26. MICROORGANISMOS DIAZOTRÓFICOS Y SU CONTRIBUCIÓN...

CENTRO BIOTECNOLOGÍA CENTRO BIOTECNOLOGÍA

Centro de biotecnología: E-mail: [email protected] 23Centro de biotecnología: Dir.: “La Argelia” - PBX: 072547252; Loja, Ecuador22

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MICROORGANISMOS DIAZOTRÓFICOS Y SU CONTRIBUCIÓN A LA FIJACIÓN BIOLÓGICA DEL NITRÓGENO

Klever Iván Granda Mora1, Santiago Erazo Sotomayor1

1. Centro de Biotecnología, Universidad Nacional de Loja, Ciudad Universitaria Guillermo Falconí Espinosa “La Argelia” - PBX: 072547252 - Casilla Letra “S” E-mail: [email protected]____________________________________________________________________________

RESUMEN

El énfasis de la comunidad internacional en el desarrollo ambiental sostenible, parece centrar su atención en el papel potencial de la fijación biológica del nitrógeno (FBN), al suministrar nitrógeno para la agricultura con el fin de contrarrestar el indiscriminado empleo de fertilizantes nitrogena-dos. En la presente revisión exploramos los microorganismos beneficiosos fijadores de nitrógeno (N) asociados a las plantas, que pueden tener una gran influencia en el crecimiento y desarrollo de las mismas, al contribuir al balance del ciclo del nitrógeno (N), aumentando la absorción de los nutrientes y promoviendo su crecimiento, en esta revisión hacemos énfasis en la interacción Rhizobium-leguminosa su asociación y simbiosis con leguminosas de importancia agronómica y su aporte en el incremento de la sostenibilidad de los agro-ecosistemas y los rendimientos agrí-colas.

Palabras Claves: Fijación biológica del N, microorganismos, asociación, nutrientes, Rhizobium____________________________________________________________________________



ABSTRACT

The emphasis of the international community on sustainable environmental development seems to focus on the potential role of biological nitrogen fixation (BNF), to provide nitrogen for agricultu-re in order to counteract the indiscriminate use of nitrogenous fertilizers. In this review we explore the beneficial nitrogen-fixing microorganisms (N) associated ciated with plants, which can have a major influence on the growth and development of my-more, by contributing to the balance of the nitrogen cycle (N), increasing the absorption of nutrients and growth promoting, in this re-view we emphasize the Rhizobium-legume interaction and partnership symbiosis with legumes of agronomic importance and its contribution in increasing the sustainability of agro-ecosystems and agricultural yields.

Keywords: biological N fixation, microorganisms, association, nutrients, Rhizobium___________________________________________________________________________

N para las cosechas es esencial para equi-librar las entradas y salidas de nutrientes y por tanto para mantener o mejorar la fertilidad del suelo, para incrementar la productividad agrícola y a su vez, para evitar que los eco-sistemas naturales y los hábitats vírgenes se conviertan en tierras de cultivo (Beever et al., 2007). Sin embargo, esto ha traído como consecuencia el gran uso de fertilizantes ni-trogenados para reponer el N del suelo y para obtener los rendimientos deseados, una práctica que conlleva a altos costos y que produ-ce efectos severos al me-dio ambiente (Gustafson y Kreys, 2006). Los grandes incrementos de las produc-ciones de cereales en los países desarrollados entre 1959 y 1990 están directa-mente relacionados con el aumento de la aplicación de fertilizantes nitrogenados. Unido a los altos niveles de aplicación de estos fertilizantes se encuentra la emisión de óxido nitroso (N2O) a la atmós-fera, el deterioro de recursos no renovables, un desequilibrio en el ciclo global del N y la lixiviación del nitrato a las aguas subterráneas (Torres-Gutiérrez, 2008). El uso de N sintético en los últimos 40 años ha aumentado de 3.5 a 80 millones de toneladas, tanto en países desarrollados como en vías de desarrollo, in-crementándose sus costos de producción a más de 20 billones de USD anualmente (Bio-logical Nitrogen Fixation, 2001). En este pe-riodo, el ciclo global del N se ha visto afectado por el incremento irracional de la fijación de N mediante procesos industriales, es decir, me-diante la aplicación de fertilizantes nitrogena-dos; pero su impacto ambiental aún está por calcularse (Montañés et al., 2004).

