COMUNICACIÓN BREVE

Efecto de la inoculación con bacterias promotoras del crecimiento vegetal en plantas de maíz (Zea mays L.)

Effect of inoculation with plant growth promotingbacteria in corn plants (Zea mays L.)

N.C. Lovaisa^1*; E.E. Guevara²; P.G.A. Delaporte-Quintana^1,3; J. Elías^1,3; J. Arroyo¹; S.M. Salazar^1,4

¹ Facultad de Agronomía y Zootecnia, Universidad Nacional de Tucumán. Avda. Kirchner 1900, (4000), San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina. *E-mail: nadiaclov@hotmail.com

² Facultad de Bioquímica, Química y Farmacia, UNT. Chacabuco 461, (4000), San Miguel de Tucumán, Tucumán, Argentina.

³ Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Argentina.

⁴ INTA EEA Famaillá. Ruta Prov. 301 Km 32, (4132), Famaillá. Tucumán, Argentina.

Resumen

A pesar de que existen numerosos estudios de la interacción entre plantas de maíz (Zea mays) con Azospirillum brasilense, los reportes de la interacción con Gluconacetobacter diazotrophicus son escasos. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de la inoculación con microorganismos promotores del crecimiento vegetal correspondientes a las especies bacterianas de A. brasilense REC3 y G. diazotrophicus PAL5 sobre el desarrollo de plantas de maíz. Se implementaron ensayos en los que los microorganismos fueron inoculados en forma individual y conjunta en plantas de la variedad Leales 25 de maíz, las cuales fueron sembradas en dos suelos con distintos grados de fertilidad. Las variables medidas en las plantas fueron los valores relativos de SPAD (Soil Plant Analysis Development) y la longitud y superficie radicular. Los resultados obtenidos revelaron que A. brasilense REC3 y G. diazotrophicus PAL5 tuvieron efectos superiores a los tratamientos control y mezcla, y que sólo A. brasilense REC3 generó incrementos significativos en la biomasa en las plantas de maíz respecto a los demás tratamientos en ambos tipos de suelos.

Palabras clave: PGPB; Azospirillum brasilense; Gluconacetobacter diazotrophicus.

Abstract

Although there are numerous studies of the interaction between corn plants (Zea mays) with Azospirillum brasilense, reports about the interaction with Gluconacetobacter diazotrophicus are scarce. The aim of this work was to evaluate the effect of inoculation with microorganisms that promote plant growth corresponding to the bacterial species of A. brasilense REC3 and G. diazotrophicus PAL5 on the development of maize plants. Trials were carried out in which the microorganisms were inoculated individually or in combination in corn plants of the variety Leales 25, which were sowed in two soils with different degrees of fertility. Variables measured in plants were relative values ​of Soil Plant Analysis Development (SPAD) and length and root surface. Results revealed that A. brasilense REC3 and G. diazotrophicus PAL5 had superior effects than the control. Only A. brasilense REC3 generated a significant increment in biomass of corn plants compared to other treatments in both types of soils.

Keywords: PGPB; Azospirillum brasilense; Gluconacetobacter diazotrophicus.

Recibido 13/03/18; Aceptado 01/06/18.

Los autores declaran no tener conflicto de intereses.

El uso de las bacterias promotoras del crecimiento vegetal, PGPB (por sus siglas en inglés, Plant Growing Promoting Bacteria) puede ser considerado como una alternativa para disminuir la aplicación de fertilizantes de síntesis química. Especies del género Azospirillum y Gluconacetobacter son capaces de promover el crecimiento y aumentar el rendimiento de numerosos cultivos de interés agrícola, entre ellos el de maíz (Mehnaz, 2015; Eskin et al., 2014).  El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto promotor del crecimiento vegetal en plantas de maíz inoculadas con dos bacterias PGPB: Azospirillum brasilense REC3 y Gluconacetobacter diazotrophicus PAL5 cultivadas en suelos con distinta fertilidad. Esta diferencia nutricional en la composición de los suelos permitiría diferenciar el efecto de la inoculación, ya que, en general, el número, la diversidad y la actividad de los microorganismos están influenciados por las propiedades del suelo.

