Inoculación de trigo en invernadero con Glomus spp y Pseudomonas putida en suelo calcáre

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Resumen.

Una posible estrategia para minimizar el problema de la producción de trigo en suelos calcáreos es incrementar la eficiencia de asimilación de los fertilizantes nitrogenado y fosforado mediante la inoculación con microorganismos que solubilizan fósforo. El objetivo de este trabajo fue determinar el efecto de la inoculación individual de dos especies de Glomus (G1 Y G2) y la coinoculación con Glomus y Pseudomonas putida (Ps) sobre la materia seca y el N y P total de trigo a 50% de fertilizante nitrogenado y dos niveles de fósforo. Se inocularon semillas de trigo y se sembraron en jarras Leonard alimentadas con solución mineral de Jensen enriquecida con N y P.

La combinación G1+ G2+ Ps incrementó 85.2% el peso seco radical y 55.4% el peso seco de vástago del trigo fertilizado con 50% de P2O5 en relación al trigo control (100% de N y P2O5). El 100% de P2O5 inhibió el efecto benéfico de la coinoculación al reducir la solubilización y asimilación del fósforo. El N total del vástago del trigo. Coinoculado y fertilizado con 50% de P2O5 fue ligeramente mayor que el trigo control, mientras que el P total del vástago fue 86% mayor que el trigo no inoculado y 100% fertilizado.

Palabras Clave: micorriza, rizobacteria, fosfatos inmoviles, suelo alcalino.

Abstract.

A posible solution to mininize the problem of wheat production in calcareous soils is increase nitrogen and phosphorus assimilat on with bioinoculations using phosphorus solubilizing microorganisms. The aim of this work was to explore the effect of individual inoculations with two Glomus species (G1 and G2) and the coinoculation with Glomus and Pseudomonas putida (Ps) on dry matter production and total N and P in wheat fertilized with 50% nitrogen and two phosphorus levels. Wheat seeds werw inoculated and grown in Leonard jars which contained sterile Jensen´s solution amended with N and P.

The G1+G2+Ps combination increased root dry weight 85.2% and shoot dry weight 55.4% in wheat fertilized with 50% P2O5 compared with the control wheat (100% N and P2O5). The addition of 100% P2O5 inhibited the beneficial effect N in the coinoculation observed as a reduction in phosphorus solubilization and assimilation. Shoot total N in the coinoculated wheat fertilized with 50% P2O5 was alightly superior to the control plants while shoot total P was 86% higher that the uninoculated wheat 100% fertilized.

Key Words: micorrhiza, rhizobacteria, phosphates, solubilizing, alkaline soil.

Introducción y antecedentes

En algunas zonas del norte de México los suelos calcáreos limitan la disponibilidad de nitrógeno y fósforo que, aunado a la escasez de agua, reducen el rendimiento de trigo a niveles inferiores a los de otras zonas del país. El problema se agudiza pues el trigo tiene una baja tasa de asimilación de fertilizante N de 24 y 50%. Una alternativa para resolver parcialmente este problema en trigo es la aplicación de dosis crecientes de fertilizante N y P. Sin embargo, la incapacidad de la planta para asimilar eficientemente el agrosistema con NO3 y NO2 y elevan los costos de producción.

Dada la relación dinámica entre el nitrógeno y el fósforo en el suelo, al reducir la posibilidad de N la retención de P se incrementa. El problema de la disponibilidad del fósforo en el suelo también se debe, en parte a que este se adsorbe al calcio unido a las arcillas o se precipita por lo que solo el 1% del fósforo total del suelo está disponible para las plantas.

Esta situación es mas crítica en los suelos calcáreos en donde la unión de los fosfatos al calcio o magnesio disminuye aun más su disponibilidad y en consecuencia su asimilación.