Implicaciones de la liberación de N reacti-vo en los ecosistemas

La falta de N reactivo en los agro-ecosistemas lleva al descenso de la fertilidad de los sue-los, bajos rendimientos y escaso contenido

proteínico en las cosechas, reducción de la materia orgánica de los suelos, erosión y en casos extremos, la desertificación (Barbier y Bergeron, 2001). No obstante, existen nefas-tos problemas que pueden originarse con el exceso o la aplicación irracional de productos químicos nitrogenados. El exceso de NO3- en

los suelos comúnmente sue-le lixiviarse a los suministros de agua subterránea y agua potable, contaminando las fuentes fluviales. Aunque el llamado síndrome de niños cianóticos (enfermedad co-múnmente conocida como “niños azules”, causante de la metahemoglobinaemia), la misma que ha sido atri-buido recientemente a la contaminación bacteriana y no al exceso de NO3- en las aguas como originalmen-te se suponía (L’hirondel y L’hirondel, 2002).

Es ampliamente conocido que el exceso de NO3- en vegetales y ali-mentos causado por la irrigación con aguas contaminadas con NO3- está estrechamente relacionado con la aparición de cánceres in-testinales y gástricos (Leifert y Dorado, 2000). (Beever et al., 2007) han reportado que los nitratos en aguas superficiales aumentan la carga de N lo cual puede jugar un rol fun-damental en la eutrofización. Este proceso contribuye a la degradación de los recursos ecológicos creando grandes concentraciones de algas y organismos en las aguas superfi-ciales y su contaminación. En la atmósfera el oxido de N (NO2) de manera particular puede exacerbar varias enfermedades en los seres humanos, tales como asma y enfermedades cardiovasculares. En este medio, el incre-mento de las concentraciones de (N2O) con-tribuye sustancialmente al calentamiento glo-bal y consecuentemente a la salud humana (Graham y Vance, 2003).

Todos los ecosistemas emiten N2O y más de 50% de las emisiones globales son considera-dos como “naturales” (tierras bajo vegetación

INTRODUCCION

El suministro de nitrógeno (N) al suelo no es suficiente para compensar su creciente de-manda por las plantas y organismos vivos que habitan en este planeta, haciéndose ne-cesaria la aplicación de algún fertilizante ni-trogenado (Beever et al., 2007). Sin embargo, esta estrategia puede producir una creciente contaminación ambiental donde se ven afec-tados todos los factores actuantes, ya sean bióticos como abióticos (Urzua et al., 2001). El N es el principal factor nutricional que limita el crecimiento de plantas en los agroecosis-temas mundiales (Graham, 1988). Este ele-mento es un componente esencial en sustan-cias básicas para la vida, tales como ácidos nucleicos y la conformación de proteínas (Ha-rrison, 2003), por lo que el cultivo de plantas con capacidad para incorporar este elemento tanto a su metabolismo como para el ade-cuado comportamiento del ciclo del N en la biosfera es de vital importancia. Las plantas pertenecientes a la familia leguminosa (Fa-baceae) son unas de las máximas responsa-bles del equilibrio del N en los ecosistemas (Broughton et al., 2003). Estas son capaces de realizar el proceso de fijación biológica del N (FBN) mediante la estrecha relación con bacterias del suelo comúnmente conocidas como rizobios (Weir, 2006). En la presente revisión se abordan los princi-pales problemas causados por la aplicación indiscriminada de N sintético a los suelos, así como el aporte de los microorganismos dia-

zotróficos al ciclo de este vital elemento para el desarrollo y crecimiento de las plantas y a la FBN.

Impacto del nitrógeno (N) en los ecosiste-mas.