La cepa A. brasilense REC3 aislada de tejidos internos de raíces de frutilla, es capaz de fijar N_2, producir sideróforos e indoles (Pedraza et al., 2007). También se observó que REC3 puede promover el crecimiento, mejorar la nutrición mineral, incrementar el contenido de clorofila en las hojas y aumentar el rendimiento de frutos de diferentes cultivares de frutilla (Pedraza et al., 2007; 2010; Salazar et al., 2012; Guerrero-Molina et al., 2014; Lovaisa et al.,2015). Por su parte, G. diazotrophicus PAL5, aislada de caña de azúcar en Brasil (Cavalcante y Döbereiner, 1988), también es capaz de fijar N₂, producir indoles y sideróforos. Adicionalmente cuenta con la capacidad de solubilizar diferentes fuentes fosfatadas (Delaporte-Quintana et al., 2016; Maheshkumar et al., 1999).

En el ensayo se utilizaron semillas de maíz de la variedad Leales 25, las cuales fueron desinfectadas por inmersión en una solución de bicloruro de mercurio al 0,01 % durante 5 minutos con agitación y posteriormente enjuagadas tres veces con agua destilada estéril. Las mismas fueron sembradas en macetas de tres litros, utilizando suelos con diferentes grados de fertilidad, esterilizados por tindalización. Se utilizó un suelo fértil no limitado en nutrientes: Argiudol típico obtenido de Finca El Manantial, Tucumán (26°47´S - 65°16´O) y un suelo limitado en nutrientes, el cual se obtuvo mezclando una parte del mismo suelo fértil con dos partes de arena. Los mismos fueron sometidos a un análisis físico-químico en el laboratorio de servicios analíticos PH7 Diagnóstico Agrícola. A los tres días de la emergencia se inocularon las plántulas por riego con 50 ml de una suspensión bacteriana (10⁶ UFC/ml) de A. brasilense REC3 y G. diazotrophicus PAL5, aplicadas individualmente, y 25 ml de cada una aplicadas de manera conjunta. Las plantas control fueron regadas con 50 ml de agua destilada estéril. Las cepas crecieron en los medios de cultivo líquidos NFb y LGI-P, respectivamente (Baldani et al., 2014). Las suspensiones bacterianas fueron aplicadas de manera individual y combinadas. El diseño experimental fue en bloques completos al azar con 4 tratamientos en los 2 suelos utilizados: i) Plantas sin inocular (control), ii) Plantas inoculadas conREC3, iii) Plantas inoculadas con PAL5 y iv) Plantas inoculadas con mezcla de REC3 y PAL5. Se realizaron 10 repeticiones por cada tratamiento. El ensayo se llevó a cabo bajo condiciones controladas de temperatura (30 °C), fotoperíodo (14:10 h L:O) y humedad (60 %) en un fitotrón. La duración del ensayo fue de 60 días. Durante ese período las plantas fueron regadas con agua destilada estéril cuando fue necesario y no se aplicó ningún tipo de fertilizante químico.

Durante el desarrollo del ensayo se evaluaron los valores relativos de SPAD (Soil Plant Analysis Development) cada 15 días, utilizando un clorofilómetro SPAD Minolta 502. Al finalizar el mismo se determinaron la longitud radicular (LR) y la superficie radicular (SR), de acuerdo al método gravimétrico de Carley y Watson (1966). La producción de biomasa se determinó mediante la cuantificación de peso seco, colocando los tejidos de la parte aérea y radicular en estufa a 65 °C hasta obtener peso constante. Se calculó el Índice de Crecimiento (IC) mediante la fórmula IC = (Biomasa total-Biomasa Inicial)/Biomasa total.

Los datos obtenidos en los ensayos para ambos suelos se analizaron con el software estadístico Infostat (Di Rienzo et al., 2016). Se consideraron a LR, SR e IC como variables dependientes de los tratamientos y tipo de suelo. Se utilizó análisis de varianza en función de los tratamientos inoculados y el tipo de suelo y test de Tukey para detectar diferencias entre medias de tratamientos. Se trabajó con un nivel de significancia del 5 %.

