La rizosfera es uno de los hábitats más complejos y diversos que existen. La interacción entre los microorganismos que alberga el suelo y las raíces se convierte en una aliada perfecta en la búsqueda sustancias naturales alternativas a los fertilizantes y fitosanitarios de síntesis química.
El uso de la biología molecular permite caracterizar y cuantificar la biodiversidad del microbiota radicular, y con ello el descubrimiento de microorganismos con enorme potencial biofertilizante y bioestimulante.
La microbiota radicular tiene un rol fundamental en la nutrición vegetal y en su defensa frente a las enfermedades. Las bacterias y hongos que tapizan la superficie de la raíz aumentan la capacidad de la planta para obtener nutrientes y la protegen frente a los patógenos. Diversas bacterias promueven el desarrollo vegetal, enriqueciéndolo o estimulándolo, al movilizar los nutrientes del suelo y volverlos disponibles para la planta mejorando así su rendimiento. En otros casos, protegen a la planta de fitopatógenos impidiendo que colonicen las raíces, destruyéndolos antes de iniciar la infección, o bien sintetizando ciertas sustancias que inhiben el crecimiento de los patógenos. Además, desencadenan la resistencia inducida estimulando el sistema inmunitario la planta para hacer frente al estrés biótico y abiótico.
Algunas de las especies beneficiosas de la rizosfera se emplean en la agricultura para incrementar el rendimiento del suelo y potenciar el crecimiento de los cultivos sin necesidad de usar suplementos minerales. Por otra parte, al mitigar la incidencia de las enfermedades, se reduce la aplicación de plaguicidas, de modo que, los alimentos contienen menos sustancias potencialmente perjudiciales para la salud humana.
IDENTIFICANDO BACTERIAS PGPR EN OLIVAR
En el suelo del olivar encontramos un microbioma de enorme diversidad, una amalgama asombrosa de microorganismos distribuidos en grupos que son muy distintos y que tienen funciones muy dispares. Uno de los grupos más preciados son las Bacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal, o PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria), un conjunto de bacterias que habitan en la rizosfera del olivo y que producen en él todo tipo de beneficios.
Expliquemos las características de estas super bacterias:
- Por una parte, potencian el crecimiento vegetal, mejorando la disponibilidad de minerales y otro tipo de compuestos (nitratos, fosfatos, etc.), ayudan a la producción de hormonas necesarias en el desarrollo vegetativo (fitohormonas como las auxinas), etc.
- Y por otra, protegen a plantas y cultivos contra posibles agentes patógenos y combaten la contaminación de los suelos, ya sea por contaminantes de tipo orgánico o inorgánico.
Estas características hacen de las PGPR bacterias muy estudiadas a día de hoy por su potencial, no solo para la mejora en el crecimiento de cultivos o el ejercicio como agentes de biocontrol, sino también en la variedad de posibilidades tanto de descontaminación de suelos como de reforestación y recuperación de ecosistemas. En la actualidad también se están investigando cepas bacterianas modificadas genéticamente que mejoran e incluso potencian la acción e interacción con las plantas, cuando anteriormente, las condiciones eran desfavorables, ya fuese debido a los cultivos, a los suelos o a los propios microorganismos.
Las características de las PGPR las hacen bacterias muy estudiadas por su potencial, no solo para la mejora en el crecimiento de cultivos o el ejercicio como agentes de biocontrol, sino también en la variedad de posibilidades tanto de descontaminación de suelos como de reforestación y recuperación de ecosistemas.
Los géneros de las bacterias PGPR más conocidos y aplicados en agricultura son Rhizobium, Pseudomonas, Azospirillum, Actinoplanes, Agrobacterium, Azotobacter, Bacillus, etc. y están íntimamente asociadas con nutrientes como el carbono, fósforo, nitrógeno y azufre, así como con la eliminación de toxinas y producción de fitohormonas o antibióticos, favoreciendo el crecimiento vegetal de manera directa e indirecta.
Efectos directos
- Fijación de nitrógeno
El nitrógeno es un macronutriente esencial para la planta y su deficiencia afecta de forma directa a todas sus funciones. Existen varios grupos bacterianos de los géneros Azospirillum y Rhizobium que fijan el nitrógeno atmosférico, también conocidas como bacterias fijadoras de nitrógeno. E independientemente de que el modo de fijación del nitrógeno sea simbiótico o no, se ha demostrado mediante varios estudios que al añadir PGPR a los cultivos, se aumentan notablemente la cantidad de nitrógeno disponible, así como los rendimientos de las plantas.
- Solubilización de fosfatos
Después del nitrógeno, el fósforo es el mayor nutriente limitante en las plantas. La mayoría del fósforo que se encuentra en suelo se encuentra en formas insolubles, no está disponible para las plantas. Sin embargo, determinas bacterias PGPR, de los géneros Azospirillum, Azotobacter, Bacillus, Beijerinckia, Burkholderia, Enterobacter, Erwinia, Flavobacterium, Microbacterium, Pseudomonas, Rhizobium y Serratia, son capaces de solubilizar el fosfato poniéndolo a disposición de la planta y dándole ventaja frente a otras que carecen de microbiota capaz de solubilizar este elemento.
- Producción de las fitohormonas auxinas, giberelinas y citoquininas
Estas hormonas vegetales regulan parámetros como el crecimiento, la división celular o la formación y elongación de la raíz. Son sustancias orgánicas que se encuentran a muy baja concentración, se sintetizan en un lugar de la planta y se translocan a otro, donde ejercen sus efectos.
