Artículo original

Selección de una rizobacteria promotora del crecimiento en papa (Solanum tuberosum L.)

Ing. Gedson Gervasio¹  , Dr.C. Eduardo Jerez-Mompie^{1  *}  , M.Cs. Belquis Morales¹  , Dra.C. María Caridad-Nápoles¹ 

¹Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), carretera San José-Tapaste, km 3½, Gaveta Postal 1, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba. CP 32 700

RESUMEN

El empleo de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal tiene efectos beneficiosos sobre los cultivos, por lo que el objetivo del presente trabajo fue seleccionar una cepa del género Rhizobium capaz de estimular el crecimiento en papa. Con este fin se desarrolló un trabajo en condiciones semicontroladas y el empleo de dos cepas (C1: Rhizobium etli CE-3 y C2: Bradyrhizobium elkani ICA 8001) así como dos dosis de cada una (D1: 3 µL y D2: 6 µL) aplicadas en el nicho en que se colocaron los tubérculo en el momento de la plantación. Mediante un diseño completamente aleatorizado se distribuyeron cinco tratamientos que incluía un control sin inocular y el empleo de cepas y dosis, con diez repeticiones por cada uno. No se aplicó fertilización química en ningún caso. Se utilizaron recipientes de seis litros de capacidad, que se llenaron con suelo Ferralítico Rojo Eútrico. Las evaluaciones se realizaron a los 40 días después de la plantación y consistieron en determinar la altura las plantas, el número de tallos, la cantidad de estolones emitidos por tubérculos, el número promedio de hojas por tallo, la superficie foliar y las unidades SPAD determinadas en dos momentos. En todas las variables evaluadas la cepa Bradyrhizobium elkani ICA 8001, fue la que propició el mejor resultado con diferencias significativas respecto al control.

Palabras-clave: Rhizobium; altura de la planta; número de tallos; superficie foliar; estolones

INTRODUCCIÓN

El agotamiento de los recursos naturales por la acción del hombre de una manera desmedida, insta al empleo de nuevas tecnologías para minimizar el deterioro producido al ambiente, de ahí que en la actualidad, se trata de que las mismas sean en gran medida amigables con el medio ambiente, en cuanto al control de plagas y enfermedades de los cultivos y de los agroecosistemas, con la finalidad de recuperar y mantener la fertilidad de los suelos.

Entre estas prácticas, el uso de abonos orgánicos y de microorganismos nativos, como los del grupo de Rizobacterias Promotoras de Crecimiento de Plantas (PGPR, por sus siglas en inglés) podría ser parte de la solución efectiva en la disminución del uso de agroquímicos y recuperación de la fertilidad de los suelos agrícolas ¹.

Las PGPR son microorganismos del suelo, generalmente bacterias y hongos, que se asocian de manera natural a las raíces de las plantas de una forma más o menos íntima; facilitan de manera directa o indirecta la disponibilidad de determinados nutrientes para las plantas, tales como nitrógeno, fósforo e hierro ², pero no todas contribuyen de igual manera, su acción se ha comprobado en diferentes cultivos ³ tales como: trigo ⁴, maíz ⁵ y habichuela ⁶, entre otros. Esos estudios muestran la capacidad de las PGPR para incrementar el crecimiento y el rendimiento de los mismos, con un menor empleo de productos agroquímicos, lo que evita afectaciones para el ambiente ³.

El cultivo de la papa (Solanum tuberosum L.) se ha desarrollado y ampliamente estudiado en todo el mundo, siendo considerado uno de los principales alimentos para el ser humano a nivel mundial, superado solamente por el arroz, el trigo y el maíz ⁷.

Los mismos autores consideran que las producciones de papa son elevadas, pero para lograrlas es necesario emplear diferentes productos, generalmente de naturaleza química (fertilizantes, plaguicidas, etc), tanto para asegurar la nutrición adecuada de las plantas, como para el control de las plagas que ocasionan mermas en los rendimientos. Es imprescindible también promover un adecuado crecimiento y desarrollo de las plantas, aun cuando ambos están determinados por factores genéticos y ambientales ⁸ y son el resultado de la interacción entre fotosíntesis, respiración, transporte de asimilados, relaciones hídricas y nutrición mineral; que se traduce como el incremento irreversible en materia seca, volumen, longitud o área, como resul tado de la división, expansión y diferenciación celular ⁹.

A partir de lo antes expuesto se trazó como objetivo del presente trabajo seleccionar una cepa del género Rhizobium que estimulara el crecimiento de plantas de papa.

MATERIALES Y MÉTODOS

El trabajo se realizó en condiciones semicontroladas en el Instituto Nacional de Ciencias Agrícolas (INCA), para lo cual se plantaron en la primera quincena de diciembre tubérculos semilla obtenidas en el país de la variedad Romano, con un tamaño de 35-45 mm.

