3.7. Resistencia física de las hojas

Las hojas físicamente más fuertes están mejor protegidas contra daños mecánicos por factores abióticos (viento, granizo) y bióticos (herbivoría, pisoteo), contribuyendo a mayores tiempos de vida de las hojas. La dureza de una hoja es un buen indicador de la inversión en C para protección estructural de los tejidos fotosintéticos en general. Estas características también tienen efectos una vez muerta la hoja, ya que las hojas más duras o resistentes constituirán hojarasca que se descompone más lentamente.
Debido a que las hojas tienen diferentes propiedades de resistencia dependiendo de la dirección en que es ejercida la fuerza, la resistencia física de una hoja puede definirse y medirse de diferentes maneras. Las tres propiedades más frecuentemente medidas son la fuerza para rasgar, el trabajo para cortar y la fuerza para perforar (Ft,Wsy Fppor sus siglas en inglés, respectivamente). Ft es la fuerza requerida para cortar una hoja o un fragmento de hoja, dividido por su ancho, y expresada en kN m-1 o N mm-1. Nótese que previamente también se ha definido Ft como “fuerza tensil foliar”. Ws, llamada algunas veces “fuerza de fractura”, refleja la fuerza necesaria para cortar una hoja o fragmento de hoja a un ángulo y velocidad constantes, expresada en N o su análogo, J m-1. Fp es la fuerza necesaria para atravesar un perforador a través de una hoja o fragmento (expresada en N mm-1). Tanto Ws como Fp están fuertemente influenciados por el grosor de hoja. (Ver sección 3.4).


¿Qué recolectar y cómo colectarlo?

Para el protocolo de recolección de hojas, seguir lo establecido en el punto 3.1; para conocer los tamaños de muestra recomendados, ver el Apéndice1.


Almacenamiento y procesamiento

Seguir los procedimientos descriptos en la sección 3.1 y mantener las muestras en conservadora o heladera. La rehidratación no es indispensable, aunque es deseable para los casos en que se necesite medir el grosor de hoja de manera precisa. Medir tan pronto como sea posible luego de la recolección, preferentemente dentro de las 72 horas para especies de hojas blandas, las hojas más duras tienden a mantener su dureza por varios días. Si no es posible realizar las mediciones dentro del período sugerido (por ej., las muestras deben ser transportadas a sitios distantes), una alternativa es secar las muestras al aire, colocándolas entre hojas de papel absorbente en un herbario, inmediatamente luego de la recolección. En este caso, sí será necesaria una rehidratación previamente a las mediciones. La dureza de hojas frescas y rehidratadas está bien correlacionada para hojas de especies esclerófilas y pastos, tanto en el caso de Ft como de Ws.


Mediciones

Para hojas frescas las mediciones se realizan directamente sobre el material almacenado en las bolsas. Para hojas secadas al aire, proceder primero a la rehidratación colocando las muestras entre papeles absorbentes saturados de agua y guardándolas en bolsas plásticas selladas en la heladera, por 24 horas (una hidratación con rociador puede ser mejor para especies xerofíticas, sensibles a la pudrición, ver Sección 3.1). Aquí, describiremos tres métodos que han producido buenos resultados y para los cuales existen instrumentales de medición desarrollados específicamente. Si usted tiene la posibilidad, recomendamos medir la propiedad más relacionada al proceso de su interés. Por ejemplo, en el caso de herbivoría por pastoreadores vertebrados, la Ft es probablemente la propiedad más relevante, mientras que si el interés se centra en insectos masticadores o en pisoteo por mamíferos, entonces Ws sería la mejor aproximación a la propiedad de interés (Tabla 2).

(1) Pruebas tensiles o de rasgado. La fuerza para rasgar (Ft) puede ser medida de una manera fácil y económica, con un aparato muy simple que incluye un dinamómetro con un rango de 0 a 3 kg (Figura 3.a). Para hacerlo, corte un fragmento de la hoja de la parte central, pero excluyendo la nervadura central, a menos que ésta no sea muy prominente (por ej. en algunas Poáceas o Liliáceas), o que la hoja sea tan pequeña como para no poder hacerlo sin la ayuda de una lupa. El largo del fragmento debe seguir el eje longitudinal de la hoja (misma dirección que la nervadura central). El ancho del fragmento variará entre 1 mm (en especies muy duras) y 10 mm (en especies muy blandas). Siempre que sea posible, se recomienda usar fragmentos con una relación largo:ancho entre 5 y 10, para asegurar que la fuerza es ejercida a lo largo del eje principal. Medir el ancho exacto de la muestra antes de colocarla en el aparato. Ubicarla perpendicularmente a los bordes de los cepos, luego fije con éstos los dos extremos de la muestra. Haga esto delicadamente, sin dañar los tejidos. Para ello, una fina pieza de goma adherida a los bordes de los cepos puede ser de utilidad. Las hojas muy pequeñas, hojas muy duras o resbalosas, y hojas suculentas, deben ser fijadas más fuertemente por medio del uso de cinta adhesiva doble faz. Una vez fijada la muestra, tirar lentamente con fuerza creciente, hasta que la hoja se corte. Preste atención al dinamómetro para leer la fuerza ejercida al momento del corte. Para la conversión de unidades, recuerde que 1kg=9,81N. Divida la fuerza total por el ancho de la muestra para obtener Ft. Exprese el resultado en N mm-1.Existen otros instrumentos más sofisticados para medir Ft, como el tensiómetro Instron 5542 (Canton, MA, USA) o (con adaptaciones), el Mecmesin Ultra Test Tensiometer (Mecmesin, Slinfold, UK). Las hojas muy blandas para mostrar un valor real de medición con el aparato, reciben un valor arbitrario de fuerza de rasgado de cero. Para hojas demasiado duras para ser cortadas, primero se debe intentar cortar un fragmento más angosto (menos de un mm en caso de ser necesario y posible). Si aun así no puede cortarse, entonces esa muestra recibe un valor igual al máximo posible que arroja el aparato (asumiendo un ancho de muestra de 1 mm). En el caso de especies suculentas (o tallos modificados), los cuales se “escapan” de los cepos en el aparato, realice las mediciones en fragmentos de epidermis.

