Rizobacterias. Descubre su “magia” en las plantas

Los microorganismos son estructuras vivas complejas de tamaño diminuto que son visibles a través de un instrumento, el microscopio. Estos seres se encuentran prácticamente en todos los hábitats del planeta, en nuestro cuerpo, en los alimentos, en las plantas, en el suelo, en todas partes donde exista materia orgánica.

Se instalan principalmente en los hongos y bacterias. Particularmente, en el “mundo” de las bacterias conocemos a las rizobacterias, que se caracterizan por habitar en la rizosfera de las plantas. Aprovecharlas como organismos benéficos es una tecnología clave para el aumento de la productividad agrícola y el cuidado del ambiente.

En 2018, Alejandro Moreno y colaboradores nos recuerdan que  desde 1978 se acuñó el término Rizobacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés, Plant Growth Promoting Rhizobacteria) para clasificar y describir a las bacterias que tienen capacidad de colonizar el sistema radicular de plantas y habitar en la rizosfera.

Las formas de aplicación más comunes de estos microorganismos son utilizando medios líquidos, sólidos y emulsiones,  a través del tratamiento de semillas, aplicación directa al suelo, al follaje o impregnando al sistema radicular de las plantas a través del agua de riego.

En los últimos 20 o 30 años se ha hecho  un amplio registro de investigaciones que han estudiado y demostrado las virtudes que presentan las rizobacterias sobre la estimulación del crecimiento y desarrollo de plantas y para incrementar su resistencia contra otros microbios causantes de enfermedades.

Es así como estos  microorganismos intervienen de forma “mágica” en los diversos procesos metabólicos y fisiológicos de las plantas para lograr un beneficio mutuo, donde las primeras  producen exudados radicales que son asimilados como nutrientes para el crecimiento de las rizobacterias, y éstas a su vez producen metabolitos secundarios que sirven a las plantas para su crecimiento y desarrollo. Esta acción provoca una convivencia planta-rizobacteria.

Además, el empleo de estos “microbios mágicos” va de la mano con la producción agrícola sustentable porque contribuye al cuidado del  ambiente, disminuyendo el uso de productos químicos como fertilizantes y plaguicidas; además de mejorar la calidad de vida y economía de la sociedad con la producción de alimentos más inocuos.

Representada como una biotecnología para la producción de material vegetal mejorado de interés agrícola, y a pesar de que el uso de microorganismos se ha venido implementando desde hace varios años con la conservación del microbiota del suelo, aún no es aprovechada por la agricultura extensiva e intensiva con la magnitud como sí lo hace la agricultura orgánica.

Principales rizobacterias utilizadas en agricultura

Las rizobacterias más utilizadas como agentes estimuladores benéficos en plantas son Pseudomonas putida, Pseudomonas fluorescens, Azospirillum brasilense, Azospirillum lipoferum, Azotobacter chroococcum, Serratia marcescens, Serratia plymuthica, Rhizobium phaseoli, Azoarcus communis, Azoarcus indigens, Bacillus subtilis, Bacillus amyloliquefaciens.

Todas tienen la capacidad de colonizar de forma eficiente y amplia el sistema radicular de las plantas para favorecer y mejorar su crecimiento, así como incrementar la productividad de las plantas.

Además de las raíces de las plantas, estos diminutos seres  pueden llegar a colonizar tallos y hojas, y así proporcionar los mismos beneficios que tiene la relación planta-microorganismo, principalmente por la producción de metabolitos secundarios de ambos, necesarios  para su crecimiento y desarrollo.

Es importante no olvidar que en los  hongos y las bacterias, las rizobacterias actúan de manera diferente dependiendo de la planta, tipo de suelo, parte de planta a colonizar, además de las condiciones en donde tenga que formar un nuevo hogar.

En la actualidad, se está perdiendo gran parte de la diversidad microbiológica debido a la degradación del suelo. Por tal motivo, se buscan microorganismos benéficos en otros ambientes, que realicen funciones similares a las que han mostrado las rizobacterias.

El ambiente marino ha sido uno de los sitios donde ya se han efectuado investigaciones que analizan y determinan el potencial benéfico de microorganismos que se pretenden explotar como alternativa para la producción de alimentos agrícolas, con la meta de contribuir a la  reducción de agentes químicos y el uso racional de los recursos naturales.

Su acción en las plantas

La influencia positiva de las rizobacterias es sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas, además de proporcionar mecanismos biológicos que mejoran la sanidad vegetal a través del control biológico de fitopatógenos, organismos que causan enfermedades en las especies vegetales.

Estos efectos se dan a través de mecanismos directos e indirectos. Estos mecanismos cumplen dos funciones principalmente: ayudan a tener plantas fuertes y bien nutridas (directos), sanas y listas para defenderse de pequeños invasores que tienen como objetivo enfermarlas (indirectos). Ahora nos podemos preguntar ¿Cómo ocurre eso?

