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El rendimiento de las bacterias potenciadoras de cultivos puede depender del método de entrega


Las bacterias del suelo pueden ser los bloques de construcción microscópicos para un mayor crecimiento de los cultivos y mayores rendimientos, al tiempo que eliminan el uso de fertilizantes químicos……..


por Brandi Pessma, Universidad de Nebraska-Lincoln


Las bacterias del suelo pueden ser los bloques de construcción microscópicos para un mayor crecimiento de los cultivos y mayores rendimientos, al tiempo que eliminan el uso de fertilizantes químicos, pero los investigadores de la Universidad de Nebraska-Lincoln descubrieron recientemente que más bloques no siempre construyen torres más altas.

Durante más de un millón de años, las plantas han coevolucionado para asociarse estrechamente con los miles de millones de bacterias que viven en el suelo. En esta comunidad a microescala, las bacterias del suelo interactúan y compiten por los nutrientes proporcionados por las plantas, produciendo un microbioma complejo pero equilibrado que puede beneficiar el crecimiento de las plantas. Los microbiólogos ahora están sacando provecho de esta relación prehistórica al proporcionar a los cultivos una gran cantidad de bacterias que promueven el crecimiento.

A pesar del progreso de décadas hacia el uso de microbios del suelo para promover el crecimiento de las plantas, ningún estudio en la literatura pública ha comparado directamente los múltiples métodos para introducir bacterias vivas en las plantas. Un estudio reciente de Nebraska descubrió que los métodos más efectivos para promover el crecimiento dependen del tipo de bacteria. El método de combinación con el microbio podría beneficiar a la agricultura y al medio ambiente al aumentar el rendimiento de los cultivos y reducir el uso de fertilizantes químicos, respectivamente.

«Realmente creemos que la naturaleza de los microorganismos puede hacer algo por la agricultura», dijo Yen Ning Chai, investigador postdoctoral en Nebraska y autor principal del estudio, publicado en la revista Frontiers in Microbiology . «Creemos que, a la larga, podemos reemplazar o complementar lentamente los fertilizantes con los microbios».

A medida que las plantas extienden sus raíces profundamente en los suelos ricos en microbios, esas raíces reclutan bacterias beneficiosas al secretar depósitos de carbono, un nutriente esencial para las bacterias, dijo Chai. Las bacterias acuden en masa a estos recursos de carbono proporcionados por las plantas a través del vasto suelo con limitaciones de carbono. Muchas bacterias prosperan y fomentan el crecimiento de las plantas desde la capa del suelo, llamada rizosfera, que se adhiere a la raíz. Sin embargo, algunas bacterias pueden penetrar en la raíz interna, o endosfera, donde el espacio entre las células contiene reservas de carbono aún mayores.

«Realmente no se sabe muy bien por qué algunas bacterias terminan afuera y otras dentro de la raíz», dijo Daniel Schachtman, coautor y profesor de agronomía y horticultura de la Universidad George Holmes en Nebraska. «(Las bacterias) pueden eludir los mecanismos de defensa de las plantas o engañar a las plantas para poder ingresar a la endosfera».

Las bacterias han desarrollado funciones especializadas para sobrevivir en condiciones desafiantes. Las adaptaciones de las paredes celulares protectoras de las bacterias han separado a las bacterias en dos grupos generales: grampositivas y gramnegativas, detectables mediante una técnica de tinción desarrollada por Hans Christian Gram en 1884. Las paredes celulares bacterianas contienen una capa rígida, llamada peptidoglicano, que consta de una cerco de eslabones de cadena de azúcares y aminoácidos alrededor de la célula, dándole forma y protección. Las bacterias grampositivas tienen una capa gruesa de peptidoglicano, mientras que las bacterias gramnegativas tienen una capa delgada. Los roles que desempeñan las bacterias en la planta probablemente estén relacionados con las funciones especializadas a las que se han adaptado.

«Al igual que los humanos, algunas bacterias simplemente colonizan nuestra piel, mientras que algunas bacterias colonizan el intestino», dijo Chai. “Tienen diferentes funciones; las bacterias intestinales ayudan a digerir los alimentos.

«Las (bacterias) que viven dentro de la raíz tienen más genes relacionados con la utilización de carbono que los de la rizosfera».