A partir de la década del 40, millones de tone-ladas de N sintético eran suministradas a las producciones agrícolas anualmente con el fin de aumentar sus rendimientos potenciales. La alta demanda de alimentos fue un factor determinante de tal incremento en la produc-ción y aplicación de fertilizantes nitrogenados. La “revolución verde” se convirtió en el pun-to sublime de la difusión de los mencionados fertilizantes, trayendo consigo el gasto incal-culable de fuentes de energía natural para su producción y los nefastos problemas que han ocasionado en la ecología y el equilibrio bioló-gico (Biological Nitrogen Fixation, 2001). Des-de 1972, con la fundación de la IFOAM (In-ternacional Federation of Organic Agriculture Movements), se estableció que la agricultura orgánica debía aumentar la fertilidad de los suelos, su actividad microbiana e incremen-tar el reciclaje de los nutrientes. En la década de los 90, los biofertilizantes se convirtieron en un punto común de investigación teniendo en cuenta los serios problemas ambientales causados con la aplicación irracional de los fertilizantes químicos (IFOAM, 2001), lo cual se ha mantenido hasta la actual década. La aplicación de fertilizantes que contienen

La aplicación de fertilizantes que contienen N (un elemen-to necesario en la composición de proteínas, ácidos, nucleicos y otros componentes celulares) para las cosechas es esencial para equilibrar las entradas y salidas de nutrientes y por tanto para mantener o mejorar la fer-tilidad del suelo, para aumentar la productividad agrícola y a su vez, para evitar que los ecosiste-mas naturales y los hábitats vír-genes se conviertan en tierras de cultivo.



natural, océanos, etc.). La agricultura justifica el 86% de las emisiones globales antropogé-nicas de N2O (USEPA, 2006). De las emisio-nes N2O agrícolas, 44% está relacionado a la administración y la aplicación de abono ani-mal; y 14% es asociado directamente con el uso de fertilizantes minerales (Mosier et al., 2004). Sin embargo, está claro que aumen-tando la aplicación de fertilizantes nitrogena-dos aumentará las emisiones de este potente gas invernadero por los procesos naturales de desnitrificación (Merino et al., 2001).Las proyecciones recientes indican que la demanda global de fertilizantes nitrogenados en el 2050 podrían estar entre 107 y 171 t de N (Beever et al., 2007). De acuerdo con los cuatro escenarios reportados por la Eva-luación del Ecosistema del Milenio (2005) así como otros investigadores, corroboran que el consumo global del fertilizante nitrogenado en el 2050 se prevé que esté entre 110 y 140 t de N (Heffer y Prud’homme, 2006). Estos in-crementos sin precedentes en la producción agrícola para satisfacer los niveles de insu-mos calóricos y proteicos para el abasteci-miento a la gran población mundial, propicia la búsqueda de nuevos métodos de producción agronómicamente y ecológicamente susten-tables. (Biological Nitrogen Fixation, 2001).

La fijación biológica del nitrógeno (FBN)

El N es un elemento necesario en la compo-sición de proteínas, ácidos nucleicos y otros componentes celulares, siendo así una mo-lécula esencial para el crecimiento de todos los organismos. En la atmósfera el N ocupa aproximadamente el 80%, existiendo en la forma N≡N; sin embargo, el N2, debido al tri-ple enlace entre los dos átomos de nitrógeno, que hace a la molécula casi inerte, no puede ser aprovechado por la mayoría de las formas vivientes, sino sólo por un pequeño grupo de microorganismos altamente especializados, que incluyen algas, bacterias y actinomicetos. Para ser utilizado en el crecimiento, este ele-mento debe ser primero reducido y luego “fija-do” (combinado) en la forma de iones amonio (NH4+) o nitrato (NO3-). El proceso a través del cual los microorganismos reducen el nitró-geno hasta una forma utilizable es conocido

como Fijación Biológica del Nitrógeno (FBN), este proceso puede ser llevado a cabo por los microorganismos de vida libre o en simbiosis con plantas. La FBN es una fuente eficiente de N, las entradas anuales de N en la tie-rra a partir de la FBN como se plantea por (Weir, 2006) oscilan entre 139 y 175 millones de toneladas de N, de este total cerca del 30 % (45 millones de toneladas de N) se lleva a cabo mediante interacciones asociativas planta-bacteria y con el pasto permanente, mientras mediante asociaciones simbióticas (Rhizobium-leguminosas), en terrenos ara-bles representa entre un 25 y un 30 % (entre 35 y 45 millones de toneladas de N). Aunque la exactitud de estas cifras puede ser cuestio-nada (Beever et al., 2007).

