GRUPO

ACADÉMICO

DE DOCENCIA:

PRODUCCIÓN

PRIMARIA

GUÍA DEL MÓDULO PRODUCCIÓN PRIMARIA

Universidad Autónoma Metropolitana Xochimilco División de Ciencias Biológicas y de la Salud

Departamento El Hombre y su Ambiente Licenciatura en Biología

Grupo Académico de Docencia “Producción Primaria” M. en C. Ma. Teresa Barreiro Güemes (Coordinadora) Dra. Celia Bulit Gámez Dra. Martha Signoret Poillon Dr. José A. Arévalo Ramírez Noviembre 2004

INDICE DE CONTENIDO

I INTRODUCCIÓN 3

II PRESENTACIÓN 4

III ESTRUCTURA DE CONTENIDOS EDUCATIVOS UNIDADES DE PROCESO

5

UNIDAD 1. PROCESOS ENERGÉTICOS Y FISICOQUÍMICOS BÁSICOS

5

UNIDAD 2. PROCESOS METABÓLICOS

6

UNIDAD 3. MÉTODOS PARA EVALUAR LA PRODUCCIÓN PRIMARIA

10

UNIDAD 4. VARIABLES AMBIENTALES QUE REGULAN LA PRODUCCIÓN PRIMARIA

13

UNIDAD 5. COMUNIDADES DE PRODUCTORES PRIMARIOS ACUÁTICOS

16

UNIDAD 6. LOS ECOSISTEMAS Y SU PRODUCTIVIDAD PRIMARIA

18

UNIDAD 7. MODELAJE Y ESTRATEGIAS DE MANEJO DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA

21

ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA

24

IV. INVESTIGACIÓN MODULAR

25

V. MODALIDADES DE EVALUACIÓN 26

I. INTRODUCCIÓN La producción primaria es el proceso clave para la incorporación de energía y la consecuente generación de biomasa en cualquier ecosistema. La relevancia de este proceso, su evaluación y su manejo, dentro del contexto del uso y conservación de los recursos naturales renovables, es el eje teórico-metodológico de esta Unidad de Enseñanza-Aprendizaje (UEA). Aunque la producción primaria es un proceso ecológico, su estudio debe ser enfocado desde varios puntos de vista y a través de varios niveles de organización. Por tanto es de suma importancia comprender inicialmente los aspectos fisicoquímicos y bioenergéticos, que son fundamento para comprender fenómenos y procesos bioquímicos y de fisiología celular. Una vez comprendidos estos procesos, se abordan los aspectos ecofisiológicos y adaptativos de las diversas comunidades de productores primarios y sus respuestas a las variables ambientales en diversas escalas espacio-temporales. Finalmente, se tratan aquellas variables que intervienen en la generación de modelos y las estrategias de manejo de estas comunidades. El perfil deseado del alumno al ingresar a la unidad incluye un conocimiento general de los principios de conservación de la materia y energía y de los conceptos relacionados con los niveles tróficos en el ecosistema y los ciclos de los elementos como carbono, nitrógeno, fósforo y azufre, entre otros. Asimismo, se espera que los estudiantes tengan conocimientos básicos sobre las moléculas orgánicas y las principales funciones químicas. Los estudiantes deben tener habilidades para diseñar y realizar muestreos y registros en campo y laboratorio, análisis y presentación de datos, incluyendo la aplicación de estadística básica. Al egresar, los alumnos comprenderán el proceso de producción primaria desde sus conceptos fundamentales hasta las relaciones ecológicas esenciales que promueven dicho fenómeno. Además, los egresados comprenderán las implicaciones ecológicas para la conservación y el manejo de los ecosistemas terrestres o acuáticos, considerándolos desde la perspectiva de la producción primaria. Finalmente, aquellos que cursen esta UEA, serán capaces de aplicar métodos y técnicas de evaluación de este proceso y de analizar sus resultados en el contexto general de los ciclos tróficos.

II. PRESENTACIÓN Para esta Guía modular de la Unidad de Enseñanza-Aprendizaje Producción Primaria, se tomó como base el Programa de Estudios oficial, aprobado por el Colegio Académico de la Universidad Autónoma Metropolitana en 1999. Esta UEA pertenece a la segunda fase del tronco de carrera, la cual se orienta a los aspectos tróficos y los ciclos de materia y energía en el ecosistema. En este documento se presentan dentro de las Unidades de Proceso, contenidos y lecturas que se enfocan al área de ecosistemas marinos y costeros y otros contenidos que se enfocan al área de ecosistemas terrestres, según la orientación que se dé a la UEA. Se puede impartir en los trimestres VIII o IX de la licenciatura en Biología con una carga académica repartida de la siguiente manera: 15 horas de teoría y 17 horas de práctica a la semana. El Objeto de Transformación de esta Unidad se enuncia como: “La evaluación de la Producción Primaria” El Problema Eje es: ¿Cuál es el efecto de las variables ecológicas y antrópicas sobre la incorporación de energía y la acumulación de biomasa en un ecosistema? El Objetivo General es el siguiente: Estudiar la Producción Primaria como base de la estructura y el funcionamiento de los ecosistemas y como un elemento para el manejo de los mismos. III. ESTRUCTURA DE CONTENIDOS EDUCATIVOS

UNIDADES DE PROCESO

UNIDAD 1. PROCESOS ENERGÉTICOS Y FISICOQUÍMICOS BÁSICOS

Un concepto fundamental para entender los procesos biológicos y la vida misma es el de energía. La aplicación de las leyes de la termodinámica como parte de la explicación y definición de la vida, presenta todo un reto en la interpretación de la dinámica y procesos ecológicos. Esta primera unidad es una revisión de conceptos y postulados de la fisicoquímica y la bioenergética, que constituyen la base de los procesos de incorporación de energía al ecosistema y que rigen en gran medida su flujo en la biósfera. Se resaltan las particularidades de los tipos de energía que están involucrados en la producción primaria y sus mecanismos de acción a nivel de átomos y moléculas.

