ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN
Efecto de la inoculación con rizobios procedentes de Alberta, Canadá, en sorgo (Sorghum bicolor L. Moench), en condiciones de campo
Effect of the inoculation with rhizobia from Alberta, Canada, in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench), under field conditions
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C. J. Bécquer, Beatriz Salas, U. Ávila, L. A. Palmero, J. A. Nápoles, Yamilka Ramos, Ivis Pasarón y Lisbet Ulloa
Instituto de Investigaciones de Pastos y Forrajes, Estación Experimental Sancti Spíritus, Apdo 2228, Sancti Spíritus, Cuba
E-mail: pastossp@yayabo.inf.cu
RESUMEN
Se realizó un experimento de campo con el objetivo de medir el efecto de cepas de rizobio en las variables agronómicas del sorgo, en las condiciones ambientales de Sancti Spíritus, Cuba. Se utilizaron 10 cepas de Sinorhizobium meliloti, procedentes de ecosistemas ganaderos de Alberta, Canadá; así como cuatro cepas de referencia pertenecientes a diferentes géneros y especies de rizobio, que procedían de la colección de Agriculture and AgriFood Canada. La confección de los inóculos y la inoculación de las semillas se realizaron por métodos estándar. El diseño experimental fue de bloques al azar, con 16 tratamientos y cuatro réplicas. Se evaluó el peso seco aéreo, la longitud del tallo y la longitud de la panoja; además, se calculó el incremento del peso seco aéreo en los tratamientos inoculados con relación al control absoluto. Los resultados demostraron la capacidad de las cepas estudiadas de influir en las variables agronómicas, ya que los tratamientos seleccionados igualaron sus valores a los del control fertilizado y presentaron un incremento de más del 100% del peso seco aéreo, comparado con el control absoluto.
Palabras clave: Ecosistema, inoculación, Sinorhizobium, Sorghum.
A field trial was conducted with the objective of measuring the effect of rhizobium strains on the agronomic variables of sorghum under the environmental conditions of Sancti Spiritus, Cuba. Ten Sinorhizobium meliloti strains, from livestock production ecosystems of Alberta, Canada, were used; as well as four reference strains belonging to different rhizobium genera and strains, which were from the collection of Agriculture and AgriFood Canada. The inoculi confection and seed inoculation were made by standard methods. The experimental design was randomized blocks, with 16 treatments and four replications. The dry aerial weight, stem length and ear length were evaluated; in addition, the increase of aerial dry weight was calculated in the inoculated treatments as compared to the absolute control. The results proved the capacity of the studied strains to influence the agronomic variables, because the selected treatments equaled their values to those of the fertilized control and showed an increase higher than 100% of the aerial dry weight, with regards to the absolute control.
Key words: Ecosystem, inoculation, Sinorhizobium, Sorghum.
INTRODUCCIÓN
Aunque existen investigaciones sobre la posibilidad de inducir nódulos radiculares con rizobios en plantas no pertenecientes a la familia de las leguminosas (Kalia y Gupta, 2002), el éxito de la biofertilización de cereales y otras plantas se basa principalmente en la estimulación del crecimiento vegetal por medio de la secreción de sustancias hormonales por bacterias rizosféricas (Chabot et al., 1996; Antoun et al., 1998; Prévost et al., 2000).
Chi et al. (2005) plantearon que los rizobios pueden infectar las raíces de los cereales e influir positivamente en los indicadores fisiológicos de la planta. Hafeez et al. (2004) determinaron que al igual que el Azotobacter, los rizobios también incrementan la biomasa aérea, el contenido de nitrógeno y otras variables, en las plantas de algodón.
El sorgo (Sorghum vulgare o Sorghum bicolor) es una hierba (de la familia Poaceae) que se usa como forraje, y sus semillas para hacer harina. Es un cultivo alimenticio importante en África, América Central y Asia meridional (Nápoles, 2006). En Cuba se utiliza indistintamente, como fuente de grano para los monogástricos y de forraje para el ganado vacuno.
