APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS

Transcripción

1 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS En la naturaleza existen ciertas limitaciones Cepas nativas y competitivas pero poco eficiente Cepas nativas, competitivas, eficientes pero poco abundantes Cepas nodulante ausentes (por ejemplo, soja), etc.

2 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS Aplicabilidades de las relaciones simbióticas eficientes Aumento de la producción Mayor tolerancia a estreses abióticos Mayor tolerancia a estreses bióticos Aumentar la producción de los cultivos tanto en situaciones normales como de estrés Minimizando o evitando en uso de fertilizantes nitrogenados Empleo en otros fines no agrícolas Adaptación de plantas a ambientes degradados Reforestación Fitoremediación de suelos

3 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: INOCULACIÓN La inoculación es una práctica que busca lograr la presencia de un alto número de ciertas bacterias fijadoras de nitrógeno, en el interior de los nódulos o en la rizosfera de las raíces

4 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: INOCULACIÓN Inoculación en la semilla: Existen distintos protocolos o formas de inocular las semillas 1- Esterilización previa de la superficie de la semilla: Generalmente con hipoclorito de sodio (lejía) y/o etanol Generalmente implica 2- Lavado de las semillas con agua esterilizada 3- Incubación de las semillas en una solución acuosa de concentración bacteriana determinada (10 9 a células /ml) 4- Secado de semillas (a temperatura ambiente o estufa) Inoculación en el sustrato: Riegos con una disolución acuosa de concentración bacteriana determinada, generalmente más concentrada que para la inoculación en semilla

5 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN Especies más estudiadas e investigadas hasta el momento Phaseolus vulgaris L. Unos de los países que más han estudiado sobre el tema, donde se han descubierto distintas cepas de alta eficiencia Glycine max (L.) Merril Rhizobium tropici CIAT 899 Bradyrhizobium japonicum USDA 110 Inóculos más estudiados y conocidos

6 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN Rhizobium tropici CIAT 899 Cepa nativa de suelos tropicales, aislada por primera vez en Brasil Presenta tolerancia a las altas temperaturas y ph ácido Elevada eficiencia de FBN De gran estabilidad genética en comparación con otras especies de Rhizobium Phaseolus vulgaris L. Empleada en estudios de fijación de N 2 a nivel mundial y en algunos países, es usada como un inoculante comercial Importancia de la estabilidad genética: Caso de inóculo comercial SEMIA4046 (Hungria and Araujo, 1995)

7 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN Bradyrhizobium japonicum USDA 110 Aislada por primera vez en nódulos de soja cultivada en Florida Elevada eficiencia de FBN En condiciones controladas, su inoculación incrementa notablemente la producción, como se ha demostrado en infinidad de estudios Resultados no tan satisfactorios en condiciones de campo. Glycine max (L.) Merril Muy empleada en estudios de fijación de N 2 a nivel mundial y en algunos países, es usada como un inoculante comercial

8 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN En muchas ocasiones la inoculación de rizobios no solo aumenta la producción de grano, sino aumenta también la calidad de las semillas Un estudio realizado con soja (Glycine max (L.) Merrill), variedad Sumatra, la inoculación de la cepa de crecimiento lento LMG 6138T de Bradyrhizobium japonicum (Silva et al., 2013) Aumento de la cosecha: Cosecha de plantas inoculadas (1,78 g ± 0,77 por planta) superior al de las plantas no inoculadas (1.51 g ± 0,44 por planta) Incremento de calidad de semilla: Aumento en el contenido de proteínas, ácidos orgánicos y ácidos grasos

9 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN La capacidad de las plantas para establecer relaciones simbióticas eficientes también depende de la especie de vegetal La promiscuidad de la alubia hace que sea más complicado el establecimiento de relaciones simbióticas eficientes, que en aquellas más específicas como la soja. Las plantas de haba (Vicia flava L.), son por ejemplo una de las legumbres de mayor eficiencia en la FBN, pudiendo obtener todo en nitrógeno necesario a partir de este proceso biológico. Youseif et al., 2017: -Ensayo de invernadero: Inocularon habas (Giza 843) con 17 cepas de rizobio aisladas en suelos de Egipto Evaluaron la eficiencia de las cepas Seleccionaron cinco. -Ensayo de campo: En suelo arenoso de fertilidad baja Las plantas inoculadas con cepa RlvNGB-FR 126, mostraban un aumento del 35-48% en la cosecha de grano y del 34-49% en el contenido de N de las semillas (calidad), en comparación con los tratamientos de plantas fertilizadas con nitrato