Se hizo uso de un diseño completamente aleatorizado, en el que se distribuyeron los cinco tratamientos considerados, los mismos consistieron en: un control sin inocular y el inóculo con el empleo de dos cepas: C1 (Rhizobium etli CE-3) y C2: (Bradyrhizobium elkani ICA 8001) así como dos dosis de cada una (D1: 3 µL y D2: 6 µL) las que se determinaron a partir de la masa de los tubérculos semilla que fueron empleados en la plantación, estas se aplicaron en el nicho en que se colocaron los tubérculos en el momento de la plantación. Cada tratamiento contó con 10 repeticiones.

Los recipientes, con un volumen de 6 L, se llenaron con suelo Ferralítico Rojo Eútrico ¹⁰ y no se empleó fertilización de ningún tipo. La humedad del suelo se mantuvo a la máxima capacidad de retención agregando el agua perdida por evapotranspiración, de forma manual.

Las evaluaciones realizadas a los 40 días después de la plantación (DDP) consistieron en analizar las 10 plantas de cada uno de los tratamientos, para conocer la altura de las plantas (cm), el número de tallos por planta, la cantidad de estolones que tenían tubérculos por tallo, el número promedio de hojas por tallo, la superficie foliar en cm² a partir de las medidas lineales (largo y ancho) de las hojas de cada tallo y el empleo de la fórmula previamente establecida por análisis de regresión para esta variedad (y=LxA(0,495)+5,281) donde L representa el largo de la hoja y A su ancho y por último, se estimó en dos momentos del crecimiento de las plantas (31 y 38 DDP) el nivel de clorofila foliar en hojas, expresados en unidades SPAD, mediante el empleo de un medidor portátil (MINOLTA).

Los datos obtenidos se graficaron con el empleo del programa SIGMA PLOT v.11 y luego de conocer el intervalo de confianza de las medias se compararon los tratamientos por t-Student a 1-α≤0,05, con el empleo del programa Statgraphycs v.5.0.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La altura de las plantas y el número de tallos promedio por planta (A y B), respectivamente, se presentan en la Figura 1. En el caso de los tratamientos que fueron inoculados con las cepas y dosis empleadas, los valores fueron menores sin diferencias significativas entre ellos, aunque sí con respecto al control, donde las plantas alcanzaron una altura mayor con diferencias significativas respecto al resto de los tratamientos.

La barra encima significa el intervalo de confianza de las medias a 1-α≤0,05

Figura 1 Altura de las plantas (A) en cm y número de tallos promedio por planta (B) en plantas de papa inoculadas con dos cepas de rizobio (C1: Rhizobium etli CE-3 y C2: Bradyrhizobium elkani ICA 8001) y dos dosis de cada una (D1: 3 µL y D2: 6 µL) 

En el caso del número de tallos por planta estos fueron significativamente menores en el control, con respecto a las plantas inoculadas. La mayor dosis (6 µL) incrementó el número de tallos en ambas cepas, con diferencias significativas respecto a la dosis más baja de cada una; pero la cepa 2, que se corresponde con Bradyrhizobium elkani ICA 8001, propició el mejor resultado, solo comparable con la cepa 1 (Rhizobium etli CE-3) cuando se utilizó la mayor dosis de ella.

De acuerdo con los resultados, se observa que puede existir una estrecha relación entre la altura de las plantas y el número de tallos, pues al incrementar estos en la planta se reduce la altura, lo cual entre otros factores, está relacionado con las posibilidades que tiene el tubérculo semilla para proporcionarle a la nueva planta sus reservas, al tener que compartirlas con una menor cantidad de tallos, estos se verán favorecidos en su crecimiento ¹¹.

En cuanto a la altura, se ha planteado que depende en gran medida de la densidad de tallos, si ésta es baja, entonces las plantas alcanzan una mayor altura ¹¹ y viceversa. También juega un papel importante en esta variable el efecto del empleo de microorganismos promotores del crecimiento, como fue el caso de este trabajo, pues se ha comprobado su efecto beneficioso en este sentido, así en un trabajo desarrollado en papa, pero en la producción de minitubérculos, los autores comprobaron que la inoculación realizada a plantas in vitro de papa cv. ‘Romano’ con cepas de bacterias, pero del género Bacillus, tuvo influencia positiva sobre la altura de las plantas y el número de tallos, aunque señalaron que esto también depende del tipo de cepa empleada ¹². Por otra parte otros autores señalaron que al menos no se emplee ningún producto que estimule la brotación ¹³, no se encontrarán incrementos en el número de tallos por planta, aunque no se debe descartar la diferencia varietal ¹⁴. El manejo del número de tallos ¹⁵ tendrá también una marcada influencia en la distribución del tamaño de los tubérculos.