Los organismos que pueden fijar N, es decir, convertir el gas N2 estable en la atmosfera en una forma útil biológicamente, pertenecen to-dos ellos a un grupo biológico conocido como procariotas. Todos los organismos que redu-cen el N2 a NH4+ lo hacen con la ayuda de una enzima compleja, la nitrogenasa (Zahran, 1999). Un amplio espectro de microorganis-mos podría tener la capacidad de fijar N, sin embargo; solamente una proporción pequeña de las especies conocidas pueden hacerlo. Cerca de 87 especies en 2 géneros de ar-chaea, 38 géneros de bacterias y 20 géne-ros de cianobacterias han sido identificados como diazótrofos u organismos que pueden fijar el N2 atmosférico (Zahran y Afkar, 1995). La FBN resulta ser, entonces, una tecnología limpia de producción y una forma concreta de proteger el medio ambiente.

Interacciones asociativas diazotróficas. Contribución de las plantas no legumino-sas a la FBN.

El primer diazótrofo de vida libre fue reportado por Beijerinck en 1925 con el nombre de Spi-rillum lipoferum. Sin embargo, fue solamen-te cerca de medio siglo más tarde, después del descubrimiento de la asociación Azoto-bacter paspali-Paspalum notatum altamente específica y del descubrimiento de Spirillum lipoferum (ahora denominada Azospirillum) (Döbereiner et al., 1972), que los científicos

aumentaron su interés por las bacterias diazo-tróficas asociadas con plantas gramináceas. Debido al avance de los métodos de identi-ficación de microorganismos y a la biología molecular se ha reportado que varios géneros de bacterias son capaces de incluirse dentro de la denominacion de diazótrofos asociados íntimamente (endófitos) con las plantas, in-cluyendo entre otros generos; Acetobacter, Azoarcus, Azospirillum, Azotobacter (Gluco-nacetobacter), Beijerinckia, Burkholderia, En-terobacter, Herbaspirillum, Klebsiella, Paeni-bacillus y Pseudomonas (Dobbelaere, 2002).

Los esfuerzos para determinar las proporcio-nes de fijación del N en asociaciones natura-les con las plantas han producido una amplia gama de resultados. En los últimos 30 años muchos estudios de inoculaciones, unido a las mediciones de reducción de acetileno (ARA), el equilibrio del N y los experimentos de dilución del isótopo 15N, han sido realiza-dos con bacterias asociadas a las raíces para determinar si las bacterias proporcionan can-tidades significativas de N a las plantas culti-vadas (James, 2000). La contribución de las interacciones asociativas para la FBN global es una evidencia de la importancia económi-ca del cultivo de las plantas no leguminosas a nivel mundial; sin embargo, las respuestas de las cosechas variadas debido a limitaciones bióticas y abióticas (Roesch et al., 2006).

El arroz (Oryza sativa), el trigo (Triticum aesti-vum) y el maíz (Zea mays) son las tres fuentes principales de alimentación de la población mundial. En una cosecha el arroz consume alrededor de 16 o 17 kg de N para producir 1 t (Sahrawat, 2000). Una cosecha de trigo ne-cesita entre 26 y 28 kg de N para producir 1 t de grano (Angus, 2001). El maíz requiere de 9 a 11 kg de N para producir 1 t de biomasa (Anuar et al., 1995). La mayoría de los suelos carecen de suficiente N y las aplicaciones de fertilizantes nitrogenados son esenciales para la obtención de buenos rendimientos de tales cereales. Generalmente la urea es la fuente más conveniente de N pero menos del 50% del producto aplicado es usada por las plan-tas (Halvorson et al., 2002). Esta baja eficien-cia tiene su causa fundamentalmente en la

volatilización del NH4+, la desnitrificación y las perdidas por escapes hacia la atmósfera (Bijay-Singh et al., 1995). Un determinado número de estudios realiza-dos en el cultivo del arroz sugieren que del 20 al 25 % de las necesidades totales de N pueden derivarse de la fijación asociativa. (James, 2000). Sherestha et al. (1996) rea-lizaron dos experimentos comparando hasta setenta variedades de arroz en cada uno. En un experimento se estimó que la cantidad de N derivado de la atmósfera oscilaba entre un 0 y un 20.2 %. En un segundo experimento se encontró que se fijo un equivalente de 16 a 70 % de N por hectárea. Rhizobium legu-minosarum bv. Trifolii comúnmente observa-do en la simbiosis con la planta leguminosa puede colonizar raíces del arroz de manera endofítica, reemplazando entre un 25 y un 33 % de la cantidad de fertilizante nitrogenado recomendado para el arroz en condiciones de campo (Yanni et al., 1997). Los experimentos de campo demostraron que la inoculación de esta bacteria aumentó el rendimiento medio del arroz en 3.8 t.ha-1 (Yanni et al., 2001).

