INTRODUCCIÓN

La batata (Ipomoea batatas Lam.) es un alimento altamente energético, que contiene 25-30% de carbohidratos totales y es una fuente importante de carotenoides de provitamina A, vitamina C, potasio, hierro y calcio (Quiroga et al., 2016), situándolo como uno de los cultivos de importancia en la seguridad alimentaria a nivel mundial, después del arroz, trigo, maíz y yuca; se cultiva en 114 países, con una producción global aproximada de 113 millones de toneladas, siendo el continente asiático el mayor, con cifras que superan los 100 millones de toneladas equivalente al 82,5 %, donde se destaca China (FAOSTAT, 2017). En América Latina se destacan países productores como Brasil, Argentina, Perú, Haití y Cuba (Flórez et al., 2016). En Colombia, aunque el cultivo se realiza para consumo familiar y en ocasiones para la venta en mercados locales, la raíz tiene potencialidad para convertirse en una alternativa productiva y económica en la alimentación humana como producto fresco, la alimentación animal como forraje y materia prima para la transformación industrial en comestibles, aditivos, almidones, alcoholes y otros derivados con valor agregado (Quiroga et al., 2016).

La producción de batata en el año 2012 fue de 626,8 toneladas, siendo el departamento de Sucre el de mayor volumen con una producción de 391 toneladas (62,38%), otros departamentos que aportaron en la producción nacional fueron: Córdoba con 150 toneladas (23,93%), Magdalena con 37,5 toneladas (5,98%), Nariño con 29,2 toneladas (4,65%) y el resto de la producción se distribuyó en las Islas de San Andrés y Providencia, con 14 (2,23%) y 5,1 (0,81%) toneladas, respectivamente (Flórez et al., 2016). La producción de batata en los departamentos de Sucre, Córdoba y Magdalena va en descenso, debido a la falta de interés por los productores, quizás influenciado por la baja demanda del producto en los mercados locales y al desconocimiento de las técnicas de producción, enfocadas a mejorar los rendimientos, con miras a la comercialización nacional e internacional (Flórez et al., 2016).

En Colombia, la batata se asocia a la red de productos de raíces y tubérculos, existiendo cultivares mejorados que están disponibles y que, a través de sus prácticas de manejo agronómico, tiene un potencial como materia prima y alternativo para las industrias procesadoras de alimentos balanceados para humanos y animales, gracias a que aporta un alto valor energético en las raíces tuberosas y un alto valor proteico en el follaje (Pedraza et al., 2015).

El uso de biofertilizantes representa una alternativa para limitar el uso de fertilizantes químicos, reduce el impacto ambiental y mejora la productividad de los cultivos. En este sentido, en Agrosavia se han desarrollado estudios en esta temática, en cultivos como tomate, lechuga, uchuva, pastos y ñame (Sánchez et al., 2012; Sánchez et al., 2014a; Sánchez et al., 2014b; Sánchez et al., 2016; Sánchez et al., 2018). Por otra parte, los microorganismos fijadores de nitrógeno presentan ventajas frente al uso de fertilizantes químicos y favorecen a la preservación del medio ambiente y genera una agricultura sostenible (Dierksmeier, 2007).

Una de las alternativas al problema derivado de la fertilización es la aplicación de rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (PGPRs, por sus siglas en inglés) (Castillo et al., 2016). En el Centro de Investigación Turipaná de Agrosavia se adelantan investigaciones con microorganismos promisorios, disponiendo de una colección de bacterias pertenecientes a diferentes géneros entre los cuales se destacan Azotobacter, Azospirillum y Pseudomonas; los cuales fueron aislados de cultivos de batata en diferentes regiones del Caribe colombiano (Pérez y Sánchez, 2017). Esta investigación tuvo como objetivo evaluar el efecto de las cepas bacterianas Pseudomonas denitrificans IBVS2 y Azotobacter vinelandii IBVS13 en el rendimiento de la batata clon Tainung 66 en condiciones de campo

MATERIALES Y MÉTODOS

Área de estudio

La investigación se realizó en el segundo semestre del año 2017 en el Centro de Investigación Turipaná- Agrosavia, ubicado en el kilómetro 13 vía Montería-Cereté, Córdoba, Colombia, la zona presenta una altura de 14 msnm y las coordenadas geográficas son 8º 50’ 79” de Latitud norte y 75º 47’ 58” de Longitud oeste. Según Holdridge (1978), este pertenece a la zona de vida de bosque húmedo tropical (bh-T). Además, cuenta con las siguientes características climáticas de temperatura mínima 24 ºC, temperatura máxima 31 ºC y temperatura promedio de 27,5 ºC, humedad relativa del 70% y precipitación anual de 1.340 mm/año (IDEAM, 2019).

