ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Selección de cepas de rizobios aisladas de ecosistemas ganaderos de Cuba, inoculadas en trigo (Triticum aestivum, L.)

 

Selection of rhizobia strains isolated from Cuban livestock production ecosystems, inoculated in wheat (Triticum aestivum, L.)

 

 

C.J. Bécquer^I, Beatriz Salas^I, U. Ávila^I, L. Palmero^I, J.A. Nápoles^I y Lisbet Ulloa^I

^I Estación Experimental de Pastos y Forrajes Sancti Spíritus, Apdo. 2228, Zona postal 1, Sancti Spiritus, Cuba

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RESUMEN

Se efectuó un experimento de campo con el objetivo de seleccionar cepas de rizobio inoculadas en trigo (Triticum aestivum, L., var. Cuba-204), en el cual se evaluaron indicadores agroproductivos de la planta, tales como: peso seco aéreo, longitud del tallo, rendimiento de granos, peso de 1 000 granos y rendimiento de nitrógeno. Se utilizaron tres cepas de referencia, pertenecientes a diferentes géneros y especies de rizobio y 12 cepas nativas del género Bradyrhizobium, que fueron aisladas de raíces de leguminosas (Centrosema, Neonotonia y Stylosanthes), adaptadas a ecosistemas ganaderos de Sancti Spiritus, Cuba. Se aplicó un diseño experimental de bloques completamente aleatorizados, con 16 tratamientos y cuatro réplicas; uno de los tratamientos se fertilizó con 150 kg/ha (NH₄NO₃). Hubo tratamientos inoculados con las cepas comerciales USDA 191 y 25B6, y con las cepas nativas cubanas JH2, SP23, SP8, SP4, HG2 y JH1, que resultaron estadísticamente superiores al control fertilizado. Se concluye que la inoculación con rizobios influye notablemente en el desarrollo integral de la planta y que las cepas de rizobio utilizadas pueden constituir un recurso biológico valioso para la fertilización de trigo en Cuba, por lo que se recomiendan como una alternativa de alto valor ecológico y económico para la agricultura cubana.

Palabras clave: Inoculación, Bradyrhizobium, trigo, cepas nativas, Cuba

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ABSTRACT

A field experiment was carried out in order to select rhizobial strains inoculated to wheat (Triticum aestivum, L., var. Cuba-204). Several parameters of agricultural significance were assessed, such as: aerial dry weight, length of stems, grain yield, weight of 1 000 grains and nitrogen yield. Three reference strains, belonging to several rhizobial genera and species were used, as well as twelve native strains, belonging to Bradyrhizobium that were isolated from roots of legumes (Centrosema, Neonotonia and Stylosanthes), adapted to Cuban livestock ecosystems. A completely randomized block experimental design with 16 treatments and four replications was used. A treatment was fertilized with 150 kg/ha (NH₄NO₃). It was concluded that reference strains USDA 191 and 25B6, as well as native strains JH2, SP23, SP8, SP4, HG2 and JH1 were statistically higher than the fertilized control. Rhizobial inoculation positively enhanced general plants growth and development, expressed in Nitrogen content. It was demonstrated that rhizobial strains used in the experiments may constitute a valuable biological resource for the fertilization of wheat in Cuba. Biofertilization of wheat with rhizobia is strongly recommended as an alternative of a high ecological and economic value for the agriculture of Cuba.

Key words: Inoculation, Bradyrhizobium, wheat, native strains, Cuba

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INTRODUCCIÓN

El trigo (Triticum aestivum, L.) constituye un cereal importante desde el punto de vista alimenticio, tanto para el ser humano como para los animales. Este posee ventajas en su producción comparado con otros cereales, como el arroz y el maíz. Es mucho más eficiente en el uso del agua (produce más grano por unidad de agua) y su rango geográfico sobrepasa al del arroz y el maíz, por lo que se adapta a los lugares fríos y a los moderadamente calientes, lo que ha permitido que el cultivo se extienda a muchas partes del mundo (Martín, 1990).

En Cuba desde el año 1956 se obtuvo la primera variedad nacional, y posteriormente en el Instituto de Investigaciones Fundamentales de Agricultura Tropical (INIFAT) se han obtenido siete variedades resistentes a las condiciones edafoclimáticas del país (Gutiérrez, Pérez, Cabrera, Villasana, López-Cervantes, Uranga, Díaz-Esquivel y Marrero, 2005), por lo que el estudio de los factores biológicos con potencial suficiente para aumentar su productividad es una tarea de gran importancia para el desarrollo sostenible de la agricultura. De igual forma se iniciaron estudios de mejoramiento de la especie T. aestivum L., la que se conoce como trigo vulgar, y como producto del trabajo desarrollado a partir de la variedad brasileña BH-11 se logró la variedad de trigo Cuba-Cueto 204, bien adaptada a las condiciones del país, la cual se usó para esta investigación.