Una estrategia que puede resolver de manera parcial el problema es mejorar la eficiencia de asimilación radical del trigo para el fertilizante nitrogenado y/o fosforado mediante la inoculación con bacterias promotoras del crecimiento vegetal y/o endomicorrizas. Se ha reportado respuesta positiva de gramíneas a la inoculación con bacterias del tipo Pseudomonas sp., que aumentan el peso seco y el rendimiento de grano. Las endomicorrizas vesiculoarbusculares (VAM) pueden actuar de manera sinérgica con las bacterias, ya que las raíces micorrizadas muestran mayor afinidad por el fósforo del suelo que las raíces sin micorrizas y Pseudomonas sp. puede solubilizar el fósforo del suelo.

Esta doble acción incrementa la eficiencia de asimilación radical de la planta por el N y P y con ello se reduce la dosis de fertilización nitrogenada y fosforada. El objetivo del presente trabajo fue analizar el efecto de la inoculación individual o en combinación de dos especies de Glomus y de Pseudomonas putida sobre la producción de materia seca y el contenido de N y P en trigo a una dosis reducida de fertilizante nitrogenado y dos niveles de P2O5 en invernadero.

Materiales y métodos

Origen de los microorganismos. Se aisló P. putida, identificada mediante el sistema de caracterización BIOLOG, de la rizósfera de la maleza asistida sp, y dos hongos VAM, designados Glomus sp. G1 y Glomus sp. G2, de las malezas Reseda luteola y Eruca sativa, respectivamente. La bacteria se creció en 100 mL de caldo nutritivo y se incubó á 30 °C/24 h en agitador rotario a 250 rpm. Se utilizó como inóculo 1.0 mL de la suspensión bacteriana con una densidad de 9.8 x 106 UFC/mL, determinada por la técnica de cuenta viable.

Las raíces de Reseda luteola y Eruca sativa se secaron a temperatura ambiente y se maceraron por separado en un mortero, después de detectar la presencia de vesículas, arbúculos y esporas por la técnica de azul de tripano en lactoglicerol al 0.05%17. Se identificaron los hongos endomicorrízicos de las dos malezas como Glomus spp, con base en las características morfológicas de las esporas, según Morton.

Coinoculación de trigo.

Para evaluar el efecto de la inoculación individual de Glomus sp. y/o de la combinación Glomus/ P. putida, se desinfectaron semillas de trigo (Triticum aestivum L. var. Pavón F-76) con hipoclorito de sodio 1% por min. y se lavaron 5 veces con agua destilada estéril. Después, se mezclaron con un adherente (sacarosa 10%) y se cubrieron con 0.1 g de raíces molidas de R. luteola, E. sativa o una combinación de ambas y se sembraron en un sistema semihidropónico o jarras Leonard. Se utilizó como sustrato una mezcla de suelo-arena (1:1) esterilizada á 120°C/ 3h. El pH del suelo fue de 8.3 (potenciómetro 2:1), el N total 0.12% y el P extractable 31.5 mg/ kg. Las plantas se alimentaron con solución estéril de Jensen adicionada con 50% (60 kg N/ha) de la dosis de N recomendada para la región, aplicado como urea. A la emergencia. Se inocularon las plántulas con 1.0 mL de la suspensión de P. putida y se fertilizaron con 50 y 100% de la dosis de fósforo recomendada para la región, aplicado como superfosfato triple, equivalente a 40 y 80 kg P205/ha, respectivamente. Las plantas se aclarearon a una por jarra Leonard y se colocaron en invernadero con temperatura diurna de 25° y nocturna de 19°C.

Diseño experimental y análisis estadístico.

El experimento se realizó bajo un diseño completamente al azar, con 14 tratamientos y cuatro repeticiones. Se incluyó un tratamiento testigo (trigo sin inocular y sin fertilizar) y un control (trigo sin inocular y fertilizado con 100% de N y P2O5. Las plantas se cosecharon al inicio del espigamiento (aproximadamente 60 días después de la siembra), correspondiente a la etapa 10.5 de la escala de Feeke11.Las variables que se evaluaron fueron: peso seco (70°C/72 h), N total y P total de la raíz y del vástago de trigo. Los datos se sometieron a un análisis de varianza y la comparación de medias se calculó según la prueba Tukey (P<0.01).

Resultados y discusión.

Efecto de la coinoculación en la raíz del trigo.

