Santillana Nery1, Zúñiga Doris2, Arellano Consuelo2
1Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga. Portal Independencia Nº 57, Ayacucho, Perú. Correo electrónico: nerysantillana@yahoo.es
2Universidad Nacional Agraria La Molina. Avenida La Molina s/n. La Molina Lima, Perú .
Recibido: 24/5/12 Aceptado: 28/8/12
Resumen
La agricultura sustentable plantea mejorar la eficiencia de la fijación del nitrógeno mediante el uso de plantas (leguminosas) y bacterias (rizobio) competitivas, capaces de ser usadas en biofertilizaciónn, biorremediación y fitorremediación y de esta manera extender las ventajas de la simbiosis a otros cultivos. En tal sentido, las investigaciones se han orientado al estudio del rizobio como promotor del crecimiento de plantas leguminosas y no leguminosas, proceso conocido como capacidad PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria). El presente estudio se ejecutó con el objetivo de evaluar 19 cepas de Rhizobium leguminosarum y Rhizobium etli, considerando su capacidad promotora de crecimiento en cebada (Hordeum vulgare) y su potencial antagónico con Alternaria solani y Fusarium sp. La evaluación de la capacidad promotora se realizó en condiciones de invernadero y el potencial antagónico in vitro. El 89% de las cepas de Rhizobium evaluadas estimuló el crecimiento de las plantas de cebada, incrementando la materia seca total entre 8 a 37%. Se observó que el 63% de las cepas de rizobio mostraron potencial antagónico con A. solani y el 84% con Fusarium sp., con porcentajes de inhibición hasta de 49% y de 43% respectivamente. Se verificó que algunas cepas de R. leguminosarum y R. etli pueden promover el crecimiento de plantas de cebada y controlar hongos fitopatógenos como A. solani y Fusarium sp. en condiciones in vitro.
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Palabras clave: RHIZOBIUM, CAPACIDAD PGP, HORDEUM VULGARE, POTENCIAL ANTAGÓNICO, HONGOS FITOPATÓGENOS
Summary
Growth Promoting Capacity in Barley (Hordeum vulgare) and Antagonistic Potential of Rhizobium leguminosarum and Rhizobium Etli
]]>Sustainable agriculture intends to improve nitrogen fixation efficiency through the use of competitive plants (legumes) and bacteria (rhizobia), capable of being used in biofertilization, bioremediation and phytoremediation, thereby extending the advantages of symbiosis to other crops. In that sense, research has been focused on the study of rhizobia able to promote the growth of legumes and non legumes through different mechanisms, a process known as PGP (Plant Growth Promoting) capacity. The goal of this work was to evaluate the ability of 19 Rhizobium leguminosarun and Rhizobium etli strains to promote the growth of barley plants (Hordeum vulgare) and to antagonize Alternaria solani and Fusarium sp growth. The capacity to promote plant growth was evaluated in green house conditions while antagonistic activity assays were performed in vitro. Eighty nine percent of the Rhizobium strains tested stimulated the growth of barley plants, increasing the total dry matter between 8 to 37%. Sixty three percent of the rhizobial strains showed antagonistic capacity towards A. solani and 84% towards Fusarium sp. being the growth inhibition of 49% and 43% respectively. In this work we demonstrate that some R. leguminosarum and R. etli strains can promote the growth of barley plants and control the phytopathogenic fungi Fusarium sp. and A. solani in vitro conditions.
Key words: RHIZOBIUM, PGP CAPACITY, HORDEUM VULGARE, ANTAGONISTIC POTENTIAL, PHYTOPATHOGENIC FUNGI
Las bacterias conocidas como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal o PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria), término propuesto por Kloepper et al. (1989), son aquellas bacterias que se localizan muy cerca o dentro de las raíces de las plantas y que tienen un efecto benéfico en el crecimiento de las mismas. En este grupo, se consideran también los rizobios.
