultados de este experimento se seleccionó la cepa de HMA de mejor comportamiento para la conducción de los estudios posteriores.

Experimento 2. Evaluación del efecto de la inoculación de cepas eficientes de HMA y diferentes combinaciones de sustrato en el cultivo de la estevia en condiciones semicontroladas.

Se utilizó el mismo suelo descrito en el Experimento 1 y se formularon dos combinaciones de sustrato [suelo+abono orgánico (estiércol vacuno)] (1:1 y 3:1). Algunas de las características químicas se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2.  Características químicas de la composición final de las dos combinaciones del sustrato empleado en el Experimento 2
pH H2O MO (%) P2O5 (mg kg-1) Cationes intercambiables
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ CIB
(cmolckg-1)
1:1 (50 % suelo: 50 % MO)
7,2 21,5 30,85 24,3 3,41 1,38 0,89 29,98
3:1 (75 % suelo: 25 % MO)
7,0 14,7 35,23 26,4 4,21 2,03 1,01 33,65

Determinaciones químicas: pH, potenciometría; materia orgánica (MO), Walkley Black (1934); fósforo (P2O5), extracción con H2SO4 0,025 M y determinación por espectrómetro; cationes intercambiables, Ca2+ y Mg2+ (extracción con NH4Ac 1 mol L-1 a pH 7 y determinación por complejometría), Na+ y K+ (extracción con HNO3 hirviendo y determinación por fotometría de llama)

Las metodologías empleadas para las determinaciones químicas coincidieron con las descritas en el Experimento 1. Se evaluaron cuatro tratamientos que se distribuyeron en un diseño completamente aleatorizado con tres repeticiones y 20 plantas por cada uno (Tabla 3).

Tabla 3.  Descripción de los tratamientos evaluados en el Experimento 2
Tratamientos Descripción
1 Control (50 % S + 50 % MO)
2 HMA + 50 % S + 50 % MO
3 Control (75 % S + 25 % MO)
4 HMA + 75 % S + 25 % MO

HMA: especie seleccionada; S: suelo; MO: materia orgánica

Los esquejes se plantaron en bandejas de polietileno expandidos, con 70 alvéolos que contenían las mezclas de sustratos descritas en cada experimento. Las plantas se desarrollaron a una temperatura promedio entre 26,5 y 29,6 °C, con una humedad relativa de 68,25 y 87,05 % (Estación Meteorológica de Tapaste). Las atenciones culturales se realizaron de acuerdo a la tecnología del cultivo (1616. Sánchez, A.; Muñoz, M. y Ibarra, E. Colección Salud y vida natural Estevia [en línea], edit. Ediciones Obelisco, S.L. 08005 Barcelona España, 2010, ISBN 978-84-9777-639-4, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://www.agapea.com/libros/Estevia-9788497776394-i.htm>.).

Las evaluaciones se realizaron al finalizar la etapa de vivero del cultivo (40 días después de la plantación). Se seleccionaron 15 plantas al azar por cada tratamiento (n=15) y se realizaron las evaluaciones siguientes:

Indicadores fúngicos: se tomaron 250 mg de raíces secundarias, se lavaron cuidadosamente con abundante agua, se secaron en una estufa a 70 ºC hasta obtener masa constante, luego se clarificaron y tiñeron (1717. Rodríguez Yon, Jy.; Arias Pérez, L.; Medina Carmona, A.; Mujica Pérez, Y.; Medina García, L.R.; Fernández Suárez, K. y Mena Echevarría, A. ‘‘Alternativa de la técnica de tinción para determinar la colonización micorrízica’’, Cultivos Tropicales, vol. 36, no. 2, junio de 2015, pp. 18-21, ISSN 0258-5936.). Se utilizó el método de los interceptos para la determinación de la frecuencia de colonización micorrízica y la intensidad de colonización o densidad visual (DV) (1818. Berruti, A.; Lumini, E.; Balestrini, R. y Bianciotto, V. ‘‘Arbuscular Mycorrhizal Fungi as Natural Biofertilizers: Let’s Benefit from Past Successes’’, Frontiers in Microbiology, vol. 6, 2016, ISSN 1664-302X, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2015.01559>.).

Indicadores de crecimiento de las plantas: para la determinación de la masa seca aérea y radical (g), las muestras se colocaron en una estufa a 70 ºC (BrBOXUN) y se pesaron en una balanza técnica digital (Acom JW-1, nivel de precisión 0,1 g) hasta obtener masa constante. Además, se determinó la longitud (cm) y diámetro del tallo (mm).

El procesamiento estadístico de los datos se realizó mediante el análisis de varianza de clasificación simple. Las medias se compararon según la prueba de rangos múltiples de Tukey (p≤0,05), cuando se observaron diferencias significativas entre tratamientos. En todos los casos, se empleó el paquete estadístico Statgraphics Centurión-2013, bajo el sistema operativo Windows 7.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

 

Experimento 1

 

En la Figura 1 se muestra el efecto de la inoculación de las diferentes cepas de HMA, para las variables relacionadas con el funcionamiento fúngico (frecuencia e intensidad de colonización micorrízica), en los esquejes de estevia, a los 40 días después de la plantación. Se observó una respuesta positiva para ambas variables al inocular las diferentes cepas, con valores que difirieron significativamente (p≤0,05) y fueron superiores a los alcanzados en las plantas controles. De igual manera, se mostró una respuesta diferencial entre las cepas estudiadas, destacándose la cepa R. irregulare con valores superiores, la F. mosseae con cifras medias y, finalmente, la G. cubense obtuvo valores inferiores, con respecto al resto de las cepas inoculadas.

