Efecto de la inoculación con rizobios procedentes de Sancti Spíritus, Cuba, en sorgo (Sorghum bicolor L. Moench), bajo condiciones de campo
Effect of the inoculation with rhizobia from Sancti Spiritus, Cuba, in sorghum (Sorghum bicolor L. Moench), under field conditions
C. J. Bécquer, Beatriz Salas, U. Ávila, L. A. Palmero, J. A. Nápoles, Yamilka Ramos, Ivis Pasarón, Lisbet Ulloa, Olga L. Colina y Yanet Suárez
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 determinar el efecto de las cepas de rizobios en las variables agronómicas de sorgo, bajo las condiciones ambientales de Sancti Spíritus, Cuba. Se utilizaron 12 cepas de Bradyrhizobium sp. procedentes de Sancti Spíritus, así como tres cepas de referencia pertenecientes a diferentes géneros y especies de rizobios. El diseño experimental fue de bloques al azar, con 17 tratamientos y cuatro réplicas. Se realizó análisis de varianza y las diferencias entre medias se hallaron por LSD de Fisher (p<0,05). 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 estas cepas de influir en las variables agronómicas estudiadas, ya que existieron tratamientos que igualaron estadísticamente 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: Bradyrhizobium, ecosistema, inoculación, sorghum.
Abstract
A field trial was conducted, with the objective of determining the effect of rhizobium strains on the agronomic variables of sorghum, under the environmental conditions of Sancti Spiritus, Cuba. Twelve Bradyrhizobium sp. strains from Sancti Spiritus were used, as well as three reference strains belonging to different rhizobium genera and species. The experimental design was randomized blocks, with 17 treatments and four replications. Variance analysis was made and the differences among means were found by Fisher's LSD (p<0,05). Aerial dry weight, stem length and ear length were evaluated. In addition, the increase of aerial dry weight in the inoculated treatments was calculated, as compared to the absolute control. The results proved the capacity of these strains to influence the studied agronomic variables, because there were treatments that statistically equaled their values to those of the fertilized control and showed an increase higher than 100% of aerial dry weight with regards to the absolute control.
Key words: Bradyrhizobium, ecosystem, inoculation, sorghum.
]]> INTRODUCCIÓN
En la literatura especializada se informa que los rizobios son colonizadores de las raíces, pero específicos en cuanto a las plantas hospederas; por lo tanto, no pueden colonizar un amplio rango de especies de plantas (Mia y Shamsuddin, 2010). Sin embargo, Cocking (2003) observó que Azorhizobium caulinodans puede penetrar en el sistema radicular de los cereales y otros cultivos no pertenecientes a la familia de las leguminosas, por medio de una invasión intracelular en las células epidérmicas; así, coloniza la planta de forma intercelular, incluyendo el xilema, lo cual incrementa la posibilidad de la formación de un nicho no nodular para la fijación endosimbiótica de nitrógeno en arroz, trigo, maíz y sorgo. Según Matiru y Dakora (2004), los rizobios producen fitohormonas que promueven el crecimiento vegetal y pueden incrementar los rendimientos, a pesar de que no se ha detectado fijación de N2 en las especies no leguminosas. Los resultados de diversos autores, entre los que se encuentran Biswas et al. (2000), demostraron valores estadísticos superiores en el rendimiento de grano al inocular arroz con cepas pertenecientes a Rhizobium sp., Rhizobium leguminosarum y Bradyrhizobium sp.
El sorgo o zahína (Sorghum vulgare o Sorghum bicolor) pertenece a la familia Poaceae. Este es un cultivo alimenticio importante en África, América Central y Asia Meridional; en cuanto a su producción, representa la quinta cosecha de cereal en el mundo y su mayor productor es los Estados Unidos. Nápoles (2006) plantea que el sorgo se adapta bien en áreas áridas o semiáridas cálidas y que puede ser una opción favorable para la agricultura cubana, ya que es capaz de soportar las condiciones de sequía. Debido a su sistema radical muy desarrollado y fibroso, puede explorar aproximadamente el doble del volumen que explora el maíz y llegar hasta los 75 cm de profundidad; además, ha mostrado buena adaptación a las condiciones edafoclimáticas de Cuba. Según Chaviano (2005) este cereal tiene buena respuesta a la fertilización orgánica.
En Cuba las áreas sembradas de sorgo se han incrementado a partir del año 2001 hasta alcanzar la cifra de 850 828 ha en el 2004 (Canet et al., 2005), con rendimientos que oscilan entre 1,1 y 2,0 t/ha. La necesidad de utilizar suelos de escasa fertilidad obliga a un correcto manejo agronómico en la nutrición de las plantas, donde el empleo de biofertilizantes debe ocupar un lugar primordial, por sus ventajas económicas y ecológicas.
