“Efecto de la fuente de nitrógeno y la adición de Zeolita (clinoptilolita) a sustratos artificiales sobre la Producción de biomasa y composición

metabólica de plantas de maíz (Zea mays L.)”

Opción 1Tesis Profesional

Para obtener el grado de:Ingeniero en Innovación Agrícola Sustentable

PresentaJosé Alberto Sánchez Arroyo

DirectorDr. Axel Tiessen Favier

11/ Abril/ 2014

Introducción

-Evoluciono de teocintle

-Gramínea

-Planta C4

-Inflorescencia monoica

-Centro de Origen México

(Bellon, 2005)

Producción mundial

(FAOSTAT, 2013)

Producción Nacional

Estados ordenados de mayor a menor producción: 1. Sinaloa, 2. Jalisco, 3. México, 4. Chiapas, 5. Michoacán, 6. Guerrero, 7. Guanajuato, 8. Veracruz, 9. Puebla, 10. Chihuahua, 11.Oaxaca, 12. Hidalgo, 13. Tamaulipas.

• Ocupa la mayor superficie sembrada entre los cultivos del territorio nacional

(Sweeney et al., 2013)

• Las zeolitas son un tipo de compuestos de inclusión. Estas son aluminosilicatos hidratados, caracterizados por redes tridimensionales (tetraedros) de SiO4 y AlO4 (Rehakova et al., 2004).

• Alta capacidad de absorción de iones amonio (NH4

+) (Barbarick et al., 1990).

Zeolita Existen zeolitas sintéticas y naturales

(Hernandez, 2010)

• Las aplicaciones de las zeolitas naturales son:

– Control de contaminación– Filtros de agua– Ganadería– Agricultura y acuicultura– Minería y la metalurgia.

(Mumpton,1981)

• En México hay diversos yacimientos de zeolitas, en 18 estados de la república, los más trabajados y de más importancia son los de Oaxaca y Sonora.

(Ostrooumov, 2011)

El nitrógeno en las plantas

• Una parte fundamental del nitrógeno (N2) es que participa en la síntesis de proteínas y por ello es vital para toda la actividad metabólica de la planta

De los tres macroelementos; Nitrógeno, Fósforo y Potasio (N-P-K), la fertilización nitrogenada tiene el mayor efecto en el aumento del rendimiento de maíz.

(Fabrizzi, 2005)

Aminoácidos, aminoenzimas, ácidos nucleicos, clorofila, alcaloides y bases puricas.

Urea como fuente de nitrógeno

CO(NH2)2 + H2O CO2 + 2NH3 + H+

Urea Agua Dióxido deCarbono

UreasaAmoniaco

Cianatode amonio

NO3- → NO2

- → NO → N2O → N2

Volatilización

NH4+

Amonio30%

Aprovechamiento Lixiviaciones a mantos acuíferos

Volatilización

Protón

PÉRDIDA $$$$

NH4+-OCN + Calor

Rechazo por suelos

La aplicación de nitrógeno fraccionado.La utilización de fertilizantes de liberación lenta.La incorporación de las enmiendas al suelo que aumentan la retención de iones como el amonio (NH4+) y el nitrato (NO3-).

(Sepaskhah and Barzegar 2010)

Orina animal como fuente de nitrógeno• La aplicación de orina a los suelos agrícolas tiene la ventaja de proporcionar

la materia orgánica (OM) y nutrientes de las plantas, especialmente nitrógeno (N2) (Sánchez, 2005)

(Añasco, 2001)

Antecedentes

Tema Autor Journal Año

Absorcion de amonio (NH4

+ ) en zeolitaBernal et al Bioresource Tecnology 1993

Evitar lixiviaciones de fertilizante en suelos

arenosos

Sepaskhah A.R., Barzegar M.

Agricultural Water Management

2010

Fertilizacion de maíz con orina

Arbat G. et al Agricultural Water Management

2013

Comparaciones de fertilizaciones

Daudén A., Quitez D.