A: frecuencia de colonización (%); B: intensidad de colonización (%).Barras con letras iguales, en cada imagen no difieren significativamente (p≤0,05), según Prueba de Rangos Múltiples de Tukey
Figura 1.  Efecto de la inoculación de las cepas de HMA en los indicadores de funcionamiento micorrízico a los 40 días después de la plantación de la estevia

En el caso de la frecuencia de colonización micorrízica (Figura 1A), los valores superiores se obtuvieron al inocular R. irregulare (20 %); con cifras inferiores a la antes mencionada, se comportó F. mosseae (17 %) y G. cubense, fue la cepa que alcanzó los valores más bajos (15 %). Similar comportamiento entre las diferentes cepas inoculadas se observó para la variable intensidad de colonización micorrízica (Figura 1B).

Uno de los beneficios relacionados con la simbiosis micorrízica es su capacidad para estimular el crecimiento y el desarrollo vegetal, por lo que en la Figura 2 se muestra el efecto de la inoculación de las diferentes cepas de HMA en las variables masa seca aérea y de la raíz, así como en la longitud y el diámetro del tallo de las plantas de estevia, a los 40 días después de la plantación.

A: masa seca aérea (g); B: masa seca de la raíz (g); C: longitud del tallo (cm); D: diámetro del tallo (mm). Barras con letras iguales en cada imagen no difieren significativamente (p≤0,05), según Prueba de Rangos Múltiples de Tukey
Figura 2.  Efecto de la inoculación de diferentes cepas de HMA en las variables relacionadas con el crecimiento y desarrollo de la estevia a los 40 días después de la plantación

Se observaron diferencias significativas (p≤0,05) entre las plantas de los tratamientos inoculados y el control, con valores superiores en las plantas micorrizadas. Para estas variables relacionadas con el crecimiento y el desarrollo de las plantas se observó una respuesta diferencial entre las diferentes cepas en estudio, siendo los valores superiores en las plantas al inocular la cepa R. irregulare, con cifras intermedias se comportó la cepa F. mosseae y la G. cubense mostró los valores más bajos.

Los hongos micorrízicos arbusculares han sido ampliamente estudiados por su rol en la nutrición mineral, aspecto de gran importancia por los efectos directos de esta simbiosis en el crecimiento, el desarrollo y el rendimiento de las plantas micorrizadas, en relación con los controles (1919. Gottshall, C.B.; Cooper, M. y Emery, S.M. ‘‘Activity, diversity and function of arbuscular mycorrhizae vary with changes in agricultural management intensity’’, Agriculture, Ecosystems & Environment, vol. 241, no. 142, 1 de abril de 2017, pp. 142-149, ISSN 0167-8809, DOI 10.1016/j.agee.2017.03.011.). Este efecto se explica debido a que las plantas micorrizadas requieren más fotosintatos para satisfacer su demanda y la del hongo, de tal forma que se garantice un desarrollo armónico entre ambos (2020. Bhandari, P. y Garg, N. ‘‘Dynamics of Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis and Its Role in Nutrient Acquisition: An Overview’’ [en línea], eds. Varma, A., Prasad, R., y Tuteja, N., Mycorrhiza - Nutrient Uptake, Biocontrol, Ecorestoration, edit. Springer International Publishing, Cham, 2017, pp. 21-43, ISBN 978-3-319-68867-1, https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-68867-1_2, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://doi.org/10.1007/978-3-319-68867-1_2>.). Por lo tanto, en presencia de una simbiosis micorrízica efectiva se aumenta la síntesis y la translocación de sustancias carbonadas, provenientes de la fotosíntesis necesaria para mantener el proceso simbiótico, lo que origina una mejor relación entre el hospedante y los HMA, estimulando las variables relacionadas con el crecimiento y el desarrollo de las plantas (2121. Jamiołkowska, A.; Księżniak, A.; Gałązka, A.; Hetman, B.; Kopacki, M. y Skwaryło-Bednarz, B. ‘‘Impact of abiotic factors on development of the community of arbuscular mycorrhizal fungi in the soil: a Review’’, International Agrophysics, vol. 32, no. 1, 2018, pp. 133-140, ISSN 0236-8722, DOI 10.1515/intag-2016-0090, [ADS Bibcode: 2018InAgr..32..133J].). En ese mismo sentido, se plantea que el funcionamiento de la simbiosis micorrízica se encuentra sujeto a la interacción de varios factores, con especial énfasis en el ambiente edáfico y el pH del suelo (2222. Simó-González, J.E.; Ruiz-Martínez, L.A. y Rivera-Espinosa, R. ‘‘Inoculación de hongos micorrizógenos arbusculares (HMA) y relaciones suelo pardo-abonos orgánicos en la aclimatización de vitroplantas de banano’’, Cultivos Tropicales, vol. 38, no. 3, septiembre de 2017, pp. 102-111, ISSN 0258-5936.).

Por lo tanto, la respuesta encontrada en los indicadores de funcionamiento micorrízico (Figura 1) y su consiguiente efecto en los indicadores de crecimiento de las plantas de estevia (Figura 2), estuvo determinada por las características del sustrato utilizado en este estudio (Tabla 1). El análisis químico indicó la existencia de una fertilidad media, representada por contenidos medios de P disponible y niveles adecuados de materia orgánica y calcio, lo que potenció la actividad de R. irregulare, en comparación con el resto de las cepas en estudio.