En el país existen problemas de salinidad (un millón de hectáreas), erosión (media a fuerte) y alta compactación, así como un incremento de los suelos no fértiles y la desarborización. El sorgo puede ser una opción favorable para la agricultura, ya que es capaz de soportar las condiciones de sequía debido a su sistema radical muy desarrollado y fibroso. Los antecedentes que existen en el país acerca de la fertilización del cultivo son limitados, aunque según Chaviano (2005) el cereal responde bien a la fertilización orgánica. ]]>
Antes de la realización del presente trabajo, no existían antecedentes en Cuba sobre la utilización de rizobios en sorgo. No obstante, la necesidad de desarrollar este cultivo en suelos de escasa fertilidad, obliga necesariamente a un correcto manejo agronómico en la nutrición, que conduzca a una máxima precisión en las vías, fuentes, dosis y momento de aplicación de los fertilizantes. El empleo de inoculantes bacterianos puede ser una de las mejores alternativas, desde el punto de vista económico y medioambiental.Las cepas de rizobio utilizadas en el presente experimento proceden de ambientes estresantes de suelo y clima de Alberta, Canadá, lo que las hace promisorias para su aplicación en ecosistemas extremos. Aunque las cepas procedentes de ecosistemas locales están adaptadas al ambiente y pueden ser más competitivas que las importadas (Bhattarai y Hess, 1993; Neves y Rumjanek, 1997), Alberta Innovates-Technology Futures, Bioresource Technologies de Canadá y el Instituto de Investigaciones de Pastos y Forrajes de Cuba, tuvieron interés en comprobar la efectividad de estos microorganismos en diferentes zonas geográficas. De esta forma se ampliaría el rango de posibilidades para su aplicación práctica y comercial, así como del enriquecimiento de la biodiversidad, por lo que el objetivo del experimento fue medir el efecto de cepas de rizobio canadienses en variables agronómicas de sorgo, en las condiciones ambientales de Sancti Spíritus, Cuba
MATERIALES Y MÉTODOS
Para el experimento se utilizaron cuatro cepas de referencia, pertenecientes a diferentes géneros y especies de rizobio, y 10 cepas canadienses del género Sinorhizobium, que fueron aisladas de raíces de leguminosas naturalizadas (Melilotus y Medicago) en ecosistemas ganaderos de las praderas de Alberta, Canadá (tabla 1); estas se identificaron y se caracterizaron por los métodos de microbiología clásica y biología molecular (Bécquer, C.J. et al., datos no publicados). Dichos ecosistemas se caracterizan por presentar un suelo loam arenoso, erosionado, y con escasas precipitaciones. Una de las cepas (CAS2) fue aislada de leguminosas adaptadas a suelos contaminados con hidrocarburos (Slaski, J., comunicación personal). Los trabajos de aislamiento e identificación se realizaron en la Unidad de Tecnologías Ambientales, Laboratorio de Microbiología del Alberta Research Council, Vegreville, Canadá.
Las cepas crecieron en medio levadura-manitol-agar (Vincent, 1970) y fueron resuspendidas en caldo-levadura-manitol (Vincent, 1970) hasta lograr una concentración celular de 106-108 UFC/mL. La inoculación se realizó mediante la inmersión de las semillas por 24 horas en el inóculo, a temperatura ambiente, y posteriormente se extrajeron del caldo para su secado a la sombra y su siembra inmediata (Sabry et al., 1997). Para el control absoluto y el control fertilizado no inoculado se utilizó solamente el medio caldo-levadura-manitol. La reinoculación de los tratamientos 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, con un inóculo bacteriano (10 mL/planta) que contenía 106-108 UFC/mL, para lo que se utilizó una mochila aspersora. El surtidor de la mochila se dirigió a la base del tallo de la planta. Esta actividad se hizo en horas frescas de la mañana, para evitar la desecación excesiva del producto.
Las condiciones climáticas del período experimental se muestran en la tabla 2. La dosis de siembra fue de 12 kg/ha; se sembró a chorrillo espaciado, con un marco de 50 cm entre surcos. Cada parcela medía 3 m x 15 m. Se aplicaron cuatro riegos. A los 90 días de la siembra se realizó la cosecha de forma manual.
El tratamiento fertilizado consistió en una aplicación de 150 kg de N/ha (NH4NO3). Por otra parte, debido al pobre contenido de minerales del suelo experimental (tabla 3) se aplicó fertilizante completo (NPK: 9-13-17) a todos los tratamientos, incluyendo el control absoluto y el control fertilizado, a los 21 días de la siembra, a razón de 80 kg N/ha.
