Inoculación de trigo (Triticum aestivum, L.) con rizobios adaptados a ecosistemas ganaderos de Alberta, Canadá
Inoculation of wheat (Triticum aestivum, L.) with rhizobia adapted to livestock ecosystems of Alberta, Canadá
C.J. BécquerI, Beatriz SalasI, D. ArchambaultII, J. Slaski II y A. AnyiaII
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I Estación Experimental de Pastos y Forrajes Sancti Spíritus, CubaE-mail: becquer@pastos.yayabo.inf.cu
II Department Environmental Technologies, Alberta Research Council, Vegreville, AB, Canada
E-mail: slaski@arc.ab.ca
RESUMEN
Se efectuó un ensayo en invernadero con el objetivo de seleccionar cepas de rizobio inoculadas en trigo (Triticum aestivum, L., var. CDC Teal). Para ello se utilizaron 16 cepas nativas canadienses pertenecientes a Sinorhizobium medicae, así como 12 cepas comerciales. Los inóculos se confeccionaron en medio CLM y fueron agitados hasta alcanzar un título de 106-108 cél./mL. Se utilizaron los métodos estándar para la inoculación de cereales. Se construyó un dendrograma mediante el método de Ward (distancia euclidiana al cuadrado). Se evaluaron las variables: peso seco aéreo (PSA), peso seco raíz (PSR), longitud del tallo (LT), peso seco espigas (PSE) y número de hijos (NH). Se constató un incremento significativo en todas las variables en los tratamientos inoculados con las cepas nativas y las cepas comerciales de rizobio, comparados con el testigo absoluto. En peso seco aéreo, peso seco espigas y peso seco raíz, la mayor parte de los tratamientos no difirieron significativamente del control fertilizado. En longitud del tallo existieron 17 tratamientos superiores estadísticamente con respecto al control fertilizado. Se seleccionaron 10 cepas del total. Los tratamientos seleccionados en el dendrograma constituyeron el 31% para las cepas nativas y el 42% para las comerciales. Se recomienda efectuar ensayos de campo con las cepas seleccionadas inoculadas en cereales de interés económico para Cuba.
Palabras clave: Inoculación, Rhizobium, Triticum aestivum
ABSTRACT
A greenhouse experiment was carried out in order to select rhizobium strains inoculated on wheat (Triticum aestivum, L., var. CDC Teal). For that 16 Canadian native strains, belonging to Sinorhizobium medicae, as well as 12 commercial strains, were used. The inocula were prepared in YMB medium and shaken up to obtain a title of 106-108 cells/mL. The standard methods for the inoculation of cereals were used. A dendrogram was constructed by means of the Ward's method (square Euclidian distance). The variables: aerial dry weight (ADW), dry weight of root (DWR), stem length (SL), dry weight of spikes (DWS) and number of shoots (NS) were evaluated. A significant increase was observed in all the variables in the treatments inoculated with the native strains and the commercial strains of rhizobium, as compared to the absolute control. In aerial dry weight, dry weight of spikes and dry weight of root, most of the treatments did not differ significantly from the fertilized control. In stem length there were 17 treatments statistically higher than the fertilized control. Ten strains were selected from the total. The treatments selected in the dendrogram constituted 31% for the native strains and 42% for the commercial strains. Field trials with the strains selected inoculated on cereals of economic interest for Cuba are recommended.
Key words: Inoculation, Rhizobium, Triticum aestivum
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INTRODUCCIÓN
La inoculación de especies no leguminosas con bacterias dinitrofijadoras simbióticas o de vida libre, ha sido durante varios años una tarea investigativa de muchas perspectivas, pero de discretos avances. Al principio se esperaba que dichas bacterias fijaran cantidades aceptables de nitrógeno atmosférico a la planta, pero según Van Berkum y Bohlool (1980) las bacterias diazotróficas en la rizosfera de las plantas utilizan los productos de la fijación del N para su propio crecimiento.
