Investigadores en Vietnam aislaron cepas de bacterias púrpuras no sulfurosas que además fijan nitrógeno, solubilizan fósforo y producen una hormona vinculada al crecimiento vegetal
Redactor: Luis Ortega
Editor: Eduardo Schmitz
Investigadores en Vietnam identificaron bacterias procedentes de arrozales del delta del Mekong capaces de combinar tres funciones de interés agrícola: facilitar nutrientes para las plantas, producir compuestos asociados con el crecimiento vegetal y reducir las emisiones de metano generadas en suelos inundados. En las pruebas de laboratorio, una de las cepas seleccionadas disminuyó la producción de este gas de efecto invernadero hasta un 75,2% bajo determinadas condiciones de incubación.
El trabajo, publicado en International Microbiology, se concentró en bacterias púrpuras no sulfurosas, conocidas por las siglas PNSB. Los científicos aislaron 118 cepas a partir de muestras de suelo y agua procedentes de cuatro zonas arroceras con suelos sulfatados ácidos del delta del Mekong y buscaron microorganismos capaces de sobrevivir en esas condiciones mientras desarrollaban funciones útiles para la nutrición del arroz.
El estudio aporta una nueva línea a los esfuerzos para reducir el impacto climático del arroz inundado. Vietnam ya desarrolla diferentes estrategias para disminuir las emisiones del cultivo, entre ellas el manejo del agua y de los residuos, en un contexto donde los productores del delta del Mekong buscan reducir el metano generado en los arrozales.
Los científicos aislaron 118 cepas en el delta del Mekong
El equipo recolectó 60 muestras de suelo y otras 60 de agua en cuatro grandes zonas con suelos sulfatados ácidos: Plain of Reeds, Long Xuyen Quadrangle, Ca Mau Peninsula y Depressed of Hau River. Las muestras procedían de arrozales inundados y fueron utilizadas para aislar microorganismos adaptados a las condiciones particulares de estos ambientes.
De las muestras se obtuvieron 118 cepas de bacterias púrpuras no sulfurosas. Los investigadores evaluaron inicialmente su capacidad para crecer a un pH de 4,5 y soportar concentraciones elevadas de hierro, aluminio y manganeso, elementos que pueden generar condiciones difíciles para los microorganismos y las plantas en suelos ácidos.
Cien de las cepas mostraron un crecimiento robusto bajo esas condiciones y fueron examinadas posteriormente por sus capacidades agronómicas. Los científicos estudiaron especialmente la fijación de nitrógeno, la solubilización de formas insolubles de fósforo y la producción de ácido indol-3-acético, conocido como IAA.
La interacción entre microorganismos, suelo y arroz constituye un componente importante de la nutrición del cultivo. Estudios anteriores han mostrado que el microbioma de las raíces influye en la eficiencia con la que diferentes variedades de arroz utilizan el nitrógeno, reforzando el interés por aprovechar comunidades microbianas beneficiosas.
Las bacterias fijaron nitrógeno y movilizaron fósforo
Tras el proceso de selección, los investigadores eligieron 20 cepas con las mejores combinaciones de características. Todas presentaban capacidad para fijar nitrógeno, solubilizar fósforo y producir IAA, además de tolerar las condiciones de acidez estudiadas.
La fijación biológica de nitrógeno permite que determinados microorganismos transformen el nitrógeno atmosférico en formas aprovechables dentro del sistema biológico. La solubilización de fósforo, por su parte, puede facilitar el acceso de las plantas a un nutriente que con frecuencia permanece retenido en formas poco disponibles en el suelo.
Los microorganismos seleccionados consiguieron movilizar tres formas insolubles de fósforo: fosfato asociado con hierro, con aluminio y con calcio. Las tres cepas que posteriormente destacaron por su capacidad de reducir metano también mantuvieron estas funciones relacionadas con la disponibilidad de nutrientes.
El potencial de las bacterias para complementar la fertilización del arroz ya se investiga mediante otros microorganismos. Ensayos con Azospirillum mostraron la posibilidad de reducir fertilizantes nitrogenados en el cultivo de arroz sin disminuir el rendimiento bajo determinadas condiciones de campo, aunque la respuesta depende del suelo, el manejo y el ambiente.
Tres cepas destacaron por su capacidad para reducir el metano
Los científicos sometieron las 20 cepas seleccionadas a ensayos destinados a medir su efecto sobre la generación de metano. Para ello utilizaron recipientes con suelo sulfatado ácido, paja de arroz triturada, agua y cultivos bacterianos, comparando los resultados con controles sin inoculación.
Las pruebas se desarrollaron bajo dos ambientes de incubación: condiciones microaeróbicas con luz y condiciones aeróbicas en oscuridad. Después de cinco días, las concentraciones de metano acumuladas fueron determinadas mediante cromatografía de gases.
Las 20 cepas redujeron las emisiones en ambos ambientes experimentales. Las disminuciones oscilaron entre 2,52% y 61,3% bajo condiciones microaeróbicas con luz y entre 4,24% y 75,2% bajo condiciones aeróbicas en oscuridad.
