Las plantas establecen interacciones simbióticas y mutualistas de unión y cooperación con la vida microbiana del suelo. Esta interdependencia es vital para la nutrición y el crecimiento de las plantas. Diferentes mecanismos de movilización y disponibilidad de nutrientes –por ejemplo, la fijación biológica de nitrógeno, la mineralización de compuestos orgánicos, la solubilización de fósforo y potasio, la producción de fitohormonas– han sido reportados como funciones de las bacterias y hongos que habitan el suelo adherido a la raíz de las plantas, nicho ecológico llamado rizosfera.
El Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia, Cenicaña, ha estudiado los diferentes grupos microbianos del suelo rizosférico del cultivo y su relación con la productividad. A continuación conocerán algunos de estos grupos microbianos.
Las poblaciones de bacterias fijadoras de nitrógeno nativas de los suelos de la caña de azúcar del valle del río Cauca, están conformadas principalmente por los géneros Azospirillum, Azotobacter y Gluconacetobacter (figura 1, pag 19). El potencial biotecnológico de estos microorganismos ha sido explorado mediante la caracterización bioquímica, la identificación taxonómica molecular y a través del estudio de propiedades como la solubilización de fósforo inorgánico en roca fosfórica y la producción de ácido indolacético.
Figura 1. A. Colonias de Azospirillum creciendo en medio de cultivo Rojo Congo. B. Producción de un inóculo bacteriano. C. Prueba cualitativa de fijación biológica de nitrógeno y solubilización de fósforo en condiciones ‘in vitro’. D. Aumentos de biomasa en plántulas inoculadas con las bacterias.
La aplicación de los inoculantes microbianos de bacterias fijadoras de nitrógeno (N) durante los 3 primeros meses de inicio de un ciclo de cosecha, puede promover el crecimiento vegetal de la caña de azúcar. En ensayos de invernadero y en aplicaciones en campo hemos detectado incrementos de biomasa seca de la raíz, de longitud o altura de la planta (10% más con respecto al testigo), de peso de la caña (11%), toneladas de caña de azúcar por hectárea (21%), y sacarosa por tallo (19%) producida en parcelas de plantas inoculadas con cepas de Azospirillum brasiliense (figura 2, página 18 abajo, izquierda). Las prácticas agronómicas de fertilización biológica pueden ser complementarias a los manejos de fertilización química convencional en la caña de azúcar.
Figura 2. Resultados de productividad de un experimento de inoculación de las cepas bacterianas de Azospirillum y Rhizobium en invernadero y en campo. A. Longitud o altura del tallo a 10 meses de crecimiento. B. Biomasa seca de raíz a dos meses de crecimiento de la caña de azúcar. C. Toneladas de caña por hectárea y D. Sacarosa por tallo (gramos) a 10 meses de inoculación de los consorcios bacterianos. Los tratamientos control corresponden a plantas sin inocular y con fertilización nitrogenada (n=3).
Uno de los grupos microbianos asociados a la caña de azúcar es el de los hongos micorrícicos arbusculares. Las micorrizas pueden aumentar el área de absorción de agua y nutrientes de las plantas y facilitan la movilización y disponibilidad del fósforo. Las micorrizas son bioindicadores de la calidad del suelo. En los suelos nativos del valle del río Cauca hay una alta riqueza de géneros de hongos micorrizas arbusculares tales como Glomus, Acaulospora, Diversispora y Scutellospora (figura 3, página 18 arriba). Asimismo, la caña de azúcar establece interacciones simbióticas con las micorrizas, las cuales pueden ser observadas al microscopio mediante la identificación de estructuras como vesículas, arbúsculos, hifas y esporas intracelulares (figura 4). La inoculación de biofertilizantes microbianos durante el primer mes después de una cosecha puede aumentar la altura de las plantas a los 7 u 8 meses de producción (figura 5, página 18 abajo, derecha).
Figura 3. Diversidad de esporas de hongos micorrícicos arbusculares de los suelos de la caña de azúcar. De izquierda a derecha: géneros Claroideglomus, Scutellospora, Diversispora. Las demás imágenes corresponden a morfotipos de Acaulospora y Glomus. Fotografías a 100X al microscopio óptico.
Figura 5. Experimentos con inoculantes biológicos de micorrizas. A. Altura a 7 meses de la caña de azúcar CC 1940 sin aplicación y con un inóculo de esporas de Glomus sp. B. Altura a 8 meses de la caña de azúcar CC 11-595 con aplicación de micorrizas de Glomus, Acaulospora, Scutellospora y un biofertilizante microbiano.
