Hongos imprefectos (Hyphomycetes) en hojarasca de bosques nativos de Celtis tala y Scutia buxifolia : Diversidad, variación estacional y sucesión

Abstract

Lic. Natalia Allegrucci Resúmen 1 RESUMEN Los hongos constituyen un grupo definido de microorganismos los cuales interactúan con las bacterias y animales pequeños en los ecosistemas terrestres ocasionando la descomposición de los sustratos orgánicos. Las funciones que desempeñan los hongos son más relevantes y variadas de las que comúnmente se conoce, encontrándose involucrados directa o indirectamente en numerosos procesos del ecosistema. Los hongos saprótrofos, como organismos descomponedores, participan en los procesos de ciclado de nutrientes, llegando a degradar compuestos recalcitrantes como lignocelulosas reduciéndolos a componentes más simples y de fácil asimilación por otros organismos. Mejoran la estructura del suelo y remueven materiales que de otra manera se acumularían al punto de disminuir la productividad del ecosistema. Son responsables de la nutrición mineral adecuada de la mayoría de las plantas. Poseen un enorme potencial de dispersión y un sistema enzimático eficiente que les garantiza su modo de vida. El éxito de los otros organismos en el sistema y aún su supervivencia depende en gran medida de la actividad fúngica. Los hongos anamórficos (Deuteromycotina, Deuteromycetes, fungi imperfecti, hongos asexuales, hongos conidiales, hongos mitospóricos) se caracterizan por dispersarse por propágulos, los cuales son formados en células donde no ocurre meiosis; la mayoría de estos propagulos pueden ser llamados conidios, aunque algunos pueden derivar de partes no especializadas del micelio vegetativo. Actualmente se considera que hay tres grupos morfológicos dentro de los hongos anamórficos: Hyphomycetes, Agonomycetes, Coelomycetes. En un bosque, la hojarasca constituye la principal fuente de nutrientes de la fauna y microorganismos. Cerca del 80 % de la degradación de la hojarasca es realizada por microorganismos, siendo los hongos uno de los principales agente. A medida que la hojarasca es degradada, las comunidades fúngicas sufren cambios secuenciales en su composición y potencial de degradación, debido a cambios en la disponibilidad de nutrientes, humedad. pH, tensión de oxígeno, etc. Lic. Natalia Allegrucci Resúmen 2 Durante el proceso de descomposición de la materia orgánica ocurre una sucesión fúngica la cual puede ser definida como “la ocupación secuencial de un mismo sitio, por talos (usualmente micelios), tanto de diferentes hongos como de diferentes asociaciones de hongos”. Una sucesión esta ocurriendo si uno o mas micelios es reemplazado (no necesariamente en forma activa) por otro/otros micelios El objetivo de este trabajo fue describir la composición y diversidad de hongos imperfectos saprótrofos (Hyphomycetes) en las hojas en pie y la hojarasca de bosques nativos dominados por Scutia buxifolia Reiss (coronillo) y Celtis tala Gill ex Planch. (tala) del partido de Magdalena (Reserva Biósfera, programa MAB-UNESCO) y analizar las variaciones estacionales y la sucesión fúngica a lo largo del proceso de descomposición en la hojarasca. El área muestreada comprende la comunidad boscosa más importante de la región pampeana y esta ubicada a 20 km hacia el SE de la localidad de Magdalena, Provincia de Buenos Aires. En esta zona se utilizaron 2 áreas, bosque puro de S. buxifolia y bosque puro de C. tala Para el análisis de la diversidad y variación estacional se realizaron muestreos trimestrales durante el periodo de dos años (2004-2005). Se tomaron muestras de hojas vivas y de hojarasca de ambos tipos de árboles en cada muestreo. El número total de muestras analizadas para cada bosque fue de 2400 hojas. Para el aislamiento de las especies fúngicas se utilizaron dos métodos complementarios: Incubación en Cámaras húmedas y Fragmentación y lavado de hojas. Para poder discriminar si las características físico-químicas de cada tipo de sustrato constituye un factor que puede determinar la composición de especies de las comunidades fúngicas que se presentan en la hojarasca de ambos tipos de bosques, se colectaron en forma estacional durante el periodo de un año hojarasca de S. buxifolia en un bosque puro de C. tala y hojarasca de C. tala en un bosque puro de S. buxifolia. En el estudio de la sucesión fúngica en la hojarasca se colocaron hojas colectadas