Las características físico-químicas de los suelos se muestran en la Tabla 1.

Los resultados presentados en las Tablas 2 y 3 muestran que a los 45 días posteriores a la inoculación, las plantas inoculadas con REC3 tuvieron un incremento en el contenido de clorofila en las hojas en ambos tipos de suelo.

La longitud radicular se vio afectada por los tratamientos tanto para el suelo fértil, no limitado en nutrientes (F = 47,29; g.l. error = 36; p < 0,0001) como para el suelo limitado en nutrientes (F = 210,23; g.l. error = 36; p < 0,0001). Los valores máximos de longitud radicular se observaron en plantas inoculadas en forma individual con REC3 y PAL5 en ambos tipos de suelos (Figura 1).

 

Figura 1. Longitud radicular expresada en centímetros de las plantas de maíz inoculadas con los distintos tratamientos y el correspondiente control sin inocular en suelo fértil (puntos blancos) y en suelo limitado en nutrientes (puntos negros). Letras distintas (mayúsculas para suelo limitado en nutrientes y minúsculas para suelo fértil) indican diferencias significativas (test de Tukey, p < 0,05).

La superficie radicular también se vio incrementada significativamente en las plantas inoculadas en el suelo fértil (F = 28,23; g.l. error = 35; p < 0,0001) y en el suelo limitado en nutrientes (F = 122,54; g.l. error = 36; p < 0,0001). En el suelo limitado en nutrientes los valores máximos se presentaron en el tratamiento con REC3 (Figura 2).

  
Figura 2. Superficie radicular expresada en gramos de nitrato de calcio de las plantas de maíz inoculadas con los distintos tratamientos y el correspondiente control sin inocular en suelo fértil (puntos blancos) y en suelo limitado en nutrientes (puntos negros). Letras distintas (mayúsculas en suelo limitado en nutrientes y minúsculas en suelo fértil) indican diferencias significativas (test de Tukey, p < 0,05).

El índice de crecimiento también se vio afectado por el tratamiento tanto en suelo fértil (F = 630,48; g.l. error = 35; p < 0,0001) como en suelo limitado (F = 443,24; g.l. error = 36; p < 0,0001). Las plantas que presentaron mayor crecimiento fueron las inoculadas con REC3 en el suelo limitado en nutrientes (Figura 3).

 

Figura 3. Índice de crecimiento de las plantas de maíz inoculadas con los distintos tratamientos y el correspondiente control sin inocular en suelo fértil (puntos blancos) y en suelo limitado en nutrientes (puntos negros). Letras distintas (mayúsculas en suelo limitado en nutrientes y minúsculas en suelo fértil) indican diferencias significativas (test de Tukey, p < 0,05).

El contenido de clorofila medido en las hojas indica que el tratamiento de inoculación con REC3 permitió una mayor captación de nutrientes por parte de las plantas de maíz inoculadas con esta cepa. Resultados similares fueron observados en plantas de frutilla inoculadas con esta misma cepa (Lovaisa et al., 2015). También fue informado que en plantas de maíz inoculadas con una mezcla de Azospirillum, Azotobacter y Pseudomonas se encontró un mayor contenido de clorofila en sus hojas (Kouchebagh et al., 2012). Estos datos concuerdan con lo observado en este trabajo y el mayor índice de verdor en las hojas de maíz inoculadas con la cepa REC3 se correlacionan con los demás parámetros analizados para estudiar la acción benéfica de A. brasilense en la promoción del crecimiento vegetal.

La longitud radicular de las plantas de maíz fue mayor en los tratamientos inoculados con REC3 y PAL5 de forma individual, tanto en el suelo fértil como en el limitado en nutrientes. Biari et al. (2008) observaron el incremento en la longitud radicular en plantas de maíz en suelos empobrecidos empleando A. brasilense y Azotobacter chroococcum obteniendo un mayor contenido de N y P en las semillas, lo que afectó positivamente otras variables como la germinación temprana, el peso seco de raíces y brotes y una mayor altura de la planta. Efectos similares fueron reportados por Ríos Rocafull et al. (2016) empleando una cepa de G. diazotrophicus (INIFAT Gd 42) aislada de mango e inoculada en remolacha y zanahoria que, no sólo estimuló el crecimiento radicular, sino también el de la parte aérea de las plantas.