Los mecanismos directos ayudan a que las plantas estén bien nutridas, vigorosas y de un color verde intenso que las hace resplandecer, mediante la producción de fitohormonas, vitaminas y enzimas. Además, mejoran el crecimiento vegetal, incrementan la disponibilidad de diferentes elementos nutritivos requeridos por las especies vegetales y así mejorar su nutrición.

Por su parte, los mecanismos indirectos hacen que los microorganismos benéficos actúen como agentes de control biológico, compitan por nutrientes y espacio en la misma planta, estimulen las defensas naturales de las plantas y así disminuyan o eliminen microorganismos enemigos.

Plantas que han experimentado la “magia” de las rizobacterias

Los efectos del poder de las rizobacterias han sido estudiados en diversas especies vegetales. Se han empleado principalmente en la producción de diversas especies de interés agroalimentario como son los cultivos hortícolas, forestales y de ornato. Además, se han realizado diversos estudios para combatir plagas y enfermedades que amenazan la producción agrícola a nivel nacional.

Estos microbios, además de ser utilizados en la producción convencional de cultivos agroalimentarios, en la actualidad se han estudiado para su uso y aplicación en otras técnicas biotecnológicas como lo es la micropropagación de especies vegetales o cultivo de tejidos vegetales.

Esta técnica biotecnológica es importante para la producción de plántulas de interés agrícola libres de patógenos y con alta calidad genética. Consiste en una etapa in vitro y otra ex vitro. 

La primera emplea diversas fitohormonas sintéticas que elevan los costos de producción y son de difícil acceso para países que están en vías de desarrollo. En la etapa ex vitro es crucial el porcentaje de supervivencia para el éxito de esta técnica.

El uso de microorganismos benéficos en la etapa in vitro ayudaría a reducir los costos de producción. Sin embargo, es necesario diseñar medios de cultivo óptimos donde se permita la sobrevivencia de la vitroplanta y el microorganismo inoculado. En la etapa ex vitro, es necesario diseñar sustratos que permitan la supervivencia de la vitroplanta y del microorganismo inoculado.

Se ha demostrado que se reduce el uso de agentes químicos como pesticidas y fertilizantes. Las vitroplantas tienen un mejor desarrollo fisiológico y existen un mayor porcentaje de supervivencia en campo.

Bibliografía

Bernal, P. (2021). Microorganismos de interés para la agricultura del futuro: agentes de biocontrol y fijadores de nitrógeno.

Cabrera, E. V. R., Bonilla, B., y Aguilar, M. (2018). Interacciones entre plantas y bacterias promotoras de crecimiento vegetal. Revista Citecsa, 10(15), 23.

El Hilali, R., Bouamri, R., Crozilhac, P., Calonne, M., Symanczik, S., Ouahmane, L., y Declerck, S. (2021). In vitro colonization of date palm plants by Rhizophagus irregularis during the rooting stage. Symbiosis, 84(1), 83-89.

El-Sherif, N. A. (2019). Impact of plant tissue culture on agricultural sustainability. Sustainability of Agricultural Environment in Egypt: Part II: Soil-Water-Plant Nexus, 93-107.

Hassan, M. K., McInroy, J. A., y Kloepper, J. W. (2019). The interactions of rhizodeposits with plant growth-promoting rhizobacteria in the rhizosphere: a review. Agriculture, 9(7), 142.

Moreno-Reséndez, A., Carda-Mendoza, V., Reyes-Carrillo, J. L., Vásquez-Arroyo, J., Cano-Ríos, P. (2018). Rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal: una alternativa de biofertilización para la agricultura sustentable. Revista Colombiana de Biotecnología, 20(1), 68-83.

Los autores:

Nadia Martínez Barrientos. Bióloga y Maestra en Ciencias Agropecurias egresada de la Universidad Veracruzana.. Su investigación ha sido enfocada en el uso y aplicación de microorganismos benéficos encaminada al control biológico.

Roberto Gregorio Chiquito Contreras. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel I. Doctor en Ciencias en Agroecosistemas Tropicales por el Colegio de posgraduados campus Veracruz.  Su trabajo se enfoca en el estudio de microorganismos benéficos de ambientes terrestres y marinos como agentes de control biológico y promotores de crecimiento vegetal en cultivos hortofrutícolas.

Luis Guillermo Hernández Montiel. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores Nivel II. Doctor en Ciencias en Uso, Manejo y Preservación de los Recursos Naturales con Orientación en Biotecnología, Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste S.C. 

Maricela Santiago Santiago. Ingeniera Química y candidata a Doctora en Ciencias Agropecuarias por la Universidad Veracruzana. Su trabajo se enfoca en técnicas nanotecnológicas para el desarrollo de nuevos sistemas y su aplicación en la agricultura.

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