European Journal Agronomy

2004

Combinación de Fertilizaciones

Berenguer P. et al. European Journal Agronomy

2008

Adición de Orina a el maíz Meijide A. et al. Agriculture, Enviroment & Agriculture

2007

Objetivos

Objetivo general

Determinar los cambios metabólicos en hojas y semillas, así como los rendimientos de biomasa en las plantas de maíz cultivadas con las dos formas de fertilización nitrogenada (urea y orina animal) en presencia y ausencia de zeolita (clinoptilolita) en el sustrato.

Objetivos específicos

A).- Cuantificar el amonio (NH4+) contenido en la orina animal (porqueriza).

B).- Cuantificar la absorción de amonio (NH4+) por la zeolita (clinoptilolita),

relación a días de sumergido en la orina animal (porqueriza).

C).- Cuantificar la concentración de metabolitos primarios como azúcares solubles, clorofilas (a, b y totales), y carotenoides en muestras foliares.

D).- Tomar datos de la producción de biomasa fresca y seca, así como el rendimiento de grano de las plantas.

E).- Caracterizar bioquímicamente las semillas producidas en los diferentes tratamientos a partir de la cuantificación de los diversos metabolitos como; aminoácidos, proteínas, lípidos y azúcares solubles.

Hipótesis

La aplicación de orina animal como fuente de nitrógeno más la suplementación de zeolita (clinoptilolita) muestra una respuesta diferente a la fertilización convencional (urea) en cuanto a producción de biomasa fresca y seca así como la composición metabólica en el cultivo de maíz.

Preguntas Biológicas

¿Puede la orina de puercos sustituir el empleo de urea como fuente de abastecimiento de nitrógeno en el cultivo de maíz y sostener un crecimiento adecuado y una alta producción?

¿Cómo afecta el uso de zeolita (clinoptilolita) como suplemento en la preparación de sustratos artificiales en el crecimiento, producción y el metabolismo de las plantas de maíz cultivadas en un sistema de macetas en condiciones de invernadero?

¿Permite la zeolita (clinoptilolita) minimizar las pérdidas de nitrógeno y hacerlo más eficiente para el cultivo?

TRATAMIENTO NITRÓGENO SUSTRATO RELACIÓN

Testigo 0 ppm

Peat moss- Vermiculita

(PM-V)1---1

Urea 6 grs 2760 ppm N2

Urea 10 grs 4600 ppm N2

Urea 15 grs 6900 ppm N2

Urea 20 grs 9200 ppm N2

Testigo 0 ppm

Peat moss- Vermiculita

(PM-V)1---1

250 ml Orina 79.5 ppm NH4+

500 ml Orina 159 ppm NH4+

750 ml Orina 238.5 ppm NH4+

1000 ml Orina 318 ppm NH4+

Testigo 0 ppm

Peat moss- Vermiculita-Zeolita

(PM-V-Z)1---1---1

Urea 6 grs 2760 ppm N2

Urea 10 grs 4600 ppm N2

Urea 15 grs 6900 ppm N2

Urea 20 grs 9200 ppm N2

Testigo 0 ppm

Peat moss- Vermiculita-Zeolita

(PM-V-Z)1---1---1

250 ml Orina 79.5 ppm NH4+

500 ml Orina 159 ppm NH4+

750 ml Orina 238.5 ppm NH4+

1000 ml Orina 318 ppm NH4+

Estr

ateg

ia e

xper

imen

tal

Estrategia Experimental

*Peso total planta *Numero de hojas *Peso total tallo *Peso de espigas

*Altura plantas*Clorofilas *Carotenoides*Azucares Solubles

*Peso total planta *Peso total tallo*Peso jilotes*Peso mazorcas*Altura plantas

*Azucares*Lípidos*Aminoácidos*Proteínas*Almidón

MetodologíasCuanficacion Método

Clorofilas y Carotenoides(VAL,1985)

Extracción EtanolicaEspectrofotómetro

Azucares Solubles(Angeles-Nuñez and Tiessen, 2010)

Extracción EtanolicaEnzimas AcopladasEspectrofotómetro

Aminoácidos(Stein, 1948)

NinhidrinaEspectrofotómetro

Lípidos(Angeles-Nuñez and Tiessen, 2010)

HexanosDiferencia de Pesos

Amonio (NH+4)(Mulvaney, 1996)

Azul de Indofenol

Proteínas Extracción Buffer Salino (PBS)