directamente de la planta en bolsas de plástico de apertura de malla de tres mm cuadrados. Se retiraron mensualmente y se colocaron las hojas en cámaras húmedas. Se registró la pérdida de peso seco y se analizaron sus Lic. Natalia Allegrucci Resúmen 3 componentes químicos de la hoja (carbohidratos solubles, nitrógeno, carbono orgánico, holocelulosa, lignina, taninos y fenoles) a lo largo del proceso de descomposición de la hojarasca Se consideró la hoja como unidad natural de muestreo. Mediante la observación directa de ambas superficies foliares se registró la presencia de cada taxón por hoja y se determinó la frecuencia relativa. Estos datos fueron utilizados para calcular el índice de diversidad (H´) de Shannon-Weiner, riqueza específica (S) y equitabilidad (E). Mediante el empleo de un análisis de componentes principales (ACP) se evaluaron las diferencias en la composición entre las comunidades fúngicas de la hoja viva- hojarasca y entre años en cada tipo de bosque y entre los bosques La tendencia de separación entre tratamientos y años a lo largo de cada eje se evaluó mediante análisis de la varianza. Las variaciones de la composición de especies en el proceso de descomposición se analizó mediante un ACP. La variación temporal de la frecuencia de esas especies fue correlacionada con la variación temporal de la concentración de los diferentes compuestos químicos identificados en el análisis de las hojas. Como resultado de la identificación taxonómica se encontró un género y cuatro especies nuevas para la ciencia: Dematiocladium celtidis gen. sp. nov. (Nectriaceae, Hypocreales), Thozetella buxifolia sp. nov, Koorchaloma scutiae sp.nov y Ciliochorella buxifoliae sp. nov Mediante la observación directa de los hongos en cámara húmeda con microscopio óptico se identificaron 100 especies de anamorfos de Ascomycota, a diferencia del método de sembrado de partículas de hoja en medio agarizado con el cual se determinaron 21 especies. Las especies que caracterizan las comunidades fúngicas del bosque de S. buxifolia y C. tala son diferentes. Para el bosque de coronillo se registraron 69 especies fúngicas, 41 especies corresponden a hoja verde y 54 especies a hojarasca; para el bosque de tala se registraron 58 especies, 24 especies para hoja verde y 53 especies. No se observaron variaciones estacionales de la riqueza y diversidad en las comunidades fúngicas presentes en la hoja verde y en la hojarasca de ambos tipos de bosques. Existen diferencias entre los dos años de muestreo, tanto en los valores frecuencia, riqueza de especies e índice Lic. Natalia Allegrucci Resúmen 4 de diversidad en ambos bosques. Los valores mas altos correspondieron al año 2004. El ACP aplicado en el estudio de especificidad de sustrato discriminó las muestras en dos grupos: las muestras S. buxifolia y las muestras C. tala, por lo cual el tipo de sustrato representa un condicionante más fuerte de la composición de la comunidad fúngica que las diferencias en las condiciones ambientales entre ambos tipos de bosques. Durante el proceso de descomposición de la hojarasca la riqueza de especies fue mayor en S. buxifolia (48 especies) en relación a C. tala (36 especies) Sin embargo la degradación de la hojarasca reflejada en la disminución de la masa foliar seca fue mayor en C. tala. La alta colonización fúngica reflejada en el número de especies registrado en cada muestra, sugiere una relación entre la descomposición y la actividad saprofítica de las comunidades de microhongos identificadas. El ACP realizado mostró un ordenamiento de las muestras en el tiempo relacionada con la sucesión fúngica, estos cambios sucesionales se reflejaron tanto en la composición como en la riqueza específica. Los componentes químicos de las hojas de ambas especies son diferentes. Esto se ve reflejado en las diferentes velocidades de degradación así como en las diferentes comunidades fúngicas características de cada hojarasca. A partir de los datos de los componentes químicos de las hojas a los largo de la descomposición se pudo observar que en la sucesión de S. buxifolia los primeros compuestos en degradarse fueron los carbohidratos solubles, luego se degradó la holocelulosa y por último los compuestos más recalcitrantes como la lignina. La descomposición de la hojarasca de C. tala no presentó este patrón. A partir de los datos obtenidos se observó una relación entre las comunidades