Análisis fenológico y aerobiológico de la familia Poaceae. Estudio de su incidencia en la población humana

Abstract

La fenología estudia los eventos biológicos recurrentes en plantas y animales, y su relación con las variaciones del clima (Schwartz 2013). La fenología vegetal es considerada como un excelente instrumento para detectar y medir el impacto del clima sobre la vegetación, permitiendo estudiar los fenómenos biológicos observables que constituyen cambios o transformaciones en las poblaciones en un determinado periodo de tiempo (Rötzer et al. 2000). Hoy en día, los estudios sobre el contenido de polen en el aire ofrecen la oportunidad de evaluar la fenología floral de especies anemófilas, como ejemplo, en Poaceae. Esta familia botánica se encuentra ampliamente diversificada y es considerada como uno de los taxones más importantes del Reino Plantae (Watson & Dallwitz 1992), tanto por su interés ecológico como en salud, ya que su polen se presenta como la principal causa de polinosis en la población europea (D’Amato et al. 2007; Burbach et al. 2009; Frati et al. 2010). En España, varios estudios sobre fenología floral en distintas especies de la familia Poaceae, a través de observaciones de campo, han mostrado que solo algunas de ellas contribuyen sustancialmente a la curva polínica (León-Ruiz et al. 2011; Tormo et al. 2011; Romero-Morte et al. 2018), teniendo en cuenta que las distintas especies de gramíneas cuentan con polen de morfología similar, incluyéndose en el mismo tipo polínico (Erdtman 1986; Perveen 2006; Trigo et al. 2008). Sin embargo, a la vista de la bibliografía consultada, poca atención se ha prestado al comportamiento fenológico de diferentes poblaciones que habitan en distintas coberturas vegetales, o la incidencia que causan los granos de polen entre la población, especialmente en Andalucía. El objetivo principal de este trabajo se ha dirigido hacia el comportamiento fenológico de las especies de la familia Poaceae y su incidencia en la población humana. Los objetivos específicos han sido: capítulo I, evaluar el comportamiento fenológico de las especies de la familia Poaceae en los diferentes tipos de cobertura vegetal (matorral, ribera y pastizal) en la ciudad de Córdoba y las colinas cercanas de Sierra Morena durante la primavera, crear un calendario fenológico de las principales especies de Poaceae que crecen en Córdoba y analizar las concentraciones de polen de Poaceae en la atmósfera de Córdoba, indicando cuáles son las especies que más contribuyen a la curva polínica; capítulo II, estudiar la composición de la comunidad de gramíneas en diferentes tipos de coberturas vegetales (matorral, ribera y pastizal) y evaluar la influencia de las distintas especies, la cobertura vegetal y el año de estudio sobre el inicio y la duración de la floración de las gramíneas; capítulo III, determinar la relación entre la cantidad de polen en el aire y su incidencia en las alergias al polen e investigar el uso de fármacos que permiten aliviar los diversos síntomas que muestran los sujetos alérgicos al polen. En el capítulo I se ha evaluado el comportamiento fenológico de las especies primaverales de la familia Poaceae en diferentes tipos de coberturas vegetales en la ciudad de Córdoba y colinas próximas de Sierra Morena, elaborando un calendario fenológico de las principales especies y analizando las concentraciones de polen de Poaceae, e indicando cuáles son las especies que más contribuyen a la curva polínica. Este estudio se llevó a cabo entre los años 2000 y 2013. Se escogieron diecisiete puntos de muestreo en la sierra y la ciudad de Córdoba que representan las diferentes coberturas vegetales (matorral, ribera y pastizal). La toma de datos fenológicos se realizó con una periodicidad semanal en cada punto de muestreo. Se realizaron observaciones fenológicas utilizando la escala BBCH (Meier 