PRÁCTICAS AGRONÓMICAS QUE BENEFICIAN LA DIVERSIDAD MICROBIANA DEL SUELO
La vida microbiana del suelo se puede estudiar mediante técnicas de siembra en medios de cultivo de los microorganismos en el laboratorio y por medio de herramientas de secuenciación de ADN, como son las librerías metagenómicas del gen ARNr 16S. Con estas metodologías, en Cenicaña hemos estudiado que las prácticas agronómicas como la aplicación de abonos orgánicos, el uso de biofertilizantes microbianos, la siembra de coberturas vegetales como el frijol y el maní en asociación con caña de azúcar, y el mantenimiento de residuos poscosecha, pueden aumentar la abundancia y la diversidad de la vida microbiana de los suelos de la caña de azúcar del valle del río Cauca.
Figura 4. Estructuras intracelulares de los hongos micorrícicos arbusculares en caña de
azúcar de Valle del Cauca: A. Hifas y esporas. B y C. Vesículas y esporas. D. Arbúsculos
Las buenas prácticas agronómicas de siembra de frijol y maní en los entresurcos de la caña de azúcar pueden aumentar la abundancia de bacterias del filo Actinobacteriota, un grupo microbiano importante en la mineralización de la materia orgánica, que participa en la formación de ácidos húmicos y fúlvicos del suelo, en el secuestro de carbono en el suelo y en el control biológico de enfermedades mediante la producción de antiobióticos. En los suelos del valle del río Cauca hemos identificado géneros de Actinobacterias como Gaiella, Streptomyces, Agromyces y Geminicoccaceae (figura 6). Igualmente, las coberturas vegetales pueden aumentar la abundancia de bacterias solubilizadoras de fósforo de la caña de azúcar de géneros como Burkholderia, Enterobacter y Kosakonia.
Figura 6. Actinobacterias y grupos microbianos de la rizosfera de la caña de azúcar que se benefician mediante las prácticas agronómicas de intercultivos o coberturas vegetales con frijol y maní. A. Actinobacterias aisladas de suelos rizosféricos de caña de azúcar. B. Diversidad de filos de la comunidad bacteriana de la caña de azúcar en asociación de cultivos. C. Árbol filogenético de aislamientos de bacterias solubilizadoras de fósforo. D. Diversidad filogenética en diferentes tratamientos con intercultivos.
Una de las prácticas agronómicas más importantes para la conservación del suelo es la incorporación de materia orgánica. El mantenimiento del residuo de cosecha en el suelo como práctica sostenida durante largos periodos de tiempo puede aumentar la biodiversidad microbiana del suelo, el balance del ciclo del nitrógeno regulado por los microorganismos y la abundancia de grupos como los hongos filamentosos, las actinobacterias, las bacterias fijadoras de nitrógeno y las bacterias que mineralizan compuestos orgánicos. En los suelos con incorporación de residuos de cosecha hay mayores contenidos de azufre, fósforo y carbono lábil. Asimismo, la conservación microbiológica y química del suelo está correlacionada con los aumentos de la productividad del cultivo al mejorar las toneladas de caña por hectárea, la sacarosa y altura de las plantas. (figura 7)
Figura 7. Respuesta de las propiedades químicas, microbiológicas del suelo y de productividad de la caña de azúcar a la práctica agronómica de mantenimiento de los residuos de cosecha en los entresurcos de la caña de azúcar durante varios ciclos de producción.
La eficiencia de las plantas en la absorción de los nutrientes presentes en el suelo y los aplicados en forma de fertilizantes es influenciada por una combinación óptima de los factores físicos, químicos y biológicos que pueden mejorar la salud del suelo. Una de las alternativas para conservar la salud del suelo es el uso de biofertilizantes microbianos como práctica sostenible que promueve conservar las funciones ecológicas de los microorganismos del suelo. Igualmente, el uso de intercultivos con frijol y maní pueden conservar la diversidad microbiológica de la comunidad bacteriana del suelo y las funciones de mineralización de materia orgánica.
Lo esencial es invisible a los ojos. Una mirada profunda nos haría cambiar la percepción pasada del suelo como una matriz inerte, hacia una perspectiva del suelo como un holobionte u organismo vivo. El suelo debe ser visto como un ecosistema dinámico donde las plantas establecen comunicaciones importantes entre esos organismos que no podemos ver, pero que están allí, latentes, silenciosos y diversos, haciendo su tarea de equilibrar y sostener la vida de las plantas.