En tal sentido, el comportamiento descrito para R. irregulare, como la cepa de mejor respuesta, coincidió con estudios realizados durante la fase de aclimatación de plantas de banano (Musa spp.), donde se obtuvo incrementos significativos en la supervivencia de las plantas inoculadas con una cepa eficiente de HMA, en correspondencia con su ambiente edáfico (2323. Lin, G.; McCormack, M.L. y Guo, D. ‘‘Arbuscular mycorrhizal fungal effects on plant competition and community structure’’, Journal of Ecology, vol. 103, no. 5, 2015, pp. 1224-1232, ISSN 1365-2745, DOI 10.1111/1365-2745.12429.); aunque algunos estudios se refieren al carácter inespecífico de la simbiosis micorrízica por la diversidad de familias del reino vegetal que son susceptibles de ser colonizadas, cada especie vegetal tiene un grado de dependencia micorrízica diferente (2424. Espinosa, R.; Felix, F.; Martinez, L.; González Cañizares, P.; Yakelín, R.; Ortega, E.; Suárez, K.; Martín Alonso, G.M.; Simo González, J.; Esmoris, C.; Nelson, M.; de la Noval Pons, B.; Ruiz Sánchez, M.; Zardón, A.F.; Jiménez, A.; Llerena, R.R.; Ramírez, J.; Bustamante, C.; Espinosa, A. y Franqui, D. Manejo, integración y beneficios del biofertilizante micorrízico EcoMic® en la producción agrícola. [en línea], edit. Ediciones INCA, San José de las Lajas, Cuba, 2020, ISBN 978-959-7258-05-6, Disponible en: <https://www.researchgate.net/publication/340223155_Manejo_integracion_y_beneficios_del_biofertilizante_micorrizico_EcoMicR_en_la_produccion_agricola>.).

Experimento 2

 

En la Figura 3 se muestra el efecto de la combinación de HMA-sustratos en las variables relacionadas con el funcionamiento fúngico (frecuencia e intensidad de la colonización micorrízica), en los esquejes de estevia a los 40 días después de la plantación.

En sentido general, se observó una respuesta positiva al aplicar la especie R. irregulare en ambas combinaciones de sustratos, pues todas las variantes inoculadas difirieron significativamente (p≤0,05) de los tratamientos controles, los cuales mostraron valores inferiores. Se observó que, en ambas variables de funcionamiento micorrícico [frecuencia (Figura 3A) e intensidad (Figura 3B) de colonización], los valores superiores se alcanzaron en los tratamientos donde se inoculó R. irregulare en el sustrato compuesto por 75 % suelo + 25 % MO.

Las respuestas encontradas en las variables fúngicas demuestran que la inoculación con una cepa eficiente de HMA, desde etapas tempranas del cultivo y la presencia de combinaciones de suelo y MO adecuadas, favorece una micorrización óptima, lo cual es muy conveniente para el manejo de los inoculantes y su integración en la tecnología de los cultivos (2525. Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J.; Soto-Hernández, R.M.; Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J. y Soto-Hernández, R.M. ‘‘Efectividad de biofertilizantes y brasinoesteroide en Stevia rebaudiana Bert.’’, Agrociencia, vol. 52, no. 4, junio de 2018, pp. 609-621, ISSN 1405-3195.).

A: frecuencia de colonización (%); B: intensidad de colonización (%). Barras con letras iguales en cada imagen no difieren significativamente (p≤0,05), según Prueba de Rangos Múltiples de Tukey
Figura 3.  Efecto de la combinación HMA-sustratos en los indicadores de funcionamiento micorrízico a los 40 días después de la plantación de la estevia

En este estudio, el efecto superior de la micorrización se encontró en la combinación 75 % Suelo+25 % MO, por lo que esta relación garantizó una disponibilidad de nutrientes adecuada para el funcionamiento de la cepa de HMA R. irregulare, en correspondencia con el valor pH reflejado en el análisis químico del sustrato (Tabla 2). Estudios realizados se refirieron a la respuesta diferencial entre varias cepas de HMA, en diferentes ambientes edáficos y los resultados mostraron correlaciones altas (R2=0,97) entre la efectividad de las cepas del hongo inoculado con el pH del suelo (2525. Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J.; Soto-Hernández, R.M.; Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J. y Soto-Hernández, R.M. ‘‘Efectividad de biofertilizantes y brasinoesteroide en Stevia rebaudiana Bert.’’, Agrociencia, vol. 52, no. 4, junio de 2018, pp. 609-621, ISSN 1405-3195.).

Por otra parte, en la Tabla 4 se observa el efecto de la combinación HMA-sustratos en las variables masa seca aérea y de la raíz, así como en la longitud y el diámetro del tallo de las plantas de estevia a los 40 días después de la plantación.

Tabla 4.  Efecto de la combinación HMA-sustratos en las variables de crecimiento y desarrollo de las plantas de estevia a los 40 días después de la plantación
Tratamientos Longitud del Tallo (cm) Diámetro del Tallo (mm) Masa Seca Aérea (g) Masa Seca Raíz (g)
Control (50 % S + 50 % MO) 23,15 d 2,32 b 1,24 d 0,19 d
HMA + 50 % S + 50 % MO 31,74 c 2,51 b 1,38 c 0,24 c
Control (75 % S + 25 % MO) 24,87 b 2,39 b 1,45 b 0,30 b
HMA + 75 % S + 25 % MO 38,10 a 2,90 a 1,57 a 0,38 a
Esx 0,45 0,06 0,03 0,01

Medias con letras iguales en cada columna no difieren significativamente (p≤0,05) según Prueba de Rangos Múltiples de Tukey. HMA: R. irregulare; S: suelo, MO: materia orgánica

En las variables relacionadas con el crecimiento y el desarrollo de las plantas, los valores superiores se alcanzaron en los tratamientos donde se aplicó R. irregulare en el sustrato compuesto por 75 % suelo+25 % MO, difiriendo significativamente (p≤0,05) del resto de las variantes analizadas. Por otra parte, los tratamientos controles mostraron valores inferiores, independientemente del tipo de combinación de sustrato evaluado.

El incremento en las variables relacionadas con el crecimiento y el desarrollo de las plantas en los tratamientos donde se aplicó R. irregulare en presencia de la combinación de sustrato 75 % suelo+25 % MO (Tabla 4), indica la efectividad en la inoculación de esta cepa, lo cual se correspondió con el análisis químico del suelo (Tabla 2).

