Artículos Científicos
Recepción: 03 Diciembre 2018
Aprobación: 20 Febrero 2019
Resumen: La inoculación con bacterias promotoras del crecimiento vegetal del género Azotobacter, es una alternativa para la reducción y optimización de los fertilizantes nitrogenados. El objetivo de este trabajo fue evaluar la respuesta del maíz (Zea mays) a la inoculación con Azotobacter chroococcum empleando diferentes dosis y aplicando el 50 % del fertilizante nitrogenado, así como una combinación de A. chroococcum y vermicompost. El trabajo se realizó bajo un diseño experimental en bloques al azar con cuatro tratamientos y cuatro replicas. La respuesta del cultivo a los tratamientos se evaluó en caracteres morfológicos expresados en por ciento de germinación de la semilla, altura de la planta, peso fresco aéreo, peso fresco radical, peso seco aéreo y peso seco radical. Los resultados probaron la respuesta positiva del cultivo del maíz a la inoculación con A. chroococcum y de A. chroococcum con vermicompost en todas las variables estudiadas. El mejor resultado se obtuvo con la aplicación combinada de A. chroococcum y vermicompost a dosis de 15 lha-1 y 2 t ha-1 respectivamente, expresados en un por ciento de germinación de la semilla de 98,4 %, una altura de la planta de 1,14 m; un peso fresco aéreo de 40,7 g; un peso fresco radical de 20,4 g; un peso seco aéreo de 10,1 g y un peso seco radical de 5,1 g.
Palabras clave: biofertilizantes, bacterias promotoras del crecimiento vegetal, sustancias promotoras del crecimiento vegetal.
Abstract: The inoculation with bacteria that promote plant growth of the genus Azotobacter, is an alternative for the reduction and optimization of nitrogen fertilizers. The objective of this work was to evaluate the response of maize to the inoculation with Azotobacter chroococcum using different doses and applying 50% of the nitrogen fertilizer, as well as a combination of A. chroococcum and vermicompost. The work was carried out under an experimental design in random blocks with four treatments and four replicas. The response of the crop to the treatments was evaluated in morphological characters expressed in percentage of germination of the seed, height of the plant, fresh air weight, radical fresh weight, air dry weight and radical dry weight. The results proved the positive response of the maize crop to the inoculation with A. chroococcum and of A. chroococcum with vermicompost in all the variables studied. The best result was obtained with the combined application of A. chroococcum + vermicompost at doses of 15 lha-1and 2 t ha-1 respectively, expressed in a percentage of germination of the seed of 98.4%, a height of 1.14 m plant; an air fresh weight of 40.7 g; a radical fresh weight of 20.4 g; an aerial dry weight of 10.1 g and a radical dry weight of 5.1 g.
Keywords: biofertilizers, plant growth promoting bacteria, plant growth promoting substances.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, el sector agrícola se ha convertido en un sector con gran demanda de alimento, teniendo retos importantes siendo uno de ellos aumentar la producción vegetal de los cultivos utilizando un ambiente predominantemente agroquímico adecuado y esto ejerce un efecto de deterioro profundo en el suelo. El uso de productos químicos es un gran problema en la agricultura ya que muchas veces han sido utilizados sin las precauciones necesarias y llegan al suelo en concentraciones excesivas, llegando a ser tóxicos para las plantas y provocando de esta manera el deterioro y contaminación de los suelos de cultivo (Cervilla, 2009). Este deterioro trae como consecuencia un disturbio de la microflora del suelo provocando el empobrecimiento de los mismos, así como propiciar el incremento de especies perjudiciales que van a incrementar aún más el deterioro en los suelos (Quezada, 2012).
Los procesos naturales de fijación biológica del nitrógeno juegan un importante rol en la activación de los sistemas agrícolas sustentables por su beneficio ambiental. El incremento de su aplicación puede mitigar la necesidad del uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos con su consiguiente efecto benéfico al ciclo del nitrógeno, el calentamiento global y el saneamiento de las aguas subterráneas y superficiales (Wong-Villareal & Caballero-Mellado, 2010). Este proceso depende básicamente de la acción de los microorganismos en conjunto con las plantas.
