Introducción

En México el pimiento morrón (Capsicum annuum L.) también llamado chile verde morrón, por su volumen de producción es considerado un cultivo de importancia económica en el rubro de la exportación agrícola, se estima que más del 80% de los frutos producidos en suelo mexicano son destinados principalmente hacia los Estados Unidos y Canadá, con valor económico superior a los 520 millones de pesos (^{SIAP, 2017}). Actualmente en el sector hortícola se implementan estrategias de producción intensiva, con la finalidad de aumentar la superficie de cultivo y productividad de las plantas, lo que impulsa el uso constante y excesivo de fertilizantes sintéticos, insumos agrícolas costosos y en extremo contaminantes tanto del suelo y agua, así como de la salud humana y animal (^{Schulz y Glaser, 2012}; ^{Watanabe et al., 2015}).

Ante la utilización desmedida de insumos nutricionales sintéticos se han diseñado alternativas de producción agrícola sostenibles e inocuas para los recursos naturales, entre estas se encuentra el aprovechamiento de biofertilizantes elaborados a base de diversos tipos de microorganismos benéficos, como por ejemplo los formulados con cepas rizobacterianas capaces de promover el crecimiento y desarrollo de las plantas (^{Noh-Medina et al., 2014}; ^{Hernández-Montiel et al., 2017}; ^{Naili et al., 2018}), entre las comunidades rizobacterianas destacan numerosas especies distribuidas entre los géneros: Azotobacter, Pseudomonas, Bacillus, Enterobacter, Rhizobium, Azospirillum, entre otros de importancia agrícola (^{Kamou et al., 2015}; ^{Espinosa et al., 2017}; ^{Pérez-Velasco et al., 2019}).

Las rizobacterias como agentes biofertilizantes son capaces de estimular directa e indirectamente el crecimiento, desarrollo y productividad de las plantas, mediante diferentes rutas metabólicas como la solubilización del fósforo mineral, fijación biológica del nitrógeno presente en la atmósfera (^{Zaidi et al., 2015}; ^{Coy et al., 2019}) y la producción de hormonas vegetales como auxinas, giberelinas y citosinas (^{Hernández-Montiel et al., 2017}; ^{Puente et al., 2018}). Debido a los efectos que presentan las rizobacterias en las plantas, estos son considerados microorganismos elicitores naturales con la habilidad de mejorar crecimiento y productividad de los cultivos, resultando ser una alternativa biotecnológica como biofertilizante factible de bajo costo y fácil aplicación, aprovechable en la producción sustentable y no contaminante de cultivos agrícolas establecidos en campo o invernadero, favoreciendo la reducción de fertilizantes sintéticos que dañan al ambiente (^{Yang et al., 2009}; ^{Sunar et al., 2015}; ^{Dar et al., 2018}).

Estudios sobre la aplicación de rizobacterias y fertilizantes sintéticos reportan aumentos en el crecimiento de las plantas, como resultado de una mayor capacidad de absorción y asimilación de nutrimentos promovida por el aumento poblacional y acción metabólica rizobacteriana (^{Dinesh et al., 2013}; ^{Díaz et al., 2018}; ^{Tahir et al., 2018}). Al respecto ^{Chiquito-Contreras et al. (2017)}, señalan que la aplicación de rizobacterias de la especie Pseudomonas putida más fertilización sintética reducida al 75% de macro y micronutrimentos incrementó significativamente el rendimiento de fruto y crecimiento vegetativo de chile habanero en invernadero. Por su parte ^{Naseri y Mirzaei (2010)} en un estudio similar indican que la aplicación de rizobacterias del género Azotobacter y Azospirillum con fertilización sintética reducida al 50% de nitrógeno inorgánico en condiciones de campo incrementó significativamente el crecimiento de plantas de cártamo. En el estudio realizado en campo por ^{Yousefi y Barzegar (2014)}, reportan rendimientos similares en plantas de trigo tratadas con fertilizante fosforado al 100% y plantas inoculadas con Azotobacter chrocooccum y Pseudomonas fluorescens con aplicación del 50% del mismo fertilizante sintético. Aun cuando es consistente el efecto positivo de la combinación de rizobacterias con dosis reducidas de fertilizantes sintéticos en las plantas, es indispensable conocer y determinar la mejor combinación que facilite el proceso sinérgico entre los agentes biológicos e insumos nutricionales sintéticos, que coadyuve en la obtención de mayor crecimiento y productividad de plantas de importancia económica (^{Hernández-Montiel et al., 2017}; ^{Tripti et al., 2017}; ^{Cordero et al., 2018}). De acuerdo con lo antes descrito, el objetivo del presente estudio fue determinar el efecto de la inoculación de tres cepas rizobacterianas de Pseudomonas putida y aplicación de dos concentraciones de fertilización sintética sobre parámetros morfológicos y rendimiento de fruto en plantas de pimiento morrón en condiciones de invernadero.