Objetivo de la Unidad:

Que el alumno:

Analice el proceso de incorporación de energía al ecosistema y discuta los conceptos básicos relacionados con la producción primaria

. 1.1 Concepto de energía. Energía cinética, energía potencial, energía cinético-potencial 1.2 Principio de termodinámica. Las tres leyes de la termodinámica 1.3 Fenómenos bioeléctricos 1.4 Energía radiante. Unidades de medida 1.5 Luminiscencia, fluorescencia, fosforescencia, quimioluminiscencia, bioluminiscencia, características y mecanismos 1.6 Naturaleza de la luz. Espectro electromagnético. Fracción fotosintéticamente activa de la luz (PAR). Unidades de medida 1.7 Energía química. Enlaces químicos. Concepto de óxido-reducción 1.8 Energía somática y extrasomática, energía auxiliar 1.9 El flujo de energía en la biosfera

Lecturas recomendadas: Barbour M G. Burk J H, Pitts W.D, Gillian F S, Scwartz M W (1999) Terrestrial Plant Ecology. 3a ed. Benjamin Cummings Addison Wesley Longman Inc. Cap.. 12

Frontier S, Pichot.Viale D (1991) Ecosystèmes. Structure, fonctionnement, évolution. Ed. Masson. (Capítulo1, de 1.1 a 1.4) Glaser R. (1996) Biofísica, Ed. Acribia S.A. Harth JW (1988) Light and Plant Growth. Unwin Hyman Ltd. Cap. 2 Lehninger AL (1975) Bioenergética. Fondo Educativo Interamericano Margalef R (1984) Energía, su conversión, conservación y destino en los ecosistemas. Compañía Editorial Continental Murphy MP, O´Neill LAJ (1995) What is life? The next fifty years. Speculations on the future of biology. Cambridge University Press. Cap. 3 y 12 Resnick R, Halliday D (1977) Física. Parte 1. Cia.. Ed. Continental S.A. de C.V. Cap.s.7, 8, 22 y 25 Walker D (1992) Energy, plants and man. University of Sheffield. Ed. Oxigraphics

UNIDAD 2. PROCESOS METABÓLICOS El crecimiento de los productores primarios depende de su capacidad para incorporar el dióxido de carbono (CO2) en compuestos de carbono orgánico, por medio de la utilización de la energía luminosa y/o energía química, durante los procesos de fotosíntesis y quimiosíntesis. Estos procesos involucran diferentes reacciones químicas y procesos físicos, además de las diferencias estructurales (fisiológicas y morfológicas) de cada uno de los organismos. La comprensión de los mecanismos metabólicos, de los ciclos de transformación de la materia y la energía al interior de la célula, así como las modalidades que han alcanzado estos mecanismos a lo largo de la evolución, son un referente indispensable para entender posteriormente los aspectos ecológicos de la producción primaria. En esta unidad analizarán las diferencias químicas, fisiológicas y morfológicas de los diferentes organismos que realizan la fotosíntesis y la quimiosíntesis.

Objetivo de la Unidad:

Que el alumno: Comprenda y conceptualice los procesos bioquímicos y fisiológicos, desde el nivel subatómico hasta el ecológico, que sustentan el proceso de la producción primaria.

2.1 Estructura y evolución del cloroplasto, desde las algas hasta las plantas superiores, las membranas tilacoidales, la hoja y el estoma. Sistemas pigmentarios; propiedades fisicoquímicas e importancia de las clorofilas, carotenoides y ficobilinas 2.2 Fotosíntesis. Fase dependiente de la luz y fase no dependiente de la luz. Vías de incorporación del carbono C3, C4, CAM, organismos facultativos 2.3 Fotorrespiración. Concepto, reacciones en los diferentes organelos celulares, importancia metabólica y ecológica 2.4 Quimiosíntesis. Concepto, proceso, importancia y ejemplos 2.5 Características estacionales de la fotosíntesis. Fotosíntesis en células, hojas y planta completa 2.6. Consecuencias ecológicas de las diferentes vías fotosintéticas. Uso eficiente del agua y temperatura 2.7. Cambio climático y fotosíntesis, cambio climático y la evolución de las diferentes vías fotosintéticas 2.8 Fotosíntesis y crecimiento, análisis del crecimiento clásico y funcional

Lecturas recomendadas: Andreo CS, Vallejos RH (1984) Fotosíntesis. Secretaría General de la OEA Programa Regional de Desarrollo Científico y Tecnológico. Serie de Biología Baker NR (1996) Photosynthesis and the environment. Kluwer Academic Publishers. Advance in Photosynthesis vol. 5. Cap. 3,4,7,8,9 Beadle CL (1983) Growth Analysis. In: Hall DO, Scurlock JMO, Bolhàr-Nordenkampf HR, Leegood RC, Long SP (eds.) Photosynthesis and production in a Changing Environment: A fiel laboratory manual. Chapman May .Cap.. 3 p. 36-46 Causton DR, Venus JC (1981) The Biometry of Plant growth. Arnold Publishers DeEll JR, Toivonen P MA (eds.) (2003). Practical Applications of Chlorophyll Fluorescence in Plant Biology Kluwer Academic Pub