Se utilizó un diseño experimental en bloques completamente al azar (Somasegaran y Hoben, 1994), con 16 tratamientos y cuatro réplicas. Los datos se analizaron a través de un análisis de varianza (ANOVA) (StatGraphics Plus, versión 2.0, 1994-1996, Statistical Graphics Corporation). Las diferencias entre medias se hallaron mediante la prueba LSD (Least Significant Difference) de Fisher (p<0,05) (Lerch, 1977) y se determinó el coeficiente de correlación entre las variables (Ostle, 1984). Se evaluaron las variables agronómicas: peso seco aéreo (g/parcela), longitud del tallo (cm) y longitud de la panoja (cm). Se calculó el incremento en el peso seco aéreo de los tratamientos inoculados con respecto al control absoluto (%). ]]>
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El suelo del área experimental (tabla 3) corresponde al tipo Aluvial (Anon, 1979), es deficitario en P2O5 y materia orgánica, lo cual se corresponde con lo reportado por Hernández et al. (1999) para este tipo de suelo. Estas características agroquímicas se tuvieron en cuenta para hacer una fertilización de fondo al experimento en todos los tratamientos, donde se incluyó el control absoluto y el control fertilizado, y así estimular el crecimiento de las plantas en sus primeros estadios fenológicos.
Este déficit marcado de nutrientes en el suelo coincide, en general, con algunas de las condiciones estresantes que se deben enfrentar en el cultivo del sorgo en Sancti Spíritus, y además propician una mayor confiabilidad en los resultados experimentales, ya que no es evidente una interferencia significativa debido a una alta disponibilidad de macroelementos, que pudiera enmascarar el efecto positivo de las cepas, sobre la base de sus propiedades como organismos promotores del crecimiento vegetal.
El peso seco aéreo (tabla 4) en los tratamientos inoculados con las cepas ATCC 10004, CAC17, CAC8 y CAS2 mostró valores estadísticamente superiores (p<0,05) al control absoluto. Al mismo tiempo, dichos tratamientos presentaron superíndices comunes con el control fertilizado (959,9 g/parcela). En este sentido, Mia y Shamsuddin (2010) afirmaron que la inoculación de determinados cultivares de arroz con rizobios, incrementó el peso seco de la planta, así como la longitud del tallo, entre otras variables agronómicas.
En cuanto a la longitud del tallo (tabla 4), los tratamientos inoculados con las cepas USDA 191 (101,3 cm), 25B6 (100,5 cm) y CAS2 (101,6 cm) presentaron valores estadísticamente significativos (p<0,05) con respecto al control absoluto (92 cm), y en el caso de USDA 191 y CAS2 resultaron estadísticamente superiores al control fertilizado (93,5 cm). Los inoculados con las cepas ATCC 10004, CAC8, CAC9, CAC14, CAC16, CAC17, CAS2, 25B6, CAC7, ATCC 10317 y CAC4, CAC2 y CAC5 no mostraron diferencias significativas con relación al control fertilizado y también compartieron superíndices comunes con el control absoluto, con excepción de la cepa 25B6. Estos tratamientos constituyeron la mayoría de los utilizados en el experimento, y a pesar que el efecto logrado por estas cepas en la elongación del tallo no fue notorio, se comprobó que fue positivo, en general, y sobresalieron las cepas USDA 191, 25B6 y CAS2. Existen evidencias acerca del efecto positivo de los rizobios en el crecimiento y el rendimiento del sorgo y el millo. Matiru y Dakora (2004) plantearon que una correcta selección de las cepas rizobianas y de las variedades vegetales, puede conllevar un mejor efecto de la biofertilización.
Los tratamientos inoculados con las cepas CAC8, CAC9, USDA 191 y ATCC 10004 presentaron valores estadísticamente superiores (p<0,05) al control absoluto en la longitud de la panoja (tabla 4). Por otra parte, los inoculados con las cepas CAC2, CAC5, CAC14, ATCC 10004, CAC16, CAC17, CAS2, 25B6, CAC7, ATCC 10317 y CAC4, además de las mencionadas anteriormente, mostraron valores con superíndices iguales a los del control fertilizado.
Es obvia la influencia positiva de las cepas inoculadas en los primeros tratamientos. Esto coincide con lo expresado por diferentes autores, como Saubidet et al. (2002), acerca de que la producción de hormonas por las rizobacterias favorece una mayor extracción de nutrientes en el suelo, lo que se manifiesta en las diferentes variables agronómicas de la planta. Así mismo, si se tiene en cuenta las características agroquímicas del área experimental (tabla 3), donde se evidenció la baja disponibilidad de fósforo y de materia orgánica, se podría inferir que la mayor influencia de estas bacterias pudo haber ocurrido en la solubilización de los fosfatos, propiedad que según Richardson (2001), es la forma de acción más común implicada en la promoción del crecimiento vegetal por las rizobacterias, que incrementa el aprovechamiento de los nutrientes por la planta hospedera.