Materiales y Métodos

Resultados y Discusión

De acuerdo con los resultados obtenidos, el análisis estadístico muestra diferencias significativas (P ≤ 0.05) para las variables agronómicas de crecimiento y productividad de las plantas de pimiento morrón biofertilizadas de forma individual y combinada con las cepas rizobacterianas de P. putida más la aplicación de dos concentraciones de fertilización sintética (Cuadro 2). Las plantas inoculadas con la combinación de las cepas rizobacterianas FA-8, FA-56 y FA-60 (tratamiento MIX) más dosis de fertilización al 100% incrementaron la altura y biomasa fresca respecto al control (fertilización sintética al 100%) en un 28.54% y 19.29% respectivamente, comparando con los resultados obtenidos para las mismas variables de altura y biomasa fresca en plantas con nutrición sintética en dosis del 75% e inoculadas con la cepa FA-56 y MIX se obtuvieron incrementos del 25.03 y 18.80 % respectivamente en comparación con las plantas fertilizadas al 100% (control), tales valores son destacables considerando que se utilizó 25% menos fertilizante sintético en la nutrición de las plantas biofertilizadas. En las variables biomasa seca y diámetro de tallo, las plantas con la cepa FA-56 y fertilización sintética al 75% mostraron un aumento del 27.25 y 37.85% respectivamente, en comparación a las plantas control con nutrición sintética al 100%.

Para longitud de raíz, volumen radical y rendimiento de fruto, el mejor resultado se obtuvo en las plantas biofertilizadas con el tratamiento MIX (combinación de las tres cepas rizobacterianas) con fertilización sintética al 75%, obteniendo aumentos del 18.91, 31.86 y 25.78% respectivamente, con relación a las plantas control fertilizadas al 100 %. En la variable contenido porcentual de azucares totales (Brix (sólidos solubles totales) presentes en jugo de fruto maduro de pimiento, los resultados no indican presencia de diferencias significativas (P ≤ 0.05) entre tratamientos de plantas biofertilizadas con las cepas de P. putida y nutrición sintética en dosis del 75 y 100 % (Cuadro 2).

En cuanto al aumento del crecimiento y rendimiento de fruto determinados en las plantas de pimiento biofertilizadas con las cepas rizobacterianas de la especie P. putida y dosis reducida de fertilización sintética al 75%, la respuesta observada ésta relacionada con la capacidad metabólica de P. putida para producir hormonas reguladoras del crecimiento, particularmente del grupo de las auxinas como el ácido indolacético (AIA), actividad metabólica capaz de inducir el crecimiento vegetal, a través de la división celular y diferenciación de tejidos expresado en un incremento de biomasa y rendimiento (^{Nadeem et al., 2016}; ^{Ghosh et al., 2018}).

Por otra parte, se ha descrito que las rizobacterias poseen la habilidad para mejorar el proceso de nutrición mineral de las plantas, al facilitar la disponibilidad y aumentar la absorción de nutrimentos como N, P y quelatización de iones como el Fe (^{Kumar-Solanki et al., 2014}; ^{Singh et al., 2018}). Al respecto, diversos autores han señalado la importancia de utilizar cepas rizobacterianas del género Pseudomonas como agentes biofertilizantes, debido a su capacidad para estimular el crecimiento vegetal y/o productividad de plantas de interés económico como: tomate (^{Hernández-Montiel et al., 2017}), chile habanero (^{Chiquito-Contreras et al., 2017}), pimiento morrón (^{Bacilio et al., 2016}), papa (^{Arseneault et al., 2015}), soya (^{Rubina et al., 2018}), trigo (^{Imperiali et al., 2017}), maíz (^{Di Salvo et al., 2018}), entre otros.

^{Díaz et al. (2015)} indican que la aplicación en campo de agentes rizobacterianos de la especie Azospirillum brasilense en plantas de sorgo más fertilización sintética al 50%, aumentó significativamente el número de granos por panoja, contenido de proteína y rendimiento total de grano, en comparación con las plantas de sorgo sin biofertilizar y con dosis de fertilización al 100%.

Por su parte ^{Carlier et al. (2008)} en un estudio similar reportan que la biofertilización en campo de plantas de trigo con cepas de Pseudomonas sp. y dosis de fertilización sintética reducida al 50% mostró un aumento significativo en el peso de semilla y número de espigas. ^{Dubey et al. (2014)} reportan que la inoculación de plantas de garbanzo con cepas rizobacterianas de Bacillus subtilis más fertilización sintética en dosis reducida al 50%, mejoró significativamente el rendimiento de semilla, respecto a las plantas fertilizadas al 100% sin inocular. ^{Chiquito-Contreras et al. (2017)} al evaluar en plantas de chile habanero el efecto de diferentes cepas rizobacterianas de P. putida con fertilización sintética en dosis del 75% en condiciones de invernadero, obtuvieron un incremento significativo en el rendimiento de fruto respecto a las plantas con dosis del 100% de fertilización sintética y sin inocular, concluyendo que la aplicación de dosis reducidas de fertilizantes sintéticos permitirá una disminución en los costos de producción del cultivo, generando a su vez un menor impacto nocivo hacia el ambiente por el uso continuo de insumos inorgánicos. En el presente estudio al evaluar plantas de pimiento morrón biofertilizadas con las tres cepas rizobacterianas de P. putida (tratamiento MIX) y fertilización sintética al 75%, mostró un incremento significativo en el rendimiento de fruto del 25%, en comparación con las plantas control fertilizadas al 100%.