fúngicas asociadas a la hojarasca de S. buxifolia y C. tala y los cambios en la composición química del sustrato a lo largo de la sucesión. Esta tesis constituye el primer estudio de las comunidades fúngicas y su sucesión en hojarasca de bosques nativos de S. buxifolia y C. tala. Se demostró claramente que la composición de las comunidades fúngicas de cada tipo de hoja son diferentes y responden a las diferencias químicas del sustrato Lic. Natalia Allegrucci Resúmen 5 ABSTRACT Fungi are a distinct group of organisms that interact with bacteria and small animals in terrestrial ecosystems, causing the decomposition of organic substrates. In addition, they play more relevant and more varied roles than those commonly known, being directly or indirectly involved in many ecosystem processes. Saprotrophic fungi are decomposers involved in nutrient cycling processes, which are able to degrade recalcitrant compounds such as lignocelluloses by reducing them to simpler components that are more easily assimilated by other organisms. These fungi are also able to improve the soil structure and remove materials that would otherwise accumulate, and thus lead to a decrease in the productivity of the ecosystem. In addition, they are responsible for the adequate mineral nutrition of most plants. They also have a huge potential for dispersal and an efficient enzyme system that guarantees their way of life. The success and survival of other organisms in the system depend largely on the activity of these fungi. Anamorphic fungi (Deuteromycotina, Deuteromycetes, imperfect fungi, asexual fungi, conidial fungi, mitosporic fungi) disperse by propagules, which are formed in cells where meiosis does not occur. Most of these propagules can be called conidia, although some can be derived from non-specialized parts of the vegetative mycelium. There are three morphological groups within anamorphic fungi: Hyphomycetes, Agonomycetes, and Coelomycetes. In a forest, dead leaves constitute the main source of nutrients for fauna and microorganisms. About 80% of dead leaves are degraded by microorganisms, mainly fungi. As dead leaves are degraded, fungal communities suffer sequential changes in their composition and degradation potential due to changes in the availability of nutrients, moisture, pH, and oxygen tension. During the decomposition process of organic matter, there is a fungal succession which can be defined as "the sequential occupation of a same site by thalli (usually mycelia), from both different fungi and different fungal Lic. Natalia Allegrucci Resúmen 6 association". A fungal succession occurs if one or more mycelia are replaced (not necessarily actively) by another mycelium / other mycelia. The aim of this study was to describe the composition and diversity of imperfect saprotrophic fungi (Hyphomycetes) in green and dead leaves of native forests dominated by Scutia buxifolia Reiss (coronillo) and Celtis tala Gill ex Planch. (tala) from Magdalena, Buenos Aires, Argentina (Biosphere Reserve, MAB-UNESCO), and analyze the seasonal variations and fungal succession during the decomposition process of dead leaves. The area sampled includes the most important forest communities of the Pampas region and is located 20 km to the southeast of the town of Magdalena, Buenos Aires Province. Two forests were sampled: pure forest of S. buxifolia and pure forest of C. tala. For the analysis of diversity and seasonal variation, sampling was carried out quarterly during a two-year period (2004-2005). Green and dead leaves from both types of trees were collected in each sampling. A total number of 2400 leaves were analyzed for each forest. Two complementary methods were used for the isolation of fungal species: incubation in moist chambers and fragmentation and washing of leaves. To discriminate whether the physico-chemical characteristics of each type of substrate is able to determine the species composition of the fungal communities that live on the dead leaves of both forest types, we seasonally collected dead leaves of S. buxifolia in a pure forest of C. tala and dead leaves of C. tala in a pure forest of S. buxifolia for one year. In the study of fungal succession in dead leaves, the leaves collected were placed directly in plastic bags with a mesh opening of 3 mm2. The leaves were removed monthly and placed in moist chambers. Dry weight loss was recorded