Al contar con cepas de rizobio que han sido aisladas y caracterizadas con técnicas de fisiología microbiana y biología molecular, y evaluadas en cuanto a su capacidad de fijación de nitrógeno atmosférico en leguminosas (Bécquer, Prévost y Cloutier, 2001; Bécquer, Prévost, Cloutier y Laguerre, 2002; Bécquer, 2003), y dada la importancia que tiene la introducción del trigo y otros cereales en la agricultura cubana, el objetivo del presente trabajo fue inocular el trigo con estas cepas, para seleccionar las mejores.

MATERIALES Y MÉTODOS

Procedencia de las cepas de rizobio. Se utilizaron 12 cepas procedentes de leguminosas naturalizadas de Sancti Spiritus, Cuba (Centrosema, Neonotonia y Stylosanthes), las cuales fueron confirmadas en trabajos anteriores como rizobios y ubicadas taxonómicamente en el género Bradyrhizobium sp. Se utilizaron también tres cepas de referencia pertenecientes a diferentes géneros y especies de rizobio (tabla 1).

Procedimiento experimental. Las cepas crecieron en medio levadura-manitol-agar (LMA) y fueron resuspendidas en caldo-levadura-manitol (CLM) hasta lograr una unidad formadora de colonias (UFC) de 10⁶-10⁸ cél/mL. Se inoculó mediante la inmersión de las semillas durante 24 horas, a temperatura ambiente, y posteriormente se extrajeron del caldo para su secado a la sombra y siembra inmediata. En el control absoluto y el control fertilizado no inoculado se utilizó solamente el CLM. La reinoculación se efectuó a los 18 días de la siembra, con el fin de asegurar una presencia efectiva de las bacterias en la rizosfera para la colonización radicular; para ello se utilizó un inóculo bacteriano en cantidad aproximada de 5-10 mL/planta, que contenía 10⁶-10⁸ cél./mL; se usó una mochila aspersora, con la cual se dirigió el chorro del inóculo líquido a la base del tallo de la planta, y esta actividad se hizo en horas frescas de la mañana, para evitar la desecación excesiva del producto y la muerte del microorganismo.

La dosis de siembra fue de 69 kg/ha y el marco de siembra fue de 50 cm entre surcos, a chorrillo espaciado. Cada parcela medía 3 m x 15 m; se aplicaron cuatro riegos. A los 90 días de la siembra se cosechó de forma manual. En el tratamiento fertilizado se aplicó 150 kg de N/ha (NH₄NO₃). Por otra parte, debido al pobre contenido de minerales del suelo experimental (Aluvial: 2,63 mg de P₂O₅/100 g; 10,0 mg de K₂O/100 g; 1,61% de MO y un pH de 5,4) se aplicó fertilizante completo (NPK: 9-13-17) a todos los tratamientos, a los 21 días de la siembra, a razón de 80 kg de N/ha.

Diseño experimental. Se empleó un diseño experimental de bloques completamente aleatorizados (Somasegaran y Hoben, 1994), con 16 tratamientos y cuatro réplicas. Los datos se analizaron estadísticamente mediante un análisis de varianza (ANOVA) (StatGraphics Plus, versión 2.0, 1994-1996, Statistical Graphics Corporation). Las diferencias entre medias fueron halladas por la prueba LSD de Fisher (p<0,05). Se construyó un dendrograma mediante el método Ward (distancia euclidiana).

Se evaluaron los siguientes indicadores agroproductivos: peso seco aéreo (PSA, g/parcela), longitud del tallo (LT, cm), rendimiento de grano (RG, kg/ha), peso de 1 000 granos (P1000G, g) y rendimiento de nitrógeno (RN, g/m²). Como criterio de selección de los mejores tratamientos se consideraron los valores estadís-ticamente superiores al control fertilizado.

RESULTADOS

En el peso seco aéreo (fig. 1) se comprobó que los tratamientos inoculados con las cepas SP8 (496,2 g/parcela) y JH1 (448,2 g/parcela), así como TE4 (415,0 g/parcela), USDA 191 (386,8 g/parcela), HG2 (441,8 g/parcela), SP12 (394,3 g/parcela) y SP4 (427,7 g/parcela), presentaron valores estadísticamente superiores a los del control absoluto (p<0,05). En el caso específico de SP8 y JH1, sus valores también fueron superiores significativamente a los del control fertilizado (370,2 g/parcela).

El resto de los tratamientos no presentó diferencias estadísticas significativas respecto al control absoluto (299,1 g/parcela), y las cepas 25B6 y SP23 no difirieron del control fertilizado.