Microorganismos

Las cepas que se emplearon fueron Pseudomonas denitrificans IBVS2 y Azotobacter vinelandii IBVS13 obtenidas en la investigación realizada por Pérez y Sánchez (2017), proporcionadas por el banco de trabajo del Laboratorio de Microbiología Agrícola del Centro de Investigación Turipaná - Agrosavia.

Diseño experimental

Cada parcela o unidad experimental (UE) constó de 5 surcos de 7,2 m de largo y una 1distancia de 1 m entre surcos para un total de 36 m², la distancia entre parcelas fue de 2 m y 0,4 m entre plantas. El material vegetal que se utilizó fue esquejes de batata clon Tainung 66, completando un total de 2160 plantas en campo. Se utilizó un diseño de bloques completos al azar (DBCA) mediante arreglo factorial aumentado 3x2+2 de 8 tratamientos con 3 repeticiones, teniendo 24 unidades experimentales en total. El primer factor correspondió a las cepas bacterianas seleccionadas y caracterizadas a partir de cultivos de batata de la región Caribe, distribuidas en tres niveles: Pseudomonas denitrificans (IBVS2), Azotobacter vinelandii (IBVS13) y mezcla; el segundo factor correspondió a la fertilización nitrogenada con dos niveles de 250 y 375 kg.ha-¹ (50% y 75% respectivamente); adicionalmente dos testigos sin inoculación con 0 y 500 kg.ha-¹ fertilización nitrogenada (absoluto y químico respectivamente).

Fertilización e inoculación

Se incorporó Sulfato de Amonio (NH4)₂SO₄ como Fertilizante Nitrogenado (FN), según lo recomendado por el análisis de suelos, una cantidad total de 20 gramos/planta y se distribuyó al suelo al lado de la planta una primera fracción del 30% a los 20 días después de la siembra (dds) y una segunda fracción del 70% a los 40 días después de la siembra (dds). Se hizo la inoculación bacteriana con 10 mL (concentración celular de 1x10⁸ UFC. mL-¹) medida con DO₅₄₀=0,05 nm (Termoscientific-Genesys 10S UV-Vis) en medio Luria Bertani (LB) aplicando al pie de cada plántula de batata simultáneamente con la fertilización.

Variables de respuestas

Para determinar la variable de masa seca aérea se realizó con un marco de 50 cm x 50 cm y se lanzó aleatoriamente en cada unidad experimental (UE) o parcela, con el dato final del aforo se tomó el peso húmedo y peso seco, y se expresó en t.ha-¹. La determinación de materia seca se realizó al momento de la cosecha (120 dds).

Los contenidos de N, P, K, Ca y Mg total en el tejido foliar se determinaron tomando 500 gramos de peso fresco foliar entre los tres surcos centrales en cada parcela. Esto se hizo a los 40 después de la siembra (dds), posteriormente, se llevaron al Laboratorio de química de suelos- Agrosavia para realizar el contenido foliar de nitrógeno (EPA 351,3 modificado), fósforo y potasio (Digestión abierta nítrico: perclórico (5:2) /Espectrometría de absorción atómica), calcio y magnesio (Digestión abierta nítrico: perclórico (5:2) /Espectrofotometría de emisión de plasma inductivamente acoplado) expresados en porcentaje (%).

El nitrógeno del suelo se determinó tomando muestras a una profundidad de 20 cm de 500 g de suelo por cada parcela, antes y después del experimento expresado en porcentaje (%).

Para determinar la composición bromatológica de las raíces tuberosas se tomaron 500 g al momento de la cosecha (120 dds) por cada parcela, para determinar los contenidos de cenizas % (AOAC 942.05), proteína % (OAC 960.52), fibra cruda % (NTC 5122), extracto etéreo % (AOAC 2003.06; INCOTEC, 2002), la energía bruta y metabolizable los tubérculos se determinó utilizando una bomba calorimétrica (Parr 6200, Parr Instrument Company, Moline, IL).