La inoculación con Azospirillum brasilense puede incrementar el rendimiento del grano de trigo hasta un 30 % en condiciones de campo (Okon y Labandera-Gonzalez, 1994), pero solamente con proporciones de aplica-ción más bajas de fertilizante nitrogenado (50–60 kg N ha-1). Con aplicaciones más elevadas (110–170 kg N ha-1), los efectos de la inoculación de Azospirillum no fueron esta-dísticamente significativos (Dobbelaere et al., 2001). En el maíz García de Salamone et al. (1996) sugirieron que algunos cultivares fijan hasta un 60 % de N después de la inoculación con cepas apropiadas de Azospirillum. Recien-temente (Roesch et al., 2006) estudiaron la dinámica de las bacterias asociativas en dos genotipos de maíz y la influencia del suminis-tro de N los cuales reportaron que la dinámica y la distribución de las bacterias asociativas de los géneros Azospirillum, Burkholderia y Acetobacter fueron afectados por el estado ontogénico de la planta de maíz y la pobla-



ción bacteria fue afectada por la fertilización con N durante las primeras etapas del creci-miento de la planta.

En la Universidad de Wisconsin: Estados Uni-dos Riggs et al., (2001) mostraron mediante pruebas de invernadero; usando suelos no esterilizados que los rendimientos del grano de maíz aumentaron entre 36 y 48 % al inocu-lar las semillas con B. cepacia AMMDR1. En las pruebas de campo esta bacteria fue capaz de incrementar el rendimiento del maíz entre 5.9 y 6.3 %.

De igual forma Rhizobium etli bv. phaseoli y Ensifer sp. (anteriormente Sinorhizobium sp., puede colonizar las raíces del maíz e incre-mentar el peso seco de la planta (Gutiérrez-Zamora y Martínez-Romero, 2001), y a la vez incrementar los rendimientos del maíz en 34 y 11 % en condiciones de invernadero y de campo, respectivamente. Estos resultados enfatizan la importancia de evaluar combina-ciones de diferentes cepas de Rhizobium con genotipos de maíz.

Simbiosis de las bacterias que fijan N con las plantas.

Las interacciones simbióticas de las bacterias con varios grupos de plantas son las mejores estudiadas para el suministro biológico de N. En estas interacciones se encuentra una mul-tiplicidad de bacterias con diferentes antece-dentes fisiológicos, incluyendo las proteobac-terias Gram negativas como Rhizobium sp. y Burkholderia sp., Gram-positivas Frankia sp. (Benson y Silvester, 1993) y las ciano-bacterias filamentosas o unicelulares (Rai et al., 2000). Las características fisiológicas y morfológicas de estas simbiosis van desde comunidades extracelulares hasta interfaces altamente adaptadas dentro de órganos o compartimentos especiales. La simbiosis mu-tualista entre varias proteobacterias no foto-sintéticas del orden Rhizobiales con plantas de las ordenes Fabales, Curcurbitales y Ro-sales son las interacciones entre bacterias y plantas más ampliamente estudiadas (Kneip et al., 2007). En esta revisión nos centramos en la interrelación entre Rhizobium y plantas

leguminosas por su contribución sustancial al ciclo del N y a la FBN.

La simbiosis Rhizobium-Leguminosa

Un análisis de la historia de la FBN muestra que el interés generalmente se ha enfocado en el sistema simbiótico de las plantas legu-minosas con las bacterias conocidas genéri-camente como especie rizobia, debido a que estas asociaciones han tenido el mayor im-pacto cuantitativo en el ciclo del N. Entre las leguminosas existe un gran potencial para la contribución del N fijado a los ecosistemas (Tate, 1995). Hay aproximadamente 650 gé-neros y alrededor de 20 000 especies de le-guminosas (Sprent, 1985), y solamente cerca del 20% (Sprent y Sprent, 1990) han sido es-tudiadas para la nodulación y han mostrado tener la capacidad de fijar N2 atmosférico.