El efecto directo de los HMA en el crecimiento y el desarrollo de las plantas ha sido un aspecto ampliamente abordado en la literatura, pues la presencia de estos simbiontes obligados, le permite a la planta explorar diferentes sitios o nichos y transportar agua y nutrientes de baja movilidad, desde distancias que superan las zonas de agotamiento que rodean a las raíces y estimulan el crecimiento vegetal en las plantas micorrizadas, en comparación con los controles (2121. Jamiołkowska, A.; Księżniak, A.; Gałązka, A.; Hetman, B.; Kopacki, M. y Skwaryło-Bednarz, B. ‘‘Impact of abiotic factors on development of the community of arbuscular mycorrhizal fungi in the soil: a Review’’, International Agrophysics, vol. 32, no. 1, 2018, pp. 133-140, ISSN 0236-8722, DOI 10.1515/intag-2016-0090, [ADS Bibcode: 2018InAgr..32..133J].).

La respuesta encontrada en las variables del crecimiento y del desarrollo al inocular con R. intraradices coincidió con otros resultados donde se empleó la misma cepa de HMA, en el mismo cultivo, encontrándose un incremento significativo en el número de hojas, la longitud del tallo y la masa seca aérea.

CONCLUSIONES

 

Se comprueba la efectividad de la inoculación de los HMA en las variables relacionadas con el crecimiento y el desarrollo de los esquejes de estevia a los 40 días después de su plantación; siendo la cepa R. irregulare la que mostró una respuesta superior en la combinación de sustrato 75 % suelo+25 % MO, en las condiciones experimentales evaluadas.

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25. Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J.; Soto-Hernández, R.M.; Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J. y Soto-Hernández, R.M. ‘‘Efectividad de biofertilizantes y brasinoesteroide en Stevia rebaudiana Bert.’’, Agrociencia, vol. 52, no. 4, junio de 2018, pp. 609-621, ISSN 1405-3195.

Cultivos Tropicales Vol. 44, No. 4, octubre-diciembre, 2023, ISSN: 1819-4087
 
Original article

Response of Stevia rebaudiana Bertoni to the strains inoculation of arbuscular mycorrhizal fungi

 

iDYadira Almaguer-Ricardo*✉:yalmaguer@inca.edu.cu

iDYonaisy Mujica-Pérez

iDElein Terry-Alfonso


Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, Carretera Tapaste, km 31/2, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba, CP 32 700.

 

*Author for correspondence: yalmaguer@inca.edu.cu

ABSTRACT

Stevia rebaudiana Bertoni is a perennial species of high commercial value for its medicinal properties. In order to determine the effect of the inoculation of efficient strains of arbuscular mycorrhizal fungi in stevia cuttings, this research was carried out under semi-controlled conditions at the National Institute of Agricultural Sciences. Disease-free cuttings were used, with a length of 10 cm and with five pairs of leaves for each one. Three AMF strains were studied: Rhizoglomus irregulare, Funneliformis mosseae and Glomus cubense, in addition to a control without inoculation, in the first experiment. For the second experiment, the strain with the best performance from the previous test was used, in addition to two combinations of substrate (soil+organic fertilizer). Treatments were distributed in a completely randomized design with three repetitions and 20 plants for each one. Evaluations were carried out at the end of the nursery stage of the crop and variables related to the fungal function and the growth and development of plants were analyzed. Results demonstrated the AMF inoculation effectiveness on the variables related to the growth and development of stevia cuttings at 40 days after planting. Rhizoglomus irregulare strain showed a better performance under the experimental conditions evaluated.

Keywords: 
mycorrhizae, effectiveness, inoculum, growth, development, medicinal plants

INTRODUCTION

 

Stevia rebaudiana Bertoni is a perennial species native to Paraguay of high commercial value for its medicinal properties (11. Rivilla, D.M.; Urrea, A.; Jiménez, E. y Atehortua, L. ‘‘Estrategia para la propagación in vitro de Stevia rebaudiana Bertoni’’, Biotecnología Vegetal, vol. 16, no. 3, 3 de julio de 2016, ISSN 2074-8647, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/518>.). Although botanical seeds can be used in the reproduction process of this species, this method is not the most efficient to guarantee plants of excellent quality because high heterogeneity is obtained in the offspring in terms of germination percentage, plant growth, as well as stevioside production; therefore, agamic propagation constitutes the most effective method that guarantees the characteristics of the mother plant (22. López Medina, E.; López Zavaleta, A. y De la Cruz Castillo, A. ‘‘Efecto del ácido giberélico en la propagación in vitro de Stevia rebaudiana (Bertoni) Bertoni, «estevia»’’, Arnaldoa, vol. 24, no. 2, julio de 2017, pp. 599-608, ISSN 2413-3299, DOI 10.22497/arnaldoa.242.24211.).

However, the growth habit and limited size of cuttings make this propagation method slow and in some cases it is considered inefficient to produce the volumes of plants demanded by growers (33. López Medina, E.; Gil Rivero, A.E. y López Zavaleta, A. ‘‘Enraizamiento de esquejes de Stevia rebaudiana Bertoni (Asteraceae) «estevia», aplicando dosis creciente de ácido indolbutírico’’, Arnaldoa, vol. 23, no. 2, 2016, pp. 569-576, ISSN 1815-8242.).

