Ciencia de los Pastos y otros Cultivos

Biofertilización con Gluconacetobacter diazotrophicus y Funneliformis mosseae en pasto guinea (Megathyrsus maximus cv. Likoni). Nota técnica

0000-0003-3206-0609P. J. González^{1  *}  , 0000-0003-3384-3904J. F. Ramírez²  , 0000-0001-7526-8456R. Reyes²  , 0000-0001-6621-7446R. Rivera¹ 

¹Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), Gaveta Postal No. 1, San José de las Lajas, Mayabeque. Cuba

²Instituto de Investigaciones en Pastos y Forrajes. Avenida Independencia, km 8 ½ Boyeros, La Habana. Cuba

RESUMEN

Se realizó un experimento en condiciones semicontroladas para evaluar el efecto de la biofertilización con Gluconacetobacter diazotrophicus y Funneliformis mosseae en pasto guinea (Megathyrsus maximus cv. Likoni). Se estudiaron cinco tratamientos (inoculación simple y combinada con G. diazotrophicus y F. mosseae, fertilización con 25 mg N kg^-1 de suelo y un testigo sin biofertilizantes ni fertilizante nitrogenado) en un diseño completamente al azar con cinco repeticiones. La biofertilización con G. diazotrophicus y F. mosseae por separado produjo efectos superiores al testigo sin biofertilizantes. Sin embargo, con la aplicación combinada de ambos se alcanzó la mayor frecuencia de colonización micorrízica (52.4 %), así como concentraciones de N en biomasa aérea (18.5 g kg^-1) y rendimientos de biomasa aérea (7.45 g maceta^-1) y radical (7.38 g maceta^-1), similares a los obtenidos con la fertilización nitrogenada. Se concluye que la coinoculación con G. diazotrophicus y F. mosseae resulta efectiva para mejorar la nutrición nitrogenada y los rendimientos de biomasa de Megathyrsus maximus cv. Likoni.

Palabras-clave: rizobacterias; micorrizas arbusculares; nitrógeno; crecimiento

En los últimos años ha sido de gran interés la inclusión de microorganismos benéficos en las estrategias de fertilización de los cultivos agrícolas, como una alternativa económica y ecológicamente viable para mejorar las propiedades biológicas de los suelos, la eficiencia del uso de los nutrientes y, consecuentemente, reducir el uso de fertilizantes minerales (^{Sahgal y Srivastava 2020}).

Entre estos microorganismos se encuentra Gluconacetobacter diazotrophicus, una bacteria endófita, con capacidad para fijar nitrógeno atmosférico, estimular el crecimiento vegetal e inducir mecanismos de respuesta ante estreses bióticos y abióticos (^{El-Shouny et al. 2020}). También han demostrado sus potencialidades como biofertilizantes y como protectores ante agentes patógenos, los hongos formadores de micorrizas arbusculares (HMA), cuyas estructuras facilitan la absorción de los nutrientes y el agua, además de otros beneficios como la solubilización de elementos que se encuentran en el suelo en formas poco disponibles para las plantas (^{Chandrasekaran 2020}).

No obstante a lo anterior, pocos trabajos abordan el efecto de la coinoculación con ambos microorganismos, en cuanto a la eficiencia en el uso de utrientes y el rendimiento de los cultivos, así como en la reducción de los fertilizantes minerales. También son escasos los estudios acerca de la biofertilización con G. diazotrophicus, sola o combinada con HMA.

A partir de estas premisas, en este trabajo se hace una evaluación preliminar del efecto de la aplicación simple y combinada de la bacteria G. diazotrophicus y la especie de HMA Funneliformis mosseae en la producción de biomasa, la frecuencia de colonización micorrízica y las concentraciones de N en la biomasa de la parte aérea del pasto guinea (Megathyrsus maximus cv. Likoni).