Chen et al. (2004), Dey et al. (2004), Perrine et al. (2004), Mhadhbi et al. (2004), Mayak et al. (2004), Kumari et al. (2009) entre otros, han reportado la capacidad promotora del crecimiento de cepas de Rhizobium y Bradyrhizobium en plantas no leguminosas. Las asociaciones entre rizobios y plantas no leguminosas pueden mejorar el crecimiento de las plantas, aunque no se ha demostrado que sea mediante la fijación de nitrógeno, sino más bien debido a la producción de sideróforos, fitohormonas o solubilización de fosfatos (Fugita et al., 1992; McCully, 2001; Rosenblueth y Martínez-Romero, 2006).
Los rizobios son también capaces de inhibir el crecimiento de hongos por lo que pueden ser usados como agentes potenciales de biocontrol contra hongos fitopatógenos. El antagonismo microbiano se produce por la supresión del crecimiento saprofítico del patógeno de la planta, mediante la producción de compuestos antifúngicos o antibacterianos, producción de sideróforos, enzimas o competencia por nutrientes (Rosenblueth y Martínez-Romero, 2006). La conjunción de los diversos mecanismos de acción ha dado como resultado la promoción evidente de crecimiento en plantas, observando un incremento en emergencia, vigor y peso de plántulas, mayor desarrollo del sistema radicular e incrementos en la producción de cultivos de interés comercial (Antoun et al., 1998; Aysan y Demir, 2009; Mourad et al., 2009).
]]>Este estudio se realizó con el objetivo de evaluar 19 cepas de Rhizobium considerando su capacidad promotora del crecimiento en plantas de cebada (Hordeum vulgare) y su potencial antagónico con Alternaria solani y Fusarium sp.
Materiales y métodos
Origen e identificación de cepas de Rhizobium
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Las cepas de Rhizobium utilizadas en la presente investigación fueron aisladas de diferentes lugares geográficos de Perú (Cuadro 1), a partir de leguminosas introducidas como Vicia faba L. y Pisum sativum macrocarpum.
Dichas cepas fueron identificadas mediante técnicas moleculares en el laboratorio de Microbiología y Genética de la Universidad de Salamanca, España (Santillana et al., 2008).
Efecto de Rhizobium en el crecimiento de plantas de cebada (Hordeum vulgare)
Las semillas se desinfectaron con hipoclorito de sodio al 2,5% y se enjuagaron con agua destilada esterilizada. La inoculación consistió en sumergir las semillas desinfectadas, durante 30 minutos, en cultivos de las diferentes cepas de Rhizobium. Dichos cultivos presentaban concentraciones celulares de 1 a 2 x 108 ufc.mL-1. La siembra se realizó utilizando dos semillas por macetero.
El diseño utilizado fue completamente al azar con 21 tratamientos: 19 cepas, un control sin inocular y un control con fertilización química (80-80-0 de NPK, se utilizó urea como fuente de N y superfosfato triple como fuente de P). Se consideraron tres repeticiones por tratamiento.
Al inicio de la espigazón (45 días después de la siembra), se procedió a la evaluación de la altura de la planta, peso de la materia seca de la parte aérea, peso de la materia seca de la raíz, peso de la materia seca total de la planta.
Potencial Antagónico de cepas de Rhizobium con A. solani y Fusarium sp.
Las cepas de Rhizobium fueron enfrentadas a A. solani y Fusarium sp., hongos fitopatógenos procedentes del Laboratorio de Fitopatología de la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga, Ayacucho, Perú. Se utilizó la técnica del cultivo dual, que consiste en sembrar ambos microorganismos (bacteria y hongo) en una misma placa de Petri con medio Agar Papa Dextrosa. La bacteria se sembró en un extremo de la placa, mediante el método de estriado, y el hongo en el extremo opuesto, utilizando un disco de agar de 5 mm de diámetro con micelio del hongo a evaluarse (Carr, 2004). Para los controles se sembraron sólo los hongos. Se utilizaron dos repeticiones por tratamiento. Las placas sembradas se incubaron a 28 °C durante 15 días.