Dennis DT, Turpin DH, Lefebvre DD, Layzell DB (eds) (1997) Plant Metabolism. 2ª edición. Addison Wesley Longman. Cap.. 17, 18, 20, 22 y 23 Evans JR, von Caemmerer S, Adams III WW (1988) Ecology of photosynthesis in sun and shade. CSIRO Falkowski P, Raven J (1997) Aquatic Photosynthesis, Blackwell Farquhar GD (1989) Models of integrated photosynthesis of cell and leaves, Phil. Trans. R. Soc. Lond. (B). 323:357-367 Farquhar GD, von Caemmerer S, Berry JA (1980) A biochemical model of photosynthetic CO2 assimilation in leaves of C3 species. Planta 149:78-90 Geider RJ, Osborne BA (1992) Algal photosynthesis. Chapman and Hill Graham LE, Graham JM, Wilcox LW (2003) Plant biology. Prentice Hall Cap.. 8, 15 Hall DO, Rao KK (1994) Photosynthesis. Cambridge University Press. Studies in Biology, Cambridge (Capítulos 1, 3, 4, 5 y 6) Hanson JD (1991) Analytical solution of the rectangular hyperbola for estimating daily net photosynthesis Ecological. Modelling. 58:209-216 Harth JW (1988) Light and Plant Growth. Unwin Hyman Ltd. Cap..1 Hoffman K (1997) Chlorophyll fluorescence as a biological indicator of primary Productivity. Monterrey Bay Aquarium Research Institute http://www.mbari.org/education/internship/97interns/97internpapers/hoffman.pdf Hunt R (1982) Plant growth curves: The functional approach to plant growth analysis. Edward Arnold Lambers H, Chapin II FS, Pons TL (1998) Plant physiological ecology. Springer Verlag, Cap.. 2a, 2b, 4a y 4b Landsberg JJ, Gower ST (1997) Application of physiological Ecology to forest Ecology to Forest Management. Physiological Ecology Series. Academic Press Cap. 5 Carbon Balance of forests Lea PJ, Leegood RC (1993) Plant Biochemistry and Molecular Biology. John Wiley & Sons. Ltd. Cap.. 1, 2, 3, 8 Peschek G, Löffelhardt W, Schmetterer G (1999) The Phototrophic Prokaryotes. Kluwer Academic Schlegel HG (1975) Mechanisms of chemo-autotrophy. In: Kinne O (ed) Marine Ecology, vol II, parte 1 p 9-60

Schulze ED, Caldwell MM (eds.) (1995) Ecophysiology of photosynthesis. Springer-Verlag Cap. 2, 3, 4 Sieburth JMcN (1979) Sea Microbes. Oxford University Press Sommerville CR, Sommerville SC (1984) La fotosíntesis de las plantas. Mundo Científico. 4(37):612-625 Waring RH, Urng ST (1998) Forest Ecosystemas. Analysis at multiple scales. Academic Press. 2 ed. Cap. 3

UNIDAD 3. MÉTODOS PARA EVALUAR LA PRODUCCIÓN PRIMARIA Los métodos para estimar la biomasa y la producción primaria comprenden desde las técnicas in vitro hasta las estimaciones a nivel global utilizando datos de sensores remotos. Esta unidad aborda los puntos básicos que permiten entender los fundamentos, los alcances y las ventajas y desventajas de los métodos existentes. La clara definición de los términos y los conceptos relacionados con el proceso de producción primaria, así como las unidades de medida y sus equivalencias, son fundamentales en el estudio de este proceso y constituyen una base para la comprensión y aplicación de los métodos, para su evaluación en los diferentes ecosistemas. Objetivos de la Unidad: Que el alumno: Comprenda los conceptos relacionados con la producción primaria y analice los enfoques de las diferentes escuelas. Discuta las bases y comprenda los fundamentos, ventajas y desventajas de los métodos y técnicas para medir la producción primaria en distintos ecosistemas, desarrolle la habilidad para aplicarlos y critique sus limitaciones.

3.1 Conceptos de producción primaria, productividad primaria, producción primaria bruta y neta, producción nueva y regenerada, biomasa, cosecha en pie, eficiencia fotosintética

3.2 Métodos para evaluar la biomasa del fitoplancton: unidades de medición y métodos para su estimación. Contenido de pigmentos: espectrofotometría, fluorometría, teledetección

3.3 Métodos para evaluar la producción primaria en el fitoplancton: unidades de medición y métodos para su estimación. Cambios en la concentración de oxígeno, incorporación de carbono radioactivo 3.4 Métodos cuantitativos y cualitativos para el estudio de la estructura de la comunidad fitoplanctónica: cuantificación y biovolumen; método de Utermöhl, cámaras de conteo, citometría de flujo, inmunofluorescecia y epifluorescencia 3.5 Métodos para evaluar la biomasa y la producción primaria en macrofitas acuáticas (pastos marinos y macroalgas): biomasa en pie, marcado, intervalo del plastocrón, incorporación de carbono radioactivo, cambios en la concentración de oxígeno