In this context, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) represent a group of soil microorganisms that establish symbiosis with numerous plant species of agricultural interest (44. Turrini, A.; Avio, L.; Giovannetti, M. y Agnolucci, M. ‘‘Functional Complementarity of Arbuscular Mycorrhizal Fungi and Associated Microbiota: The Challenge of Translational Research’’, Frontiers in Plant Science, vol. 9, 2018, ISSN 1664-462X, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2018.01407>.). Among the main benefits of this interaction are: the direct effects on mineral nutrition, especially on the absorption of macro and micronutrients (55. Zhang, L.; Xu, M.; Liu, Y.; Zhang, F.; Hodge, A. y Feng, G. ‘‘Carbon and phosphorus exchange may enable cooperation between an arbuscular mycorrhizal fungus and a phosphate-solubilizing bacterium’’, New Phytologist, vol. 210, no. 3, 2016, pp. 1022-1032, ISSN 1469-8137, DOI 10.1111/nph.13838.); the induction of tolerance to biotic (e.g. pathogens) (66. Lenoir, I.; Fontaine, J. y Lounès-Hadj Sahraoui, A. ‘‘Arbuscular mycorrhizal fungal responses to abiotic stresses: A review’’, Phytochemistry, vol. 123, 1 de marzo de 2016, pp. 4-15, ISSN 0031-9422, DOI 10.1016/j.phytochem.2016.01.002.) and abiotic (e.g. drought and salinity) stress conditions (77. Bidabadi, S.S. y Masoumian, M. ‘‘Arbuscular mycorrhizal symbiosis improves growth and antioxidative response of Stevia rebaudiana (Bert.) under salt stress.’’, Trends in Horticulture, vol. 1, no. 1, 27 de agosto de 2018, ISSN 2578-1812, DOI 10.24294/th.v1i3.549, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://systems.enpress-publisher.com/index.php/TH/article/view/549>.); their participation in phytoremediation processes (88. Kanwal, S.; Bano, A. y Malik, R.N. ‘‘Role of arbuscular mycorrhizal fungi in phytoremediation of heavy metals and effects on growth and biochemical activities of wheat (Triticum aestivum L.) plants in Zn contaminated soils’’, African Journal of Biotechnology, vol. 15, no. 20, 2016, pp. 872-883, ISSN 1684-5315, DOI 10.4314/ajb.v15i20.); and their contribution to the stability of soil aggregates (99. Barbosa, M.V.; Pedroso, D. de F.; Curi, N. y Carneiro, M.A.C. ‘‘Do different arbuscular mycorrhizal fungi affect the formation and stability of soil aggregates?’’, Ciência e Agrotecnologia, vol. 43, 1 de julio de 2019, p. e003519, ISSN 1413-7054, 1981-1829, DOI 10.1590/1413-7054201943003519.).

Some studies refer to the mycorrhizal symbiosis effectiveness in different plant production technologies (1010. Quiñones-Aguilar, E.E.; Rincón-Enríquez, G.; López-Pérez, L.; Quiñones-Aguilar, E.E.; Rincón-Enríquez, G. y López-Pérez, L. ‘‘Hongos micorrízicos nativos como promotores de crecimiento en plantas de guayaba (Psidium guajava L.)’’, Terra Latinoamericana, vol. 38, no. 3, septiembre de 2020, pp. 541-554, ISSN 0187-5779, DOI 10.28940/terra.v38i3.646.), specifically in nursery systems, demonstrating significant increases in the growth and quality of plants, as well as their subsequent transplanting to the field (1111. Machineski, G.S.; Victola, C.A.G.; Honda, C.; Machineski, O.; Guimarães, M. de F. y Balota, E.L. ‘‘Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on early development of persimmon seedlings’’, Folia Horticulturae, vol. 30, no. 1, 31 de mayo de 2018, pp. 39-46, DOI 10.2478/fhort-2018-0004.).

The objective of this research was to determine the inoculation effect with efficient strains of arbuscular mycorrhizal fungi on cuttings of Stevia rebaudiana Bertoni under semi-controlled conditions.

MATERIALS AND METHODS

 

The research was conducted under semi-controlled conditions, in the department of Sustainable Agroecosystems Management (MAS, according ist acronyms in Spanish) belonging to the National Institute of Agricultural Sciences (INCA), located at kilometer 3½ of Tapaste road, San José de las Lajas municipality, Mayabeque province. This area was located at 23º north latitude and 82º 12'west longitude, at an altitude of 138 m a.s.l. (1212. Hernández, A.; Morales, M.; Cabrera, A. y Ascanio, M.O. Degradación de los suelos Ferralíticos Rojos Lixiviados de la llanura roja de la Habana y algunos resultados sobre su mejoramiento [en línea], edit. Editorial INCA, Mayabeque, Cuba, 2014, p. 158, ISBN 978-959-7023-67-8, Disponible en: <https://ediciones.inca.edu.cu/public/journals/1/files/libros/librodegradacion.pdf>.).

Disease-free cuttings of Stevia rebaudiana Bertoni, collected from the flower beds of the garden area of the department's own garden of medicinal plant varieties, were used. For their collection, the uniformity of the cuttings with a stem length of 10 cm and five pairs of leaves per cutting was taken into account.

Experiment 1. Inoculation effect of three AMF strains on the growth and development of stevia under nursery conditions.

For the substrate, a Ferrallitic Red Leached soil was used, according to the Cuban Soil Classification (1313. Hernández, J.A.; Pérez, J.J.; Bosch, I.D.; y Castro S.NClasificación de los Suelos de Cuba. (2015) [en línea], edit. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas e Instituto de Suelos, Ediciones INCA, Mayabeque, Cuba, 2015, ISBN 978- 959-7023-77-7, Disponible en: <https://ediciones.inca.edu.cu/files/libros/clasificacionsueloscuba_%202015.pdf>.), which was correlated with ferrallitic, lixic, (distric, rodic, arcillic) Nitisol (1414. World Soil Resources FAO World Reference Base for Soil Resources 2014. Up date 2015. International soil classification system for naming soils y creating legends for soil maps. [en línea], [106], FAO, Italia, roma, 2015, Disponible en: <https://www.fao.org/3/i3794en/I3794en.pdf>.) and mixed with organic fertilizer (cow manure) in a 1:1 ratio, some of its chemical characteristics are shown in Table 1.