(2) Pruebas de corte o cizallamiento. Al menos cinco aparatos han sido utilizados para medir trabajo de corte (Ws). Todos ellos miden la cantidad de trabajo se necesita para cortar una hoja, ya sea con una hoja de corte simple contra una base, o con un par de hojas de corte (tijeras). Un aparato portátil y ampliamente usado para medir la fuerza promedio para cortar una hoja a una velocidad y un ángulo constante (20º) se muestra en la figura 3.b. Otro aparato, no portátil, para esta medición se muestra en la Figura 3.c. En ambos casos, el aparato consiste de una parte mecánica, una fuente de potencia y una computadora en la cual se registra un archivo de salida. Para proceder con estos aparatos, primero debe realizarse una calibración de acuerdo a las especificaciones particulares de cada uno. Debe tenerse en cuenta que esta metodología es altamente sensible, el operador debe evitar toda fuente externa de posible error o interferencia (vibraciones, viento). Además, debe limpiarse adecuadamente la o las hojas de corte con un paño embebido en alcohol. Medir con precisión el espesor de la hoja o fragmento (lámina o nervadura) con un calibre, antes de colocarla en el aparato. Luego, coloque la muestra en la plataforma y fíjela con sus soportes. Las hojas son cortadas perpendicularmente a la nervadura central, a la altura de mayor ancho de la hoja, o en la mitad entre la base y la punta de la misma, en el caso de que el punto de ancho máximo sea difícil de definir). En algunos estudios, la nervadura central se elimina para obtener el valor correspondiente a la lámina solamente (o se miden ambas cosas, pero por separado). Como alternativa (aunque menos precisa), el operador puede remover una parte de los datos, que representan la nervadura cortada, y analizar este dato por separado. El procedimiento para calcular el valor final difiere entre los diferentes aparatos. Para hacerlo, deberá referirse a los diferentes manuales de usuario. Una copia calibrada del dispositivo mostrado en la figura 3.c se encuentra disponible para su uso en el CNRS en Montpellier, Francia (contactar a Eric Garnier, email: garnier@cefe.cnrs-mop.fr).

(3) Pruebas de perforación. La Fuerza para perforar (Fp) es la resistencia del tejido de la hoja (particularmente epidermis) a la ruptura, excluyendo la dureza aportada por las nervaduras y venas. Diferentes penetrómetros (Figura 3.d) han sido utilizados en el pasado (no existe un diseño estándar). Todos ellos tienen un perforador en la punta, que puede ser una aguja o una punta roma (con un diámetro aproximado de 0,5 – 5,5 mm) unido a una pequeña balanza o a un medidor de peso (siendo éste un recipiente llenado gradualmente con agua, y pesado luego de la perforación). El perforador atraviesa una plataforma con un orificio en el centro. Se recomienda dejar una luz de 0,05-0,1 mm entre el perforador y los bordes del hueco en la plataforma, a los fines de evitar errores por fricción entre estos componentes. Una punta afilada en el perforador permit6e también evitar sobrestimaciones de la fuerza necesaria, resultado más de la compresión y tensión que del corte en sí. Para estandarizar la fuerza por unidad de longitud, se debe dividir la fuerza por la circunferencia del perforador. El dato se expresa en N mm-1. La consistencia de valores en diferentes puntos de la hoja tiende a ser consistente, en tanto se eviten nervaduras y venas. 3 mediciones por hoja son probablemente suficientes. Este test no funciona bien para muchos pastos y otras monocotiledóneas. Este método ha sido más utilizado en los trópicos. Algunos estudios recientes han incorporado el perforador a aparatos más sofisticados diseñados para medir propiedades de los materiales (como el Instron 5542).


Casos Especiales o Extras

(i) Plantas áfilas. Ver sección 3.1.

(ii) Dureza del tejido de la hoja o dureza tejido-específica. Este interesante parámetro adicional puede obtenerse al dividir la Ft, Ws o Fp por el grosor (promedio) de la muestra. La medición del grosor de hoja (en mm) para este fin es comúnmente obtenida con un calibre, inmediatamente después de medir el ancho de la muestra, y antes de ubicarla en el aparato de medición.

 
Referencias sobre teoría, significado y bases de datos: Coley (1988); Choong et al. (1992); Grubb (1992); Turner (1994); Wright and Vincent (1996); Cornelissen et al. (1999); Lucas et al. (2000); Díaz et al. (2004); Read and Stokes (2006); Kitajima
and Poorter (2010); Onoda et al. (2011).

Más sobre métodos: Hendry and Grime (1993); Darvell et al. (1996); Aranwela et al. (1999); Wright and Cannon (2001).