and the chemical components of the leaf (soluble carbohydrates, nitrogen, organic carbon, holocellulose, lignin, tannins and phenols) were analyzed during the decomposition of dead leaves. A leaf was considered as a natural sampling unit. By direct observation of both leaf surfaces, we recorded the presence of each taxon per leaf and determined their relative frequency. These data were used to calculate the index of diversity (H'), Shannon-Weiner species richness (S) and equitability Lic. Natalia Allegrucci Resúmen 7 (E). A principal components analysis (PCA) was used to evaluate differences in composition between the fungal communities of the green and dead leaves, between years in each forest type, and between forests. The tendency of separation between treatments and years along each axis was evaluated by analysis of variance. Variations in species composition in the decomposition process were analyzed by a PCA. The temporal variation of the frequency of these species was correlated with the temporal variation of the concentration of the different chemical compounds identified in the analysis of the leaves. The taxonomic identification resulted in one genus and four species new to science: Dematiocladium celtidis gen. sp. nov. (Nectriaceae, Hypocreales), Thozetella buxifolia sp. nov, Koorchaloma scutiae sp. nov and Ciliochorella buxifoliae sp. nov. The direct observation of fungi in the moist chamber with an optical microscope allowed identifying 100 species of anamorphic Ascomycota, unlike the method of seeding leaf particles in agar medium, which allowed identifying 21 species. The species that characterized the fungal communities of the forest of S. buxifolia were different from those of the forest of C. tala. A total of 69 fungal species, 41 of which corresponded to green leaves and 54 of which corresponded to dead leaves, were recorded for the S. buxifolia forest, whereas a total of 58 species, 24 of which corresponded to green leaves and 53 to dead leaves, were recorded for the C. tala forest. No seasonal variations were observed in species richness or diversity of the fungal communities of green and dead leaves from both forest types. There were differences in the frequency, species richness and diversity index in both forests between the two sampling years. The highest values were those of 2004. The PCA applied in the study of substrate specificity discriminated the samples into two groups: samples of S. buxifolia and samples of C. tala, indicating that the type of substrate is a stronger determinant of the composition of fungal community than the differences in the environmental conditions between the two forest types. Lic. Natalia Allegrucci Resúmen 8 During the process of decomposition of dead leaves, the species richness was higher in S. buxifolia (48 species) than in C. tala (36 species). However, the degradation of dead leaves reflected in the decrease of leaf dry mass was higher in C. tala. The high fungal colonization reflected in the number of species recorded in each sample suggests a relationship between the decomposition of dead leaves and the saprophytic activity of the communities of microfungi identified. The PCA showed an ordering of the samples in time related to the fungal succession. These successional changes were reflected in both the composition and species richness. The chemical components of the leaves of both species were found to be different. This was reflected in the different degradation rates and the different fungal communities of the dead leaves of each forest. The data of the chemical constituents of the leaves along their decomposition allowed observing that the first compounds to degrade in the succession of S. buxifolia were soluble carbohydrates, then holocellulose and finally more recalcitrant compounds such as lignin. The decomposition of dead leaves of C. tala did not show this pattern. The data showed a relationship between the fungal communities associated with dead leaves of S. buxifolia and C. tala and the changes in the chemical composition of the substrate along the succession. This thesis, which is the first study of fungal communities and succession in dead leaves from native forests of S. buxifolia and C. tala, clearly shows that the composition of the fungal communities of each type of leaf is different and responds to the chemical differences of the substrate.