Se debe señalar que el tratamiento inoculado con la cepa CAS2, que no difirió del control fertilizado en las variables peso seco aéreo y longitud del tallo (tabla 4), procedía de nódulos radiculares de plantas de Medicago sativa que crecieron en suelos contaminados con hidrocarburos (Slaski, J. comunicación personal), lo cual pudiera indicar, además de su capacidad de supervivencia en ambientes extremos, su alta capacidad de producción de sustancias promotoras del crecimiento vegetal. Esta característica convierte a dicha cepa en promisoria, para su utilización en ecosistemas que se encuentren bajo factores físico-químicos estresantes.
El incremento en el peso seco aéreo de los tratamientos inoculados, con respecto al control absoluto, se muestra en la tabla 4. Todos los tratamientos presentaron valores que superaron al control absoluto, pero sobresalieron (con 100% o más de incremento) los inoculados con las cepas nativas: CAC2, CAC8, CAC9, CAC17, CAS2 y CAC7; mientras que sólo el tratamiento inoculado con la cepa comercial ATCC 10004 sobrepasó este valor; ello expresa un efecto superior de las cepas nativas sobre esta variable agronómica de la planta. ]]>
Al relacionar la longitud de la panoja con la longitud del tallo en los tratamientos inoculados con las cepas nativas y en los inoculados con las cepas de referencia, se hallaron coeficientes de correlación de 0,19 para la longitud de la panoja-cepas nativas, lo cual indica que la variable longitud del tallo no se interrelacionó directamente con la primera, debido quizás a la intervención de factores de carácter externo, como las condiciones edafoclimáticas, o de carácter interno, como la producción insuficiente de determinadas hormonas por estas cepas. Sin embargo, para esa misma variable, pero en los tratamientos inoculados con las cepas de referencia, se observó un coeficiente de correlación de 0,62, lo cual indicó una interrelación moderadamente fuerte de la longitud del tallo con la longitud de la panoja en dichos tratamientos.Se observó que el peso seco aéreo con respecto a la longitud del tallo, en los tratamientos inoculados con las cepas nativas, presentó un coeficiente de correlación de 0,79 (p<0,01), lo que mostró una fuerte interrelación de la longitud del tallo con el peso seco aéreo; mientras que en los tratamientos inoculados con las cepas de referencia el coeficiente de correlación fue de -0,51 (p<0,01), por lo que se halló una interrelación negativa entre estas dos variables. Por lo contrario, las variables longitud de la panoja y longitud del tallo, en los tratamientos inoculados con las cepas nativas, presentaron una correlación débil (r = 0,19); mientras que para los tratamientos inoculados con las cepas de referencia, la correlación fue moderadamente fuerte (r = 0,62).
Los resultados referidos a la longitud de la panoja con respecto a la longitud del tallo, al igual que los del peso seco aéreo con relación a la longitud del tallo, parecen guardar estrecha relación con la secreción específica de sustancias estimuladoras del crecimiento vegetal por los rizobios de diferentes géneros y especies. Este mecanismo propio de la interacción rizobacteria-planta y el efecto en las diferentes partes vegetales, no se ha determinado exactamente (Saubidet et al., 2002), aunque según Sahin et al. (2004), algunos autores tienen evidencias al respecto. Por otra parte, Vessey (2003) aseguró que el ácido indol acético producido por las rizobacterias, puede provocar iniciación radicular y elongación celular; la producción de citoquininas puede favorecer la división celular y la expansión de los tejidos, así como las giberelinas influyen en la elongación del tallo. De la forma exacta en que estas sustancias pudieron haber influido en los resultados expuestos es desconocida para los autores de este trabajo, pero evidentemente estos procesos deben depender, de una u otra forma, del tipo y la cantidad de metabolitos segregados por los diferentes géneros y especies de rizobios que se usan en la biofertilización. Se impone una profundización adecuada en este campo de estudio.
Se demostró, en general, la capacidad de las cepas estudiadas de influir positivamente en el crecimiento y en otras variables agronómicas de las plantas. En el caso que se desee comprobar el efecto de estas cepas en la producción de granos como alimento o fuente de semillas, se recomiendan otras evaluaciones dirigidas a determinar los valores en ese tipo de variable.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Recibido el 31 de mayo del 2011
Aceptado el 8 de julio del 2011 ]]>