En el presente trabajo la variable superficie radicular permitió observar el mayor efecto causado por la inoculación, siendo el tratamiento correspondiente a la inoculación con REC3 el que generó incrementos notables en el suelo limitado en nutrientes. Es importante mencionar en este contexto, que los demás tratamientos, PAL5 y Mezcla, también generaron incrementos superiores al control. Las plantas crecidas en el suelo limitado en nutrientes fueron las que evidenciaron la mejor respuesta al tratamiento con REC3 (78,86 % mayor al control). Resultados similares fueron reportados por Fulchieri y Frioni (1994) donde la inoculación con distintas cepas de A. brasilense produjo un desarrollo radicular comparativamente mayor con respecto al control sin inocular. En un estudio realizado por Herschkovitz et al. (2005) con dos cepas de A. brasilense inoculadas en maíz en suelos limitados en nutrientes, se observó una mayor producción de raíces como así también una mayor densidad radicular.

Okon y Vanderleyden (1997) infieren que luego de la inoculación, A. brasilense modifica indirectamente el ambiente rizosférico a través del desarrollo radicular proporcionando mayor superficie para la absorción de nutrientes y la colonización de rizobacterias incrementando los exudados radiculares, por lo tanto, un efecto que trae aparejado un sistema radicular más desarrollado puede ser la mayor disponibilidad de C, N y P por unidad de volumen de suelo. Este mayor desarrollo radicular podría deberse a la producción de hormonas vegetales, principalmente de auxinas (Bashan y de Bashan, 2005). Teniendo en cuenta lo antes mencionado, puede inferirse que existe una mayor afinidad entre este genotipo de maíz y A. brasilense REC3.

Aunque todos los tratamientos inoculados generaron incrementos significativos en la biomasa respecto al control, la cepa REC3 promovió el crecimiento de las plantas en ambos suelos de manera significativa diferenciándose de los demás tratamientos y del control. El efecto de la inoculación bacteriana fue mayor en el suelo limitado en nutrientes, donde las plantas tuvieron un incremento en el crecimiento un 74,65 % superior a sus controles, mientras que en el suelo fértil fue de 62,86 % con respecto al testigo. Se observaron resultados similares en un suelo erosionado y otro suelo desértico ubicado al noroeste de California Sur y en México, ambos limitados en nutrientes, para diferentes cultivos como remolacha azucarera y de cactus tipo cardón gigante donde la inoculación con Azospirillum tuvo una respuesta significativamente mayor en la promoción del crecimiento en comparación con los suelos sin limitación de nutrientes (Bacilio et al., 2006; Çakmakçi et al., 2006). Asimismo, en plantas de frutilla cultivadas en medio hidropónico limitado en nutrientes e inoculadas con A. brasilense, se observaron incrementos en el crecimiento similares a los obtenidos en este trabajo (Guerrero-Molina et al., 2014). Otro ensayo realizado en condiciones de campo para plantas de frutilla inoculadas con A. brasilense REC3 también reportó un incremento en el índice de crecimiento en comparación a las plantas no inoculadas (Lovaisa et al., 2015). Por otra parte, en estudios realizados en maíz en condiciones de invernadero en dos tipos de suelos se observó también que la inoculación bacteriana tuvo un mayor efecto sobre el crecimiento y la absorción de nutrientes (N, P y K) del maíz en suelos deficientes en nutrientes que en los suelos no limitados en los mismos (Egamberdiyeva, 2007).

Con los resultados obtenidos del contenido de clorofila en las hojas, la longitud y superficie radicular, y el índice de crecimiento se puede inferir que la cepa A. brasilense REC3 puede ser considerada una potencial alternativa biotecnológica para su aplicación en el cultivo de maíz.

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