El trabajo se realizó en condiciones semicontroladas, en la Estación Experimental de Pastos y Forrajes de Cascajal, ubicada a los 22° 39′ de latitud Norte y 80° 24′ de longitud Oeste, en el municipio de Santo Domingo, provincia Villa Clara, Cuba. Se estudiaron cinco tratamientos, conformados por la inoculación simple y combinada con G. diazotrophicus y F. mosseae, la aplicación de fertilizante nitrogenado, a razón de 25 mg N kg^-1 de suelo, y un testigo sin biofertilizantes ni fertilización nitrogenada, en un diseño completamente al azar con cinco repeticiones.

Los tratamientos de ubicaron en macetas de plástico de 3.5 L de capacidad, previamente perforadas en el fondo para facilitar el drenaje. Se llenaron con 3 kg de suelo, procedente de la propia Estación, clasificado como gley nodular ferruginoso petroférrico (^{Hernández et al. 2015}). Para el llenado de las macetas, el suelo se tomó a una profundidad de 0-20 cm y se tamizó con malla de 5 mm. El pH del suelo en H₂O era fuertemente ácido (4.8), con bajo contenido de materia orgánica (2.50 %), y muy bajos de P asimilable (5 mg kg^-1) y K intercambiable (0,13 cmol_c kg^-1).

Para la aplicación de G. diazotophicus, se utilizó el inoculante comercial ICIBIOP-GLU, producido por el Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), con una concentración de 10⁹ UFC mL^-1. Se preparó una solución compuesta por una mezcla del biofertilizante y agua, en relación 1:1 vv, donde se sumergieron las semillas durante 15 min. Posteriormente se secaron a la sombra y se procedió a la siembra.

Para la aplicación del biofertilizante micorrízico, se utilizó la cepa INCAM-2 de la especie Funneliformis mosseae (C. Walker & A. Schüßler), procedente de la colección del INCA. El inóculo contenía 30 esporas por gramo de sustrato, así como abundantes fragmentos de raicillas de la planta hospedera que se empleó para producir el inóculo (Urochloa decumbens), y se aplicó razón de 5 g por maceta.

Para la siembra, se colocaron 15 semillas de pasto guinea (Megathyrsus maximus vc. Likoni) con un 50 % de germinación, en orificios de 0.5 cm de profundidad que se abrieron en la superficie del suelo de cada maceta, próximos al centro, y que posteriormente se cubrieron con el propio suelo. En los tratamientos donde se aplicó F. mosseae, el inoculante de depositó debajo de las semillas en el momento de la siembra.

A los ocho días después de la siembra, se realizó un raleo y se dejaron cinco plantas por maceta. Inmediatamente se aplicó una fertilización en todos los tratamientos, a razón de 37 y 25 mg de P₂O₅ y K₂O kg^-1 de suelo, equivalentes a 25 y 50 kg ha^-1 de uno y otro nutriente, respectivamente. Se utilizaron como portadores superfosfato triple y cloruro de potasio. En el tratamiento correspondiente a la fertilización nitrogenada, se aplicó 25 mg de N kg^-1 de suelo, equivalente a 50 kg de N ha^-1, mediante el uso de urea como portador. Los fertilizantes se administraron en un círculo de 2 cm de profundidad alrededor del conjunto de plantas, y se cubrieron con el suelo. Las macetas se regaron cada tres días para mantener el suelo a 80 % de la capacidad de campo.

La cosecha se realizó a los 45 d posteriores a la siembra. Se pesó la masa verde de la parte aérea y radical de las plantas, y ambas después de lavadas las raíces para retirar los restos del suelo, se llevaron a una estufa de circulación de aire a 70 º C durante 72 h, para determinar los rendimientos de masa seca de la parte aérea, de raíces y de masa seca total (g maceta^-1). Se calcularon las concentraciones de N en la biomasa aérea, según el manual de técnicas analíticas del Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA) (^{Paneque et al. 2010}). En el momento de la cosecha, se tomaron muestras de raicillas para determinar la frecuencia de colonización micorrízica (^{Giovanetti y Mosse 1980}). Para el procesamiento estadístico se comprobó la normalidad de los datos mediante la dócima de Kolmogorov-Smirnov y la homogeneidad de varianzas por la dócima de Levene. Al cumplir ambos requisitos, se procedió a realizar el análisis de varianza a los datos originales. Los valores medios de los tratamientos se compararon según la prueba de Tukey (P < 0.05). En todos los casos, se utilizó el programa estadístico SPSS 25 (^{SPSS 2017}).