Otra de las mayores limitaciones de la fijación asociativa de N es que, en la mayoría de los casos, las bacterias colonizan solamente la superficie de las raíces, por lo que permanecen vulnerables en la competencia con otros microorganismos rizosféricos (Webster, Gough, Vasse, Batchelor, Callaghan, Kothari, Davey, Dénarie y Cocking, 1997). No obstante, existen trabajos que han demostrado la entrada y establecimiento de Azorhizobium en las raíces de trigo (Triticum aestivum, L.), donde se encontraron evidencias de actividad de la enzima nitrogenasa (Sabry, Saleh, Batchelor, Jones, Jotham, Webster, Kothari, Davey y Cocking, 1997).
Algunos autores han afirmado que la fijación del N atmosférico no es el aspecto más importante en la inoculación de las bacterias diazotróficas en las especies no leguminosas, sino la producción por éstas de sustancias promotoras del crecimiento vegetal, tales como: auxinas, citoquininas, riboflavinas, vitaminas y otras fitohormonas (Phillips y Torrey, 1970; Dakora, 2003), lo cual favorece a su vez una mayor extracción de nutrientes en el suelo (Okon y Kapulnik, 1986; Zavalin, Kandaurova y Vinogradova, 1998; Saubidet, Fatta y Barneix, 2000).
Como producto de la colaboración con Alberta Research Council (Canadá) se realizó este trabajo en instalaciones de dicha institución científica, cuyo objetivo fue la selección de cepas de rizobio, aisladas de ecosistemas ganaderos de Canadá por su efecto en las plantas de trigo. ]]>
MATERIALES Y MÉTODOS
Procedencia de las cepas de rizobio. Se utilizaron 16 cepas nativas identificadas como pertenecientes a Sinorhizobium meliloti (Bécquer, C.J., inédito). Estas fueron aisladas de las raíces de Melilotus officinalis y Medicago sativa, leguminosas hospederas adaptadas a los ecosistemas ganaderos de Alberta, Canadá, que se encontraban en condiciones estresantes de suelo y clima. Se usaron también 12 cepas de referencia, pertenecientes a diferentes géneros y especies de rizobio (tabla 1).
Preparación de los inóculos. Los inóculos se confeccionaron en medio CLM (caldo-levadura-manitol) (Somasegaran y Hoben, 1994), a partir de una asada de cultivos frescos en medio agarizado; se colocaron en agitación (120 rpm) durante siete días (para las especies de lento crecimiento) o de tres a cuatro días (especies de rápido crecimiento), en una zaranda orbital termostatada a 30oC, hasta alcanzar un título de 106-108 cél./mL (UFC).
Ensayos de invernadero. Las condiciones de crecimiento se ajustaron a 29oC por el día y 25oC por la noche, y una luminosidad de 14 h luz y 10 h de oscuridad. Las macetas utilizadas contenían 1,0 kg de mezcla de suelo estándar con un bajo nivel de N. Un tratamiento se fertilizó con un portador nitrogenado (NH4NO3: 150 ppm N/kg-1). Se escogió la variedad de trigo CDC Teal, donada por Alberta Research Council. Las semillas fueron desinfectadas con alcohol e hipocloruro de sodio al 8% (Webster et al., 1997) y previamente pregerminadas; se sembraron tres semillas y posteriormente se dejó una planta por maceta. Se utilizaron los métodos estándar para la inoculación de los cereales, con cambios en la frecuencia y la cantidad de inóculo. Así, un inóculo bacteriano (3 mL/planta) que contenía 106-108 cél./mL, se aplicó a los cinco días de la siembra y, consecutivamente, se realizaron otras inoculaciones a los 20 y 30 días (6 mL/planta y 12 mL/planta, respectivamente).
Diseño experimental y análisis estadístico. Se empleó un diseño experimental en bloques al azar con 30 tratamientos y cuatro réplicas. Se realizó un ANOVA (SAS, 1999-2000, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA). Las diferencias entre medias se hallaron mediante la dócima de comparación de Duncan. Se construyó un dendrograma mediante el método de Ward (distancia euclidiana al cuadrado) (StatGraphics Plus, versión 2.0, 1994-1996, Statistical Graphics Corporation). Se evaluaron las variables: peso seco aéreo (PSA), peso seco raíz (PSR), longitud del tallo (LT), peso seco espigas (PSE) y número de hijos (NH).