La estrecha asociación entre los microbios y las plantas se descubrió a principios del siglo XX, cuando se observaron bacterias especializadas en las raíces de las leguminosas, un grupo de plantas que incluye frijoles, guisantes y lentejas. Las primeras aplicaciones agrícolas de bacterias llegaron al mercado unos 80 años después y hoy en día se utilizan ampliamente en la India y América del Sur. Recubrir directamente las semillas con bacterias es el método más práctico actualmente en uso. Los métodos alternativos, que incluyen la aplicación de bacterias al suelo oa las plántulas recién brotadas, requieren una mayor concentración de bacterias que puede resultar costosa y consumir mucho tiempo.

Los microbiólogos ahora están probando esos diferentes métodos para cargar cultivos con bacterias útiles. Si bien los diversos enfoques para aplicar bacterias se implementaron y probaron por separado, Chai, Schachtman y sus colegas compararon los métodos de aplicación utilizando diversos tipos de bacterias. Esto les permitió evaluar estas prácticas de manera más directa que al comparar estudios que usan un solo método y microbio. Además de monitorear el crecimiento de las plantas, los investigadores cuantificaron las bacterias objetivo en las plantas a lo largo del tiempo, lo que les permitió correlacionar la abundancia bacteriana con el crecimiento de las plantas .

Al comparar los métodos de administración, el equipo utilizó una bacteria grampositiva y una bacteria gramnegativa que ocupan la rizósfera, junto con una bacteria gramnegativa que puede vivir en la endosfera. En algunos casos, los investigadores aplicaron estas bacterias objetivo a semillas o plántulas de sorgo antes de plantarlas en un suelo libre de bacterias. En otros casos, aplicaron los microbios directamente al suelo estéril.

«Originalmente aislamos estas bacterias del sorgo cultivado en el campo», dijo Chai. «Estamos interesados ​​en saber si estas bacterias que originalmente se asociaron con el sorgo pueden ayudar al sorgo a crecer».

Recubrir una semilla de sorgo con bacterias grampositivas fue la forma más efectiva de promover el crecimiento del sorgo, mejor que recubrir las plántulas o empapar el suelo, descubrió el equipo. Pero las plantas que recibieron esas bacterias grampositivas en realidad mostraron las poblaciones bacterianas más pequeñas después de ocho semanas, un resultado interesante que sugiere que más no siempre es mejor, dijo Chai.

Las bacterias gramnegativas, por el contrario, fueron las mejores promotoras del crecimiento cuando se aplicaron utilizando las aplicaciones menos prácticas, especialmente el recubrimiento de plántulas germinadas. Sin embargo, el recubrimiento prolongado de semillas aumentó el número de bacterias gramnegativas que podrían habitar la endosfera.

Cuando los métodos de recubrimiento de semillas se llevaron al campo, dejando que las bacterias aplicadas lucharan con la comunidad del suelo por un lugar codiciado en el microbioma de la planta, los resultados no fueron concluyentes. La concentración de la bacteria puede haber sido demasiado baja para darle a la bacteria una ventaja competitiva sobre la comunidad microbiana natural, dijo Chai.

«Hay un montón de otras bacterias, y también hongos y otros microorganismos», dijo. «Cuando pones la semilla que se inoculó en el suelo, no solo tienes las bacterias que inoculas, también tienes otros microbios que pueden competir con las bacterias».

El mejor método para promover el crecimiento de los cultivos, entonces, parece seguir un adagio familiar de investigación: Depende. La efectividad del método varía según el tipo de bacteria y cultivo, dijo el equipo, e incluso puede depender de la condición del medio ambiente. Hasta ahora, la aplicación de bacterias a los cultivos ha sido más beneficiosa en condiciones de cultivo desfavorables, como poca disponibilidad de agua o nutrientes, donde el microbioma de la planta puede ayudar a proporcionar lo que le falta al suelo.

Aunque queda mucho por aprender, Schachtman dijo que los científicos están construyendo una técnica ecológica para promover el crecimiento de los cultivos al llegar a la raíz de las bacterias nativas de la planta. El lado positivo de esos esfuerzos, dijo, también debería extenderse más allá del medio ambiente.

«(Las raíces) son uno de los órganos más importantes de la Tierra, ya que toman nutrientes y minerales del suelo , (los transportan) a las partes comestibles y los comemos», dijo Schachtman. «Los suelos son donde obtenemos la mayoría de nuestros minerales».


Más información: Yen Ning Chai et al, Evaluación de métodos de administración de inoculantes bacterianos para cultivos de cereales, 

Frontiers in Microbiology (2022). DOI: 10.3389/fmicb.2022.791110



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