3.6 Métodos para el estudio cualitativo y cuantitativo de comunidades de macrofitas acuáticas: muestreos de biomasa, censos, teledetección 3.7 Métodos para evaluar la biomasa y la producción primaria en vegetación terrestre y ecotonal: cálculo de biomasa foliar y de madera, desarrollo de ecuaciones alométricas, análisis dimensional, trampas de hojarasca, intercambio de gases, fluorescencia 3.8 Métodos para el estudio cualitativo y cuantitativo de vegetación terrestre y ecotonal: censos de la comunidad, biomasa en pie, muestreo, cuadrantes, uso de sensores remotos: escalamiento, imágenes de satélite, fotografías y mapas

Lecturas recomendadas:

Alaric Sample V (1994). Remote Sensing and GIS in Ecosystem Management. Island Press

Barbour MG, Burk J H, Pitts WD, Gillian FS, Scwartz MW (1999) Terrestrial Plant Ecology. 3a ed. Benjamin Cummings Addison Wesley Longman Inc. Barreiro MT, Signoret M (1999) Productividad primaria en sistemas acuáticos costeros. Métodos de evaluación. UAM-Xochimilco

Bettinger PM, Wing , Bettinger P, Wing M (2003) Geographic Information Systems: Applications in Forestry and Natural Resoucrces Management. Geographic Information Systems: Applications in Forestry and Natural Resources Management. McGraw-Hill Science/Engineering/Mathemathics

Charpy-Roubaud C, Sournia A (1990) The comparative estimation of phytoplankton, microphytobenthic and macrophytobenthic primary production in the oceans. Marine Food Webs 4 (1): 31- 57 Cox GW (1996) Laboratory manual of general ecology. Wm. C. Brown Publishers, 7a ed.

Franklin S E (2001) Remote Sensing for Sustainable Forest Management Lewis Publishers Inc.

Jacques G (1970) Sur les concepts de production et de productivité. (Exemples au niveau du phytoplancton). Vie et milieu, sec. Oceanographie. 21(2--B)513--516. Traducción al español Lara MA, Moreno JL, Amaro E (1996) Fitoplancton. Conceptos básicos y técnicas de laboratorio.Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa Longhurst A, Sathyendranath S, Platt T, Caverhill C (1995) An estimate of global primary production in the ocean from satellite radiometer data. Journal of Plankton Research 17:1245-1271 Lund JWG, Kipling C, Le Cren ED (1958) The inverted microscope method of estimating algal numbers and the statistical basis of estimations by counting. Hydrobiologia 11:143-1705 Maestrini SY, Sournia A, Herbland A (1993) Measuring phytoplankton production in 1992 and the coming years: a dilemma? ICES Mar. Sci. Symp. 197:224-259 Platt T, Sathyendranath S (1993) Fundamental issues in measurements of primary production. ICES Mar. Sci. Symp. 197:3-8 Sakshaug E, Bricaud A, Dandonneau Y, Falkowski PG, Kiefer DA, Legendre L, Morel A, Parslow J, Takahashi M (1997) Parameters of photosynthesis: definitions, theory and interpretation of results. Journal of Plankton Research 19:1637-1670

Schulze ED, Caldwell MM (eds.) (1995). Ecophysiology of photosynthesis. Springer-Verlag Berlin. Cap.8, 24

Shaeffer-Novelli Y, Cintrón G (1986) Guia para estudio de Áreas de Manguezal. Estructura, Funçao e Flora. Caribbean Ecological Research Snedaker SC, Snedaker JG (1984) The Mangrove Ecosystem research methods. SCOR UNESCO

UNIDAD 4. VARIABLES AMBIENTALES QUE REGULAN LA PRODUCCIÓN PRIMARIA Esta unidad consiste en estudiar las variables bióticas, abióticas y antrópicas, que tienen un efecto sobre los productores primarios. Se tendrá especial énfasis en comprender como la variabilidad de los parámetros de tipo físico, químico y biológico, en el tiempo y el espacio, inciden en una mayor o menor producción primaria, ya sea tanto en ecosistemas terrestres como acuáticos. Objetivos de la Unidad: Que el alumno: Analice las interacciones entre la producción primaria y las variables fisicoquímicas, geomorfológicas, climáticas y antrópicas. Identifique los patrones espaciales y temporales de la variabilidad de la producción primaria y de las comunidades de productores. 4. Factores que influyen sobre la productividad primaria en el medio acuático y terrestre

4.1 Factores que influyen en la productividad primaria en el medio acuático

4.1.1 Luz: calidad e intensidad, propiedades. Curva fotosíntesis-intensidad luminosa, distintos tipos. Fitoplancton de sol y de sombra. Medición de la luz en el agua. Zona eufótica, afótica y disfótica. Distribución vertical de la biomasa y de la producción 4.1.2 Nutrimentos: tipos y procesos fisiológicos en los que participan; concepto de factor limitante. Técnicas para estimar su concentración. Control “bottom-up” Distribución de nutrimentos en la columna de agua, nutriclina. Eutrofización 4.1.3 Temperatura y salinidad: definición, medición e instrumentos. Masas de agua y temperatura. Termoclina y haloclina: estratificación y mezcla 4.1.4 Turbulencia y movimientos de las masas de agua: olas, mareas, corrientes Descripción, tipos y factores que los originan. Su medición y su impacto sobre la producción primaria 4.1.5 Pastoreo. Control “top-down”. Mecanismos de defensa