Table 1.  Chemical characteristics of the substrate used
pH H2O OM (%) P2O5 (mg kg-1) Exchangeable cations
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ CIB
(cmolckg-1)
6.9 29.3 35.23 24.2 3.61 2.21 0.92 30.94

Chemical determinations: pH, potentiometry; organic matter (OM), Walkley Black (1934); phosphorus (P2O5), extraction with H2SO4 0.025 M and determination by spectrometer; exchangeable cations, Ca2+ and Mg2+ (extraction with NH4Ac 1 mol L-1 at pH 7 and determination by complexometry), Na+ and K+ (extraction with boiling HNO3 and determination by flame photometry)

Three AMF strains were studied: Rhizoglomus irregulare (Błaszk., Wubet, Renker & Buscot) (INCAM-11), Funneliformis mosseae (T.H. Nicolson & Gerd.) (INCAM-2), Glomus cubense (Y. Rodr. & Dalpé) (INCAM-4) (1515. Rodríguez, Y.; Dalpé, Y.; Séguin, S.; Fernández, K.; Fernández, F. y Rivera, R.A. ‘‘Glomus cubense sp. nov., an arbuscular mycorrhizal fungus from Cuba’’, Mycotaxon, vol. 118, no. 1, 5 de enero de 2012, pp. 337-347, DOI 10.5248/118.337.), belonging to the INCA Laboratory of Arbuscular Mycorrhizae strain collection. The inoculum concentration was certified by the Mycorrhizal Quality Control Laboratory of INCA (35 average spores g-1 of inoculant) and 1 g of inoculant was applied per plant, making a hole located under the stevia cuttings at the time of planting.

Treatments were distributed in a completely randomized design with three replicates and 20 plants per replicate and consisted of the three AMF strains and a control without inoculation. From the results of this experiment, the best performing AMF strain was selected for the conduct of subsequent studies.

Experiment 2. Evaluation of the effect of inoculation of efficient AMF strains and different substrate combinations on stevia cultivation under semi-controlled conditions.

The same soil described in experiment 1 was used and two substrate combinations [soil+organic manure (cow dung)] were formulated (1:1 and 3:1). Some of the chemical characteristics are shown in Table 2.

Table 2.  Chemical characteristics of the final composition of the two substrate combinations used in experiment 2
pH H2O OM (%) P2O5 (mg kg-1) Exchangeable cations
Ca2+ Mg2+ K+ Na+ CIB
(cmolckg-1)
1:1 (50 % soil: 50 % OM)
7.2 21.5 30.85 24.3 3.41 1.38 0.89 29.98
3:1 (75 % soil: 25 % OM)
7.0 14.7 35.23 26.4 4.21 2.03 1.01 33.65

The methodologies used for chemical determinations coincided with those described in experiment 1. Four treatments were evaluated and distributed in a completely randomized design with three replications and 20 plants per treatment (Table 3).

Table 3.  Description of treatments evaluated in experiment 2
Treatments Description
1 Control (50 % S + 50 % OM)
2 AMF + 50 % S + 50 % OM
3 Control (75 % S + 25 % OM)
4 AMF + 75 % S + 25 % OM

AMF: selected species; S: soil MO: organic matter

The cuttings were planted in polyethylene trays, expanded with 70 alveoli containing the substrate mixtures described in each experiment. The plants were grown at an average temperature between 26.5 and 29.6 °C, with a relative humidity of 68.25 and 87.05 % (Tapaste Meteorological Station). The cultural attentions were carried out according to the technology of the crop (1616. Sánchez, A.; Muñoz, M. y Ibarra, E. Colección Salud y vida natural Estevia [en línea], edit. Ediciones Obelisco, S.L. 08005 Barcelona España, 2010, ISBN 978-84-9777-639-4, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://www.agapea.com/libros/Estevia-9788497776394-i.htm>.).

The evaluations were carried out at the end of the nursery stage of the crop (40 days after planting). Fifteen plants were randomly selected for each treatment (n=15) and the following evaluations were performed:

Fungal indicators: 250 mg of secondary roots were taken, carefully washed with abundant water, dried in an oven at 70 °C until constant mass was obtained, and clarified and stained (1717. Rodríguez Yon, Jy.; Arias Pérez, L.; Medina Carmona, A.; Mujica Pérez, Y.; Medina García, L.R.; Fernández Suárez, K. y Mena Echevarría, A. ‘‘Alternativa de la técnica de tinción para determinar la colonización micorrízica’’, Cultivos Tropicales, vol. 36, no. 2, junio de 2015, pp. 18-21, ISSN 0258-5936.). The intercept method was used to determine the frequency of mycorrhizal colonization and the intensity of colonization or visual density (DV) (1818. Berruti, A.; Lumini, E.; Balestrini, R. y Bianciotto, V. ‘‘Arbuscular Mycorrhizal Fungi as Natural Biofertilizers: Let’s Benefit from Past Successes’’, Frontiers in Microbiology, vol. 6, 2016, ISSN 1664-302X, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2015.01559>.).

Plant growth indicators: for the determination of aerial and root dry mass (g), the samples were placed in an oven at 70 ºC (BrBOXUN) and weighed on a digital technical balance (Acom JW-1, precision level 0.1 g) until a constant mass was obtained. In addition, the length (cm) and stem diameter (mm) were determined.

Statistical processing of the data was performed by simple rank analysis of variance. Means were compared according to Tukey's multiple range test (p≤0.05) when significant differences were observed between treatments. In all cases, the statistical package Statgraphics Centurion-2013 was used, under the Windows 7 operating system.