Almidón(Angeles-Nuñez and Tiessen, 2010)

Soluciones DegradantesEnzimas AcopladasEspectrofotómetro

Análisis de Datos

• Microsoft Office Excel 2010

• R Project versión 3.0.2

• Least Significant Difference (LSD) de Fisher (Prueba de comparaciones múltiples)

Contenido de Amonio (NH4+) en la orina

318.6 ppm/amonio

Adsorción de amonio (NH4+) por zeolita con respecto a los días

Resultados

(α= 0.05 y n=8)

300 grs/planta276.81 grs/planta

12 hojas/planta 11.63 hojas/planta

(α= 0.05 y n=8)

217.09 grs/tallo 195.01grs/tallo

9.80 grs/espiga 9.08 grs/espiga

(α= 0.05 y n=8)

125.11 cm/planta 117.70 cm/planta

Clorofilas (a, b y totales) 1.542 ug/ml-1 3.98 ug/ml-1

1.96 ug/ml-1 0.92 ug/ml-1(α= 0.05 y n=16)

3.72 ug/ml-1

4.95 ug/ml-1

(α= 0.05 y n=16)

Carotenoides0.14 ug/ml-1

0.83 ug/ml-1

(α= 0.05 y n=16)

Azucares Solubles en hojas2.27 umol/gPF 3.10 umol/gPF

17.65 umol/gPF 18.55 umol/gPF

(α= 0.05 y n=16)

0.45 umol/gPF

0.68 umol/gPF

(α= 0.05 y n=16)

Azucares Solubles en semillas 1.51 umol/gPS 1.91 umol/gPS

7.66 umol/gPS 6.48 umol/gPS (α= 0.05 y n=12)

1.88 umol/gPS

1.23 umol/gPS

(α= 0.05 y n=12)

Correlación entre azúcares /en la hoja de maíz y azúcares en la semilla de maíz

Lípidos y Almidón en semilla 2.55 ug/mgPS 1.80 ug/mgPS

46.51 umol/mgPS38.66 umol/mgPS

(α= 0.05 y n=5)

(α= 0.05 y n=4)

Aminoácidos y Proteínas en semilla 35.08 nmol/mgPS 14.99 nmol/mgPS

0.510 ug/ml 1.046 ug/ml (α= 0.05 y n=6)

(α= 0.05 y n=6)

Biomasa Seca154.6528 grs/planta

180.1528 grs/planta

124.70 grs/tallo 104.23 grs/tallo

(α= 0.05 y n=8)

129.97 grs/mazorca 143.41 grs/mazorca

152.61 grs/jilote 159.08 grs/jilote (α= 0.05 y n=8)

173.47 cm/planta159.08 cm/planta

(α= 0.05 y n=8)

Conclusiones

* Las plantas de maíz (Zea mayz) respondieron favorablemente a mayores dosis de fertilización con urea, pero no de orina.

* La dosis óptima de urea fue de 10 g/planta. Se necesita más de 1000ml de orina para generar mayor rendimiento.

* La zeolita (clinoptilolita) incremento la biomasa de las plantas fertilizadas con urea, pero no con orina.

* La orina funciona diferente que la urea. Hay cambios en la relación chl a/b dependientes de la zeolita (clinoptilolita). Curiosamente, el contenido de clorofila (b) aumentó en plantas fertilizadas con orina + zeolita

* La zeolita (clinoptilolita) bajo la chl a y chl total en todas las plantas. Posiblemente porque permite un uso más eficiente del nitrógeno.

* La orina como fuente de fertilización nitrogenada se puede considerar como un complemento de la fertilización nitrogenada con urea.

*El contenido de los lípidos en las semillas, las plantas que tuvieron zeolita en el sustrato generaron granos con más lípidos que las plantas que no tuvieron el mineral en el sustrato.

* Las medias para el experimento del almidón indican que los granos de las plantas que fueron cultivadas con zeolita en el sustrato tuvieron un valor más alto que aquellos granos de las plantas que no presentaron zeolita y pasó lo mismo con el contenido de aminoácidos contenidos en las semillas.

AGRADECIMIENTOS

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albertoiias@hotmail.com