La cepa WHA-9B presentó el mejor comportamiento combinado, con reducciones de 61,3% y 75,2%, respectivamente. WHA-1A alcanzó una disminución de 68,6% bajo condiciones aeróbicas en oscuridad, mientras SPL-4A consiguió una reducción de 45,9% bajo condiciones microaeróbicas con luz.
Rhodobacter y Blastochloris concentraron los mejores resultados
El análisis mediante secuenciación del gen 16S rRNA permitió identificar las tres cepas seleccionadas. WHA-1A y SPL-4A fueron clasificadas como Rhodobacter sphaeroides, mientras que WHA-9B correspondió a Blastochloris sulfoviridis.
Estas bacterias púrpuras no sulfurosas presentan una elevada versatilidad metabólica y pueden desarrollarse bajo diferentes condiciones ambientales. En los arrozales inundados, su interés radica en que pueden competir por determinados sustratos que también utilizan los microorganismos productores de metano.
Cuando una parte de esos compuestos es desviada hacia el metabolismo y la biomasa de las bacterias púrpuras, puede disminuir la cantidad disponible para los microorganismos metanogénicos. Ese mecanismo es una de las explicaciones consideradas para la reducción observada durante los experimentos.
El papel de las bacterias beneficiosas en agricultura va mucho más allá de la mitigación de gases. Diferentes grupos microbianos del suelo están siendo investigados por su capacidad para mejorar la nutrición, estimular las plantas o controlar organismos perjudiciales, como ocurre con bacterias capaces de producir compuestos contra patógenos agrícolas.
La paja del arroz alimenta procesos que generan metano
Los arrozales inundados crean condiciones con poco oxígeno en las que los microorganismos metanogénicos pueden utilizar la materia orgánica como fuente de carbono. La incorporación de paja después de la cosecha aporta además materiales que, durante su descomposición, generan compuestos aprovechados en la formación de metano.
Este vínculo explica por qué el manejo de los residuos del arroz es un componente relevante de las estrategias de mitigación. Los microorganismos también están siendo utilizados para acelerar la degradación de esos materiales: investigaciones en Colombia han evaluado consorcios de hongos y bacterias para descomponer residuos del cultivo de arroz y reducir la necesidad de quemarlos.
En el caso de las PNSB estudiadas en Vietnam, la estrategia consiste en intervenir directamente en los procesos microbianos que ocurren durante la descomposición de la materia orgánica. Estudios anteriores con bacterias púrpuras no sulfurosas ya habían registrado reducciones de metano en arrozales junto con mejoras productivas, lo que proporcionó el antecedente para buscar cepas específicamente adaptadas a los suelos ácidos del Mekong.
El potencial como biofertilizante todavía debe validarse en campo
Los resultados no significan que exista ya un biofertilizante capaz de reducir 75% las emisiones de metano en arrozales comerciales. El porcentaje máximo procede de un ensayo controlado de incubación y representa la respuesta de una cepa bajo una condición experimental concreta.
Los autores consideran que WHA-1A, WHA-9B y SPL-4A son candidatas para desarrollar biofertilizantes destinados a sistemas arroceros con bajas emisiones, debido a la combinación de mitigación de metano, fijación de nitrógeno, movilización de fósforo y producción de IAA. Sin embargo, será necesario comprobar su comportamiento durante el ciclo completo del cultivo y bajo condiciones reales de campo.
La necesidad de esa validación también aparece en otras tecnologías microbianas. Ensayos con biofertilizantes basados en hongos del suelo para arroz basmati han mostrado incrementos de rendimiento, pero requieren evaluaciones adicionales para determinar su estabilidad en distintos suelos, climas y sistemas de fertilización.
En el delta del Mekong, la adaptación a condiciones de acidez representa una ventaja adicional para las cepas seleccionadas. La región combina una elevada importancia arrocera con problemas relacionados con suelos ácidos, salinidad y vulnerabilidad climática, por lo que las soluciones biológicas deberán mantener su eficacia bajo ambientes productivos diversos.
Vietnam busca producir arroz con una menor huella climática
La investigación coincide con programas orientados a transformar la producción arrocera vietnamita mediante prácticas que reduzcan metano, consumo de agua e insumos. El delta del Mekong concentra una parte fundamental de esa transición debido a su peso en la producción y exportación de arroz del país.
Entre las iniciativas desarrolladas en la región se encuentran el manejo alternado de inundación y secado, una gestión diferente de la paja, la reducción de insumos y sistemas para medir las emisiones. Vietnam también ha impulsado proyectos de arroz con certificación de resiliencia climática en el delta del Mekong dirigidos a capacitar productores y verificar prácticas de cultivo sostenible.
Las bacterias identificadas ahora añaden una posible herramienta microbiológica a esas estrategias. Su principal particularidad es que no fueron seleccionadas únicamente por reducir metano: también aportan funciones relacionadas con la nutrición y el crecimiento vegetal, una combinación que podría resultar relevante si los próximos ensayos confirman su eficacia agronómica en arrozales comerciales.
Fuentes referenciales:
AgroXXI
International Microbiology