4.2 Factores ambientales que afectan la capacidad fotosintética en la vegetación terrestre:

4.2.1 Respuestas fotosintéticas de las plantas de sombra y luz. Efecto en el crecimiento, producción de pigmentos y características morfológicas.- Efecto de los nutrimentos: nitrógeno y fósforo sobre el crecimiento vegetal. Efecto de la temperatura en la fotosíntesis y el crecimiento

4.2.3 El agua, efectos de la sequía y las inundaciones sobre la fotosíntesis y el crecimiento de las plantas. Salinidad del suelo, uso

eficiente del agua y el crecimiento; adaptaciones morfológicas y fisiológicas

4.3.3 Efecto de la concentración de CO2 en la atmósfera y sus consecuencias en la fotosíntesis, crecimiento y balance de carbono en las plantas. Experimentos de enriquecimiento de ambientes con CO2

4.3.4 Asignación de recursos, producción de compuestos secundarios y balance de carbono en las plantas

4.4.5. La herbivoría, sus efectos sobre la producción de biomasa y la asignación de recursos. Estrategias evolutivas, fisiológicas, morfológicas y reproductivas

Lecturas recomendadas:

Anaya AL (2003) Ecología química. Plaza y Valdés Anaya AL, Espinosa-García F, Cruz-Ortega R (ed.) (2001) Relaciones químicas entre organismos: aspectos básicos y perspectivas de su aplicación. Plaza y Valdés Baker NR (ed.) (1996) Photosynthesis and the environment. Kluwer Academic Publishers. Advance in Photosynthesis vol. 5 Cap. 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20 Barbour MG, Burk JH, Pitts WD, Gillian F S, Scwartz M W. (1999). Terrestrial Plant Ecology. 3a ed. Benjamin Cummings Addison Wesley Longman Inc. Chew FS, Cortney. SP (1991). Plant apparency and evolutionary escape from insect herbivory. The American Naturalist 138:729-750 Coley PD, Barone JA. (1996) Herbivory and plant defenses in tropical forest. Annual Review of Ecology and Systemathics. 27:305-335.

Dixon RK, Meldahl RS, Ruak GA, Warren WG (1990) Process Modelling of Forest Growth Responses to Environmental Stress. Timber Press Evans JR, von Caemmerer S, Adams III WW (1988). Ecology of photosynthesis in sun and shade. CSIRO. Harth JW (1988).Light and Plant Growth. Unwin Hyman Ltd. Cap. 6,7,8 Herms PA, Mattson WJ (1992) The dilemma of plants: to frowth or defend. The Quaterly Review of Biology. 67(3):283-335 Jong TJ (1995) Why fast growing plants do not bother about defence. Oikos. 74(3):545-548 Lalli CM, Parsons TR (1993) Biological Oceanography: an introduction. Pergamon Press Lucas PW, Turner IM, Dominy NJ, Yamashita N. (2000) Mechanical defences to hervibory. Annals of Botany 86:913-920 Mauricio R ( 2002) Natural selection and the join of tolerance and resistance as plant defences. Evolutionary Ecology. 14:491-507 Mooney HA, Winner WE, Pell EJ (ed.) (1991) Plant response to multiple stresses. Academic Press Inc. cap. 2,3,4,5,6,7,9,10,11,12,15 Parsons T, Takahashi M, Hargrave B (1977) Biological oceanographic processes, Pergamon Press Pimentel D (1988) Herbivore population feeding pressure on plant host: feedback evolution and host conservation. Oikos 53:289-302 Price PW (1991). The plant vigor hypothesis and herbivor attack. Oikos. 62:244-251 Redfield AC (1958) The biological controls of chemical factors in the environment. American Scientist 46:205-221 Rosenthal JP, Kotanen. PM (1994) Terrestrial plant tolerance to herbivory. Trends in Ecology Evolution. 9(4):145-148 Schulze ED, Caldwell MM (eds.) (1995). Ecophysiology of photosynthesis. Springer-Verlag Cap. 23, 24 Sverdrup HU (1953) On conditions for the vernal blooming of phytoplankton. Journal du Conseil pour l’ Exploration de la Mer 18:287-295 Tiffin P (2000). Mechanism of tolerance to herbivore damage: What do we know? Evolutionary Ecology. 14:523-536

Yáñez-Arancibia A, Lara-Domínguez AL (eds.) (1999). Ecosistemas de Manglar en América Tropical. Instituto de Ecología, A.C.; UICN/HORMA; NOOA/NMFS. Cap. 9

UNIDAD 5. COMUNIDADES DE PRODUCTORES PRIMARIOS ACUÁTICOS

Para comprender e interrelacionar los procesos metabólicos que subyacen a la productividad primaria, es indispensable abordar el conocimiento de los grupos de productores primarios en los ecosistemas, sus características principales, adaptaciones y patrones espacio-temporales de distribución así como el papel que juegan en los diversos ecosistemas. Esta unidad se enfoca hacia las principales comunidades que se encuentran en las aguas costeras y oceánicas de México

Objetivos de la Unidad: Que el alumno: Identifique y caracterice a los diferentes tipos de productores primarios y las comunidades que integran.