Los rizobios utilizados en este experimento fueron aislados de leguminosas nativas o naturalizadas de ecosistemas ganaderos de Sancti Spíritus, los cuales se encuentran bajo diferentes tipos de estrés ambiental. Bhattarai y Hess (1993) y Neves y Rumjanek (1997) plantearon que las cepas procedentes de ecosistemas locales están adaptadas al ambiente y pueden ser más competitivas que las cepas importadas, principio en el cual se basó la utilización de estas bacterias en el experimento. El objetivo de la investigación fue determinar el efecto de cepas de rizobios cubanos, en las variables agronómicas de una variedad de sorgo destinado a la alimentación del ganado vacuno, bajo las condiciones ambientales de Sancti Spíritus.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se utilizaron 12 cepas procedentes de leguminosas naturalizadas de Sancti Spíritus, Cuba (Centrosema, Neonotonia y Stylosanthes). Estas cepas fueron confirmadas como rizobios en trabajos anteriores, mediante la utilización de métodos de microbiología clásica y biología molecular, y ubicadas taxonómicamente en el género Bradyrhizobium sp. (Bécquer, 2002). Se emplearon también tres cepas de referencia de diferentes géneros y especies de rizobios (tabla 1). Los trabajos de aislamiento e identificación se realizaron en los laboratorios de microbiología del suelo de la Estación Experimental Agronómica de Sainte-Foy, perteneciente a Agriculture and Agri-Food Canada, Québec, Canadá.
La variedad de sorgo utilizada fue ISIAP Dorado (Sorghum bicolor L. Moench), procedente de la finca de semillas de la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Sancti Spíritus. ]]>
Las cepas crecieron en medio levadura-manitol-agar 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 durante 24 horas en el inóculo a temperatura ambiente y, posteriormente, se extrajeron del caldo para su secado a la sombra y 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 en cantidad de 10 mL/planta, que contenía 106-108 UFC/mL; para ello se utilizó una mochila aspersora, cuyo surtidor 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.La dosis de siembra fue de 12 kg/ha (Anon, 1990) y se empleó un marco de 50 cm entre surcos, sembrados a chorrillo espaciado. Cada parcela medía 3 x 15 m. Se aplicaron cuatro riegos, ya que el experimento se sembró en la época poco lluviosa (tabla 2) y a los 90 días se realizó la cosecha, de forma manual. El tratamiento fertilizado consistió en una aplicación de 150 kg de N/ha (NH4NO3). Se aplicó una fertilización de base (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 de N/ha.
El diseño experimental fue en bloques al azar (Somasegaran y Hoben, 1994), con 17 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 se hallaron por la prueba LSD (Least Significant Difference) de Fisher (p<0,05). Se evaluaron las siguientes variables agronómicas: peso seco aéreo (g/parcela), longitud del tallo (cm), longitud de la panoja (cm) y peso seco de la panoja (kg). Se calculó el porcentaje de incremento en el peso seco aéreo de los tratamientos inoculados, con respecto al control absoluto.
Las variables climáticas durante el período experimental se muestran en la tabla 2, y las características del suelo en la tabla 3.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La tabla 3 muestra que el suelo del área experimental corresponde al tipo Aluvial (Anon, 1979), que es deficitario en P2O5 y materia orgánica, lo cual es característico de este tipo de suelo (Hernández et al., 1999). Estas características agroquímicas se tuvieron en cuenta para hacer una fertilización de fondo al experimento (todos los tratamientos), y así estimular el crecimiento de las plantas en sus primeros estadios fenológicos.
El déficit marcado de nutrientes en el suelo coincide, en general, con algunas de las condiciones ambientales estresantes que se enfrentan en el cultivo del sorgo en Sancti Spíritus; además, propicia una mayor confiabilidad en los resultados experimentales, ya que no es probable que haya una interferencia significativa por una alta disponibilidad de macroelementos que pudiera enmascarar el efecto positivo de las cepas, basado en sus propiedades como organismos promotores del crecimiento vegetal.
