Localidades

Los estudios se desarrollaron durante 2010 en dos localidades del norte de Tamaulipas, en El Vaso, Matamoros (25° 53’ 57’’ N, 97° 48’ 49’’ O; 20 msnm), condición de temporal y con riego en el Campo Experimental Río Bravo, INIFAP (CERIB), Río Bravo (25° 57’ 17’’ N, 98° 01’ 5.1’’ O; 25 msnm). Previo a la siembra, se tomaron muestras de suelo a 30 cm de profundidad, para analizar las propiedades químicas y físicas (Cuadro 1). El pH se determinó en solución acuosa (1:2); la conductividad eléctrica (C.E.) con el porcentaje de saturación; la materia orgánica (M.O.) se midió con dicromato de potasio mediante la técnica de Walkley y Black; el NO₃-N se determinó mediante ácido salicílico; el P disponible se midió con el método de Olsen; y el K intercambiable por acetato de amonio (^{Plenecassagne et al., 1999}).

Manejo experimental

El híbrido de sorgo manejado fue D-47 (comúnmente utilizado en la región), sembrado el 2 de febrero en el CERIB y el 8 de febrero de 2015 en El Vaso, a densidades recomendadas de 240 y 155 mil plantas ha^-1, respectivamente (^{INIFAP-CERIB, 2012}). Los microorganismos evaluados fueron: a) BPCV, consorcio Bacteriano 2709 (compuesto por tres cepas de Pseudomonas spp.) (Ba), Campo Experimental Bajío, INIFAP, Celaya, Guanajuato; b) seis cepas de HMA experimentales del INIFAP, provenientes de colectas de regiones áridas y semiáridas del norte de México [3 (Funneliformis mosseae), 20 (Gigaspora albida), 32 (F. mosseae), 35 (F. mosseae), 39 (F. mosseae) y 55 (Gigaspora albida)] y una cepa micorriza arbuscular INIFAP (M) (Rhizophagus intraradices) del Campo Experimental General Terán, INIFAP, General Terán, N.L.; c) testigo fertilizado (TF), con dosis de 60N-40P-00K y 120N-40P-00K, para temporal y riego, respectivamente (^{INIFAP-CERIB, 2012}); y d) testigo absoluto, no inoculado ni fertilizado. En condiciones de riego, la mitad del N se aplicó en presiembra y la otra mitad antes de floración. Los HMA con ≥60 esporas g^-1 de suelo, se inocularon en la semilla a dosis de 1 kg ha^-1. Las BPCV crecieron en medio de cultivo extracto de levadura manitol en forma líquida hasta alcanzar la fase estacionaria, ésta fase se determinó mediante densidad óptica usando espectrofotómetro y recuento celular con cámara de 0.1 mm (Neubauer). Se obtuvo una concentración de 1 × 10⁸ UFC g^-1, posteriormente, el cultivo se colocó en un soporte a base de turba esterilizada, la cual se aplicó a dosis de 500 g ha^-1. El diseño fue bloques completos al azar con cinco repeticiones, la parcela experimental consistió de cuatro surcos de 0.81 m y de 6 m de longitud. Se aplicó un riego 10 días antes de la siembra, de una lámina de agua de10 cm y dos riegos de auxilio a los 40 y 65 días después de la siembra; otras prácticas agronómicas se siguieron según las indicaciones locales para sorgo (^{INIFAP-CERIB, 2012}).

Variables evaluadas

En el estado fenológico de hoja bandera se midió el contenido de clorofila in situ mediante lecturas tomadas en la parte central de 25 hojas bandera, con un determinador portátil Minolta SPAD-502®. En floración se hizo análisis foliar del contenido de N, P, Fe y Zn, en el Laboratorio de Suelo-Planta y Agua del Campo Experimental Río Bravo, INIFAP. El N se cuantificó en porcentaje mediante el método Kjeldahl con digestión rápida, el P en porcentaje con el método amarillo del ácido colorimétrico de vanadomolibdofosfórico y el Fe y Zn en mg L^-1 mediante una digestión húmeda con mezcla de ácido nítrico-perclórico, las concentraciones de los elementos se determinaron con espectrofotómetro de absorción atómica (^{Plenecassagne et al., 1999}). Además, se tomaron al azar cinco plantas de cada parcela para estimar la biomasa seca foliar y radical (g), mediante el secado en estufa a 60 °C durante tres días.