5.1 Fitoplancton. Clasificación según su talla. Adaptaciones a la vida pelágica 5.1.2 Características de los principales integrantes: cianobacterias, diatomeas, dinoflagelados, clorofitas, cocolitofóridos y silicoflagelados 5.1.3 Patrones de distribución en el espacio y en el tiempo 5.1.4 Florecimientos algales nocivos 5.1.5 Papel del fitoplancton en el ecosistema 5.2 Micro y macroalgas bénticas 5.2.1 Microfitobentos. Adaptaciones a la vida béntica. Principales integrantes. Patrones de distribución. Papel del microfitobentos en el ecosistema 5.2.2 Macroalgas. Adaptaciones a la vida béntica y pleustónica. Principales integrantes. Patrones de distribución. Papel de las macroalgas en el ecosistema. Usos antrópicos 5.3 Pastos marinos 5.3.1 Adaptaciones a la vida béntica Principales integrantes. Patrones de distribución. Papel de los pastos marinos en el ecosistema

5.4 Manglares. Principales integrantes. Adaptaciones morfológicas y fisiológicas al ecotono costero. Requerimientos ambientales para su distribución 5.4.1 Papel del manglar en el ecosistema 5.4.2 Comunidades asociadas. Usos antrópicos

Lecturas recomendadas: Cintrón G, Shaeffer-Novelli Y (1992) Ecology and management of New World mangroves. In: Seeliger U(ed) Coastal Plant Communities of Latin America. Academic Press. p 234-257 Dawes CJ (1986) Botánica Marina, Ed. Limusa Den Hartog C (1970) The seagrasses of the world. Verhandl. Ken Nederl Aksd Wetwnsch Nat 59: 5-275

Garrison T (2004) Essentials of Oceanography. Thomson Brooks Cole

Mann KH (1982) Ecology of Coastal Waters. A system Approach. Blackwell Sci Publ

Morris I (1980) The Physiological Ecology of Phytoplankton. Blackwell Sci Publ

Tomas CR (1997) Identifying marine phytoplankton, Academic Press Tomlinson PB (1986) The botany of mangroves. Cambridge Univ Press

Tovilla C (1994) Los mangles. In: De la Lanza G y Cáceres C (eds) Lagunas Costeras y el Litoral Mexicano. Universidad Autónoma de Baja California Sur Van den Hoek C, Mann DG y Jahns HM (1995) Algae. An introduction to phycology. Cambridge Univ Press

UNIDAD 6. LOS ECOSISTEMAS Y SU PRODUCTIVIDAD PRIMARIA

Esta unidad tiene como propósito enfatizar las diferentes respuestas adaptativas y evolutivas de los productores primarios, según los diversos ecosistemas y hábitats más representativos. Se observan principios de manejo y conservación en relación a la producción primaria y algunos ejemplos sobresalientes que caracterizan a este fenómeno a diferentes escalas.

Objetivo de la Unidad: Que el alumno: Compare los niveles de producción primaria de diferentes tipos de ecosistemas.

6.1 Estuarios y lagunas costeras. Conceptos, origen y clasificación. Características generales 6.1.2 Estrategias tróficas 6.1.3 Productividad primaria a mesoescala 6.1.4 Manejo y conservación 6.2 Frentes, surgencias, océanos 6.2.1 Conceptos. Características hidrodinámicas 6.2.2 Estrategias tróficas 6.2.3 Productividad primaria a mesoescala y a macroescala 6.3 Arrecifes coralinos 6.3.1 Origen, características generales y distribución 6.3.2 Las microalgas simbiontes con pólipos. Adaptaciones metabólicas de la asociación 6.4 Ventilas hidrotermales 6.4.1 Origen, características generales y distribución 6.4.2 Comunidades asociadas. Adaptaciones en condiciones “extremas” 6.4.3 Los productores primarios: bacterias quimiosintetizadoras libres, filamentosas y simbiontes

6.5 Vegetación terrestre: Principales biomas o zonas de vida terrestres:

6.5.1 Tundra 6.5.2 Bosques de coníferas, bosques deciduos 6.5.3 Pastizales 6.5.4 Desiertos 6.5.5 Sabanas y bosques tropicales

6.5.6 Sistemas modificados en diferentes biomas: Plantaciones, pastizales, agroecosistemas y cultivos 6.6 Relaciones entre productores primarios y principios que afectan la productividad primaria 6.6.1 La ley de la tolerancia 6.6.2 Sucesión biológica 6.6.3 Resistencia ambiental y potencial biótico

Lecturas recomendadas: Barbour MG, Burk,JH, Pitts WD,Gillian F S, Scwartz M W. (1999). Terrestrial Plant Ecology. 3a ed. Benjamin Cummings Addison Wesley Longman Inc. Berger WH, Smetacek VS , Wefer G (1989) Productivity of the Ocean: Present and Past. John Wiley & Sons Day JW, Hall Ch, Kemp W, Yáñez-Arancibia A (1989) Estuarine Ecology. John Wiley & Sons De la Lanza G, Cáceres C (1994) Lagunas Costeras y el Litoral Mexicano. Universidad Autónoma de Baja California Sur Denis M (1989) Océanologie. Actualité et prospective. Centre d´Océanologie de Marseille Falkowski PG, Woodhead AD (eds) (1992) Primary Production and Biogeochemical Cycles in the Sea. Plenum Press Figueroa G, Alvarez C, Esquivel A, Ponce E (1993) Fisicoquímica y Biología de las Lagunas Costeras Mexicanas. Universidad Autónoma Metropolitana Geider RJ, Delucia EH, Falkowski PG, Finzi AC, Grime JP, Grace J, Kana TM, La Roche J, Long SP, Osborne BA, Platt T, Prentice IC, Raven JA, Schlesinger WH, Smetacek V, Stuart V, Sathyendranath S, Thomas RB, Vogelmann TC, Williams P, Woodward FI (2001) Primary productivity of planet earth: biological determinants and physical constraints in terrestrial and aquatic habitats. Global Change Biol 7(8): 849-882 Holdrige LR (1987) Ecología basada en zonas de vida. Colección libros y materiales educatrivos. No. 83. IICA.San José, Costa Rica. 1,2,3,10. Lalli M, Parsons T (1997) Biological Oceanography: An Introduction. Butterworth Heinemann Lüttge U (1997) Physiological ecology of tropical plants. Springer Verlag Berlin. Cap. 3, 4, 6, 7, 8, 9 Mann KH y Lazier JRN (1991) Dynamics of Marine Ecosystems. Biological-Physical Interactions in the Oceans. Blackwell Sci Publ.