Las bacterias PGPR que tienen la capacidad de sintetizar algunas de estas hormonas (las más comunes, las auxinas), son de gran interés desde el punto de vista agrícola. Sus principales formas activas son:
– Auxinas: Ácido Indolacético (IAA) y otros indoles
– Giberelinas: GA₁, GA₃, GA₄ y GA₇
– Citoquininas: trans-zeatina (tZ), cis-zeatina (cZ), dihidrozeatina (DZ) e isopenteniladenina (iP)
Efectos indirectos
- Producción de sideróforos
El hierro es un micronutriente necesario para las plantas y actúa en procesos esenciales como la respiración, la fotosíntesis y la fijación de nitrógeno. Por lo general, es muy abundante en el suelo, pero por su especie química indisoluble, lo hace inaccesible para las plantas y los microorganismos. Algunas PGPR, principalmente del género Pseudomonas, son capaces de liberar sustancias quelantes llamadas sideróforos, que atraen el hierro hacia la rizosfera donde puede ser absorbido por la planta. Además de mejorar la absorción de hierro, estos sideróforos son secretados por las bacterias que poseen acción antibiótica, de manera que, inhiben el crecimiento de otros microorganismos e impiden el crecimiento de patógenos limitando el hierro disponible para ellos, constituyendo así un mecanismo de defensa frente al estrés biótico.
- Producción de quitinasa y glucanasa
Uno de los mayores mecanismos de biocontrol que poseen las bacterias PGPR se basa en la producción de estas enzimas líticas, encargadas de degradar la pared celular de patógenos fúngicos. Enzimas secretadas como la β-1,3-glucanasa, quitinasa, proteasa y celulasa, ejercen un efecto inhibidor directo sobre el crecimiento de las hifas de hongos patógenos. Bacterias pertenecientes a los géneros Bacillus y Pseudomonas son capaces de producir este tipo de sustancias.
En el caso de las celulasas, también intervienen en el aporte de energía a los microrganismos del suelo a través de la degradación de la celulosa en glucosa (proceso llevado a cabo entre las celulasas y las beta-glucosidasas).
- Producción de beta-glucosidasa
Esta enzima es la encargada de la degradación final de la celulasa en glucosa. Esta actividad es muy importante, ya que, representa una importante fuente de energía para los microorganismos del suelo. Por ello, la actividad de esta enzima está directamente relacionada con el contenido de carbono orgánico (materia orgánica) del suelo.
- Producción de antibióticos
Además de la producción de enzimas degradativas, las PGPR también excretan como metabolitos secundarios sustancias antibióticas. Pseudomonas y Bacillus presentan una agresiva colonización de la rizosfera, desplazando así a otras bacterias y hongos fitopatógenos.
- Producción de cianuro de hidrógeno y amoníaco
El cianuro (HCN) es un agente fitotóxico capaz de inhibir las enzimas involucradas en los principales procesos metabólicos, debido a que es biológicamente compatible con el medio ambiente y controlan las malas hierbas, además de minimizar los efectos nocivos sobre el crecimiento de las plantas, se está utilizando como agente de biocontrol.
El amoníaco está asociado con la fijación de nitrógeno y se produce principalmente por microorganismos capaces de fijar el N2 atmosférico y transformarlo en NH3. Las bacterias del género Azospirillum son diazotrofos de vida libre y como resultado se obtiene un incremento importante del crecimiento vegetal.
Siembra de bacterias PGPR
Bacterias PGPR productoras de sideróforos
Recta de patrón de Indoles
Detección de enzimas celulasas
Enzimas celulasas
Producción de amilasas
Producción de proteasas y beta-glucosidasas
En nuestro laboratorio estamos investigando este tipo de microorganismos procedentes de la rizosfera del olivo, concretamente los géneros Rhizobium, Azospirillum y Azotobacter, y la ventaja de añadir ciertas cepas PGPR para estimular su desarrollo radicular y vegetativo. Hemos logrado aislar e identificar determinadas especies de estos géneros y, tras su aplicación, estamos comprobando que tienen una gran capacidad de interacción con el olivo mejorando la masa radicular, su capacidad de fotosíntesis y aumentando su porcentaje de nitrógeno a nivel foliar, por lo que, previsiblemente mejorarían su producción. Por tanto, nuestros hallazgos apoyan el empleo de los microorganismos como biofertilizantes
Hemos logrado aislar, identificar y aplicar determinadas especies en diferentes tipos de suelo y estamos comprobando que tienen una gran capacidad de interacción con el olivo, mejora la masa radicular y previsiblemente su producción.
Las Bacterias PGPR son una valiosa herramienta en la producción agrícola. La investigación en su identificación, aplicación y eficacia en campo está muy desarrollada sobre todo en determinados cultivos, principalmente en germinación de semillas, leguminosas, cereal, hortícolas… De hecho, la oferta de productos basados en microorganismos naturales que ayudan tanto al control biológico de plagas, como a la mejora de las condiciones de la planta para un mayor crecimiento y resistencia natural, está incrementando exponencialmente.
Sin embargo, hay que tener el conocimiento suficiente para valorar si determinados productos biológicos que incorporan prebióticos, probióticos, bacterias PGPR o similares…. son realmente eficaces en el cultivo del olivo que, por su especificidad y variabilidad agronómica, puede que no tenga acción real.
REFERENCIAS
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Nos preocupa la calidad del aire y del agua, pero ¿y el suelo?
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Redefining soil health
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Microbiology challenges and opportunitiesin soil health
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Fertilizantes de origen bacteriano
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La biodiversidad microbiana de los suelos áridos
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La microbiota de la raíz
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Bacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal. INTAGRI S.C
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La Rizosfera de los Cultivos: la Clave Oculta para el Rendimiento Sostenible de la Agricultura
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Bacterias promotoras del crecimiento vegetal: Mecanismos y aplicaciones
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