Finalmente, se tuvo presente los datos de producción para rendimiento de raíces a los 120 días después de la siembra (dds). La recolección se hizo en los tres surcos centrales por cada parcela, para su determinación se incluyeron raíces primarias, secundarias, con o sin venas superficiales. Al momento de la cosecha, rendimiento y producción, y masa seca de raíces expresada en t.ha-¹.

Análisis estadístico

Los datos fueron tabulados y organizados en Microsoft Excel office 2016 y Software SAS 9.4 (español); posteriormente sometidos a una evaluación estadística empleando un análisis de varianza y prueba de comparación de medias de Tukey (α≤0.05).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los cuadrados medios de varianza presentaron diferencias estadísticamente significativas (α≤0.05) de los factores cepa y fertilización, así como de su interacción entre el nitrógeno del suelo, masa seca de raíces y rendimiento total (Tabla 1)

En nitrógeno del suelo, no hubo diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos frente a los testigos, pero se logra apreciar el mayor contenido de nitrógeno en el suelo cuando se inoculó P. denitrificans IBVS2+50 %FN (Tabla 2). Es difícil saber las cantidades reales de fertilización nitrogenada en asocio a las suspensiones bacterianas en batata de acuerdo con el material genético seleccionado. Por eso, aplicaciones de dosis nitrogenado inferiores o superiores al equilibrio nutricional, limitan la efectividad y beneficios de la inoculación tal como lo indica Espinosa et al., (2017).

La baja disponibilidad de nitrógeno disminuye las proteínas en los cloroplastos de las plantas y, por lo tanto, una degradación de su estructura podría afectar la capacidad fotosintética y ocasionando menores rendimientos, tanto de la parte aérea como para las raíces tuberosas (Barker y Pilbeam, 2015). Por consiguiente, todos estos factores como clima, suelo, clon y manejo agronómico interactúan entre sí y definen la demanda del nitrógeno para el cultivo, el suministro desde el suelo y la eficiencia de la fertilización en mezcla con las cepas bacterianas (Sandaña et al., 2012; Ferrera-Cerrato y Alarcón, 2004).

En la masa seca aérea no se encontraron diferencias estadísticamente significativas entre los tratamientos (Tabla 2). De igual forma, se presentan similitud a los encontrados por Pérez y Sánchez (2017) en donde evaluaron el efecto de microorganismos en plántulas de batata en invernadero, con las cepas A. vinelandii IBCB15 y Azotobacter sp. IBCB10 donde no presentaron diferencias estadísticamente significativas respecto a la masa seca aérea.

Para la variable de masa seca de raíces se presentaron diferencias estadísticamente significativas (α≤0.05) en el tratamiento con P. denitrificans IBVS2+50%FN en comparación con el testigo químico, pero no con el testigo absoluto (Tabla 2). El aumento de la biomasa seca está relacionado en la capacidad de las especies vegetales en la asimilación de una mayor cantidad de elementos minerales del suelo y que influyen de manera eficiente sobre el crecimiento y desarrollo, por consiguiente, es difícil saber las dosis de fertilización nitrogenada en asocio con bacterias PGPRs que permitan tener un mejor comportamiento en esta variable (Mujica-Pérez et al., 2017). Además, Mujica-Pérez et al. (2017) resaltaron el género Pseudomonas que tienen un potencial para estimular el crecimiento de las plantas por la producción de fitohormonas como la Auxina. Así mismo, es estudios realizados por Buono y Ulla (2016), evidenciaron que la bacteria P. fluorescens estimuló la longitud radicular y peso seco en Tabaco (Nicotiana tabacum L.) y Pimiento (Capsicum annuum L.) donde se presentó similitud en los resultados obtenidos en este estudio en la variable de masa seca radicular con P. denitrificans IBVS2+50 %FN que incrementó (52%) respecto al testigo químico. De igual forma, Sánchez et al. (2019) evaluaron la respuesta a la incorporación de microorganismos y fertilización nitrogenada en la variable de materia seca radicular en el cultivo batata clon Tainung alcanzando con el tratamiento de testigo químico los valores más bajos materia seca radicular con un valor de 0,76 t.ha-¹ y mostrando una similitud con nuestro estudio.