En madurez fisiológica se obtuvieron cinco plantas, las cuales se sacaron con pala para extraer el volumen de suelo bajo la planta (≈30 cm), en ellas se determinó el porcentaje de colonización total. Las raíces se lavaron para eliminar el suelo, se cortaron en fragmentos de 1 cm, se mezclaron y se tomaron submuestras de 1 g. Para determinar la colonización, se siguió la técnica de clareo con 10% KOH, y de tinción de azul tripano al 0.03% (^{Phillips y Hayman, 1970}), con montaje en laminillas para examinar microscópicamente los segmentos y determinar el porcentaje de estructuras fúngicas, según el método de ^{Giovannetti y Mosse (1980)}. El rendimiento de grano se cuantificó al cosechar y trillar las panojas de los dos surcos centrales, con humedad de grano ajustada al 14%.

Análisis estadístico

Los efectos de los tratamientos sobre las variables se determinaron por análisis de varianza combinado (riego-temporal), y la significancia entre los tratamientos e interacciones fue mediante la prueba de Tukey (P ≤ 0.05). Además, se hicieron algunas correlaciones mediante el coeficiente de Pearson (P ≤ 0.05).

Estatus nutrimental

El índice de clorofila SPAD y el contenido foliar de N, P y Fe, fueron afectados por las cepas microbianas evaluadas y la condición de humedad (riego y temporal, precipitación total de 102 y 177 mm, respectivamente). Aunque solamente se obtuvieron interacciones significativas, cepa × condición, para N (P = 0.01), P (P = 0.002) y Zn (P = 0.007). Por el contrario, interacciones no significativas fueron para clorofila (P = 0.65) y Fe (P = 0.36), lo que indica que los dos factores son independientes. Los mayores registros de clorofila (P = 0.01) se observaron en las parcelas donde se aplicó la fertilización química y el HMA INIFAP (M) (Cuadro 2); este hecho tiene relevancia debido a que la variable correlacionó con N (r = 0.94), P (r = 0.84), biomasa foliar (r = 0.89) y rendimiento de grano (r = 0.93), por lo que expresa el estado nutrimental de la planta. Se ha observado que la inoculación de sorgo con Rhizophagus intraradices incrementó los pigmentos fotosintéticos comparado con plantas no inoculadas (^{Díaz et al., 2013a}). ^{Lu y Wu (2017)} demostraron mayor crecimiento de planta y niveles de clorofilas (a y b) en trébol blanco (Trifolium repens) inoculado con Diversispora versiformis y Paraglomus occultum.

El contenido de Fe en hoja resultó sobresaliente al utilizar la cepa 32, en ambas condiciones de humedad, que superó (P = 0.001) los valores obtenidos del resto de los tratamientos (Cuadro 2). Es importante considerar que la deficiencia de Fe es común en los cultivos y representa un grave problema, particularmente en suelos calcáreos y alcalinos; la cepa 32 podría tener un uso potencial en suelos con limitada disponibilidad de este elemento. ^{Astiko et al. (2013)} y ^{Díaz et al. (2013b)} registraron diferente efectividad simbiótica de HMA en la absorción de Fe en soya y maíz.

Los valores de clorofila y Fe foliar fueron 22% (P = 0.02) y 238% (P = 0.007) superiores en el agrosistema con riego, respectivamente, comparado con la localidad con régimen de temporal (Cuadro 2). En general, las mayores concentraciones de N, P y Fe en el follaje del sorgo se registraron en la condición de riego (Cuadro 2). Seguramente, el factor condición de humedad en el suelo fue determinante para la mejor disponibilidad de los nutrimentos en el sistema con riego ya que en la localidad de temporal se registraron 177 mm de precipitación durante el desarrollo del cultivo (febrero-junio).