Nybakken JW (1997) Marine Biology. An Ecological Approach. Addison Wesley Longman

UNIDAD 7. MODELAJE Y ESTRATEGIAS DE MANEJO DE LA PRODUCCIÓN PRIMARIA El manejo de recursos naturales requiere de diferentes herramientas cognoscitivas y tecnológicas. Una de las herramientas más utilizadas para poder entender los sistemas ecológicos es la creación de modelos. Los modelos son representaciones abstractas de un fenómeno y ayudan a hacer predicciones a diferentes niveles de los procesos ecológicos, por tanto son útiles para el manejo y conservación de nuestros recursos. En esta última unidad, se analizan ejemplos del manejo de algunas comunidades de productores primarios. Por ejemplo, se abordan dos de los fenómenos más estudiados que afectan a la producción primaria como son: el aumento de CO2 y el cambio climático global causados por acciones antropogénicas. Objetivos de la Unidad: Que el alumno: Analice los modelos que se han propuesto para la producción primaria. Analice y evalúe el efecto de diferentes estrategias de manejo de los ecosistemas para promover o incrementar las comunidades de productores primarios y el proceso de producción primaria.

7.1. Enfoques de manejo de los recursos naturales. 7.2 Conceptos de sistemas, modelo, modelaje y simulación. Modelos estocásticos y modelos determinísticos 7.3 Modelos aplicables a la producción primaria. Ejemplos, usos y limitaciones

7.4 Modelos de cambio climático global, modelos del Niño y la Niña 7.5 Uso y manejo de las comunidades de productores primarios acuáticos 7.5.1 Fertilización de estanques, aislamiento y cultivo de microalgas para la acuicultura, la industria y la alimentación 7.5.2 Programas de prevención y monitoreo de florecimientos algales nocivos 7.5.3 Control de especies de macrofitas nocivas 7.5.4 Colecta silvestre y cultivo de macroalgas marinas

7.6 Manejo y conservación de los manglares 7.7 Manejo de plantaciones forestales, agroforestales, agrosilvícolas y cultivos agrícolas

7.8 Retos y perspectivas del manejo sostenible

7.9 Algunos paquetes de cómputo para generar modelos. ESTELA, SIMPAS, Berkeley- Madonna

Lecturas recomendadas: Abalda J, Cid A, Fidalgo JP, Torres E, Herrero C (1995) Microalgas, cultivo y aplicaciones. Monografía No.26 Laboratorio de Microbiología. Universidad de la Coruña

Alpízar L, Fassbender HW, Heuveldop J, Fölster H, Enríquez. G (1986) Modelling agroforestry systems of cacao (Theobroma cacao) with laurel (Cordia alliodora) and poro (Erithrina poeppigiana) in Costa Rica I. Inventory of organic matter and nutrients. Agroforestry Systems. 4:175-189 Bacon PR (1980) Methodology for decision making: the management of Neotropical Mangrove Ecosystem. In: Memorias del Seminario sobre el Estudio del Impacto Humano sobre el Ecosistema de Manglar. Cali 1978. UNESCO, p. 355-363 Berkeley Madonna (2000) Berkeley Madonna User's Guide Version 8.0.1 for Windows http://www.berkeleymadonna.com Bossel H (1994) Modeling and simulation AK Peters, Ltd. MA. USA. Cap. 1 y 2 Castro-Mejía G, Sánchez MA, Lara-Andrade R, Castro-Mejía J, Castro-Barrera T (2001) Técnicas de cultivo de especies planctónicas e invertebrados útiles para la acuicultura. Serie académicos CBS. UAM-X Cintrón G, Shaeffer-Novelli Y (1992) Ecology and management of New World mangroves. In: U. Seeliger (ed) Coastal Plant Communities of Latin America. Academic Press p 234-257 Cortés Altamirano R (1998) Las mareas rojas. AGT Fogg GE (1975) Algal cultures and phytoplankton ecology. University of Wisconsin Press