En la figura 2 se muestra la longitud del tallo; todos los tratamientos, excepto aquellos inoculados con las cepas HA3 (61,3 cm), SP21 (62,8 cm) y HA1 (62,6 cm), fueron estadísticamente superiores al control absoluto (62,1 cm), y entre ellos se destacaron los inoculados con las cepas SP8 (72,9 cm), USDA 191 (74,9 cm), HG2 (73,3 cm), JH1 (72,4 cm), SP12 (71,1 cm), SP4 (71,7 cm), JH2 (71,3 cm), 25B6 (73,0 cm) y SP23 (74,0 cm), los cuales también difirieron significativa-mente (p<0,05) del control fertilizado (68,7 cm).

En cuanto al rendimiento de grano (fig. 3), se corroboró que los tratamientos inoculados con las cepas TE4 (181,0 g/m²), SP8 (197,4 g/m²), HG2 (196,8 g/m²), JH1 (200,8 g/m²), SP12 (175,9 g/m²), SP4 (192,0 g/m²), 25B6 (174,8 g/m²) y SP23 (166,5 g/m²) fueron superiores al control absoluto, y sobresalieron los inoculados con las cepas SP8, HG2, JH1 y SP4, por presentar valores significativamente superiores al control fertilizado (157,5 g/m²).

El resto de los tratamientos no difirieron significativamente del control absoluto o del control fertilizado, indistintamente.

Al analizar el peso de 1 000 granos (fig. 4) se observó que los tratamientos inoculados con las cepas SP8 (31,1 g), JH1 (30,0 g), SP4 (31,7 g), ATCC 10317 (31,1 g) y SP15 (30,2 g) fueron estadísticamente superiores al control absoluto (28,3 g). De éstos se destacó el tratamiento SP4, por resultar significativamente superior al control fertilizado (29,5 g).

El resto de los tratamientos presentaron letras comunes, indistintamente, con el control absoluto o con el control fertilizado.

El rendimiento de nitrógeno en grano (fig. 5) fue superior al del control absoluto (469,0 mg/m²) en todos los tratamientos inoculados, excepto con la cepa HA1 (496,6 mg/m²), y entre éstos sobresalieron los inoculados con las cepas SP8 (740,3 mg/m²), JH1 (739,6 mg/m²), SP4 (703,7 mg/m²), HG2 (691,4 mg/m²) y TE4 (666,1 mg/m²), por presentar valores significativamente superiores al control fertilizado (594,3 mg/m²).

En la figura 6 (dendrograma) se muestra la agrupación de los tratamientos sobre la base de las variables estudiadas. Se numeraron los grupos formados por los tratamientos que se destacaron por sus valores estadísticamente superiores con respecto al tratamiento fertilizado (USDA191, JH2, 25B6, SP23, SP8, SP4, HG2 y JH1).

DISCUSIÓN

Phillips y Torrey (1970) y Dakora (2003) afirmaron que el aspecto más importante en la inoculación de bacterias diazotróficas en las especies no leguminosas no es la fijación de nitrógeno atmosférico, sino la producción de sustancias promotoras del crecimiento vegetal, tales como auxinas, citoquininas, riboflavinas, vitaminas y otras fitohormonas.

Las cepas de rizobio utilizadas en el presente experimento proceden de ecosistemas ganaderos de Sancti Spiritus, algunos de los cuales se encuentran bajo condiciones edafoclimáticas estresantes, y se tomó en consideración su procedencia al aplicarlas en una zona con deficiente contenido mineral en el suelo y un relativo estrés hídrico del cultivo. Se demostró que estas cepas también constituyen una alternativa en la biofertilización de trigo en dichas condiciones.

En el experimento se observaron tratamientos inoculados con cepas nativas y/o comerciales que presentaron valores estadísticamente superiores al control absoluto; mientras que otro grupo, implícito en el primero, resultó signifi-cativamente superior al control fertilizado.

En las variables peso seco aéreo, longitud del tallo y rendimiento de grano se destacaron, por sus valores iguales o estadísticamente inferiores a los del control absoluto, los tratamientos inoculados con HA1, HA3 y SP21 (Bradyrhizobium sp.), pertenecientes al primer grupo. Estos resultados contradicen lo obtenido por Bécquer, Salas, Archambault, Slaski y Anyia (2005), al inocular plantas de trigo con estas mismas cepas, en invernadero. Es posible que al cambiar las condiciones controladas, las cepas no tuvieran la misma respuesta al ser sometidas al estrés de un ambiente natural desfavorable.