La mayor absorción de N se obtuvo con el tratamiento fertilizado en la condición de riego (3.19%), seguido por las cepas M (3.06%), 3 (3.03%) y 32 (2.99%); en temporal destacaron los tratamientos fertilizado (2.63%) y la cepa M (2.58%) (Cuadro 3). Diferentes reportes indicaron que los HMA son capaces de incrementar la adquisición de N a la planta mediante las hifas externas (^{Hodge y Storer, 2015}; ^{Thirkell et al., 2016}). En particular ^{Thirkell et al. (2016)} demostraron el mecanismo por el cual los HMA promueven la absorción del N por las plantas, así como los beneficios en la nutrición y su crecimiento. Por el contrario, cepas de HMA evaluadas por ^{Tchabi et al. (2010)} en el tubérculo conocido como ñame blanco (Dioscorea rotundata) no mostraron incrementos en la absorción de N.

El mayor contenido de P fue obtenido en la condición de riego con la cepa 35 (0.303%); en temporal destacaron las cepas M (0.247%) y 3 (0.240%) (Cuadro 3). Los HMA tienen la particularidad, en su mecanismo simbiótico, de favorecer la absorción de P a las plantas (^{Deepika y Kothamasi, 2015}). ^{Tchabi et al. (2010)}, también detectaron variaciones en las concentraciones de P en planta con la inoculación de diferentes cepas de HMA.

Para el caso del Zn, en riego el mayor contenido fue con el consorcio Bacteriano 2709, Ba (58.6 mg L^-1), mientras que en temporal la mejor fue la cepa 39 (56.6 mg L^-1) (Cuadro 3). ^{Aguado y Moreno (2012)} indicaron que a diferencia de Azospirillum, los efectos de Pseudomonas en los cultivos se encuentran menos documentados. En maíz de riego y con la evaluación de distintas cepas microbianas, ^{Díaz et al. (2013b)} reportaron resultados semejantes al señalar que el mismo consorcio Bacteriano 2709, incrementó la absorción de Zn. ^{Govindasamy et al. (2017)} y Ramond et al. (2013) demostraron amplia variabilidad de respuesta en las características de planta y nutrición mineral de sorgo a través de cepas de BPCV. Estudios de ^{Esitken et al. (2010)} concluyeron que cuando la fresa (Fragaria × ananassa) fue inoculada con cepas de BPCV Pseudomonas BA-8 y Bacillus M3 y 142, se incrementó el contenido foliar de P, Fe, Cu y Zn, el crecimiento y el rendimiento de fruto. ^{Díaz et al. (2013a)} reportaron que la inoculación de maíz (Zea mays L.) y pimiento (Capsicum annuum) con R. intraradices incrementó la adquisición de N, P, Fe, y Zn.

Producción de biomasa

Las cepas microbianas no afectaron la producción de biomasa seca de follaje (P = 0.07) y radical (P = 0.09) del sorgo (Cuadro 4). Por el contrario, otros estudios han demostrado el beneficio que aportan los inoculantes microbianos en la promoción de la biomasa vegetal (^{Lu y Wu, 2017}; ^{Govindasamy et al., 2017}). Debido a que la promoción de biomasa está asociada con la producción de fitohormonas, la diferencia de resultados podría atribuirse a las variaciones en la producción de fitohormonas entre las cepas microbianas y la especificidad simbiótica cepa-genotipo.

La condición de humedad solamente afectó el peso de la biomasa seca foliar (P = 0.002), en riego se registró un incremento de 38 g comparado con temporal. Además, no se observaron interacciones significativas cepa × condición para biomasa foliar (P = 0.56) y radical (P = 0.08) (Cuadro 4).

Colonización micorrízica

Se observaron diferencias estadísticamente significativas (P = 0.01) en la colonización micorrízica entre las cepas, que fluctuó de 28.4 a 92.6%, no así en las condiciones de humedad (P = 0.45), cuyo promedio fue de 67.1% (P = 0.27). En general, todas las plantas inoculadas con las cepas de HMA registraron altos porcentajes de colonización, con respecto al testigo fertilizado, absoluto y al Bacteriano 2629 (cepa Ba). Particularmente las que presentaron la mayor colonización fueron M, 55, 39 y 35, las cuales mostraron semejanzas y promediaron 88.9% (Cuadro 4). No obstante, la colonización no correlacionó con el rendimiento o sus componentes. ^{Tapia et al. (2010)} determinaron que el nivel de colonización micorrízica no siempre está asociado con la efectividad de la cepa de HMA.