En último lugar, para el rendimiento hubo diferencias estadísticamente significativas (α≤0.05) con la cepa P. denitrificans IBVS2+50 %FN en comparación con el testigo químico, pero no con el testigo absoluto (Tabla 2). Por lo tanto, estos resultados presentan similitud a los obtenidos por Ortiz y Flórez (2008), quienes afirman que, si bien el aporte del nitrógeno no afecta la inducción de la tuberización, una fertilización completa inhibe la formación de las raíces posterior a la inducción. Según los resultados alcanzados cuando se hizo 100 %FN hubo la menor respuesta en rendimiento y masa seca de las raíces.

Por otro lado, resultados alcanzados por Huamán (2002) donde evaluó el rendimiento de tres clones de batata en cuatro niveles de fertilización nitrogenada sin la utilización de bacterias PGPRs, obtuvo con el clon SR 92.653.20 con niveles de nitrógeno de 100 kg.ha-¹ y 50 kg.ha-¹ el mayor rendimiento de raíces totales con 32,1 y 31,7 t.ha-¹ respectivamente, siendo valores superiores a los alcanzados con el clon Tainung 66 a partir de todos los tratamientos. Adicionalmente, el clon Jewel con un nivel de nitrógeno de 150 kg.ha-¹ en los caracteres de raíces totales obtuvo rendimientos 3,6 y 1,3 t.ha-¹ respectivamente, estos valores son inferiores al valor medio con Tainung 66 a partir del testigo químico, Huaman (2002) afirma que altas dosis de nitrógeno sin una adecuada disponibilidad de los demás elementos minerales provocó en la mayoría en los clones un desarrollo exuberante de la masa seca aérea, donde se presentó similitud con Tainung 66 con 100 %FN. Además, en una investigación reportado por Sánchez et al. (2019) sobre la respuesta a la incorporación de microorganismos y fertilización nitrogenada en el rendimiento del cultivo batata clon Tainung, en Corozal, Colombia, obtuvieron con A. chroococcum IBCR19+75 %FN 12,18 t.h-¹, superando al testigo absoluto y químico donde alcanzaron 6,95 y 3,18 t.ha-¹, respectivamente, destacando con el testigo químico el menor rendimiento. Los rendimientos en los testigos absoluto y químico en este estudio fueron superiores a los reportados por los autores, sin embargo, muestra similitud con P. denitrificans IBVS2+50 %FN sobrepasando al testigo químico. Esto da a entender, que los valores de rendimiento, depende del clon y la eficiencia en la asimilación del nitrógeno, la localidad en donde se establezca el cultivo y manejo agronómico.

Para el contenido foliar de N, P, K, Ca y Mg, no se presentaron diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos frente a los testigos controles (Tabla 3). Según Silva et al. (2016) y Cisneros-Rojas et al. (2017), las bacterias favorecen los contenidos de cada elemento, pudiéndose notar lo contrario en los contenidos de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio donde no hubo diferencia marcada. Además, estos microorganismos de vida libre pueden contribuir a la nutrición de las plantas a través de una variedad de mecanismos, incluidos los efectos directos sobre disponibilidad de nutrientes, por ejemplo, fijación de nitrógeno atmosférico (N2), tal como lo indican Raaijmakers et al. (2009) y Martín et al. (2017), por el cual, no hay evidencias investigativas de suspensiones bacterianas sobre batata y el clon utilizado u otros que permita explicar claramente el comportamiento del contenido foliar de nutrientes. Además, las inoculaciones con estos microorganismos pueden afectar el follaje y contribuir directamente a la absorción de minerales por parte de la planta, en consecuencia, incrementan la biomasa y acumulación de minerales en el tallo y las hojas, donde en este estudio se presentó caso contrario cuando no se inoculó y hubo una fertilización nitrogenada completa.

Los contenidos de nitrógeno, fósforo, potasio, calcio y magnesio el tejido foliar no presentó diferencias significativas entre los tratamientos para cada uno de los elementos minerales evaluados frente los testigos absoluto y químico. Por el contrario, en estudios realizados por Farzana y Radizah (2005), demostraron que tres aislados de rizobacterias incrementaron el crecimiento y la absorción de N, P, K, Ca y Mg en dos cultivares de batata, sin embargo, en nuestro estudio hubo un comportamiento estadístico similar entre los tratamientos y no se soporta con los resultados obtenidos por los autores.