Existen algunas especies de microorganismos que poseen la habilidad de convertir el dinitrógeno atmosférico (N2) a amonio (NH4+) mediante la acción de la enzima nitrogenasa, estas especies son denominados diazótrofos y requieren de energía para realizar su metabolismo (Hoffman et al., 2014). Dentro de los diazótrofos capaces de realizar este proceso se encuentran los denominados fijadores de vida libre, los cuales fijan N2 atmosférico sin la cooperación de otras formas vivas, siendo la familia Azotobacteriaceae la que agrupa uno de los géneros más importantes utilizados en la biofertilización a diferentes cultivos.
El género Azotobacter es uno de los microorganismos utilizados como biofertilizantes que más se aplica e investiga en Cuba (Peña, Zayas, & Rodríguez, 2015). Sus propiedades beneficiosas se ponen de manifiesto en una gran variedad de hortalizas, granos y viandas (Villacorta, 2013). Según Rivera et al. (2011) y Rivera, Obando y Buitrago (2012) Azotobacter en particular, resulta ser un microrganismo con grandes posibilidades de recuperación de sistemas degradados. Obando, Rivera y Bonilla (2013); González y Molina (2017) sugieren que esta bacteria es muy utilizada como complemento biofertilizante, para reducir las cantidades de fertilizantes nitrogenados de la aplicación tradicional, más no como única fuente de nitrógeno, que a diferencia de las bacterias simbióticas como el caso de Rhizobium leguminosarum.
Este género se encuentra ampliamente descrito en suelos tropicales asociado a la rizósfera de plantas de maíz (Dobbelaere & Okon, 2007). Su efecto beneficioso no se debe solamente a la cantidad de N2 atmosférico fijado, sino a la capacidad de producir vitaminas y sustancias estimuladoras del crecimiento como ácido indolacético, ácido giberélico, citoquininas y vitaminas, que influyen directamente en el desarrollo vegetal (Granda & González, 2015; Candelero et al., 2015 & Romero-García et al., 2016). El objetivo de este trabajo fue evaluar la respuesta del maíz a la inoculación con A. chroococcum empleando diferentes dosis y aplicando el 50% del fertilizante nitrogenado, así como una combinación de A. chroococcum y vermicompost.
MATERIALES Y MÉTODOS
Este trabajo se realizó en la Cooperativa de Créditos y Servicios (CCS) “José María Pérez Capote”, creada en el año 1961, ubicada en el municipio de Pinar del Río, Km 4 carretera a Viñales, camino Cuajaní. Esta limita al norte con: CCS “Juanito Casanueva”, al sur con: Reparto Celso Maragoto, al este con: Carretera Central y al oeste con: Concejo Popular la Guabina, abarca un área de 610,61 hectáreas (figura 1), cuenta con un total de 178 socios de los cuales 23 son mujeres.
El experimento se realizó específicamente en la finca “La Barranca” perteneciente al productor Antonio Velazco y tiene un área de 2.7 ha. Esta se ubica en el km 4 de la Carretera a Viñales, camino al Cuajaní, con unas coordenadas centro de X_ 223160 y Y_239804. Su cultivo principal es el tabaco, aunque también se dedican a la producción de cultivos varios, entre ellos el maíz. El suelo de la finca se clasifica como Ferralítico Amarillento Lixiviado según lo expresado por Hernández, Pérez, Bosch, & Castro (2015).
Se trabajó en un diseño en bloque al azar con 4 tratamientos y 4 réplicas. Los tratamientos se realizaron con fertilización química nitrogenada al 100 y 50 % de la dosis, A. chroococcum a dosis de 15 y 20 l.ha y vermicompost (humus de lombriz), aplicado de fondo a dosis de 2 t.ha (tabla 1)
El inoculo de A. chroococcum cepa 12 se obtuvo según procedimiento descrito en la Norma Cubana NC 1101:2015, a una concentración de 5.109UFC/ml (unidades formadoras de colonias). Para su uso, el inoculo en las cantidades descritas previamente, fue diluido en agua y asperjado a razón de 200 lha al momento de la siembra.