2001). El muestreo aerobiológico se llevó a cabo con un captador volumétrico de succión tipo Hirst (Hirst 1952). Se aplicó un análisis estadístico descriptivo e inferencial. Los resultados obtenidos pusieron de manifiesto que algunas especies, como Hordeum leporinum y Stipa capensis, sufrieron un retraso fenológico en pastizal y Bromus madritensis tanto en pastizal como en ribera y matorral, durante los años de estudio. En cambio, la tendencia en Dactylis glomerata y Trisetaria panicea fue hacia un adelanto en matorral conforme pasan los años. Por otro lado, Arrhenatherum album, Dactylis glomerata, Lolium rigidum, Trisetaria panicea y Vulpia geniculata son las especies que posiblemente más contribuyen a la curva polínica en Córdoba. En el capítulo II se estudió la composición de la comunidad de gramíneas en los tipos de cobertura vegetal anteriormente mencionados y se evaluó la influencia de las distintas especies, la cobertura vegetal y el año de estudio sobre el inicio y la duración de la floración de las gramíneas. Este estudio se llevó a cabo durante los años 2014 y 2015. Se escogieron veintinueve puntos de muestreo diferentes de la sierra y la ciudad de Córdoba, que representaron las diferentes coberturas vegetales. La toma de datos fenológicos se realizó con una periodicidad semanal en cada punto de muestreo. Se realizaron observaciones fenológicas utilizando la escala BBCH (Meier 2001). Los datos obtenidos se analizaron mediante un análisis discriminante y modelos lineales generalizados mixtos (GLMMs). Como resultado, se observaron diferencias en la composición de las especies de gramíneas entre las diferentes coberturas vegetales, siendo el matorral la cobertura vegetal que mostró una mayor diversidad de especies con respecto al pastizal y la ribera. Por otro lado, algunas especies como Hyparrhenia hirta y Bromus diandrus tuvieron una floración más temprana en comparación con Brachypodium distachyon y Piptatherum miliaceum, dos de las más tardías durante estos años de estudio. En general, se observó que en pastizales el inicio de floración fue más temprano que en riberas y matorrales. Asimismo, existieron diferencias significativas en la duración de la floración de algunas especies, siendo Aegilops triuncialis la especie con duración más corta e Hyparrhenia hirta con duración más larga. El capítulo III se determinó la relación entre la cantidad de polen en el aire y su incidencia en las alergias al polen, así como sobre el uso de fármacos para tratar los síntomas mostrados por los sujetos alérgicos al polen. Para ello, se realizó un estudio prospectivo longitudinal en la ciudad de Córdoba durante los años 2014 y 2015, utilizando un cuestionario original y específico para la toma de datos sociodemográficos, de síntomas de alergia al polen y de dichos fármacos. El muestreo aerobiológico se llevó a cabo con un captador volumétrico de succión tipo Hirst (Hirst 1952). Se aplicó un análisis estadístico descriptivo e inferencial. Los resultados han mostrado un alto porcentaje en la prevalencia de alergia al polen de olivo y gramíneas, siendo la rinitis alérgica el síntoma más frecuente. Asimismo, se ha observado una correlación significativa entre la incidencia de este síntoma y el consumo de antihistamínicos. Por otra parte, los resultados han confirmado que sujetos asmáticos usaron sobre todo inhalador; relacionándose el uso de colirios para los ojos con los síntomas de rinitis alérgica y conjuntivitis. Con esta tesis se ha llevado a cabo el seguimiento de distintas especies de gramíneas, sin embargo, solo algunas de ellas han mostrado diferentes tendencias fenológicas en las distintas coberturas vegetales que habitan durante los años de estudio. Por otro lado, solo algunas especies contribuyen a la curva polínica, siendo estas especies las principales responsables de los síntomas de polinosis en Córdoba.

