Aplicación de biofertilizantes para la producción sostenible de lechuga y sus efectos en el sistema suelo-planta
- Autores: Josef Kohler
- Directores de la Tesis: Antonio Roldán Garrigós (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Murcia ( España ) en 2008
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Miguel Barea Navarro (presid.), Pilar Torres Martinez (secret.), Rosario Azcón González de Aguilar (voc.), Heribert Insam (voc.), José Antonio Pascual Valero (voc.)
- Materias:
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- Resumen
La inoculación con microorganismos beneficiosos a modo de biofertilizantes en agroecosistemas puede ser una alternativa al uso tradicional de fertilizantes inorgánicos, sobre todo en un contexto actual de fomento de la agricultura sostenible. Los biofertilizantes presentan numerosas ventajas sobre los productos químicos convencionales para usos agrícolas: 1) Los formulados microbiológicos están considerados más seguros que los productos químicos. 2) Los microbios no se acumulan en la cadena trófica. 3) No entran sustancias tóxicas a la cadena trófica en contraste con muchos pesticidas químicos. 4) La replicación de los microorganismos en el ecosistema ahorra aplicaciones repetidas. 5) Cuando se utilizan como agentes de biocontrol los organismos objeto de ataque pocas veces desarrollan resistencia, como sucede con los pesticidas químicos. 6) Los agentes de biocontrol no se considera que puedan dañar procesos ecológicos y medioambientales. El objetivo principal de este trabajo consistió en la optimización del uso de inoculantes microbianos basados en micorrizas y bacterias promotoras del crecimiento, y la determinación de sus efectos sobre el desarrollo de plantas de Lactuca sativa y sobre los cambios en las propiedades edáficas relacionadas con la calidad y sostenibilidad del agroecosistema. Los objetivos específicos fueron: i) Determinar si la combinación de diferentes inoculantes microbianos puede producir efectos sinérgicos con respecto al desarrollo de las plantas. ii) Evaluar y cuantificar la eficacia del tipo de inóculo sobre el crecimiento y desarrollo de plantas de lechuga, así como sobre las propiedades del suelo en condiciones de campo. iii) Evaluar la eficacia de los inoculantes microbianos sobre la resistencia de las plantas frente al estrés hídrico y salino, ambos factores cruciales que limitan el crecimiento de las plantas; y con especial incidencia en la producción de hortalizas, mediante la respuesta de diversos mecanismos bioquímicos de la planta. iv) Analizar el impacto de la inoculación microbiana bajo condiciones de CO2 elevado y déficit hídrico sobre la diversidad estructural y funcional de las poblaciones nativas de hongos y bacterias, y su relación tanto con la respuesta fisiológica de la planta como con las propiedades estructurales y disponibilidad de nutrientes del suelo. Se llevaron a cabo varios experimentos en mesocosmos y en condiciones de campo utilizando un suelo estandarizado ye Lactuca sativa como planta modelo. Como inoculantes microbianos se ensayaron diversas cepas de bacterias PGPR, hifomicetos saprófitos y hongos AM. Para los ensayos de estreses abióticos, como estrés hídrico y estrés salino, se inocularon plantas de lechugas con PGPR y hongos AM en condiciones controladas. Se analizaron la respuesta fisiológica de las plantas en condiciones de estrés así como las modificaciones estructurales y fisicoquímicas del suelo. Al final de cada ciclo de producción se cosechó las plantas y se determinaron los parámetros indicativos de las diferencias en crecimiento y en el estado nutricional de la planta, así como la presencia y actividad de propágulos endomicorrícicos. En los ensayos de estrés se determinaron además indicadores de estrés y parámetros fisiológicos de la planta. En el suelo se estudiaron propiedades físicas, físico-químicas, químicas y biológicas. Finalmente llevamos a cabo un experimento adicional en cámaras ambientalmente controladas con el objetivo principal de determinar los efectos individuales y combinados de un pCO2 elevado y estrés hídrico en L. sativa y la capacidad del hongo micorrícico G. intraradices