G. diazotrophicus como F. mosseae incrementaron los rendimientos de masa seca de la parte aérea, radical y total del pasto. Entre estos tratamientos, los valores más altos correspondieron a G. diazotrophicus. No obstante, con la coinoculación con ambos biofertilizantes, se registraron valores significativamente mayores a los alcanzados para cada uno por separado, y similares a los que se obtuvieron con la fertilización nitrogenada (tabla 1).

Tabla 1 Efecto de los tratamientos en los rendimientos de guinea Likoni 

Tratamientos	Masa seca parte aérea	Masa seca radical	Masa seca total
	(g/maceta)
Testigo	4.18 d	4.02 d	8.21 d
30 mg kg^-1 N	7.32 a	7.13 a	14.45 a
G. diazotrophicus	6.52 b	6.40 b	12.92 b
F. mosseae	5.22 c	5.10 c	10.33 c
G. diazotrophicus + F. mosseae	7.45 a	7.38 a	14.83 a
ES	0.16	0.20	0.34
P	0.003	0.001	0.002

Promedios con letras distintas en la misma columna difieren significativamente, según prueba de Tukey (P < 0.05)

La frecuencia de colonización micorrízica aumentó significativamente en los tratamientos inoculados con F. mosseae. Sin embargo, los valores más altos se alcanzaron con aplicación conjunta de ambos biofertilizantes (figura 1 a). El resto de los tratamientos mostró valores similares al testigo, sin nitrógeno ni biofertilizantes, que reflejó el nivel de ocupación radical de los HMA residentes en el suelo utilizado en el experimento.

Con respecto a las concentraciones de N en la biomasa de la parte aérea (figura 1 b), hubo efecto similar a los rendimientos de biomasa. Esto es: G. diazotrophicus como F. mosseae incrementaron los valores de este indicador. Al comparar ambos tratamientos, los mayores valores correspondieron a G. diazotrophicus. No obstante, la aplicación conjunta de los biofertilizantes produjo concentraciones de N significativamente mayores que las obtenidas con la inoculación de uno u otro por separado, y similares al tratamiento con fertilizante nitrogenado.

Tratamientos con letras distintas difieren significativamente, según prueba de Tukey (P < 0.05). ** P < 0.01.

Figura 1 Efecto de los tratamientos en la frecuencia de colonización micorrízica (1 a) y las concentraciones de N en la biomasa de la parte aérea de guinea Likoni (1 b). 

El efecto positivo de la inoculación con G. diazotrophicus en los rendimientos de diferentes cultivos agrícolas ha sido informado por varios autores, y lo atribuyen a su capacidad para fijar nitrógeno atmosférico y producir fitohormonas estimuladoras del crecimiento (^{Padwar et al. 2020}). El incremento de la producción de biomasa aérea y radical, así como de las concentraciones de N en la biomasa, obtenidas en la biofertilización con este microorganismo, parecen confirmar tales afirmaciones en el caso de la guinea.

Se ha demostrado que la inoculación con cepas efectivas de HMA incrementa los niveles de colonización micorrízica, las concentraciones de macronutrientes y los rendimientos de biomasa en los pastos, en función de un mejor aprovechamiento de los nutrientes del suelo y de los fertilizantes (^{Silva et al. 2021}). Pero lo más destacado ha sido que con la aplicación conjunta de ambos biofertilizantes, la guinea alcanzó rendimientos y concentraciones de N en la biomasa de la parte aérea, similares a los que se obtuvieron con la aplicación del fertilizante nitrogenado, sobre todo en un suelo con muy baja fertilidad y bajo contenido de materia orgánica, indicativos de una baja disponibilidad de este nutriente.