10 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN Co-Inoculaciones: En los últimos años, la tendencia es investigar sobre co-inoculaciones de distintas bacterias o microorganismos, que favorezcan o mejoren aún más los beneficios de la inoculación de rizobios Barbosa de Souza et al. (2017): Co-inoculación de alubia, con Rhizobium tropici (CIAT 899) y Azospirillum brasiliense (Ab-V5 y Ab-V6) Mediciones Resultados respecto a inoculadas sólo con CIAT 899 Número de nódulos Peso seco de nódulos Biomasa de las raíces Biomasa de parte aérea Cosecha de grano. Incremento del 9% Incremento del 25% Incremento del 35% Incremento del 31% Cosecha de 3200 kg/ha Incremento del 5% respecto a plantas fertilizadas Incremento del 26% respecto a las plantas inoculas únicamente con CIAT 899

11 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN Se han obtenido resultados muy favorables con otras muchas especies herbáceas También se han realizado estudios sobre la inoculación de rizobios en árboles maduros en su hábitat natural (Fall et al., 2016) La inoculación de cuatro cepas del género Ensifer en el sustrato (bolas de alginato) Senegalia Senegal L. Aumento notablemente la producción de goma arábiga respecto a árboles no inoculados

12 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES ABIÓTICOS Aumento de tolerancia a altas temperaturas Las altas temperaturas limitan la FBN, afectando o dificultando principalmente el proceso de infección, esto es, afectando al desarrollo de nódulos, pero también a su funcionamiento La alubia es una de las leguminosas más sensibles La temperatura de los suelos en zonas tropicales y subtropicales frecuentemente excede los 40ºC Las altas temperaturas son el factor más limitante de la FBN Razón por la cual países como Brasil tienen una larga historia de investigación sobre la inoculación de leguminosas

13 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES ABIÓTICOS Aumento de tolerancia a altas temperaturas Hungría et al (Brasil) 1- Analizaron el efecto de inoculación de algunas cepas aisladas de alubia e identificadas como termotolerantes (R. leguminosarum) en alubias crecidas a altas temperaturas 2- Aislaron rizobios de especies de leguminosas arbóreas adaptadas a vivir a muy altas temperaturas y las inocularon en alubia. Presentaban capacidad de nodular alubia, Pero los nódulos no eran funcionales De las 64 aisladas, 14 nodulaban alubia De las 14, algunas tenían gran eficiencia de FBN, incluso a temperaturas extremas Tras sucesivos estudios encontraron más cepas eficientes a altas temperaturas, empleadas en inóculos comerciales, en ellas CIAT899.

14 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES ABIÓTICOS Aumento de tolerancia a la sequía La sequía presenta efectos en la persistencia y supervivencia de los rizobios en el suelo, además de afectar a la nodulación. -Inocularon en plantas de alubia cepas de rizobio osmotolerante (Ensifer meliloti) que habían sido aisladas de nódulos de alubias crecidas en un oasis salino de Túnez. Mhadhbi et al. (2011) -Estas cepas presentaban gran tolerancia a la salinidad (capacidad de crecimiento a 750mM o 4.4% NaCl). -Mostraron mayor eficiencia de las plantas inoculadas con CIAT 899 (tolerancia media a salinidad): mayor crecimiento, nodulación y actividad en nódulos.

15 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES ABIÓTICOS Aumento de tolerancia a la sequía Se ha observado también como mediante la co-inoculación con otra clase de bacterias, se puede mejorar la eficiencia de cepas de rizobio (Figerido 2008) R. tropici (CIAT 899) Paenibacillus polymyxa (fijadora de nitrógeno de vida libre) Mayor crecimiento de planta Mayor nodulación Mayor contenido de nitrógeno en la planta Que las solo inoculadas con R. tropici (CIAT 899)

16 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES ABIÓTICOS Aumento de tolerancia a la salinidad La salinidad también afecta a la supervivencia de los rizobios, a la nodulación y a la actividad de los nódulos Ensifer meliloti y otras cepas aisladas en estudios similares, además de mejorar la producción de alubia en sequía también lo consiguen en condiciones de salinidad RhM11: Aislada en suelos salinos de Marruecos RB 4/1, R/B 5/1, R/B 6/1 y R/B 7/1: Aisladas en el Delta del Nilo Burkholderia phymatum (cepa GR01N): Aislada en suelos semi-áridos de Marruecos Co-Inoculación: de soja con Pseudomonas putida TSAU1 (bacteria promotora del crecimiento de las plantas, PGPB) y la cepa de rizobio USDA 1100 de Bradyrhizobium japonicum Mayor crecimiento de la planta Mayor contenido de N y de P Mayor contenido de proteínas solubles en hoja