y de la PGPR P. mendocina de aliviar el daño oxidativo producido bajo estrés hídrico en plantas de lechuga; y en un segundo paso de evaluar el efecto de pCO2 elevado y estrés hídrico sobre algunas propiedades relevantes del suelo y en las comunidades microbianas de un suelo agrícola mediterráneo. Además se evaluaron los cambios inducidos sobre las poblaciones de hongos, bacterias y Pseudomonas como efecto de la exposición a un pCO2 elevado y estrés hídrico en el intervalo de tiempo relativamente corto que condiciona el ciclo de producción de las plantas de L. sativa. Las cepas de PGPR y los hongos AM ensayados fueron capaces de promover el crecimiento y el estado nutricional de las plantas de L. sativa; también mejoraron la estabilidad estructural del suelo tanto en condiciones de mesocosmos como en condiciones de campo. Bajo condiciones de invernadero no hubo efectos sinérgicos de las distintas cepas de PGPR en el crecimiento de la planta. Como las cepas utilizadas en nuestros ensayos eran del mismo genero Pseudomonas, o incluso de la misma especie, podemos hipotetizar que comparten el mismo nicho ecológico, lo que conduce a una competencia entre las cepas. En cambio, sí se constataron efectos sinérgicos de los tratamientos combinados de hongos AM y PGPR en el crecimiento de la planta. La contribución de la simbiosis AM al estado nutricional de la planta puede ser potenciada por la presencia de rizobacterias. El incremento de la biomasa microbiana y de las actividades enzimáticas sugiere que la proliferación de la microflora introducido y/o nativa podría haber contribuido en el crecimiento de planta. No obstante, el nivel de la infección radical con hongos micorrícicos no estuvo relacionado con la capacidad de los tratamientos co-inoculados para incrementar el crecimiento de la planta. La inoculación con un hifomiceto saprofito (Aspergillus niger) tuvo un efecto positivo en el crecimiento de la planta mejorando la calidad biológica del suelo, aunque no influyó en el estado nutricional de L. sativa, ya que no se encontró ningún efecto significativo sobre el contenido de fósforo foliar de la planta. La contribución de la simbiosis micorrícica al estado nutricional de la planta puede ser incrementada por la presencia de rizobacterias en condiciones de campo. La inoculación microbiana (hongo AM o PGPR) fue efectiva para incrementar el estado nutricional de las plantas y la estabilidad estructural del suelo. La mayor eficacia de los hongos AM en el incremento de la estabilidad de agregados está basada en la proliferación de los hongos AM y en la secreción de polisacáridos. En este ensayo, aportamos la primera evidencia del efecto beneficioso de una rizobacteria promotora de crecimiento de planta en la estabilización de agregados del suelo, que fue posible a causa de la proliferación de la misma rizobacteria o de otros microorganismos en el suelo rizosférico. La sola aplicación de fertilizante inorgánico no incrementó la estabilidad de agregados. Respecto al experimento de L. sativa sometida a estrés hídrico con el objetivo de evaluar el uso potencial de una PGPR o de un hongo AM como inoculante para aliviar el daño oxidativo producido bajo estrés hídrico y evaluar los efectos sobre las propiedades del suelo, concluimos: La inoculación con una PGPR tuvo un efecto positivo en el metabolismo de oxigeno reactivo de plantas de lechuga, estimulando las actividades de enzimas antioxidantes e incrementando la acumulación de prolina y los niveles de la actividad de fosfatasa acida bajo estrés hídrico severo. En este estudio, aportamos la primera evidencia de la contribución de una PGPR en el desarrollo de mecanismos para aliviar el daño oxidativo producido en plantas bajo condiciones de escasez de agua. La presencia de PGPR no tuvo un efecto aditivo en la capacidad de los hongos AM para incrementar la tolerancia de la planta frente al estrés provocado por la sequía. Desde el punto de vista edafológico concluimos que una inoculación microbiana, con una cepa PGPR y/o un hongo AM, tuvo efectos positivos significativos sobre las propiedades del suelo y sobre la actividad microbiana bajo condiciones hídricas