RESULTS AND DISCUSSION

 

Experiment 1

 

Figure 1 shows the inoculation effect of the different AMF strains, for the variables related to fungal functioning (frequency and intensity of mycorrhizal colonization), on stevia cuttings at 40 days after planting. A positive response was observed for both variables when inoculating the different strains, with values that differed significantly (p≤0.05) and they were higher than those achieved in control plants. Similarly, a differential response was shown among the strains studied, with R. irregulare standing out with higher values, F. mosseae with average figures and finally, G. cubense obtained lower values, with respect to the rest of the inoculated strains.

A: colonization frequency (%); B: colonization intensity (%)Bars with equal letters in each graph do not differ significantly (p≤0.05) according to Tukey's Multiple Range Test
Figure 1.  Inoculation effect of AMF strains in the fungal functioning at 40 days after stevia planting

In the case of mycorrhizal colonization frequency (Figure 1A), the highest values were obtained when inoculating R. irregulare (20 %), F. mosseae behaved with lower figures (17 %) and G. cubense reached the lowest values (15 %). Similar behavior among the different inoculated strains was observed for the mycorrhizal colonization intensity variable (Figure 1B).

One of the benefits related to mycorrhizal symbiosis is its ability to stimulate plant growth and development, so Figure 2 shows the effect of inoculation of the different AMF strains on the variables aerial and root dry mass, as well as on the length and stem diameter of stevia plants 40 days after planting.

A: aerial dry mass (g); B: root dry mass (g); C: stem length (cm); D: stem diameter (mm). Bars with equal letters in each graph do not differ significantly (p≤0.05) according to Tukey's Multiple Range Test
Figure 2.  Effect of inoculation of different AMF strains on variables related to stevia growth and development 40 days after planting

Significant differences (p≤0.05) were observed between the plants of the inoculated treatments and the control, with higher values in the mycorrhized plants. For these variables related to plant growth and development, a differential response was observed among the different strains under study, with higher values when inoculating R. irregulare, with intermediate figures behaved F. mosseae and G. cubense showed the lowest values.

Arbuscular mycorrhizal fungi have been widely studied for their role in mineral nutrition, an aspect of great importance due to the direct effects of this symbiosis on the growth, development and yield of mycorrhizal plants, in relation to controls (1919. Gottshall, C.B.; Cooper, M. y Emery, S.M. ‘‘Activity, diversity and function of arbuscular mycorrhizae vary with changes in agricultural management intensity’’, Agriculture, Ecosystems & Environment, vol. 241, no. 142, 1 de abril de 2017, pp. 142-149, ISSN 0167-8809, DOI 10.1016/j.agee.2017.03.011.). This effect is explained by the fact that mycorrhized plants require more photosynthates to satisfy their demand and that of the fungus, in such a way that a harmonic development between both is guaranteed (2020. Bhandari, P. y Garg, N. ‘‘Dynamics of Arbuscular Mycorrhizal Symbiosis and Its Role in Nutrient Acquisition: An Overview’’ [en línea], eds. Varma, A., Prasad, R., y Tuteja, N., Mycorrhiza - Nutrient Uptake, Biocontrol, Ecorestoration, edit. Springer International Publishing, Cham, 2017, pp. 21-43, ISBN 978-3-319-68867-1, https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-68867-1_2, [Consultado: 19 de julio de 2023], Disponible en: <https://doi.org/10.1007/978-3-319-68867-1_2>.). Therefore, in the presence of an effective mycorrhizal symbiosis, the synthesis and translocation of carbon substances from photosynthesis necessary to maintain the symbiotic process increases, which leads to a better relationship between the host and the AMF, stimulating the variables related to plant growth and development (2121. Jamiołkowska, A.; Księżniak, A.; Gałązka, A.; Hetman, B.; Kopacki, M. y Skwaryło-Bednarz, B. ‘‘Impact of abiotic factors on development of the community of arbuscular mycorrhizal fungi in the soil: a Review’’, International Agrophysics, vol. 32, no. 1, 2018, pp. 133-140, ISSN 0236-8722, DOI 10.1515/intag-2016-0090, [ADS Bibcode: 2018InAgr..32..133J].). In the same sense, it is suggested that the functioning of the mycorrhizal symbiosis is subject to the interaction of several factors, with special emphasis on the edaphic environment and soil pH (2222. Simó-González, J.E.; Ruiz-Martínez, L.A. y Rivera-Espinosa, R. ‘‘Inoculación de hongos micorrizógenos arbusculares (HMA) y relaciones suelo pardo-abonos orgánicos en la aclimatización de vitroplantas de banano’’, Cultivos Tropicales, vol. 38, no. 3, septiembre de 2017, pp. 102-111, ISSN 0258-5936.).

Therefore, the response found in the indicators of mycorrhizal functioning (Figure 1) and its consequent effect on the growth indicators of stevia plants (Figure 2), was determined by the characteristics of the substrate used in this study (Table 1). The chemical analysis indicated the existence of medium fertility, represented by average available P content and adequate levels of organic matter and calcium, which enhanced the activity of R. irregulare, compared to the rest of strains under study.

In this sense, the behavior described by R. irregulare, as the strain with the best response, coincided with studies carried out during the acclimatization phase of banana plants (Musa spp.), where significant increases were obtained in the survival of plants inoculated with an efficient AMF strain, in correspondence with their edaphic environment (2323. Lin, G.; McCormack, M.L. y Guo, D. ‘‘Arbuscular mycorrhizal fungal effects on plant competition and community structure’’, Journal of Ecology, vol. 103, no. 5, 2015, pp. 1224-1232, ISSN 1365-2745, DOI 10.1111/1365-2745.12429.), although some studies refer to the non-specific character of the mycorrhizal symbiosis due to the diversity of families of the plant kingdom that are susceptible to be colonized, each plant species has a different degree of mycorrhizal dependence (2424. Espinosa, R.; Felix, F.; Martinez, L.; González Cañizares, P.; Yakelín, R.; Ortega, E.; Suárez, K.; Martín Alonso, G.M.; Simo González, J.; Esmoris, C.; Nelson, M.; de la Noval Pons, B.; Ruiz Sánchez, M.; Zardón, A.F.; Jiménez, A.; Llerena, R.R.; Ramírez, J.; Bustamante, C.; Espinosa, A. y Franqui, D. Manejo, integración y beneficios del biofertilizante micorrízico EcoMic® en la producción agrícola. [en línea], edit. Ediciones INCA, San José de las Lajas, Cuba, 2020, ISBN 978-959-7258-05-6, Disponible en: <https://www.researchgate.net/publication/340223155_Manejo_integracion_y_beneficios_del_biofertilizante_micorrizico_EcoMicR_en_la_produccion_agricola>.).