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RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Algunos tratamientos inoculados con cepas nativas y/o comerciales presentaron valores estadísticamente superiores al control absoluto (tabla 2). En la variable longitud del tallo los tratamientos inoculados con las cepas nativas (excepto CAC11 y MSDJ 865) y los inoculados con las cepas comerciales USDA 191, ATCC 10004, ATCC 10317 y 25B6, mostraron resultados estadísticamente superiores al control absoluto (P<0,05).
En la variable peso seco raíz, excepto en los tratamientos inoculados con CA6, CAC11, CAC13, CAC17a, ATCC 10317 y USDA 76, los valores fueron superiores al control absoluto; mientras que en el resto de las variables los tratamientos superiores a éste fueron los siguientes: 61B7 (en peso seco aéreo); CAC9, CAC11, CAC14 y ATCC 14480 (en peso seco espigas); y CAC11 y 61B7 en NH. En este sentido, Sabry et al. (1997) plantearon que la inoculación de trigo con bacterias dinitrofijadoras endofíticas incrementó el peso seco y el contenido de nitrógeno de las plantas, en comparación con el control no inoculado. La inoculación de cebada con la cepa PECA21 de Mesorhizobium mediterraneum, incrementó significativamente el rendimiento de materia seca y el contenido de macroelementos en la planta (Peix, Rivas-Boyero, Mateos, Rodríguez-Barrueco, Martínez-Molina y Velazquez, 2001).
En las variables peso seco raíz, longitud del tallo y peso seco espigas se observó que casi todos los tratamientos inoculados fueron estadísticamente superiores al control fertilizado, o al menos tenían letras comunes con éste (en peso seco aéreo). Existen antecedentes del aumento de la biomasa aérea y el número de hijos en trigo al ser inoculado con cepas de Azorhizobium caulinodans en condiciones semicontroladas (Slaski, Anyia, Archambault, Bécquer y Salas, 2005). Según Biswas, Ladha y Dazzo (2000), los inoculantes rizobianos pueden inducir una mayor cantidad de pelos radiculares y raíces laterales, lo que favorece una mayor extracción de nutrientes.
Sin embargo, en el número de hijos sólo los tratamientos inoculados con CAC11, 61B7 y ATCC 10004 fueron iguales o superiores estadísticamente al fertilizado. Es de destacar que en estas variables existieron tratamientos que no difirieron del control fertilizado ni del control absoluto. Otros tratamientos difirieron del control absoluto pero no del fertilizado, tales como: CAC1 y 61B7 (en peso seco aéreo); CAC9, CAC11, CAC14 y ATCC 14480 (en peso seco espigas); CAC1, CAC2, CAC3, CAC4, CAC5, CAC7, CAC8, CAC9, CAC10, CAC16, CAC17, 61B7, 25B6, NITRAGIN, ORS571, ATCC 14480, ATCC 10317, ATCC 9930 y USDA 191(en peso seco raíz); y CAC11 y 61B7 (en número de hijos). En el caso de la longitud del tallo, la mayoría de los tratamientos (excepto CAC11, CAC14, MSDJ 865 y USDA 110) no difirieron del control fertilizado.
Estos resultados parecen confirmar los hallados en los estudios anteriores, los que indicaron que los rizobios pueden promover el crecimiento vegetal en los cereales, posiblemente a través de los mecanismos que comprenden más los cambios en la fisiología de crecimiento y la morfología radicular que la fijación biológica del nitrógeno.
En el dendrograma (fig. 1), construido sobre las variables estudiadas, se detectaron conglomerados que agruparon tratamientos sobresalientes del resto por su superioridad estadística (P<0,05) y, por consiguiente, se seleccionaron para futuros ensayos de campo (grupo 1: CAC11 y 61B7; grupo 2: USDA 191, ATCC 14480, CAC9, CAC5, ATCC 9930, 25B6, CAC16 y CAC4).
