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“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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Contacto:
albertoiias@hotmail.com
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