Lo anterior sugiere una contribución importante de G. diazotrophicus a la fijación biológica de N, potenciada por la coinoculación con F. mosseae, a partir del efecto sinérgico de ambos microorganismos en las plantas. En este sentido, ^{Khan et al. (2020)} argumentaron que dicha sinergia se refleja en un incremento del crecimiento de las raíces y, de hecho, de la colonización micorrízica de la cepa inoculada, cuya actividad en las plantas se estimula por la fijación biológica del N y la producción de fitohormonas por parte de la bacteria; además, en una mayor efectividad de la bacteria a partir de los fotosintatos producidos por el hongo.

Se concluye que la inoculación conjunta con G. diazotrophicus y F. mosseae resulta efectiva para mejorar la nutrición nitrogenada y los rendimientos de biomasa aérea y radical de Megathyrsus maximus cv. Likoni. No obstante, se sugiere continuar los estudios acerca de la aplicación conjunta de ambos biofertilizantes y su contribución a la reducción del uso de fertilizantes nitrogenados en los pastos.

Agradecimientos

Se agradece al Fondo Financiero de Ciencia e Innovación (FONCI) por el financiamiento para la ejecución del trabajo. También se expresa gratitud a las M. Sc. Ana N. San Juan Rodríguez y Daisy Dopico Ramírez, Especialistas del ICIDCA, por la donación del biofertilizante ICIBIOP-GLU para la ejecución del experimento.

REFERENCIAS

Chandrasekaran, M. 2020. "A meta-analytical approach on arbuscular mycorrhizal fungi inoculation efficiency on plant growth and nutrient uptake". Agriculture, 10 (9): 1-12, ISSN: 2077-0472. https://doi.org/10.3390/agriculture10090370.

El-Shouny, W. A., Shabanah, S., Fray, R. G., Narraidoo, N.& El-Ballat, E. M. 2020. "Endophytic colonization of tomato plants by Gluconacetobacter diazotrophicus and its effect on crops improvement and yield promotion". Delta Journal of Science, 41: 92 -106, ISSN: 2735-5306.

Giovanetti, M. & Mosse, B. 1980. "An evaluation of techniques for measuring vesicular arbuscular mycorrhizal infection in roots". New Phytologist, 84: 489-500, ISSN: 1469-8137. https://doi.org/10.1111/j.1469-8137.1980.tb04556.x.

Hernández, J. A.; Pérez, J.J. M.; Bosch, I. D., & Castro, S. N. Clasificación de los suelos de Cuba. Ediciones INCA, Cuba, 91 p. 2015. ISBN: 978-959-7023-77-7.

Khan, A., Ding, Z., Ishaq, M., Khan, I., Ahme, A. A., Khan, A. Q. & Guo, X. 2020. "Applications of beneficial plant growth promoting rhizobacteria and mycorrhizae in rhizosphere and plant growth: A review". International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 13 (5): 199-208, ISSN: 1934-6352.

Padwar, G., Mitra, N. G., Chand, T., Sahu, R. K. & Padwar, Ga. 2020. "Effect of microbial consortia as basal application and foliar spray of Gluconacetobacter diazotropicus on growth, yield and nutrient uptake by maize". International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, 9 (6): 2900-2912, ISSN: 2319-7706. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2020.906.350.

Paneque, V. M.; Calaña, J. M.; Calderón, M.; Borges, Y.; Hernández, T. & Caruncho, M. 2010. Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo, foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos. Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas, Mayabeque: Ediciones INCA. 153 pp, ISBN: 978-959-7023-51-7. https://docplayer.es/13119861-Manual-de-tecnicas-analiticas-para-analisis-de-suelo-foliar-abonos-organicos-y-fertilizantes-quimicos.html .

Sahgal, S. & Srivastava, D. 2020. "Utilization of Microbial Diversity as Biofertilizers". International Journal of Plant and Environment, 6 (3): 218-221, ISSN: 2455-202X.

Silva A., Mogollón, A. M. & Delgado, H. 2021. "Response of arbuscular mycorrhizal fungi and soil chemical properties to Brachiaria decumbens grass production technologies". Brazilian Archives of Biology and Technology, (64): 1-12, ISSN: 1678-4324. https://doi.org/10.1590/1678-4324-2021190323.

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Recibido: 18 de Febrero de 2022; Aprobado: 04 de Junio de 2022

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