Haefner J W (1996) Modeling Biological Systems: principles and applications. Chapman & Hall Herendeen RA (1988) Role of Models in Ecology. Ecological Modelling. 43:133-136 Jeffers J N R (1982) Modelling. Chapman and Hall Jorgensen SE (1994). Models as instrument for combination of ecological theory and environmental practice. Ecological Modelling. 75\76:5-20 Kastner-Maresch AE, Mooney HA (1996) Modelling optional plant biomass partitioning. Ecological Modelling. 75/76:309-320 Lieth H (1978) Modeling the primary productivity of the world. In: Lieth H (ed) Patterns of Primary Production In the Biosphere. Benchmark Papers, p 277-283 Major A (1977) The book of seaweeds. Gordon & Cremonessi Neelankavil F (1987) Computer Simulation and Modelling. John Wiley and Sons Oikawa T (1990) Modelling primary production of plant communities. Physiol Ecol 27(Special number):63-80 Parrott L, Kok R (2001) A generic primary producer model for use in ecosystem. Simulation. Ecological. Modelling. 139:75-99 Shugart HH (1998) Terrestrial ecosystems in changing environments. Cambridge studies in ecology. Cambridge University Press. Cap 4, 6,14 Starfield AM, Farm BP, Taylor RH (1989). A rule-based ecological model for the managements of an estuarine lake. Ecological Modelling 46:107-119 Vanclay J K (1994) Modelling forest growth and yield. Applications to mixed tropical forest. CAB International Walker B, Steffen W (eds.) (1996) Global change and terrestrial ecosystems. Cambridge University Press. International Geosphere-Biosphere Programme Book Series 2 Woodward F.I, Smith TM. (1994) Global photosynthesis an stomatal conductance: modelling the controls by soil and climate. Advances in Botanical Research 20:1-41

ESTRATEGIAS DE ENSEÑANZA

Las estrategias de enseñanza están encaminadas a proporcionar a los/las alumnos/as los elementos cognitivos suficientes para entender los conceptos básicos de la producción primaria. Sin embargo, también se espera desarrollar en ellos capacidades básicas para el trabajo en equipo, el estudio individual y la motivación del uso de herramientas técnicas. Además, se espera contribuir a la formación profesional aludiendo a valores como la ética y la responsabilidad, todo ello estimulando el crecimiento de cada alumno/a, que participe en el curso.

Actividades por equipos: 1. En el aula:

Discusión de lecturas previamente seleccionadas Presentaciones orales de los temas y seminarios aplicando dinámicas grupales Panel de discusión general del tema Presentación de apoyos audiovisuales Elaboración y resolución de cuestionarios y ejercicios Elaboración de crucigrama (para conceptos) 2. Extra aula: Investigación documental en bibliotecas, hemerotecas, bases electrónicas e Internet Asistencia a conferencias recomendadas Visita a instituciones para entrevistas con especialistas Asistencia a talleres y centro de cómputo 3. En laboratorio:

Observación de muestras biológicas Entrenamiento en técnicas para evaluar la producción primaria, la biomasa u otros aspectos de las comunidades de productores primarios Entrenamiento en el uso de equipos de registro, de muestreo y de observación Demostración de equipos novedosos

La enseñanza de contenidos se complementará y relacionará estrechamente con la investigación modular, cuyas características y estrategias se detallan a continuación.

IV. INVESTIGACIÓN MODULAR

Los sistemas estuarinos, los bosques templados o la selva tropical son algunos ecosistemas (terrestres o acuáticos) donde se ejemplifica de manera relevante la problemática de la producción primaria. Sin embargo, la importancia de este proceso también puede investigarse en otro tipo de ecosistemas o inclusive en sistemas controlados como cultivos de microalgas. Con esta base se elegirán los sitios de trabajo, considerando también su accesibilidad, las facilidades locales, la continuidad y los antecedentes de investigación que se tengan en cierta localidad y la infraestructura disponible. Los temas de investigación modular recomendados versan sobre la evaluación de la producción primaria y la biomasa y las características estructurales de alguna comunidad de productores primarios presente en el sitio de trabajo (por ejemplo: fitoplancton, vegetación sumergida, bancos de macroalgas, manglares, bosques templados o tropicales) su relación con las variables ambientales o sus patrones espacio-temporales en ciertas escalas de variación mensurables. Estos temas de investigación favorecen la formación de los alumnos en los siguientes aspectos:

Búsqueda bibliográfíca para la integración del marco de referencia Elaboración del protocolo de investigación Entrenamiento específico en técnicas y métodos, uso de equipo de medición Desarrollo de muestreos y registros en campo y laboratorio Procesamiento de datos, presentación apropiada, e interpretación de resultados Entrenamiento en uso de paquetería de computo Elaboración de un reporte de investigación y presentación del mismo.

El trabajo de investigación se realizará por equipos conformados por 3 a 6 alumnos. V. MODALIDADES DE EVALUACIÓN

La evaluación debe considerar el aprendizaje de contenidos en relación con los objetivos específicos. Esta parte se evaluará mediante exámenes individuales por unidad o unidades temáticas. Opcionalmente la evaluación de contenidos se puede complementar con la preparación de seminarios de investigación documental para la evaluación de ciertas unidades. El promedio del puntaje de los exámenes de contenidos valdrá un 50% de la evaluación y tendrá que ser aprobatorio para acreditar la UEA.

El restante 50 % se refiere a la adquisición de habilidades y al cumplimiento de las actividades de gabinete, laboratorio y campo incluidas en la investigación modular, aunque estas actividades son por equipo, se hará una réplica individual para asegurar que cada miembro del equipo participó activamente.

Evaluación diagnóstica

Al inicio del trimestre, se aplicará un cuestionario diagnóstico basado en los prerrequisitos que el alumno deberá tener al iniciar la UEA, considerando la seriación de los módulos. Si la evaluación revela que los alumnos traen información insuficiente, se recomendarán lecturas de regularización.