17 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES BIÓTICOS Antoun et al. (1978), cepas de Sinorhizobium meliloti capaces de inhibir desde un 5 a 50% el crecimiento del hongo Fusarium oxysporum Chakraborty and Purkayastha, (1984), las toxinas producidas por Bradyrhizobium japonicum protegía las plantas de soja de Macroporina phaseolica Buanassisi et al. (1986), Rhizobium leguminosarum, controlaba el crecimiento de Fusarium solani f.sp. Phaseoli. Balasundaran and Sarbhoy (1988), cepas de B. japonicum eran capaces de inhibir el crecimiento 7 microorganismos patógenos de soja Chao (1990), seis cepas de Rhizobium distintas y observó como todas ellas eran capaces de inhibir el crecimiento de 10 tipos de hongos Enteshamul and Ghafar (1993), cepas de Rhizobium y de Bradyrhizobium conseguían reducir la infección por M. phaseolica, Rhizoctonia solani y Fusarium spp. en ensayos de campo, tanto en alubia, como en soja como en otras plantas no leguminosas (girasol y okra) Hoflich (2000), demostró que la cepa R39 de R. leguminosarum presentaba efecto inhibitorio sobre Fusarium sp., R. solani, Helminthosporum sativum y Gaemannomyces gramininis en condiciones de in vitro Arora et al. (2001) y Deshwal et al. (2003), observaron que varias cepas de Rhizobium y Bradyrhizobium restringían el crecimiento de M. phaseolina

18 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES BIÓTICOS -Producción de antibióticos Los rizobios presentan capacidad de inhibir el crecimiento de hongos patógenos de plantas -Producción HCN -Producción de sideróforos -Influencia en los mecanismos de defensa las propias plantas, estimulando la producción de fitoalexinas en estas Además se pueden realizar co-inoculaciones con otros agentes de control biológicos como por ejemplo con la Pseudomonas florescens, ya que esta no afecta a la simbiosis rizobio-leguminosa

19 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES BIÓTICOS Se ha demostrado como la inoculación de habas (Vicia sativa L.) con cepas tolerantes a las microcistinas (RhOF125), protege las plantas y mejora su FBN si son regadas con agua de riego contaminada por estas toxinas (Lahrounil et al., 2016) -Las microcistinas son unas toxinas producidas por las floraciones de cianobacterias tóxicas de aguas superficiales eutróficas. -La presencia de estas toxinas afectan a la productividad de las plantas y pueden ser muy dañinas si se integran en la cadena trófica

20 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: EN PLANTAS NO-LEGUMINOSAS En este caso, los rizobios no actuarían como endosimbiontes, sino que quedaría en la rizosfera comportándose como bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB) En rúcula mejora la germinación, altura y peso seco (de Souza, 2017) En maíz mejoran su fisiología, nutrición y cosecha (Hussain et al., 2016) y parece que mejoran su producción en condiciones de estrés salino (Ali et al., 2017) Los restos de rizobio que dejan las leguminosas en el suelo, puede beneficiar a los siguientes cultivos

21 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: SIMBIOSIS AGRICULTURA ECOLÓGICA-RIZOBOIS

22 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: LIMITACIONES Difícil comercialización de inóculos Todavía existen muy pocos inoculantes microbianos de semillas comercialmente disponibles (Callaghan, 2016) Las técnicas de inoculación de semillas usadas con fines de investigación a menudo no son viables a escala comercial Hay desafíos técnicos significativos en el mantenimiento de la viabilidad de los inóculos microbianos de semilla (tratamiento y almacenamiento)

23 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: LIMITACIONES Competencia, eficiencia y estabilidad genética Competencia: Mucho rizobios eficientes en condiciones controladas, no lo son en condiciones agronómicas. De ahí la importancia de búsqueda de cepas nativas. Las bacterias candidatas a emplearse como inóculos comerciales, deben ser altamente eficientes, competitivas y genéticamente estables La eficiencia de la simbiosis depende de muchos factores (las cepas, la especies de cultivos, localidad, tipo de manejo agrícola, etc

24 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: LIMITACIONES Impacto en las comunidades bióticas nativas del suelo? Existen muchos estudios que demuestran que la inoculación de rizobios puede producir un efecto sobre las comunidades microbianas nativas, al menos temporalmente debido relaciones de competencia, interacciones de antagonismo, sinergias o efectos indirectos al promover el crecimiento de las raíces y exudados de las mismas Estimulando el crecimiento y diversidad de las micorrizas arbusculares nativas o indígenas (Omiroua, 2016) Existe la posibilidad de que afecten de forma negativa sobre las mismas, de forma que sería necesario el conocimiento de la supervivencia de cepas bacterianas inoculadas en el campo y sus efectos en las comunidades microbiológicas nativas.

25 APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: FUTUROS RETOS -Realizar investigaciones multidisciplinares que garanticen la viabilidad de los inóculos comerciales -Continuar las investigaciones sobre la búsqueda de inóculos eficientes a nivel local (cepas nativas), según manejo, variedad de cultivo, etc. -Profundizar en el conocimiento la magnitud del impacto de la inoculación en la microbiota natural del suelo. -Investigar sobre inóculos eficientes en las condiciones climáticas futuras, en el contexto del Cambio Climático.

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