Agricultura Estados Unidos Fertilización y Riego

Reducción de la dependencia de fertilizantes nitrogenados con fijación biológica de nitrógeno


Los rendimientos de los cultivos han aumentado sustancialmente en las últimas décadas, junto con el uso cada vez mayor de fertilizantes nitrogenados.


por la American Phytopathological Society


Si bien el fertilizante nitrogenado beneficia el crecimiento de los cultivos, tiene efectos negativos sobre el medio ambiente y el clima, ya que requiere una gran cantidad de energía para producir. Muchos científicos están buscando formas de desarrollar prácticas más sostenibles que mantengan altos rendimientos de cultivos con insumos reducidos.

«Una forma más sostenible de proporcionar nitrógeno a los cultivos sería mediante el uso de fijación biológica de nitrógeno , una práctica bien desarrollada para cultivos leguminosos», dice el patólogo de plantas Gary Stacey de la Universidad de Missouri. «Una variedad de bacterias fijadoras de nitrógeno son comunes en la rizosfera de la mayoría de las plantas . Sin embargo, tales bacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPB) han visto un uso limitado como inoculantes en la agricultura».

Stacey y su universidad creen que este uso limitado se debe a los problemas generales asociados con el uso de productos biológicos para la producción de cultivos y la eficacia variable en la aplicación. Realizaron investigaciones para obtener una mayor comprensión de la respuesta metabólica del huésped de la planta con el fin de reducir la variabilidad observada con la respuesta de los cultivos a PGPB.

«Un desafío con nuestra investigación es que, si bien PGPB puede colonizar raíces a niveles altos, los sitios de colonización pueden estar altamente localizados», dijo Stacey. «Por lo tanto, aislar raíces enteras resulta en una dilución considerable de cualquier señal debido a que la gran mayoría de las células de la raíz no están en contacto con la bacteria».

Para superar este desafío, Stacey y su equipo utilizaron la espectrometría de masas por ionización por electropulverización por ablación con láser (LAESI-MS), que les permitió muestrear solo aquellos sitios infectados por la bacteria, que pudieron localizar debido a la expresión de la proteína verde fluorescente.

Sus resultados mostraron que la colonización bacteriana produce cambios significativos en el metabolismo de las plantas, con algunos metabolitos más abundantes en las plantas inoculadas y otros, incluidos los metabolitos indicativos de nitrógeno, se redujeron en las raíces sin inocular o inoculadas con una cepa bacteriana incapaz de fijar el nitrógeno.

«Curiosamente, los compuestos involucrados en la biosíntesis de alcaloides indólicos fueron más abundantes en las raíces colonizadas por la cepa de fijación, tal vez reflejando una respuesta de defensa de la planta», dijo Stacey. «En última instancia, a través de dicha investigación, esperamos definir los mecanismos moleculares por los cuales PGPB estimula el crecimiento de las plantas para diseñar protocolos de inoculación efectivos y consistentes para mejorar el rendimiento del cultivo».

El laboratorio de Stacey lleva mucho tiempo interesado en la fijación biológica de nitrógeno y las interacciones planta-microbio en general. Desde el descubrimiento de la fijación biológica de nitrógeno (BNF), el laboratorio ha tenido el objetivo de transmitir los beneficios del BNF a cultivos no leguminosos como el maíz. Los PGPB tienen esta capacidad en la naturaleza, pero esto no se ha capturado adecuadamente para la producción agrícola práctica.

«Creemos que, en contraste con otras interacciones mejor estudiadas, como el rhizobium-leguminosa, esto se debe a una falta general de información sobre los mecanismos moleculares por los cuales PGPB estimula el crecimiento de las plantas. Por lo tanto, hemos emprendido en nuestros proyectos de laboratorio que buscan para proporcionar esta información en la creencia de que dicha información aumentará la eficacia de los inoculantes de PGPG con el efecto neto de aumentar su uso para la producción de cultivos «.

Stacey y su equipo se sorprendieron al descubrir que no vieron un impacto significativo en la producción de fitohormonas que se correlacionaba estrechamente con la capacidad de PGPB para mejorar el crecimiento de las plantas. Esto sugiere que el PGPB impacta el metabolismo de la planta en mayor medida que lo previamente realizado, apuntando quizás a explicaciones más complejas de cómo estas bacterias afectan el crecimiento de la planta.


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