En el peso seco aéreo (tabla 4) se observó que los tratamientos, excepto aquellos inoculados con las cepas TE4 (619,5 g/parcela) y SP8 (590,0 g/parcela), resultaron estadísticamente superiores (p<0,05) al control absoluto (431,0 g/parcela). Por otra parte, el resto de los tratamientos presentaron letras comunes con el control fertilizado (729,7 g/parcela), por lo que se denota el efecto positivo de las cepas inoculadas. En este sentido, Chi et al. (2005) determinaron que las cepas de Azorhizobium, Sinorhizobium y Mesorhizobium inoculadas en arroz, incrementaron significativamente el peso seco aéreo de este cereal, por lo que se corrobora, en general, el efecto positivo de esta bacteria en los cereales. ]]>
Al calcular el porcentaje de incremento en el peso seco aéreo (tabla 4), se determinó que aunque todos los tratamientos superaron al control absoluto, sobresalieron con más del 70% los inoculados con las cepas nativas: HG2 (74,00%), JH1 (78,65%), SP23 (90,26%), HA1 (74,00%) y SP15 (72,00%); mientras que solo los inoculados con las cepas comerciales ATCC 10317 (100,00%) y HA3 (102,09%) mostraron un 100% de incremento o sobrepasaron ese valor. Estos últimos tuvieron superíndices comunes con el control fertilizado y fueron superiores estadísticamente al control absoluto, por lo que se considera que fueron las cepas más promisorias (entre las evaluadas) para su aplicación en la práctica. Dichos resultados son superiores a los reportados por Prévost et al. (2000) al inocular maíz con cepas comerciales de Bradyrhizobium japonicum, con lo cual se obtuvieron incrementos en el peso seco aéreo de la planta desde 6,7 hasta 8,7%, en comparación con el control absoluto.En la longitud del tallo (tabla 4) se observó que, excepto los tratamientos inoculados con las cepas TE4 (1,16 m), USDA 191 (1,13 m) y HA1 (1,12 m), el resto resultó estadísticamente superior (p<0,05) al control absoluto (1,13 m). Los inoculados con las cepas HA3 (1,24 m), SP23 (1,23 m), 25B6 (1,26 m), HG2 (1,23 m) y SP8 (1,24 m) no presentaron diferencias significativas con el control fertilizado (1,25 m), y fueron superiores a los inoculados con las cepas TE4 (1,16 m), SP12 (1,18 m), SP4 (1,19 m), JH2 (1,19 m), SP21 (1,18 m) y HA1 (1,12 m). De acuerdo con estos datos, se corrobora lo expresado por Dobbelaere et al. (2003) acerca de que los rizobios pueden estimular el crecimiento y el rendimiento de las plantas no pertenecientes a la familia de las leguminosas. Por otra parte, las características agroquímicas del área experimental (tabla 3), donde se evidenció una baja disponibilidad de fósforo y de materia orgánica, pudieron ocasionar que una gran parte del beneficio obtenido por la planta en los tratamientos inoculados se debiera a la solubilización de los fosfatos por los rizobios; esta propiedad, según Richardson (2001), es la forma de acción más común que influye en la promoción del crecimiento vegetal por las rizobacterias, al incrementar el aprovechamiento de los nutrientes por la planta hospedera.
En la variable longitud de la panoja (tabla 4), las cepas USDA 191 (22,0 cm), SP4 (22,2 cm), JH2 (22,6 cm), HA3 (23,8 cm), ATCC 10317 (23,0 cm), HA1 (23,6 cm) y SP15 (23,0 cm) mostraron diferencias significativas (p<0,05) con relación al control absoluto (20,4 cm). De estas, HA3, ATCC 10317, HA1 y SP15 no difirieron del control fertilizado (24,2 cm). No se cuenta con patrones de comparación para esta variable, pero los autores del presente trabajo infieren que una de las causas puede ser la influencia de las hormonas producidas por los rizobios, ya que estos tratamientos inoculados presentaron valores estadísticamente superiores al control absoluto y no difirieron del fertilizado. El género Bradyrhizobium ha sido reportado por diversos autores (Costacurta y Vanderleyden, 1995; Patten y Glick, 1996; Minamisawa et al., 1996) como productor de ácido indolacético. Todos los tratamientos inoculados y que presentaron superioridad estadística, excepto el de la cepa USDA 191 (Sinorhizobium fredii), pertenecen al género Bradyrhizobium, por lo que esta propiedad fisiológica pudo haber incidido también de forma positiva en los resultados.
En cuanto al peso seco de la panoja, el tratamiento con la cepa SP23 (4,20 kg) fue estadísticamente superior (p<0,001) al control absoluto (1,50 kg) y al resto de los tratamientos inoculados, con excepción de HG2 (4,05 kg), JH1 (4,00 kg), 25B6 (3,70 kg) y el control fertilizado (3,50 kg). En esta variable agronómica también se evidenció el efecto positivo de la mayor parte de las cepas inoculadas; es de destacar los valores estadísticamente superiores de las cuatro cepas anteriormente mencionadas, pertenecientes al género Bradyrhizobium.