Se realizó el análisis de varianza y la prueba de significación de Duncan (P<0,05) para observar las diferencias entre tratamientos.
Resultados
Efecto de la inoculación de Rhizobium en el crecimiento de plantas de cebada (H. Vulgare)
]]>En las variables altura, materia seca de la parte aérea y materia seca total no se observaron diferencias significativas entre los tratamientos evaluados (Cuadro 2), sin embargo, al determinar el índice de efectividad de la inoculación (IEI) de la altura de las plantas inoculadas con las cepas PEVF01, PEVF02, PEVF04, PEVF05, PEVF06, PEPSM13, PEPSM14, PEPSM16, PEPSM18 y PEPSM19, se observaron incrementos entre 1 a 18%. Asimismo, se observó que todas las cepas, excepto la cepa PEPSM17, incrementaron la materia seca de la parte aérea y la materia seca total, entre 6 a 33% y entre 8 y 37% respectivamente, mientras que la fertilización química (80-80-00 de NPK) presentó incrementos de 36% y 37%.
En la variable materia seca de la raíz, todas las cepas presentaron incrementos entre 12 a 64% con excepción de la cepa PEVF04. Las cepas PEVF02, PEVF03, PEVF05, PEVF06, PEVF08 y PEPSM14 superaron con diferencias estadísticas al control, dichas cepas permitieron incrementos entre 50 y 64%; superando al control con fertilización química, que incrementó sólo 38%.
Potencial Antagónico de cepas de Rhizobium con A. Solani
Mediante la prueba de significación de Duncan (P<0,05) (Cuadro 3), las cepas de Rhizobium PEVF01, PEVF09, PEPSM12, PEPSM15 y PEPSM16 presentaron diferencias significativas frente al control. Dichas cepas inhibieron el crecimiento de A. solani entre 31 y 49 %. Las cepas PEVF02, PEVF03, PEVF05, PEVF08, PEVF10, PEPSM 13 y PEPSM 19 inhibieron el crecimiento fúngico entre 5 y 12 %, sin presentar diferencias significativas con el control.
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Potencial Antagónico de cepas de Rhizobium con Fusarium sp
La prueba de significación de Duncan (P<0,05) (Cuadro 3) indicó que las cepas de Rhizobium PEVF02, PEVF03, PEVF05, PEVF07, PEVF08, PEVF11, PEPSM12, PEPSM14, PEPSM15, PEPSM17 y PEPSM18 presentaron diferencias significativas frente al control, dichas cepas inhibieron el crecimiento de Fusarium sp. entre 28 y 43%. Las cepas PEVF01, PEVF04, PEVF06, PEVF09 y PEPSM16 inhibieron el crecimiento solo entre 7 y 14%.
Discusión
El 89% de las cepas de Rhizobium evaluadas estimularon el crecimiento de las plantas de cebada con incrementos de la parte aérea entre 6 a 33%, al respecto, autores como Antoun y Prévost (2000) indican incrementos de 7, 8 y 6% en plantas de maíz, trigo y cebada respectivamente. Numerosos estudios realizados por Spencer et al. (1994), Chabot et al. (1996), Noel et al. (1996), Reddy et al. (1997), Schloter et al. (1997), Yanni et al. (1997), Antoun et al. (1998) han explorado también el uso del rizobio como promotores del crecimiento de plantas no leguminosas tales como trigo, maíz, arroz, patata, rábano y canola. La acción promotora de crecimiento de las cepas de rizobio en las plantas de cebada, posiblemente es debido a la habilidad de los rizobios para producir hormonas como el ácido indol acético, ácido giberélico y citoquininas, sustancias reguladoras del crecimiento de las plantas (Dey et al., 2004; Yanni et al., 2001; Perrine et al., 2004).