La FBN, en particular mediante la simbiosis Rhizobium-Leguminosa tiene un papel cru-cial en el aumento de la sostenibilidad de los rendimientos con mínimas entradas externas no renovables (Vance, 2001). La simbiosis entre las plantas de la familia Leguminosae y los procarióticas se caracteriza típicamente por la formación de nódulos en la raíz y parte del tallo que son inducidos y posteriormente invadidos por micro simbiontes específicos (Weidner et al., 2003). Weir (2006) reporta que entre ellas se encuentran el muy cono-cido grupo alfa-proteo bacterial de Rhizobia-ceae que contiene los géneros Azorhizobium, Bradyrhizobium, Ensifer, Mesorhizobium y Rhizobium; junto con otros grupos tales como Methylobacterium (Sy et al., 2001), Ochrobac-trum, Phyllobacterium (Valverde et al., 2005) y Shinela (Lin et al., 2008) y miembros de las Beta proteo bacterias Burkholderia (Moulin et al., 2001) y Cupriavidus (Chen et al., 2001).

El apoyo de la microscopia para examinar la simbiosis nodular ha ganado nueva importan-cia a la luz de estos descubrimientos y varios estudios han unido el enfoque visual con la caracterización molecular de los simbiontes (Elliott et al., 2007). La taxonomía rizobial ac-tual tiene 5 géneros y 79 especies, la mayoría de los cuales fueron descritos en la última dé-

cada usando técnicas de biología molecular (Weir et al., 2006).

Aplicación y contribución practica de Inte-racción Rhizobium-Leguminosa.

Los efectos cuantitativos de las interaccio-nes Rhizobium-leguminosa pueden medirse en términos de cómo las bacterias respon-den al genotipo del hospedero. Varios inves-tigadores han estudiado cómo la capacidad de las cepas para competir por la ocupación del nódulo es afectada por el genotipo del hospedero. La incapacidad de las ce-pas introducidas que fijan el N para competir con las cepas propias del suelo por la ocupación del nódulo es una limitante importante en el desarrollo de los inoculan-tes de Rhizobium (Snoeck et al., 2003). Cregan et al., (1989) encontraron efectos significativos en los genotipos de soya (Glycine max) sobre la competitividad de cepas de Bradyrhizobium japonicum estrechamente relacionadas. Un ejemplo de ello lo constituye la limitación de la nodulación del genotipo de soya PI417566 cepa USDA 129 resultando en una baja ocu-pación nodular mientras que al inocular este mismo genotipo con las cepas USDA 123 o con USDA 127 se obtuvieron buenos resul-tados en la nodulación total. Sin embargo en otro cultivar de soya, la cepa USDA 129 ocu-po más del 87 % de los nódulos (Josephon et al., 1991) coinocularon dos cepas, KIM5 y Viking-1, en 12 cultivares de frejol común, mi-dieron la ocupación porcentual del nódulo de cada cepa para cada cultivar y encontraron una significativa interacción cultivar por cepa. De acuerdo con los primeros estudios repor-tados por Amarger (1986), la fijación del N de-pende de la interacción rizobia con el cultivar. Esto enfatiza la importancia de examinar la interacción entre la diversidad de cepas nati-vas de rizobia con un cultivar nuevo, además de la influencia del genotipo de la planta en la nodulación y la efectividad en una especie determinada. (Mhamdi et al., 2002) describie-ron la variabilidad de las cepas de rizobia con

la capacidad de nodular el frejol común en di-ferentes ambientes en Túnez, reportando que las cepas varían entre las regiones y los culti-vares, con R. leguminosarum. Recientemen-te (Tajini et al., 2008) demostraron la efecti-va combinación Rhizobium etli y (R. tropici CIAT899) en los genotipos del frejol común. Fue evidente que las cepas nativas de rizo-bia eran más eficientes que la cepa CIAT899. Todos estos resultados indican una estrecha interacción entre el genotipo del hospedero y rizobia. Se supone que esta interacción es el

resultado de la coevolución entre las cepas de Rhizo-bium y los genotipos del hos-pedero (Aguilar et al., 2004).

En estudios en condiciones controladas, Granda Mora et al. (2010) reportan la variabi-lidad genotípica de diferen-tes aislados de Rhizobium provenientes de nódulos de

frejol común en la zona central de Cuba. Los resultados demostraron que todas las cepas fueron capaces de establecer adecuadas re-laciones simbióticas con el macro simbionte, observándose que muchas de estas cepas superaron los parámetros de nodulación (nu-mero de nódulos totales y peso fresco y seco de los nódulos) en comparación con la cepa tipo de R. etli CNPAF512.