En cuanto a la composición nutricional del fruto, en particular al contenido de solidos solubles totales ((Brix), algunos estudios señalan que esta cualidad organoléptica en frutos de plantas biofertilizadas, puede estar influenciada por la actividad metabólica y potencial de las rizobacterias para favorecer la absorción y asimilación de elementos nutrimentales esenciales, así como por la estimulación regulada por el etileno (^{Gamalero y Glick, 2015}), compuesto orgánico volátil que interviene en la producción de enzimas con función reductora de los azúcares que se localizan en la pared celular del fruto, dando origen a monosacáridos simples que aumentan progresivamente durante la fase de maduración del fruto (^{Ordookhani y Zare, 2011}; ^{Pérez-Velasco et al., 2019}).

Respecto a la tasa poblacional (UFC) de células bacterianas de P. putida cuantificadas en las muestras de raíces de las plantas de pimiento morrón, las cepas rizobacterianas más dosis de fertilización sintética al 75 y 100% mostraron diferencias significativas entre los tratamientos (Figura 1). Las plantas del tratamiento MIX biofertilizadas simultáneamente con las tres cepas de P. putida (FA-8, FA-56 y FA-60) más fertilización sintética al 75% mostraron la mayor tasa poblacional de células con 545 UFC (10⁷ g^-1 de tejido fresco de raíces), por su parte, las plantas biofertilizadas con las cepas de forma individual y combinada más fertilización sintética al 100% mostraron poblaciones bajas de UFC.

Letras distintas presentes en las barras indican diferencias significativas, según la prueba de rango múltiple Tukey (P ≤ 0.05).

Figura 1: Unidades formadoras de colonias contabilizadas en raíces de plantas de pimiento morrón variedad ‘California Wonder’, biofertilizadas con cepas de Pseudomonas putida y plantas control con fertilización sintética, a los 135 días posteriores al transplante.  

Hay evidencias que señalan el efecto negativo de los fertilizantes sintéticos sobre la tasa poblacional y actividad metabólica de las rizobacterias inoculadas en plantas, tal y como ocurre en diversas especies rizobacterianas capaces de realizar la fijación biológica del nitrógeno atmosférico, elemento nutricional esencial para el óptimo crecimiento y metabolismo de las plantas (^{Pankievicz et al., 2015}), generalmente este tipo de microorganismos en presencia de nitrógeno inorgánico presentan una reducción en su habilidad metabólica para la fijación biológica de N, debido a que la acción de este tipo de rizobacterias es particularmente significativa cuando este elemento nutrimental se encuentra escaso entorno a la rizósfera de las plantas (^{Nadeem et al., 2016}; ^{Moreau et al., 2019}).

Algunos estudios han descrito que las fluctuaciones en la tasa poblacional de rizobacterias, está condicionada de acuerdo con el método de inoculación de las rizobacterias sobre las plantas, así como por la cantidad y calidad de los compuestos orgánicos producidos en la exudación de las raíces, sobresaliendo la presencia de diversos grupos hormonales (como las auxinas, giberelinas y citoquininas), azúcares, vitaminas, aminoácidos, enzimas, ácidos orgánicos y fenoles (^{Aung et al., 2016}; ^{Wu et al., 2018}). Finalmente, tanto la cantidad como la calidad de los compuestos exudados generados por las raíces de las plantas son capaces de estimular la actividad de las rizobacterias a través de competencia por la diversidad de metabolitos presentes en los exudados, así como por el área que ocupan sobre las raíces, siendo los puntos idóneos para la proliferación de las poblaciones microbianas los espacios entre las uniones de las células epidérmicas y la zonas de crecimiento por donde emergen las raíces, zonas con mejor adhesión, mayor actividad y atracción microbiana (^{Vacheron et al., 2013}; ^{Sasse et al., 2018}).

Conclusiones

La respuesta determinada en las plantas de pimiento morrón variedad ‘California Wonder’, biofertilizadas con cepas de Pseudomonas putida de forma individual y combinada más fertilización sintética en dosis reducida al 75% mostró mayores incrementos en diferentes variables morfológicas de crecimiento (longitud de raíz, volumen de raíz, diámetro de tallo y biomasa seca), población bacteriana y producción de frutos. La utilización de rizobacterias puede contribuir a la disminución de la cantidad de fertilizantes sintéticos suministrados a las plantas hasta en un 25%, permitiendo una reducción considerable en los costos de producción del cultivo de pimiento morrón, coadyuvar en la conservación de la fertilidad del suelo y minimizar el impacto ambiental. Es necesario realizar estudios detallados en condiciones de campo, en donde se contemple la implementación de fertilización sintética en dosis reducidas, para validar la capacidad de las cepas rizobacterianas de la especie P. putida como biofertilizantes capaces de promover el crecimiento vegetativo y rendimiento de fruto en plantas de pimiento morrón con un enfoque de producción agrícola sustentable y ecológicamente viable.