El trigo inoculado con las especies de Glomus individual o combinado, Glomus sp. G1+ Glomus sp. G2, y fertilizado con 50% (40 kg P2O5/ha) de fosfato (fig. 1) alcanzó un peso seco radical estadísticamente igual al trigo usado como control relativo (100% N y P2O5). Esto indica que en ambos casos, Glomus incrementó la eficiencia de asimilación de nitrógeno y fósforo. Sin embargo, el trigo coinoculado con Glomus sp y P. putida y adicionado con la misma dosis de P2O5, alcanzó mayor peso radical que el trigo control debido probablemente a que, aunado a la asimilación del fósforo por Glomus, la bacteria estimuló un mejor funcionamiento del sistema radical como resultado del reconocimiento de los exudados radicales y su transformación en fitohormonas que estimulan el crecimiento vegetal.

El incremento de peso radical fue dependiente del tipo de microorganismos: la coinoculación con Glomus sp. G2 y P. putida causó un aumento de 34%, Glomus sp. G1 y P. putida causó un incremento de 47% y Glomus sp. G1+Glomus sp. G2 P. putida aumentó el peso seco de la raíz 85%. Lo anterior confirma que la asimilación del fósforo del suelo no solo dependió de Glomus sino que Pseudomonas también tienen la capacidad para mejorar la eficiencia de asimilación de este elemento.

De acuerdo con Isaac et al. el incremento de peso seco en trigo se debe a la acción sinérgica entre la bacteria y el hongo endomicorrízico. Cuando el trigo coinoculado con Glomus sp/ P. putida se fertilizó con 100% de P2O5 se observó que, en general, el peso seco radical fue inferior alcanzado con 50% de P2O5 excepto con Glomus sp. G2 P. putida (Fig. 1)

Ferrera-Cerrato y Pérez –Moreno observaron un efecto similar cuando incrementaron los dosis de fertilizante fosforado en plantas inoculadas con VAM, lo cual redujo su acción sobre la asimilación del fósforo de la solución del suelo. Nuestros resultados indicaron que la aplicación de 100% de P2O5 afectó negativamente el peso radical debido, probablemente a que se modificó el patrón de reproducción de exudados radicales, lo que disminuyó la infección microbiana.

En el caso de Glomus sp. G2 y P. putida, el pH alcalino del suelo impidió la absorción de la mayor parte del fósforo, sin embargo, es posible notar que la acción sinérgica de ambos microorganismos favoreció que una pequeña porción del fósforo fuese traslocado a la raíz.

Lo anterior sugiere que la especie Glomus sp. G2 es distinta a la especie Glomus sp. G1, dado que su respuesta al incremento de fue diferente. No hubo diferencia estadística en el contenido de N total de la raíz en el trigo inoculado o coinoculado y fertilizado con 50 ó 100% de P2O5 (Fig. 2), con respecto al trigo usando como control, lo que sugiere que la asimilación de fósforo no fue suficiente para mejorar la eficiencia de asimilación del nitrógeno.

El contenido de P total radical aumentó en un 50% en el trigo inoculado con Glomus sp. G1 o coinoculado con Glomus sp. G1+Glomus sp. G2 y P. putida, ambos fertilizados con 50% de P2O5 en comparación con el trigo usando como control (Fig.3). En este caso, fue evidente que los microorganismos mejoraron la eficiencia de asimilación del fósforo, mientras que con el 100 % de P2O5 la interacción raíz-microorganismos fue inhibida parcialmente pues, en general, los valores de P total radical fueron menores que con 50% del fertilizante fosforado.

Al compararse con el testigo, se encontró que, independientemente de la dosis de P2O5 la inoculación hongo y/o bacteria mejoró la asimilación de fósforo. Lo anterior confirma que la asimilación de P a nivel radical puede ser mejorada mediante una coinoculación bacteria-hongo endomicorrízico, que refleja la acción solubilizadora de Pseudomonas sp. Y el efecto de asimilación de Glomus sp.

Efecto de la coinoculación en el vástago del trigo.