En las plantas de cebada (Cuadro 2) se observó mayor incremento de la materia seca de la raíz (12 a 64%) con relación a la materia seca de la parte aérea (6 a 33%), incrementos que también superaron a la fertilización química. Dichos resultados concuerdan con autores como Mayak et al. (2004) quienes hacen mención a la habilidad de las cepas de rizobios para producir ACC diaminasa, compuesto que reduce el nivel de etileno en las raíces de las plantas, incrementándose de esta manera la longitud y el crecimiento de las raíces. Mientras que Chabot et al. (1996), McCully (2001), Yanni et al. (2001), Perrine et al. (2004), Kumari et al. (2009) sostienen que las moléculas promotoras del crecimiento como el ácido indol acético, las giberelinas y las citoquininas producidas por los rizobios presentes ya sea en la rizósfera o en los tejidos de las plantas estimulan el mayor desarrollo de la raíz e incrementan la capacidad de absorción de nutrientes de la raíz en beneficio de la planta no leguminosa.
Distintas especies de rizobios se han encontrado como endófitos de diversas plantas no leguminosas como el algodón y el maíz dulce (McInroy y Kloepper, 1995), arroz asiático Oryza sativa (Yanni et al., 1997), maíz (Rosenblueth y Martínez-Romero, 2004), arroz africano Oryza breviligulata (Chaintreuil et al., 2000), cebada, trigo y canola (Lupwayi et al., 2004). Rizobios y otros microbios pueden penetrar las raíces de las especies no leguminosas a través de las grietas o por los puntos de la aparición lateral de la raíz y establecerse en el xilema y en los espacios intercelulares de las plantas (Spencer et al., 1994; Reddy et al., 1997; Yanni et al., 2001; Rosenblueth y Martínez- Romero, 2006).
]]>Los rizobios son también conocidos como agentes importantes de biocontrol en ecosistemas naturales y agrícolas (Tu, 1979, 1978; Aysan y Demir, 2009; Mourad et al., 2009).
En el presente estudio, se encontró que el 63% de las cepas de rizobio evaluadas inhibieron el crecimiento de A. solani entre 5 a 49%. El 84% de las cepas inhibieron el crecimiento de Fusarium sp. entre 7 y 43%. Al respecto, Antoun et al. (1998) encontraron 49 cepas de Sinorhizobium meliloti que inhibieron el crecimiento de F. oxysporum hasta en un 50%.
Las cepas PEVF01, PEVF02, PEVF03, PEVF05, PEVF08, PEVF09, PEPSM12, PEPSM15 y PEPSM16 fueron capaces de inhibir el crecimiento de ambos fitopatógenos. Resultados similares son reportados por Tu (1978, 1979) quien muestra evidencias de que una cepa de Rhizobium puede causar hasta una disminución del 75% de la esporulación de Phytophthora megasperma, el 65% de Pythium ultimum, el 47% de Fusarium oxysporum y el 35% de Ascochyta imperfect, resultados que sugieren que una sola cepa de Rhizobium puede tener un efecto represivo en la población del suelo de una amplia gama de patógenos. La eficiencia antagónica de la cepa de Rhizobium contra hongos fitopatógenos es generalmente mediada por uno o más mecanismos, como la producción de antibióticos, competición por nutrientes debido a la producción de sideróforos, bloqueo de sitios de entrada, acidificación del medio o activación de mecanismos de defensa del hospedero (Tu, 1979; Savoure et al., 1994; Aysan y Demir, 2009; Mourad et al., 2009).
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Conclusiones
Todas las cepas de Rhizobium evaluadas, excepto PEPSM17, incrementaron el crecimiento de las plantas de cebada entre 8 y 37%.
Las cepas PEVF01, PEVF02, PEVF03, PEVF05, PEVF08, PEVF09, PEVF10, PEPSM12, PEPSM13, PEPSM15, PEPSM16 y PEPSM19 inhibieron el crecimiento de A. solani, entre 5 a 49%.
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