El número de hojas promedio por tallo (A) y la superficie foliar (B) se presentan en la Figura 2. Si bien las diferencias en cuanto al número de hojas promedio por tallo no se manifestaron entre tratamientos, excepto con el tratamiento en el que se aplicó la cepa 2, con la dosis más baja, entonces esta variable determinante en muchos casos en el valor de la superficie foliar, en el que sí se encontraron diferencias entre tratamientos, el comportamiento de ésta última, en cuanto a la magnitud alcanzada, fue resultado del número de tallos promedio por planta, ya que en esa variable sí hubo diferencias, como ya se había analizado.

La superficie foliar resultó mayor en el tratamiento en el que las plantas fueron inoculadas con la cepa de Bradyrhizobium elkani ICA 8001, cuando se aplicó la dosis más alta (C2D2), con diferencias significativas con el resto de los tratamientos. Entre el tratamiento control y el resto de los tratamientos, no se presentaron diferencias significativas, excepto con el tratamiento en el que se aplicó la dosis más baja de la cepa Rhizobium etli CE-3. Cabe significar que en los tratamientos inoculados con cualquiera de las cepas empleadas a la dosis mayor aplicada (6 µL) siempre se encontraron diferencias significativas en relación con la menor dosis, lo cual indica que esta resulta más adecuada para ser empleada en el cultivo que ha sido objeto de estudio.

La superficie foliar es una de las variables importantes relacionadas con los estudios del crecimiento de las plantas, pues su magnitud se asocia con la capacidad de la planta para realizar el proceso fotosintético, ya que existe una relación directa en este sentido. En trabajos realizados donde se ha evaluado el efecto de la inoculación en el crecimiento de las plantas, se ha encontrado para el caso específico de la papa ¹⁶, un incremento en los valores de la superficie foliar, respecto al control, aunque la cepa de Rhizobium empleada no fue la misma.

La barra encima significa el intervalo de confianza de las medias a 1-α≤0,05

Figura 2 Número de hojas promedio por tallo (A) y superficie foliar por planta (B) en plantas de papa inoculadas con dos cepas de rizobio (C1: Rhizobium etli CE-3 y C2: Bradyrhizobium elkani ICA 8001) y dos dosis de cada una (D1: 3 µL y D2: 6 µL) 

La superficie foliar es una de las variables importante relacionadas con el crecimiento de las plantas, pues su magnitud se asocia con la capacidad de la planta para realizar el proceso fotosintético, ya que existe una relación directa en este sentido. En trabajos realizados donde se ha evaluado el efecto de la inoculación en el crecimiento de las plantas, se ha encontrado para el caso específico de la papa ¹⁶, un incremento en los valores de la superficie foliar, respecto al control, aunque la cepa de Rhizobium empleada no fue la misma.

Las evaluaciones de unidades SPAD a los 30 (A) y 38 (B) DDP, se presenta en la Figura 3. La tendencia en general fue encontrar mayores valores con respecto al control en las plantas que fueron inoculadas, con diferencias significativas respecto a ese tratamiento, excepto en la evaluación realizada a los 38 días, donde entre el control y la cepa Rhizobium etli CE-3, no se manifestaron diferencias significativas.

Los valores fueron más bajos a los 38 días, quizás porque la deficiencia nutricional se hizo más evidente al alcanzar las plantas un mayor desarrollo y necesidad de nutrientes que no habían sido satisfechas al no hacerse en la plantación aportes de fertilizantes, por tanto, el abastecimiento a las plantas para sus necesidades nutricionales solo dependían de los aportes que pudiera hacer el suelo y de los efectos beneficiosos que realizan las bacterias promotoras del crecimiento inoculadas en el momento de establecer la plantación. Se destaca en ese sentido la cepa 2, donde los valores fueron en ocho unidades más elevados.

Valores más altos de unidades SPAD están relacionados con mayores contenidos de clorofila, lo cual asegura una mayor capacidad para la realización del proceso fotosintético, a su vez, un mejor estado nutricional de las plantas ¹⁷.

La barra encima significa el intervalo de confianza de las medias a 1-α≤0,05

Figura 3 Unidades SPAD determinadas a los 30 (A) y 38 (B) DDP, en plantas de papa inoculadas con dos cepas de rizobio (C1: Rhizobium etli CE-3 y C2: Bradyrhizobium elkani ICA 8001) y dos dosis de cada una (D1: 3 µL y D2: 6 µL) 

La presencia de bacteria promotoras del crecimiento por la inoculación con cepas del género Rhizobium, contribuyeron a mejorar el estado nutricional, lo cual está relacionado con un trabajo en el que al examinar la rizosfera de plantas de papa sometidas a una deficiencia nutricional se encontró un incremento en la cantidad de especies de Rhizobium, lo cual mejoró el estado nutricional de las plantas ¹⁸, por lo que será necesario evaluar otras cepas de ese género.

