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APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS
Cepas nativas y competitivas pero poco eficiente
Cepas nativas, competitivas, eficientes pero poco abundantes
Cepas nodulante ausentes (por ejemplo, soja), etc.
En la naturaleza existen ciertas
limitaciones
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS
Aplicabilidades de las relaciones simbióticas
eficientes Mayor tolerancia a estreses bióticos
Mayor tolerancia a estreses abióticos
Aumento de la producción
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
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: INOCULACIÓN
“La inoculación es una práctica que busca lograr la presencia de unalto número de ciertas bacterias fijadoras de nitrógeno, en elinterior de los nódulos o en la rizosfera de las raíces”
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: INOCULACIÓN
Inoculación en la semilla:
Inoculación en el sustrato:
Existen distintos protocolos o formas de inocular las semillas
Generalmente implica
1- Esterilización previa de la superficie de la semilla: Generalmente con hipoclorito de sodio (lejía) y/o etanol
2- Lavado de las semillas con agua esterilizada
3- Incubación de las semillas en una solución acuosa de concentración bacteriana determinada (109 a 1011 células /mL)
4- Secado de semillas (a temperatura ambiente o estufa)
Riegos con una disolución acuosa de concentraciónbacteriana determinada, generalmente más concentradaque para la inoculación en semilla
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN
Especies más estudiadase investigadas hasta elmomento
Phaseolus vulgaris L. Glycine max (L.) Merril
Unos de los países que más han estudiado sobre el tema, donde se han descubierto distintas cepas de alta eficiencia
Inóculos más estudiados y conocidos
Bradyrhizobium japonicum USDA 110
Rhizobium tropici CIAT 899
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓNRhizobium tropici CIAT 899
Phaseolus vulgaris L.
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 especiesde Rhizobium
Empleada en estudios de fijación de N2a nivel mundial y en algunos países, es usada como un inoculante comercial
Importancia de la estabilidad genética: Caso deinóculo comercial SEMIA4046 (Hungria and Araujo,1995)
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓNBradyrhizobium japonicum USDA 110
Glycine max (L.) Merril
Aislada por primera vez en nódulos de soja cultivada en Florida
Elevada eficiencia de FBN
En condiciones controladas, su inoculación incrementanotablemente la producción, como se ha demostrado eninfinidad de estudios
Resultados no tan satisfactorios en condiciones de campo.
Muy empleada en estudios de fijación de N2 a nivel mundial y en algunos
países, es usada como un inoculante comercial
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”, lainoculación de la cepa de crecimiento lento LMG 6138T de Bradyrhizobiumjaponicum (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
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN
La capacidad de las plantas para establecer relaciones simbióticas eficientes
La “promiscuidad” de la alubia hace que sea más complicado el establecimiento de relaciones simbióticas eficientes, que en aquellas más específicas como la soja.
también depende de la especie de vegetal
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
Las plantas de haba (Vicia flava L.), son por ejemplo una de laslegumbres de mayor eficiencia en la FBN, pudiendo obtener todo ennitrógeno necesario a partir de este proceso biológico.
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓNCo-Inoculaciones: En los últimos años, la tendencia es investigar sobre co-inoculaciones de distintasbacterias o microorganismos, que favorezcan o mejoren aún más los beneficios de la inoculación derizobios
Barbosa de Souza et al. (2017): Co-inoculación de alubia, con Rhizobium tropici (CIAT 899) y Azospirillum brasiliense (Ab-V5 y Ab-V6)
Número de nódulos Peso seco de nódulos Biomasa de las raícesBiomasa de parte aéreaCosecha de grano.
Mediciones
Incremento del 9%Incremento del 25%
Incremento del 35%
Incremento del 31%
Resultados respecto a inoculadas sólo con CIAT 899
Cosecha de 3200 kg/ha
Incremento del 5% respecto a plantas fertilizadas
Incremento del 26% respecto a las plantas inoculas únicamente con CIAT 899
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS : AUMENTO DE PRODUCCIÓN
Se han obtenido resultados muyfavorables con otras muchas especiesherbáceas
También se han realizado estudios sobre la inoculación de rizobios en árboles maduros en su hábitat natural (Fall et al., 2016)
Senegalia Senegal L.