La diferente capacidad de colonización entre cepas de HMA ha sido también corroborada en otros cultivos (^{Montero et al., 2010}; ^{Tchabi et al., 2010}). En su estudio, ^{Tchabi et al. (2010)} observaron que las cepas evaluadas de HMA fueron capaces de colonizar, independientemente de su procedencia. Cabe destacar que la colonización fúngica con Bacteriano 2629 superó al testigo fertilizado (Cuadro 4). Este fenómeno de incremento en la colonización natural de HMA, a través de la inoculación de rizobacterias, aunque no está esclarecido, también fue reportado en la leguminosa Piptadenia gonoacantha con cepas de rizobacterias fijadoras de nitrógeno (^{Junior et al., 2017}).

La condición de humedad no influyó en el nivel de colonización micorrízica, la cual promedió 67.1% (Cuadro 4). Resultados opuestos los obtuvieron ^{Deepika y Kothamasi (2015)}, quienes mencionan que los niveles de humedad en el suelo ejercen efectos directos en la colonización de HMA, la mayor colonización la obtuvieron con 15-20% de humedad en el suelo.

Rendimiento de grano

El rendimiento de grano fue influenciado por las cepas microbianas (P = 0.03) y por la condición de humedad (P = 0.003); no hubo interacción entre ambos factores (P = 0.33). Las cepas 39, 3 y M, resultaron competitivas con el rendimiento obtenido en las parcelas del testigo fertilizado (Cuadro 4). Estos resultados tienen gran relevancia en especial por las consecuencias económicas y de impacto ambiental que conlleva la práctica de fertilización. Resultados de cinco años sucesivos con sorgo, maíz y frijol, en riego y temporal (^{Salinas, 2007}; ^{Díaz et al., 2014b}), indicaron que el HMA INIFAP fue competitiva en rendimiento respecto a la fertilización química, pero fue superior en la rentabilidad de la producción en temporal y superior o igual en la condición de riego. En maíz de temporal, ^{Aguado y Moreno (2012)} señalaron que la inoculación con la BPCV Ba (Bacteriano 2709) en combinación con el 50% de la fertilización química (15-15-00), igualó el rendimiento al obtenido con la fertilización convencional (100%).

No obstante, la respuesta sobresaliente de las cepas 39, 3 y M en el rendimiento de sorgo, es importante continuar con la introducción de HMA en función a que las plantas requieren de cepas eficientes, particularmente en situaciones de ausencia o bajas poblaciones de HMA nativos, en suelos erosionados, degradados, contaminados y en suelos con especies micorrízica ineficientes (^{Grageda et al., 2012}; ^{Astiko et al., 2013}; ^{Kim et al., 2017}). Otro aspecto interesante es comprender mejor las interacciones entre los inoculantes microbianos, la fertilización mineral y la planta, con el propósito de reducir o sustituir las cantidades de fertilizantes aplicados, reducir los costos de producción, así como los efectos nocivos en la agroecología. Este tema ha sido ampliamente abordado en diferentes estudios (^{Sharma et al., 2012}; ^{Berruti et al., 2015}).

Los resultados del presente estudio mostraron que la expresión del potencial de los inoculantes microbianos en la nutrición y rendimiento de sorgo, variaron en función a la cepa utilizada. La efectividad del HMA INIFAP también ha sido reportada en sorgo cuando fue sometida bajo diferentes ambientes (^{Díaz et al., 2014a)}. ^{Tchabi et al. (2010)} indicaron que la funcionalidad de los HMA es más dependiente de su capacidad y habilidad intrínseca que de su origen geográfico. Desde el punto de vista práctico, se le ha dado importancia en seleccionar inoculantes microbianos eficientes, que aumenten la productividad de los cultivos y que procedan de agroecosistemas particulares, donde se les pretendan incorporar como un elemento biotecnológico. Al respecto, ^{Xiang et al. (2012)} y ^{Berruti et al. (2015)}; mencionan que el uso de bioinoculantes a base de HMA y BPCV se ha acrecentado comercialmente durante los últimos años, aunque revisten de gran importancia aquellos que tienen efectividad en los cultivos y que sean económicamente viables.