Se demostró la capacidad de un número significativo de cepas, de influir positivamente en las variables agronómicas de sorgo, ya que hubo tratamientos inoculados que superaron estadísticamente los valores del control absoluto e igualaron los del control fertilizado. Es recomendable la inoculación de sorgo con rizobios, como una alternativa positiva de biofertilización; aunque para la utilización de este cultivo como fuente de grano para la confección de piensos, o para semilla, se requieren otras evaluaciones encaminadas a medir el efecto de los rizobios en el rendimiento de grano.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Anon. Clasificación genética de los suelos de Cuba. Academia de Ciencias de Cuba. Instituto de Suelos. La Habana, Cuba. 1979
2. Anon. Norma Ramal. Pastos y forrajes millo forrajero (NRAG 348). Ministerio de la Agricultura. La Habana, Cuba. 4 p. 1990
3. Bhattarai, T. & Hess, D. Yield responses of Nepalese spring wheat (Triticum aestivum L.) cultivars to inoculation with Azospirillum spp. of Nepalese origin. Plant and Soil. 151:67. 1993
4. Bécquer, C.J. Caracterización y selección de rizobios adaptados a ecosistemas ganaderos de Sancti Spíritus, Cuba. Tesis presentada en opción al grado científico de Doctor en Ciencias Biológicas. Universidad de La Habana. Cuba. 140 p. 2002
5. Biswas, J.C. et al. Rhizobia inoculation improves nutrient uptake and growth of lowland rice. Soil Sci. Soc. of America J. 64:1644. 2000
6. Canet, R. et al. Situación actual y perspectiva de la producción de sorgo (Sorghum bicolor Moench) en Cuba. Memorias VI Taller Internacional sobre Recursos Fitogenéticos (FITOGEN'2005). Sancti Spíritus, Cuba. p. 166. 2005
7. Chaviano, Mariela. El sorgo: contribución al desarrollo sostenible y ecológico de la producción popular de arroz. Agricultura Orgánica. 1:8. 2005
8. Cocking, E.C. Endophytic colonization of plant roots by nitrogen-fixing bacteria. Plant and Soil. 252: 169. 2003
9. Costacurta, A. & Vanderleyden, J. Synthesis of phytohormones by plant-associated bacteria. Critical. Reviews Microbiol. 21:1. 1995
10. Dobbelaere, Sofie et al. Plant growth-promoting effects of diazotrophs in the rhizosphere. Critical Reviews in Plant Sciences. 22:107. 2003
11. Chi, F. et al. Ascending migration of endophytic rhizobia, from roots to leaves, inside rice plants and assessment of benefits to rice growth physiology. Appl. Environ. Microbiol. 71:7271. 2005
12. Hernández, A. et al. Nueva versión de la clasificación genética de los suelos de Cuba. Instituto de Suelos. La Habana, Cuba. 64 p. 1999
13. Matiru, Viviene & Dakora, F. Potential use of rhizobial bacteria as promoters of plant growth for increased yield in landraces of African cereal crops. African J. Biotecnol. 3:1. 2004
14. Mia, M.A.B. & Shamsuddin, Z.H. Rhizobium as a crop enhancer and biofertilizer for increased cereal production. African Biotechnol. 37:6001. 2010
15. Minamisawa, K. et al. Indolepyruvate pathway for índole-3-acetic acid biosynthesis in Bradyrhizobium elkanii. Plant Cell Physiol. 37:449. 1996
16. Nápoles, J.A. Estudio de alternativas de fertilización orgánica y biológica en Sorghum bicolor L. Moench. Tesis en opción al grado de Maestro en Ciencias Agrícolas. Universidad Agrícola de Ciego de Ávila, Cuba. 66 p. 2006
17. Neves, Ma. Cristina & Rumjanek, Norma. Diversity and adaptability of Soybean and cowpea rhizobia in tropical soils. Soil Biol. Biochem. 29:889. 1997
18. Patten, C.L. & Glick, B.R. Bacterial biosynthesis of indol-3-acetic acid. Can. J. Microbiol. 42:207. 1996
19. Prévost, D. et al. Growth and mineral nutrition of corn inoculated with effective strains of Bradyrhizobium japonicum. Proceedings of the 5th International PGPR Workshop. Villa Carlos Paz, Córdoba, Argentina. 7 p. 2000.
20. Richardson, A.E. Prospects for using soil microorganisms to improve the acquisition of phosphorus by plants. Aust. J. Plant Physiol. 28:897. 2001
21. Sabry, S.R.S. et al. Endophytic establishment of Azorhizobium caulinodans in wheat. Proc. R. Soc. Lond. Serie B. 264:341. 1997
22. Somasegaran, P. & Hoben, H.J. Handbook for rhizobia. Springer-Verlag. New York, USA. 450 p. 1994
23. Vincent, J.M. A manual for the practical study of root nodule bacteria. International Biological Programme Handbook No. 15. Blackwell Scientific Publications. Oxford, England. 164 p. 1970
Recibido el 31 de mayo del 2011
Aceptado el 27 de septiembre de 2011 ]]>