Es de destacar que los tratamientos inoculados con las cepas SP8, HG2, JH1 y SP4 alcanzaron en el rendimiento de grano, valores que oscilaron entre 2,0 y 1,96 t/ha (datos extrapolados), ligeramente superiores a los obtenidos con las cepas canadienses, y cercanos a los reportados por Villasana, Uranga y Pérez (2005); ello demostró que el potencial del rendimiento de grano en trigo puede manifestarse a través de la biofertilización con rizobios, independientemente de su procedencia geográfica. Hilali, Prévost, Broughton y Antoun (2001) informaron que el incremento en el rendimiento de grano en trigo inoculado con Rhizobium leguminosarum fue de 23-25%, en comparación con el testigo absoluto. Aunque la cepa y el género utilizado fueron diferentes a los del presente ensayo, se evidenció el efecto positivo de los rizobios en la planta en este tipo de investigaciones.

En cuanto al rendimiento de nitrógeno, se destacaron los tratamientos inoculados con las cepas TE4, 25B6, SP8, JH1, SP4 y HG2, por sus valores estadísticamente superiores a los del control fertilizado.

Se considera que las cepas influyeron notablemente en el desarrollo de la planta, lo cual pudo favorecer una mayor extracción o asimilación de nitrógeno, que pasó a formar parte del contenido mineral del grano. La producción de fitohormonas por los rizobios, según Okon y Kapulnik (1986); Zavalin, Kandaurova y Vinogradova (1998) y Saubidet, Fatta y Barnei (2000), favorece una mayor extracción de nutrientes en el suelo. No se descarta que haya existido alguna actividad de la enzima nitrogenasa que conllevara una fijación significativa del nitrógeno atmosférico, hecho corroborado por otros autores (Sabry, Saleh, Batchelor, Jones, Jotham, Webster, Kothari, Davey y Cocking, 1997).

Es importante destacar que los rendimientos de grano y de nitrógeno en el presente experimento se alcanzaron en un suelo muy pobre en nutrientes, lo que corrobora el efecto beneficioso del biofertilizante. En el dendrograma se observó que aquellos tratamientos inoculados que se seleccionaron en más de una variable, se agruparon en determinados conglomerados. De estas cepas, las nativas constituyeron el 50% del total y las comerciales el 66%.

Se concluye que las cepas inoculadas en la variedad de trigo cubano Cuba C-204, pueden constituir un importante recurso para la práctica agrícola en el país, sobre todo en aquellas zonas que se encuentran bajo condiciones edafo-climáticas estresantes. Se recomienda la utilización de un grupo de cepas seleccionadas, cuyos valores fueron estadísticamente superiores a los del control fertilizado.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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3. Bécquer, C.J.; Prévost, Danielle; Cloutier, J. & Laguerre, Gisele. Enfoque taxonómico de rizobios aislados en las leguminosas forrajeras Centrosema plumieri, C. virginianum y Neonotonia wightii, colectadas en Sancti Spíritus, Cuba. Biología. 2002, 16:137

4. Bécquer, C.J.; Salas, Beatriz; Archambault, D.; Slaski, J. & Anyia, A. Inoculación de trigo (Triticum aestivum, L.) con rizobios adaptados a ecosistemas ganaderos de Sancti Spíritus, Cuba. Memorias VI Taller Internacional de Recursos Genéticos. Sancti Spiritus, Cuba. 2005, p. 146

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6. Gutiérrez, Lisset; Pérez, Susana; Cabrera, Melba; Villasana, R.; López-Cervantes, M.; Uranga, H.; Díaz-Esquivel, M. & Marrero, Sonia. Algunas experiencias en la producción de trigo cubano. Memorias VI Taller Internacional de Recursos Fitogenéticos. Sancti Spíritus, Cuba. 2005, p. 180

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11. Sabry, S.R.S.; Saleh, S.A.; Batchelor, Caroline; Jones, J.; Jotham, J.; Webster, G.; Kothari, S.L.; Davey, M.R. & Cocking, E.C. Endophytic establishment of Azorhizobium caulinodans in wheat. Proc. R. Soc. Lond. B. 1997, 264:341

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13. Somasegaran, P. & Hoben, H.J. Handbook for rhizobia. Springer-Verlag, New York. 1994, 400 p.

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15. Zavalin, A.A.; Kandaurova, T.M. & Vinogradova, L.V. Influence of nitrogen fixing microorganisms on the nutrition and productivity of spring wheat and on the characteristics of photosynthesis of different varieties of spring wheat. In: Biological nitrogen fixation for the 21^st Century. (Eds. Elmerich, C.; Kondorosi, A. & Newton, W.E.). Kluwer Academic Publishers. Dordrecht. The Netherlands. 1998, p. 413

Recibido el 18 de julio de 2007.
Aceptado el 13 de septiembre de 2007.