Resumen de Análisis del valor agronómico de biofertilizantes basados en rizobios, en cultivos extensivos de cereal
- español
A día de hoy los científicos estudian el suelo como un ecosistema en el cual los microorganismos juegan un papel muy importante en las continuas transformaciones que se producen. Además recientes estudios han demostrado que dichos microorganismos pueden mejorar la absorción de nutrientes por las plantas e incrementar la eficiencia en el uso de los fertilizantes químicos. Dado que la nutrición vegetal depende de la capacidad del suelo para suministrar los elementos nutritivos en la forma, cantidad y momento adecuado a las exigencias del mismo, en muchas ocasiones cuando esta circunstancia no se cumple, se hace necesario el aporte de fertilizantes minerales. Con el fin de optimizar la producción de los cultivos agrícolas y de minimizar las pérdidas de fertilizantes al medio ambiente, en esta tesis se ha evaluado el efecto de la utilización de microorganismos rizosféricos junto con el fertilizante en cereales de invierno.
El objetivo de este trabajo fue analizar el valor agronómico de los biofertilizante alternativos en cultivos extensivos de cereal. La investigación se desarrolló de la siguiente manera: Se seleccionaron cuatro cepas a partir de una colección de Rhizobium leguminosarum autóctonos de Castilla y León, en base a sus efectos PGP específicos. Las formulaciones basadas en estas cepas se probaron primero a nivel de microcosmos y después en campo. Paralelamente se estudió el tipo de simbiosis que se establecía entre las raíces de la planta y el rizobio. Por último, se realizó un estudio del impacto ambiental y económico de las soluciones propuestas.
La selección de microorganismos a emplear en esta investigación se llevó a cabo por el nivel de expresión de propiedades de estimulación del crecimiento vegetal en condiciones in vitro, entre las cuales se evaluó la producción de ácido indolacético, la solubilización de fósforo mineral, la producción de sideróforos y la actividad ACC desaminasa, eligiéndose las cepas rizobianas B4, C4, A7 y D7. Los ensayos en microcosmos con las cepas seleccionadas, sobre plantas de trigo y de cebada, demostraron que los rizobios tiene un efecto promotor del crecimiento vegetal, ya que los tamientos inoculados presentaron siempre valores más elevados de peso fresco, peso seco, concentración de N en planta y contenido total de N en planta, en comparación con el control sin inocular. La cepa que mejores resultados presentó en peso seco de la parte aérea fue la A7, seleccionada por su actividad ACC desaminasa, y la que proporcionó valores más altos de concentración de nitrógeno fue la C4, seleccionada por producir IAA. En este ensayo también se observó que los mejores resultados se obtuvieron a dosis intermedias de microorganismos.
En conjunto, los resultados de los ensayos realizados en campo corroboraron los obtenidos en microcosmos, de manera que los tratamientos con rizobios mejoraron la producción de biomasa aérea y el rendimiento de grano en trigo y en cebada.
Además se analizó el tipo de simbiosis que se produce entre las raíces de cebada y el rizobio seleccionado, por técnicas de microscopía utilizando la GFP o proteína verde fluorescente para marcar el rizobio. Se ha demostrado que en los primeros estadíos de desarrollo de las plántulas de cebada la colonización por Rhizobium leguminosarun se estableció a nivel rizosférico.
Finalmente se ha realizado un análisis económico, en el cual se ha evaluado la repercusión de la utilización de los rizobios en la economía a nivel del agricultor, junto con una evaluación ambiental. La utilización de rizobios mejora los resultados económicos del agricultor, con un incremento del margen bruto entre 63 y 127 €/ha. Además hay una ligera reducción de la huella de carbono de la producción agraria.
- English
In the present times, the scientist focus the study of the soil ecosystem in the transformations and interactions leaded by the microorganisms. Moreover, recent studies have shown that such microorganisms can improve the nutrients absorption by plants, and therefore they enhance the fertilizers use efficiency. As efficient plant nutrition depends on the capacity of soil to supply nutrients in the form and quantity required by the crops, whenever the soil cannot efficiently provide the nutrients to the crop, an external application of mineral fertilizers is needed. In this research, we have analyzed the use of biofertilizers based in rhizosphere microorganisms, along with conventional fertilizers in winter cereals, in order to optimize the production of crops and minimize losses of fertilizer to the environment.
The aim of this study was to analyze the agronomic value of the designed biofertilizers in extensive cereal crops. The research plan was the following: Four strains were selected from a Rhizobium leguminosarum strains collection, isolated from soils located in Castilla and León. The criteria for selection was the degree of expression of several Plant Growth Promoting activities, analyzed in vitro. Formulations with such strains were tested firstly in microcosm and thereafter in field. At the same time, we analyzed if the symbiosis between the root plant and the bacteria was established at the rizospheric or endophytic level. Finally, we studied the economic and environmental impact of the designed biofertilizers.
The selection of microorganisms was based on the following Plant Growth Promoting (PGP) activities, evaluated in vitro: indoleacetic acid production, solubilization of mineral phosphorus, siderophore production and ACC deaminase activity. Four strains namely B4, C4, A7 and D7 were selected. The microcosm tests in wheat and barley plants, using the selected strains as inoculants, showed a plant growth promotion effect of the inoculation in the plants, because the inoculated treatments produced higher fresh and dry aerial biomass (weight), and also higher N concentration and total N content in the aerial biomass, compared to a non-inoculated control. The highest dry aerial biomass was produced by the strain A7, which was selected on the basis of its ACC deaminase activity, and the higher N concentration was produced by C4, selected for the level of IAA production. The same trial revealed that the best result were obtained with intermediate microorganisms dose.
As a whole, the field trials confirmed the microcosm results, demonstrating that treatments inoculated with rhizobia improved the aerial biomass production and the crop yield, in wheat and barley crops.
Moreover the symbiotic relation between the rhizobia strains and the barley root was elucidated using microscopy techniques with rhizobia marked with the green fluorescent protein GFP. We arrived to the conclusion that the colonization of barley roots by Rhizobium leguminosarum was established at the rhizosphere level.
Finally, the economic and environmental analysis showed that the biofertilization of cereals with rhizobia improved the gross margin of the farmer between 63 and 127 € per ha. Moreover, there is a slight reduction of the carbon footprint in the global process of cereal production