La cepa de azotobacter se fermento en zaranda a 210 rpm (revoluciones por minuto), utilizando como medio de cultivo Dimargón modificado, cuyos componentes son:
Sacarosa 40 g/L
Mg SO4 0,2 g/L
Na CL 0,2 g/L
K2 SO4 0,1 g/L
Ca CO3 5 g/L
Levadura 1 g/L
K2 HPO4 0,2 g/L
AGAR 8 g/L
H2O destilada
pH =7 (neutro)
El vermicompost fue aplicado directamente al suelo previo a la siembra. En el estudio se empleó la variedad de maíz Gibara, sembrada en época de primavera. A los 11 días después de la siembra se evaluó el porciento de germinación de la semilla, y a los 60 días, la altura de la planta (AP), el peso fresco aéreo (PFA), peso fresco radical (PFR), peso seco aéreo (PSA) y peso seco radical (PSR).
La data se procesó empleando software estadístico SPSS 15.0 para Windows realizando análisis de varianza y prueba de comparaciones múltiples post hoc por Tukey.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la tabla 2 se muestra el efecto positivo de los tratamientos sobre el incremento del porciento de germinación de las semillas de maíz, 11 días después de la siembra. Todos los tratamientos mostraron diferencias significativas respecto al control para un nivel de significación de 0.05. El tratamiento T4, con 98,4 %, mostró el mejor porciento de germinación, seguido del T3 y T2, no existiendo diferencias significativas entre estos dos últimos. Según Arellano, García y Vázquez-Ramos (2008) y Sánchez-Yáñez et al. (2014), este comportamiento pudo deberse a una mejor conversión de los exudados de la espermosfera de la semilla del maíz en sustancias promotoras del crecimiento vegetal, para terminar con la latencia del embrión y aceleran su velocidad de germinación.
Según Wong-Villareal y Caballero-Mellado (2010), la respuesta del tratamiento inoculado con Azotobacter en combinación con vermicompost y el inoculado solo con Azotobacter se debe a que existieron compuestos orgánicos del tipo aminoácidos, como el triptófano, que la gramínea exuda fueron transformados en sustancias promotoras del crecimiento vegetal por las bacterias inoculadas, que provocaron una mejor respuesta del cultivo, lo que indujo un porcentaje de germinación superior al del maíz tratado solo con el fertilizante nitrogenado al 100%.
El efecto de los tratamientos sobre la altura de la planta de maíz reveló igualmente un efecto positivo a la inoculación con A. chroococcum y la combinación de este con vermicompost a los 60 días después de la siembra (tabla 3). El tratamiento T4con una altura de 1,14 m fue el mejor de los tratamientos, seguido del T3 y T2, no existiendo diferencias significativas entre estos dos. Tampoco existieron diferencias significativas entre T2 y el control, para un nivel de significación de 0,05. Lo anterior sugiere que la aplicación de A. chroococcum combinada con vermicompost transformaron los exudados radicales del maíz en sustancias promotoras del cultivo del maíz, las que indujeron un incremento de los indicadores morfológicos del crecimiento del tallo mayor que cuando se aplicó solamente el Azotobacter chroococcum (Camelo, Vera & Bonilla, 2011).
Lo anterior sugiere que el biofertilizante fue benéfico para el maíz por una interacción sinérgica entre Azotobacter chroococcum y el vemicompost en favor de su sano crecimiento, muy superior que el maíz sin inocular y con dosis del fertilizante nitrogenado al 100% (Camelo et al., 2011).
La respuesta del cultivo a la aplicación de los tratamientos sobre el peso fresco aéreo y radical a los 60 días después de la siembra mostró que igualmente existen diferencias significativas para todos los casos con respecto al control, para un nivel de significación de 0,05 (tabla 4). El mejor resultado se obtuvo en T4, alcanzándose un peso fresco aéreo de 40,14 g y un peso fresco radical de 20,38 g, seguido del T3 y T2, aunque entre ellos no hubo diferencia estadística significativa. También se expresan los resultados del peso seco aéreo y el peso seco radical, obteniéndose de igual manera como mejor resultado el tratamiento T4; con un peso seco aéreo de 10,05 g y un peso seco radical de 5,11 g.