La aplicación de combinaciones de diazótro-fos ha sido uno de los apartados de interés para científicos en todo el mundo, lo cual po-tencia el efecto de los diazótrofos simbióticos. Las asociaciones bacteriales diazotróficas contribuyen de manera sustancial a la FBN en cosechas de no leguminosas importantes. En las leguminosas la combinación de PGPR con diazótrofos simbióticos ejerce un mar-cado efecto en los parámetros fisiológicos y fenotípicos. (Rodelas et al., 1999) reportaron para el frejol blanco que las respuestas a la inoculación de Azotobacter y Azospirillum en combinación con Rhizobium conducía a cam-bios en el contenido total y/o la distribución de macro y micro nutrientes (K, P, Ca, Mg, Fe, B, Mn, Zn y Cu) cuando se comparaba con plantas inoculadas solamente con Rhi-

Las interacciones simbióticas de las bacterias con varios grupos de plantas son las mejores estu-diadas por el suministro biológi-co de N. (un elemento necesario en la composición de proteínas, ácidos, nucleicos y otros compo-nentes celulares).



zobium. Torres-Gutiérrez (2004, 2008) repor-ta el beneficio de la co-inoculacion de cepas de Azotobacter y Azospirillum conjuntamente con cepas tipo de Rhizobium etli y R. tropici. La combinación de los diazótrofos logró es-timular la nodulación, componentes del ren-dimiento y el rendimiento agrícola de geno-tipos de frejol común en comparación con la inoculación en solitario de Rhizobium y con la fertilización mineral, reduciendo las tasas de aplicación de fertilizante e incrementando las producciones.

Existen evidencias de algunos modos de ac-ción para la estimulación de PGPR en la sim-biosis Rhizobium-leguminosa, pero el modo más comúnmente implicado es la estimula-ción de crecimiento mediante la liberación de la fitohormona inducida (ácido indol-3-acetico) (Vessey y Buss, 2002). De esta forma la es-timulación de nodulación es más comúnmen-te un efecto indirecto; las PGPR estimulan el crecimiento de la raíz lo cual proporciona más sitios para la infección y la nodulación. Burd-man et al. (2000) relacionaron la estimulación mediada de Azospirillum brasilense en la no-dulación del frejol común con una producción incrementada de flavonoides por el hospede-ro de la leguminosa. Estos flavonoides son las señales químicas iniciales segregadas por el hospedero de la legumbre para inducir genes Nod en rizobia y por tanto iniciar la simbio-sis Rhizobium-leguminosa (Schultze y Kon-dorosi, 1998). Se reportan otras evidencias por Thilak et al. (2006) mostrando que PGPR unido al eficiente Rhizobium puede también afectar positivamente en el crecimiento y la fi-jación del N en arveja. Recientemente Figue-redo et al., (2007) reportaron la nodulación mejorada y la fijación del N en el frejol común con la co-inoculación de Rhizobium y varias cepas de Paenibacilus. En este estudio la co-inoculación con Rhizobium tropici (CIAT899) y Paenibacillus polymyxa (DSM 36) tuvieron concentraciones más altas de legemoglobina, actividad de nitrogenasa y eficiencia de la fija-ción de N2 y por tanto se formaron asociacio-nes de mayor eficiencia simbiótica.

CONCLUSIONES

Los procesos naturales de FBN juegan un im-portante rol en la activación de los sistemas agrícolas sustentables por su beneficio am-biental. El incremento de su aplicación puede mitigar la necesidad del uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos con su consiguien-te efecto benéfico al ciclo del N, el calenta-miento global y el saneamiento de las aguas subterráneas y superficiales. Estimular la aplicación de microorganismos diazotróficos, ya sean de vida libre como simbióticos, trae-rá consigo el incremento de las producciones agrícolas sin la utilización de elementos no renovables, disminución de los costos de pro-ducción y la reducción de las emisiones de gases con efecto invernadero. REFERENCIAS

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26. MICROORGANISMOS DIAZOTRÓFICOS Y SU CONTRIBUCIÓN...

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