La inoculación de cuatro cepas del género Ensifer en el sustrato(bolas de alginato)
Aumento notablemente la producción de goma arábiga
respecto a árboles no inoculados
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 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
→La alubia es una de las leguminosas más sensibles
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES ABIÓTICOS Aumento de tolerancia a altas temperaturas
Hungría et al. 1993 (Brasil)
1- Analizaron el efecto de inoculación dealgunas cepas aisladas de alubia e identificadascomo termotolerantes (R. leguminosarum) enalubias crecidas a altas temperaturas
Presentaban capacidad de nodular alubia,Pero los nódulos no eran funcionales
2- Aislaron rizobios de especies de leguminosasarbóreas adaptadas a vivir a muy altastemperaturas y las inocularon en alubia.
Tras sucesivos estudios encontraron más cepas eficientes a altas temperaturas, empleadas en inóculos comerciales, en ellas CIAT899.
De las 64 aisladas, 14 nodulaban alubia
De las 14, algunas tenían gran eficiencia de FBN, incluso a temperaturas extremas
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.
Mhadhbi et al. (2011)
-Inocularon en plantas de alubia cepas de rizobioosmotolerante (Ensifer meliloti) que habían sido aisladasde nódulos de alubias crecidas en un oasis salino deTúnez.
-Estas cepas presentaban gran tolerancia a la salinidad(capacidad de crecimiento a 750mM o 4.4% NaCl).
-Mostraron mayor eficiencia de las plantas inoculadascon CIAT 899 (tolerancia media a salinidad): mayorcrecimiento, nodulación y actividad en nódulos.
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)
Paenibacillus polymyxa(fijadora de nitrógeno de vida libre)
R. tropici (CIAT 899)
Mayor crecimiento de planta
Mayor nodulación
Mayor contenido de nitrógeno en la planta
Que las solo inoculadas con
R. tropici (CIAT 899)
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 suelossemi-áridos de Marruecos
Co-Inoculación: de soja con Pseudomonasputida TSAU1 (bacteria promotora del
crecimiento de las plantas, PGPB) y la cepa de rizobio USDA 1100 de Bradyrhizobium
japonicum
Mayor crecimiento de la plantaMayor contenido de N y de PMayor contenido de proteínas solubles en hoja
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, Rhizoctoniasolani 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
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: TOLERANCIA A ESTRESES BIÓTICOS
Los rizobios presentan capacidad de inhibir elcrecimiento de hongos patógenos de plantas
-Producción de antibióticos
-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
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 decianobacterias tóxicas de aguas superficiales eutróficas.
-La presencia de estas toxinas afectan a la productividad de las plantasy pueden ser muy dañinas si se integran en la cadena trófica
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: EN PLANTAS NO-LEGUMINOSAS
En este caso, los rizobios no actuarían como endosimbiontes, sino que quedaría en la rizosferacomportándose como bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB)
Los restos de rizobio que dejan las leguminosas en el suelo, puede beneficiar a los siguientes cultivos
En rúcula mejora la germinación, altura y peso seco (de Souza, 2017)
En maíz mejoran su fisiología, nutrición y cosecha (Hussainet al., 2016) y parece que mejoran su producción en condiciones de estrés salino (Ali et al., 2017)
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: “SIMBIOSIS” AGRICULTURA ECOLÓGICA-RIZOBOIS
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: LIMITACIONES
Difícil comercialización de inóculos
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)
Todavía existen muy pocos inoculantes microbianos de semillas comercialmente disponibles (Callaghan, 2016)
APLICABILIDADES DE LA FBN POR RIZOBIOS: LIMITACIONES Competencia, eficiencia y estabilidad genética
Competencia: Mucho rizobios eficientes en condiciones controladas, no lo son en condicionesagronómicas. De ahí la importancia de búsqueda de cepas nativas.
La eficiencia de la simbiosis depende de muchos factores (las cepas, la especies de cultivos, localidad,tipo de manejo agrícola, etc
Las bacterias candidatas a emplearsecomo inóculos comerciales, deben seraltamente eficientes, competitivas ygenéticamente estables
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 sobrelas comunidades microbianas nativas, al menos temporalmente debido relaciones de competencia,interacciones de antagonismo, sinergias o efectos indirectos al promover el crecimiento de las raíces yexudados de las mismas
Estimulando el crecimiento y diversidad de las micorrizas arbuscularesnativas 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.
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.