PFR= Peso fresco radical.
PSA= Peso seco aéreo.
PSR= Peso seco radical.
Los resultados observados indicaron que la bacteria promotora del crecimiento vegetal favoreció a la síntesis de sustancias promotoras del crecimiento vegetal en la raíz, mejorando así la capacidad de absorción del fertilizante mineral nitrogenado al 50%, y a su vez provocó un aumento en su peso fresco aéreo lo anterior sugiere que contribuyeron a nivel de la raíz a la síntesis de sustancias promotoras del crecimiento vegetal, para mejorar su capacidad de absorción radical del FN, lo que en consecuencia causó el incremento en su PFA (Reyes & Valery, 2007; Wong-Villareal & Caballero-Mellado,2010; Piromyou et al., 2011).
Con respecto al peso fresco radical A. chroococcum estimuló una mayor formación de raíces secundarias, lo que optimizó la absorción de fertilizante mineral nitrogenado reducido al 50 % según lo sugerido por Camelo et al. (2011) y Sánchez-Yáñez, et al. (2014).
El efecto de A. chroococcum y su combinación con vermicompost sobre las variables peso seco aéreo y peso seco radical en el cultivo del maíz, pudiera estar relacionado con la transformación de exudados de la raíz del maíz en sustancias promotoras del crecimiento vegetal, que en consecuencia estimularon la proliferación de pelos radicales y promovieron la optimización del fertilizante nitrogenado reducido al 50% (Sánchez-Yáñez et al.,2014).
También Armenta-Bojórquez et al. (2010) refiere que este comportamiento se debe a que sus sustancias promotoras del crecimiento vegetal aceleran y aumentan la capacidad de la raíz para absorber el fertilizante nitrogenado reducido al 50 % y otros minerales del suelo y ello le permite al maíz crecer rápido y sanamente. Lo que queda demostrado por los resultados obtenidos, que arrojaron como mejor tratamiento el T4 con un peso seco aéreo de 10,05 g y un peso seco radical de 5,11g, seguido de T3 y T2, no existiendo diferencias significativas entre ellos, para un nivel de significación de 0.05.
La respuesta del maíz a la inoculación únicamente con Azotobacter tuvo diferencias significativas sobre estas variables con respecto al testigo, lo que indica que esta bacteria promotora del crecimiento vegetal individualmente y en combinación transforman los exudados de la raíz del maíz en sustancias promotoras del crecimiento vegetal; y así optimizó la absorción del fertilizante nitrogenado, con el consecuente aumento en su biomasa (Wong-Villareal y Caballero-Mellado, 2010).
Resultados similares fueron obtenidos Camelo, et al. (2011) indicando que la bacteria A. chroococcum individualmente y en combinación transformó los exudados de la raíz en sustancias promotoras del crecimiento vegetal, optimizando la absorción del fertilizante mineral al 50 %, lo que conllevó al aumento de su biomasa.
En general los resultados mostraron la respuesta positiva del cultivo de maíz a la inoculación con A.chroococcum y de esta en combinación con la aplicación de vermicompost. Lo que puede considerarse como un complejo biológico resultante de la biotransformación bacteriana de los componentes adicionados al medio, con actividad sobre las plantas. Debido a que la actividad biológica de muchas de las fitohormonas producidas por estos microorganismos tienen influencia directa sobre procesos claves del desarrollo vegetal, tales como: la germinación y crecimientos temprano de plántulas.
CONCLUSIONES
Azotobacter al ser un bioestimulante, capaz de excretar sustancias activas a base de aminiacidos, que las plantas incorporan a sus propios tejidos, logra un efecto positivo en el cultivo del maíz que se evidencia en los indicadores morfológicos de crecimiento vegetal. Lo que se demuestra en la respuesta positiva del cultivo del maíz en todas las variables estudiadas a la inoculación con Azotobacter chroococcum y de esta en combinación con el vermicompost. Además que los mejores resultados se obtienen con la aplicación combinada de Azotobacterchroococcum y vermicompost a dosis de 15 l ha-1 y 2t ha-1 respectivamente.
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