Respecto a la composición bromatológica de las raíces tuberosas (Tabla 4), se encontraron diferencias estadísticas (α≤0.05) entre el testigo absoluto frente a A. vinelandii IBVS13+75 %FN en los contenidos de cenizas, siendo superior cuando no se inoculó ni fertilizó en comparación con la cepa A. vinelandii IBVS13. Seguidamente, en el contenido de fibra cruda hubo diferencias estadísticamente significativas(α≤0.05) cuándo se inoculó P. denitrificans IBVS2+75 %FN respecto al testigo absoluto y químico. Sin embargo, para los contenidos de proteínas, extracto etéreo, energía bruta y energía metabolizable, independientemente de los tratamientos evaluados, no hubo un comportamiento diferencial estadísticamente entre ellos en función de los testigos absoluto y químico. Estos contenidos fluctúan, de acuerdo con las características genéticas del cultivar, sistema de producción seleccionado (densidad de plantas, características de los suelos, etc.) y prácticas de manejo agronómico, siendo ideal aplicar las BPA (García et al., 2016).

Los contenidos de cenizas fueron similares a los encontrados por Sangronis et al. (2006), Yadav et al. (2006) y Martí et al. (2011) citado por García et al. (2016), quienes explicaron que este componente siempre se encuentra en una baja cantidades en la mayoría de las raíces y tubérculos, aunque estos valores obtenidos son altos (González et al., 2015).

Por otro lado, los contenidos de proteínas fueron considerados altos y dentro del intervalo reportado por varios autores, que señalan promedios entre 3,73 a 10,01 g/100 g para algunas especies de raíces y tubérculos, aunque hayan diferido estadísticamente entre los tratamientos (Yépez y Estévez, 2014) siendo las cantidades en este estudio superiores al rango máximo de proteínas (Serrano et al., 2011; Puerta, 2012). Sin embargo, los contenidos de cenizas, proteínas, fibra cruda, extracto etéreo, energía bruta y metabolizable se ven afectados o mejorados por efecto de las características genéticas del clon, condiciones edafoclimáticas de la región, entre otros factores asociados a la domesticación de la especie (Techeira et al., 2014; García et al., 2016).

Resultados encontrados por Rodas (2008) donde evaluó el efecto de Azospirillum sp. sobre caracteres agronómicos y rendimiento en trigo duro variedad Jupare, encontró incremento en el contenido de proteína, extracto etéreo, fibra cruda y energía metabolizable en el grano a partir de la inoculación bacteriana respecto al testigo absoluto, esto puede explicarse que quizás estos valores de los contenidos mencionados anteriormente pueden encontrarse en el rango máximo, aun así con diferencias estadísticas entre los tratamientos, por lo cual no hay reporte de estudios relacionados con PGPRs sobre la batata. Finalmente, se conoce el potencial que tienen las bacterias PGPRs en las plantas, permitiendo mejorar la composición nutricional y calidad de las raíces tuberosas, fundamentales para la dieta humana como un alimento sano y nutritivo, que estas dependerán del material genético (clon), condiciones edafoclimáticas y el manejo agronómico.

CONCLUSIONES

La cepa P. denitrificans IBVS2+50 %FN promovió la capacidad del crecimiento vegetal en la batata clon Tainung 66, incrementando el rendimiento y masa seca radicular en relación con el testigo químico, bajo condiciones de campo. El uso de biofertilizante a base de esta cepa bacteriana sería una estrategia fundamental en la nutrición y desarrollo del cultivo batata aumentado su productividad y ayudando a una sostenibilidad ambiental.

Agradecimientos

Este estudio fue financiado por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural Colombiano bajo el convenio número TV17 con Agrosavia, Laboratorio de Microbiología Agrícola del Centro de Investigación Turipaná. Este trabajo formó parte del proyecto” Desarrollo y vinculación de tecnologías para sistemas de producción de ñame y batata para consumo fresco, transformación y exportación en el Caribe Colombiano”, que hace parte de la agenda de la investigación de Agrosavia.

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