De acuerdo con los resultados, se concluye que hubo un incremento significativo en todas las variables en los tratamientos inoculados con las cepas nativas y las cepas comerciales de rizobio, al compararlos con el testigo absoluto. En peso seco aéreo, peso seco espigas y peso seco raíz la mayor parte de los tratamientos no difirió del control fertilizado. En la longitud del tallo existieron 17 tratamientos superiores estadísticamente respecto al control. Se seleccionaron 10 cepas para futuros ensayos de campo. Los tratamientos seleccionados en el dendrograma constituyeron el 31% para las cepas nativas y el 42% para las comerciales.
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Recomendaciones
Efectuar ensayos de campo con las cepas seleccionadas inoculadas en los cereales de interés económico para Cuba; realizar ensayos donde se inoculen diferentes genotipos de cereales para seleccionar los tratamientos de mejor interacción genotipo vegetal-cepa de rizobio; y estudiar las bases bioquímico-fisiológicas del efecto de los rizobios en la planta.
Agradecimientos
El financiamiento, así como las instalaciones, equipos y materiales utilizados para este trabajo, fueron provistos por Alberta Research Council (Vegreville, Alberta, Canadá), a través de un proyecto de colaboración con la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Sancti Spíritus, Cuba. Los autores agradecen profundamente a todos los funcionarios de esta Institución canadiense, especialmente al Dr. Daniel Archambault y al Dr. Jan Slaski, quienes se esforzaron en hacer realidad este proyecto.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ]]>
1. Biswas, J.C.; Ladha, J.K. & Dazzo, F.B. 2000. Rhizobia inoculation improves nutrient uptake and growth of lowland rice. Soil Sc. Soc. of America J. 64:1644
2. Dakora, F.D. 2003. Defining new roles for plant and rhizobial molecules in sole and mixed plant cultures involving symbiotic legumes. New Phytol. 1558:39
3. Okon, Y. & Kapulnik, Y. 1986. Development and functions of Azospirillum-inoculated roots. Plant Soil. 90:3
4. Peix, A.; Rivas-Boyero, A.A.; Mateos, P.F.; Rodríguez-Barrueco, C.; Martínez-Molina, E. & Velazquez, E. 2001. Growth promotion of chickpea and barley by a phosphate solubilizing strain of Mesorhizobium mediterraneum under growth chamber conditions. Soil Biol. Biochem. 33:103
5. Phillips, D.A. & Torrey, J.G. 1970. Cytokinin production by Rhizobium japonicum. Physiol. Plant. 23:1057
6. Sabry, S.R.S.; Saleh, S.A.; Batchelor, Caroline; Jones, J.; Jotham, J.; Webster, G.; Kothari, S.L.; Davey, M.R. & Cocking, E.C. 1997. Endophytic establishment of Azorhizobium caulinodans in wheat. Proc. R. Soc. Lond. B. 264:341
7. Saubidet, M.I.; Fatta, N. & Barneix, A.J. 2000. The effects of inoculation with Azospirillum brasilense on growth and nitrogen utilization by wheat plants. Plant Soil. 245:215
8. Slaski, J.J.; Anyia, A.O.; Archambault, D.J.; Bécquer, C.J. & Salas, Beatriz. 2005. Diazothroph Azorhizobium caulinodans promotes growth of the Canadian wheat cultivars. Proceedings of the VI International Workshop on Collection and Evaluation of Plant Genetic Resources. Sancti Spiritus, Cuba. p. 150
9. Somasegaran, P. & Hoben, H.J. 1994. Handbook for rhizobia. Springer-Verlag, New York. 450 p. ]]>
10. Van Berkum, P. & Bohlool, B.B. 1980. Evaluation of nitrogen fixation by bacteria in association with roots of tropical grasses. Microbiol. Rev. 44:49111. Webster, G.; Gough, C.; Vasse, J.; Batchelor, C.A.; Callaghan, K.J.O.; Kothari, S.L.; Davey, M.R.; Dénarie, J. & Cocking, E.C. 1997. Interactions of rhizobia with rice and wheat. Plant and Soil. 194:115
12. Zavalin, A.A.; Kandaurova, T.M. & Vinogradova, L.V. 1998. 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 21st Century. (C. Elmerich, A. Kondorosi and W.E. Newton, Eds.). Kluwer Academic Publishers. Dordrecht, The Netherlands. p. 413
Recibido el 5 de diciembre del 2006
Aceptado el 31 de enero del 2007