El trigo inoculado con Glomus sp G2 coinoculado con Glomus. G1+Glomus sp.G2 P putida

y fertilizado con 50% de P2O5 alcanzó un peso seco de vástago 55.4% superior al trigo control (Fig. 4). Los resultados sugieren que las especies de Glomus son diferentes, ya que Glomus sp. G1 responde a un 100% de P2O5 aumentando el peso seco del vástago y Glomus sp. G2 causó un efecto menor por otra parte, Glomus sp. G1 P. putida y Glomus sp. G1+Glomus sp. G2 no causaron efecto sobre el peso seco de vástago, lo que sugiere que al interactuar redujeron su eficiencia de asimilación en una aparente competencia.

En general, la eficiencia de asimilación fue mayor con la dosis 50% de P2O5 que con 100% excepto el trigo inoculado con Glomus sp. G1 y el coinoculado con Glomus sp. G2 P. putida. Esto sugiere que Glomus sp. G1 y Glomus sp. G2 P. putida puede solucionar y asimilar fósforos aún a altas dosis de fertilizante fosforado.

Con respecto al contenido de N total de vástago (Fig. 5), se observó que el trigo coinoculado con Glomus sp. G1+Glomus sp. G2 y fertilizado con 50% de P2O5 y el coinoculado con Glomus sp. G2 y P. putida y adicionado con 100% del fertilizante fosforado alcanzaron un valor similar al trigo usado como control. Esto indica que las especies de Glomus y P. putida no influyeron en la asimilación y translocación de N en trigo, a diferencia de lo reportado por otros investigadores al estudiar el incremento del crecimiento vegetal causado por Pseudomonas cepacia o por VAM en trigo. En ambos casos, las plantas fueron sometidas a estrés hídrico, lo que estimuló la interacción microbiana de la rizósfera, condición que no se presentó en nuestro estudio.

El trigo con Glomus sp. G1 y P. putida o con Glomus sp. G2 y P. putida, ambos con 50% de P2O5, alcanzó un contenido de P total de vástago significativamente superior (86%) al trigo control (Fig. 6). Sin embargo, al fertilizar con 100% de P2O5, solo el trigo coinoculado con Glomus sp. G1 P. putida logró un contenido de fósforo mayor al control.

Esto reafirma el efecto inhibitorio de las altas dosis de P2O5 sobre la actividad de solubilización y asimilación del fósforo del suelo de las especies de Glomus y P. putida.

Además, se observó que el trigo usado como testigo (sin inocular ni fertilizar) y el usado como control, alcanzaron el mismo valor con respecto al contenido de total de vástago, lo que indica que la ausencia de estos microorganismos impide la solubilización del fósforo del suelo debido al pH alcalino.

Concluimos que el efecto sinérgico de Glomus sp. G1+Glomus sp. G2 P. putida se manifestó como el incremento significativo de materia seca total de trigo a dosis reducida (50%) de fertilizante nitrogenado y fosforado, comparando con el trigo usado como control y que el 100% de P2O5 inhibió la relación Glomus sp. / P. putida. Nuestros resultados refuerzan la necesidad de inocular trigo con microorganismos adecuados para aumentar la asimilación y solubilización de fósforo en suelos donde el pH limita la disponibilidad de este elemento.

Dedicatoria.

A las mujeres que luchan por superar prejucios y se superan en ambientes no propicios para el desarrollo intelectual.

Agradecimientos

La presente investigación fue parcialmente financiada por el Instituto del Potasio y el Fósforo, A. C., México y Norte de Centro América y por la Agencia Internacional de Energía Atómica, contrato de investigación D1- MEX- 1994. A la CIC-UMSNH Morelia, Mich, México, por apoyar el proyecto 2.7 (2005-2006) que facilito la publicación de este trabajo.

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*Blanca Valdivia-Urdiales

** Juan Manuel Sánchez-Yáñez

*Departamento de Suelos, Univ. Autónoma Agraria Antonio Narro. Buenavista, Saltillo, Coah. 25000, Coahuila, México.

**Microbiología ambiental,

**autor correspondiente

Instituto de Investigaciones Químico-Biológicas, Univ. Michoacana de San Nicolás de Hidalgo,

Edif. B-1, Cd. Universitaria. Morelia,

Michoacán, México.