Por otra parte, se señala que se usan dosis altas de nitrógeno ¹⁹ en el cultivo de la papa en aras de incrementar los rendimientos, que muestran una baja tasa del uso de este nutriente y altos contenidos de nitratos en las capas de suelo inferiores. También se ha comprobado que los sistemas de producción tradicionales, en los que se emplean cantidades elevadas de agroquímicos, están provocando afectaciones en la producción de papa ²⁰. Quizás, como señalan varios autores ^21-23 lo más conveniente sería una mezcla de ambos, químicos y orgánicos, así de esta forma se disminuyen los primeros y se contribuye al cuidado del ambiente. Aspecto éste que ha sido últimamente recalcado ²⁴.

Al no llegarse al final del ciclo del cultivo se consideró importante analizar el número de estolones que en el momento de la evaluación ya habían formado tubérculo, como parte importante en la producción de este cultivo, estos resultados se presentan en la Figura 4.

Como puede observarse en la figura, el número promedio de estolones por tallo (A) no presentó diferencias entre tratamientos, las que si se evidencian en el promedio por planta (B) todo lo cual está en estrecha relación con el número de tallos, aspecto ya analizado.

Se destaca que el mayor promedio de estolones por planta, con diferencias significativas respecto al control, se alcanzó con la cepa 2 y cualquiera de las dosis empleadas, de forma similar ocurrió con la cepa 1, pero cuando se empleó la dosis más alta. Entre el control y esa cepa a la dosis más baja, no se detectaron diferencias significativas. De esta manera, se puede asegurar que el número de tubérculos producidos por planta será mayor en los tratamientos que fueron inoculados. Los incrementos en el número de estolones promedio por planta en las plantas que fueron inoculadas con la dosis más alta, significaron un 10,1 % en la cepa 1 y 13,7 % en la cepa 2.

La barra encima significa el intervalo de confianza de las medias a 1-α≤0,05

Figura 4 Evaluación del número de stolones promedio por tallo (A) y promedio por planta (B) a los 38 DDP, en plantas de papa inoculadas con dos cepas de rizobio (C1: Rhizobium etli CE-3 y C2: Bradyrhizobiume elkani ICA 8001) y dos dosis de cada una (D1: 3 µL y D2: 6 µL) 

El proceso de tuberización ocurre durante el periodo vegetativo, en ese período, bajo la superficie del suelo, las puntas de los estolones comienzan a ensancharse, dando paso a la formación de los tubérculos. Este fenómeno ocurre aproximadamente 30 días después de la emergencia en variedades precoces, entre 35 y 45 días para variedades intermedias, y entre 50 y 60 días en aquellas de tipo tardío ²⁵. No obstante por las condiciones climáticas imperantes en Cuba, las variedades empleadas en su mayoría resultan ser precoces, tal es el caso de la variedad Romano empleada en este estudio ²⁶.

Las fitohormonas, además del fotoperiodo y la temperatura, juegan un papel primordial, ya que regulan los eventos morfológicos de tuberización activados en el ápice del estolón; los niveles altos de giberelinas inhiben la tuberización, mientras que los bajos la promueven. Los factores de trascripción son proteínas que se unen al ADN para regular la actividad de los genes y en algunos casos, para regular los niveles hormonales; varias de estas ligaduras proteicas del ADN están involucradas en la regulación del crecimiento de la planta y el desarrollo de los meristemos en papa, incluyendo la formación del tubérculo ²⁷.

La producción de fitohormonas por parte de las bacterias y su impacto en la morfogénesis de la raíz, podrían explicar gran parte los efectos positivos de las bacterias diazotróficas en el crecimiento vegetal, al incrementarse el número de pelos radicales y raíces laterales ²⁸ pero, al menos en la literatura consultada, no se señala nada respecto a la estimulación de la tuberización, sin embargo, los efectos beneficiosos que aportan al crecimiento en general, también favorecen el desarrollo de otros procesos, aun cuando no están totalmente involucradas en ellos.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los resultados permitieron comprobar que el empleo de la cepa Bradyrhizobium elkani ICA 8001, con una dosis de 6 µL por tubérculo, incrementó el número de tallos por planta, la superficie foliar y el número de estolones, dado por el efecto positivo que la misma provoca en el crecimiento de diferentes especies. No obstante se podrían probar otras cepas del mismo género u otro, lo cual contribuirá también a profundizar en los aspectos relacionados con la nutrición de las plantas y la posible disminución de la fertilización química, con la consiguiente disminución de la contaminación del medio ambiente, aspecto de gran interés en la actualidad.

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Recibido: 01 de Octubre de 2018; Aprobado: 28 de Marzo de 2019

^*Autor para correspondencia. [e-mail]