Phenology studies recurring biological events in plants and animals, and their relationship with climate variations (Schwartz 2013). Plant phenology is considered an excellent tool to detect and measure the impact of climate on vegetation, enabling to study the observable biological phenomena that constitute changes or transformations in populations in a certain period of time (Rötzer et al. 2000). Nowadays, studies on airborne pollen offer the opportunity to evaluate the floral phenology in anemophilous species, such as in Poaceae. This botanical family is widely diversified and belongs to one of the most important taxa in the Plantae Kingdom (Watson & Dallwitz 1992), with interest on both, ecology and health,, being the main cause of pollinosis in the European population (D’Amato et al. 2007; Burbach et al. 2009; Frati et al. 2010). In Spain, some studies on phenological field observations in different species of Poaceae have shown that only some of them more contribute to the pollen curve (León-Ruiz et al. 2011; Tormo et al. 2011; Romero-Morte et al. 2018), because of pollen from different species have similar morphology, and they are included in the same pollen type (Erdtman 1986; Perveen 2006; Trigo et al. 2008). However, according to the reviewed literature, low attention have been paid to the phenological behavior of different populations that live in different plant cover, neither to the level of risk that pollen grains cause on the population, especially in Andalusia. The main goals of this thesis have been focused on the study of the phenological behavior of Poaceae and its incidence in the human population. The specific goals have been: chapter I, to monitor the phenological behavior of Poaceae species in different plant covers (scrub, riverbank and pasture) in Córdoba City and peri-urban area in spring, to create a phenological calendar of the main Poaceae species; and to analyze local Poaceae airborne pollen concentrations, indicating which species contribute most to the curve; chapter II, to study the grass community composition in different plant covers and to assess the influence of plant cover, species and study year on the start and duration of flowering; chapter III, to examine the relationship between airborne pollen and allergies, and to investigate the use of drugs to treat the various symptoms displayed by pollenallergy sufferers over the study period. In chapter I, the phenological behavior of different Poaceae species flowering during spring was evaluated in different plant covers in Córdoba City and the nearby hills of Sierra Morena, a phenological calendar of the major species was created and the airborne Poaceae pollen concentrations were analyzed, indicating which species more contribute to the curve. This study was carried out between 2000 and 2013. Seventeen sampling site were selected in Córdoba City and the nearby hills of Sierra Morena, representing the different plant covers (scrub, riverbank and pasture). Phenological monitoring was carried out weekly in each sampling sites. Phenological stage observations were using the BBCH scale (Meier 2001). Airborne pollen was collected using a Hirst-type volumetric spore trap (Hirst 1952). Descriptive and inferential statistical analysis was applied. Results showed that some species, such as Hordeum leporinum and Stipa capensis displayed a phenological delay in pasture and Bromus madritensis in pastureland, riverbank and scrubland over the study period. In contrast, Dactylis glomerata and Trisetaria panicea displayed a phenological advance. On the other hand, Arrhenatherum album, Dactylis glomerata, Lolium rigidum, Trisetaria panicea and Vulpia geniculata are possible contributors to the pollen curve in Córdoba. In chapter II, the composition of the grass community was studied in the plant covers mentioned above, as well as the influence of the different species, the plant cover and the study year on the flowering start and length of grasses. This study was carried out during 2014 and 2015. Twenty-nine sampling sites, which represented the three different plant covers, were selected from Córdoba City and the nearby hills. Phenological monitoring was carried out weekly in each sampling site. Phenological stage observations were taken by using the BBCH scale (Meier 2001). Data were analyzed by means of a binary discriminant analysis and generalized linear mixed models (GLMMs). Results showed differences in the grass community composition as a function of plant cover; scrub comprised a considerably larger number of species than those in riverbank and pasture. On the other hand, some species, such as Hyparrhenia hirta and Bromus diandrus are early flowering, and some others, such as Brachypodium distachion and Piptatherum miliaceum, are late flowering in spring. In general, flowering in pasture was earlier than in riverbank and scrub. On the other hand, significant differences in flowering length of some species were obtained, i.e. Aegilops triuncialis with the shortest length and Hyparrhenia hirta with the longest length. Chapter III examined the relationship between airborne pollen and the ocurrence of pollen allergies, as well as to study the use of drugs to treat symptoms on pollen-allergy sufferers. A prospective longitudinal study was conducted in Córdoba City in 2014 and 2015, using an original and specific questionnaire to collect sociodemographic, symptoms and pollen-allergy data. Airborne pollen was collected using a Hirst-type volumetric spore trap (Hirst 1952). Descriptive and inferential statistical analysis was applied. Results showed a high percentage in the prevalence of allergy to olive and grass pollen; allergic rhinitis was the most frequent symptom. Moreover, significant correlation has been observed between the ocurrence of these symptoms and the antihistamine consumption. On the other hand, results confirmed that asthmatic subjects used mostly inhaler; and in the case of rhinitis and conjunctivitis mostly eye drops. This thesis has been focused on different grass species, but only some of them have shown different phenological trends in different plant covers during the study years. On the other hand, only some species more contribute to the pollen curve, being these species the principal responsible of pollinosis in Córdoba.