Experiment 2

 

Figure 3 shows the effect of the HMA-substrate combination on variables related to fungal functioning (frequency and intensity of mycorrhizal colonization), on stevia cuttings 40 days after planting.

In a general sense, a positive response was observed when applying R. irregulare species in both substrate combinations, as all inoculated variants differed significantly (p≤0.05) from the control treatments, which showed lower values. It was observed that, in both mycorrhizal functioning variables [frequency (Figure 3A) and intensity (Figure 3B) of colonization], the higher values were reached in the treatments where R. irregulare was inoculated on the substrate composed of 75 % soil + 25 % MO.

The responses found in the fungal variables demonstrate that inoculation with an efficient AMF strain, from early stages of the crop and the presence of adequate soil and OM combinations, favors optimal mycorrhization, which is very convenient for the management of inoculants and their integration in crop technology (2525. Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J.; Soto-Hernández, R.M.; Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J. y Soto-Hernández, R.M. ‘‘Efectividad de biofertilizantes y brasinoesteroide en Stevia rebaudiana Bert.’’, Agrociencia, vol. 52, no. 4, junio de 2018, pp. 609-621, ISSN 1405-3195.).

A: colonization frequency (%); B: colonization intensity (%). Bars with equal letters in each graph do not differ significantly (p≤0.05) according to Tukey's Multiple Range Test
Figure 3.  Effect of AMF-substrate combination on mycorrhizal performance indicators 40 days after stevia planting

In this study, the superior effect of mycorrhization was found in the combination 75 % Soil+25 % OM, so this ratio guaranteed an adequate availability of nutrients for the functioning of the AMF strain R. irregulare, in correspondence with the pH value reflected in the chemical analysis of the substrate (Table 2). Studies conducted referred to the differential response between various AMF strains in different soil environments and the results showed high correlations (R2=0.97) between the effectiveness of the inoculated fungus strains and soil pH (2525. Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J.; Soto-Hernández, R.M.; Aguirre-Medina, J.F.; Mina-Briones, F.O.; Cadena-Iñiguez, J. y Soto-Hernández, R.M. ‘‘Efectividad de biofertilizantes y brasinoesteroide en Stevia rebaudiana Bert.’’, Agrociencia, vol. 52, no. 4, junio de 2018, pp. 609-621, ISSN 1405-3195.).

On the other hand, Table 4 shows the effect of the AMF-substrate combination on the aerial and root dry mass variables, as well as on the length and stem diameter of stevia plants 40 days after planting.

Table 4.  Effect of the AMF-substrate combination on growth and development variables of stevia plants 40 days after planting
Treatments Stem length (cm) Stem diameter (mm) Aerial dry mass (g) Root dry mass (g)
Control (50 % S + 50 % OM) 23.15 d 2.32 b 1.24 d 0.19 d
AMF + 50 % S + 50 % OM 31.74 c 2.51 b 1.38 c 0.24 c
Control (75 % S + 25 % OM) 24.87 b 2.39 b 1.45 b 0.30 b
AMF + 75 % S + 25 % OM 38.10 a 2.90 a 1.57 a 0.38 a
Se x 0.45 0.06 0.03 0.01

Means with equal letters in each column do not differ significantly (p≤0.05) according to Tukey's Multiple Range Test. AMF: R. irregulare; S: soil MO: organic matter

In the variables related to plant growth and development, higher values were reached in the treatments where R. irregulare was applied in the substrate composed of 75 % soil+25 % OM, differing significantly (p≤0.05) from the rest of the variants analyzed. On the other hand, the control treatments showed lower values, regardless of the type of substrate combination evaluated.

The increase in variables related to plant growth and development in treatments where R. irregulare was applied in the presence of the substrate combination 75 % soil+25 % OM (Table 4), indicates the effectiveness in the inoculation of this strain, which corresponded with the chemical analysis of the soil (Table 2).

The direct effect of AMF on plant growth and development has been an aspect widely addressed in the literature, since the presence of these obligate symbionts allows the plant to explore different sites or niches and transport water and nutrients of low mobility, from distances that exceed the depletion zones surrounding the roots and stimulate plant growth in mycorrhized plants compared to controls (2121. Jamiołkowska, A.; Księżniak, A.; Gałązka, A.; Hetman, B.; Kopacki, M. y Skwaryło-Bednarz, B. ‘‘Impact of abiotic factors on development of the community of arbuscular mycorrhizal fungi in the soil: a Review’’, International Agrophysics, vol. 32, no. 1, 2018, pp. 133-140, ISSN 0236-8722, DOI 10.1515/intag-2016-0090, [ADS Bibcode: 2018InAgr..32..133J].).

The response found in growth and development variables when inoculating R. intraradices coincided with other results where the same AMF strain was used in the same crop, finding a significant increase in the number of leaves, stem length and aerial dry mass.

CONCLUSIONS

 

The effectiveness of AMF inoculation on variables related to the growth and development of stevia cuttings 40 days after planting is tested; being the strain R. irregulare the one that showed a superior response in the combination of substrate 75 % soil+25 % OM, under the experimental conditions evaluated.