óptimas. Bajo condiciones de estrés, los efectos positivos continuaron siendo patentes sobre las actividades enzimáticas del suelo, pero otros parámetros relacionados con el estado de agregación del suelo, como los niveles de proteínas relacionadas con la glomalina, o las concentraciones de carbohidratos, sólo se vieron incrementados por por la inoculación con hongos micorrícicos. Los niveles de nutrientes del suelo generalmente se incrementaron con los tratamientos microbianos en ausencia de estrés hídrico, pero bajaron o se mantuvieron en general bajo déficit hídrico. En el experimento con estrés salino en plantas de lechuga, todos los tratamientos microbianos resultaron efectivos con respecto a aliviar el efecto negativo de la salinidad sobre el crecimiento de lechuga. Ambos hongos AM tuvieron una influencia positiva sobre las propiedades del suelo, pero solamente pudieron incrementar la tolerancia de la planta frente a la salinidad bajo estrés salino moderado. En comparación, las PGPR inoculadas incrementaron la tolerancia frente a la salinidad incluso en condiciones de estrés salino severo. La co-inoculación con PGPR y hongos AM no tuvo un efecto aditivo sobre el crecimiento de la planta. En contraste, respecto a las propiedades del suelo bajo estrés salino, la combinación de hongos AM y PGPR resultó más efectiva que las aplicaciones por separado. Por este motivo concluimos que, en ambos casos, los mecanismos implicados estuvieron estrechamente relacionados con un incremento en la absorción de agua y una restricción en la captación de Na+. La protección de las plantas micorrizadas frente al estrés salino moderado estuvo también relacionada con el efecto que tuvieron los endófitos inoculados incrementando la absorción de P. La inducción de actividades enzimáticas antioxidantes estuvo involucrada en la capacidad de la cepa PGPR para incrementar la tolerancia de lechuga crecida bajo estrés salino severo. Por lo tanto, la inoculación con hongos AM y PGPR seleccionadas se revela como una herramienta útil para aliviar el estrés salino en plantas sensibles a este estrés abiótico. Ambos inoculaciónes microbianos atenuaron el efecto negativo del estrés hídrico en plantas de lechuga, sobre todo bajo un pCO2 elevado. Este efecto de la cepa PGPR es, a nuestro saber, la primera vez que se constata experimentalmente. Concluimos que una inoculación con ambos hongos AM y PGPR pueden incrementar la actividad microbiana y la estructura del suelo bajo distintos estreses abióticos, como pCO2 elevado o estrés hídrico. El descenso de fracciones lábiles de carbono bajo pCO2 elevado nos conduce a la conclusión de que las fracciones lábiles de carbono están determinadas por la presencia de exudados radicales, los cuales estuvieron claramente influidos por la acción de las PGPR. Por lo tanto, una inoculación con cepas PGPR podría aliviar distintos estreses abióticos como pCO2 elevado o sequía. Un pCO2 elevado causó un cambio en la estructura de la comunidad microbiana pero no incrementó la diversidad microbiana en el intervalo del ciclo de producción de la lechuga. El estrés hídrico provocó cambios en la estructura de las comunidades bacterianas y fúngicas, pero no modificó apreciablemente la diversidad funcional del suelo; de este hecho se infiere que existen microorganismos claves en el suelo que son resistentes a la sequía y mantienen las funciones claves en el ecosistema. Las inoculaciones con PGPR y hongos MA tuvieron un efecto sobre algunas actividades enzimáticas, pero no en la estructura de las comunidades microbianas, lo que indica que la comunidad microbiana nativa es muy estable frente a inoculaciones con microorganismos alóctonos. Tanto las cepas de PGPR como los hongos MA ensayados tuvieron efectos promotores del crecimiento de la planta e indujeron mejoras en la estructura y calidad del suelo. Con esta premisa está sobradamente justificada su idoneidad para su utilización en agricultura ecológica e integrada. No hay indicios de que estas aplicaciones produzcan una modificación significativa de las comunidades microbianas nativas, lo que subraya el carácter de sostenibilidad para su aplicación en el agroecosistema.
