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Introducción
Aunque la domesticación del chile (Capsicum annuum L.) ocurrió en el noreste o centro-este de México, el número de haplotipos encontrados en la Península de Yucatán sugiere que su manejo y diversificación ocurrió en dicha región de la Mesoamérica prehispánica (Pérez-Castañeda et al., 2015; Casas et al., 2019). Las especies de chile con más demanda comercial por su color, aroma, tamaño, sabor o pungencia son: C. chinense, C. frutescens, C. pubescens y C. annuum. Sin embargo, esta última es la más valiosa a nivel mundial, y por ello se le siembra en regiones templadas, tropicales y subtropicales de Europa, Asia, África y América (Aguirre-Mancilla et al., 2017; Kumar et al., 2018).
El fruto de chile, es uno de los productos hortofrutícolas que se aprecia en la gastronomía y agroindustria de diversas naciones, aunque EUA y Canadá son los principales mercados donde al menos en 2016 se consumieron 992 mil y 3 mil toneladas (Mg), respectivamente (SAGARPA-SIAP, 2017). En México, su consumo va más allá de ser solo un condimento y alimento nutritivo, pues culturalmente se ha convertido en un símbolo de identidad nacional e internacional (Aguirre y Muñoz, 2015). El primer productor mundial de chile es China con 16 120 406 Mg cosechadas en poco más de 711 mil ha y México ocupa el segundo lugar con 2 732 635 Mg logradas en el 7.4% del total de la superficie dedicada al cultivo de esta solanácea (SAGARPA-SIAP, 2017).
Aunque el chile se cultiva bajo diferentes sistemas de siembra, tanto en temporal como en riego, o bajo fertirrigación, de forma directa y de trasplante, a cielo abierto y bajo agricultura protegida, los rendimientos por unidad de superficie sembrada no son los deseables, pero se puede incrementar su productividad mediante el uso e implementación de tecnologías de vanguardia (Nkansah et al., 2017; Yang et al., 2018).
Según Jaramillo et al. (2007), los invernaderos se incluyen dentro de las técnicas de cultivo protegido e intensivo que propician condiciones artificiales favorables o microclimáticas óptimas (en cuanto a la radiación, precipitación, temperatura y humedad incidentes) con el fin de asegurar una producción y calidad deseable en las cosechas. En cuanto al uso de fertilizantes químicos y sus altos costos económicos y ecológicos se refiere, son aspectos que sin duda han provocado la búsqueda de alternativas y nuevas estrategias de manejo que reduzcan el uso y aplicación de insumos contaminantes para las plantas, ser humano, agua, suelo y ambiente (Yuan et al., 2017; Verma et al., 2020). Ante la fertilización de las plantas con productos químicos, el uso de bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV) y la aplicación de abonos orgánicos como la lombricomposta, se convierten en una opción para desarrollar sistemas agro-productivos donde la aplicación de fertilizantes químicos se reduzca y se fomente una producción sostenible (Brar et al., 2019; Parastesh et al., 2019).
Bacillus subtilis es una bacteria considerada dentro de las BPCV, debido a su capacidad de solubilización de fósforo (Prakash y Arora, 2019), producción de sideróforos (Rizzi et al., 2019), control biológico de fitopatógenos (a través del parasitismo, antagonismo, antibiosis y competencia) (He et al., 2019; Cucu et al., 2020) y producción de fitohormonas (auxinas, giberelinas, ácido abscísico y etileno) (Kudoyarova et al., 2019) que promueven el crecimiento de las plantas. Esta bacteria puede proporcionar un aumento en la productividad agrícola, una disminución en los costos del cultivo y no presenta contaminación al medio ambiente, siendo una alternativa segura y sostenible a los nocivos efectos de los fertilizantes químicos utilizados de manera tradicional para la producción de los cultivos (Bhat et al., 2019).
La lombricomposta, es el proceso por el cual los desechos orgánicos se descomponen a través de las acciones sinérgicas de las lombrices de tierra y las comunidades microbianas (Ali et al., 2015), además contiene nutrimentos que son de importancia en el crecimiento y productividad de las plantas (Roychowdhury et al., 2017) y mejora las propiedades químicas, biológicas y físicas del suelo (Aksakal et al., 2016).
La aplicación de BPCV y lombricomposta pueden ser una alternativa al uso de fertilizantes químicos, promoviendo el crecimiento y la productividad de los cultivos de manera sustentable. Por lo anterior, se evaluó el efecto de la incorporación individual y en conjunto de B. subtilis y lombricomposta sobre la respuesta agronómica de chile dulce bajo condiciones de invernadero.
Materiales y Métodos
El presente estudio se realizó en un invernadero ubicado en la ciudad de Xalapa, Veracruz, México, localizado en 19° 33’ N y 96° 56’ O, a 1428 m de altitud.
Sustrato
Se utilizó una mezcla de suelo, arena y tepecil en proporción 2:1:1 (vol/vol) y se desinfectó con Bunema( (metam sodio 45%) a una dosis de 100 mL m-2 (Terralia, 20181). Posteriormente con el sustrato se llenaron bolsas negras de 5 kilogramos.
Concentración bacteriana
La bacteria B. subtilis fue proporcionada por el Laboratorio de Fitopatología del Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste y se le cultivó en medio TSB (Caldo Soya Tripticaseína) al 3% a 28 (C por 48 h y 180 rpm. Posteriormente, la concentración de la bacteria fue ajustada a 1 ( 109 UFC mL-1 usando un espectrofotómetro UV/Vis a 660 nm y absorbancia de 1. La inoculación con B. subtilis se realizó al trasplante, aplicando 3 mL sobre la raíz de cada planta.
Lombricomposta
Se utilizó una lombricomposta comercial (TerraNova Lombricultores, Xalapa, Ver. MX) producida a partir de pulpa de café, la cual, presentaba las siguientes características; materia orgánica 84%, pH 7.4, fósforo orgánico 0.108%, fósforo total 0.25%, nitrógeno total 3.99%, potasio total 2.14%, calcio total, 1.72%, magnesio total 0.8%, relación C/N 12.21, ácidos fúlvicos 10.5% y ácidos húmicos 15.1%. Se utilizaron las dosis de 280, 380 y 570 g de lombricomposta por planta recomendadas por López et al. (2012). La lombricomposta fue esterilizada con Bunema( (metam sodio 45%) a una dosis de 100 mL m-2.
Fertilización química
A los tratamientos fertilizados se les aplicaron por planta; 12 g de fosfato diamónico (18-46-00) y de 12‑12-17 + 2 MgO cada 10 días después del trasplante (ddt) y los siguientes fertilizantes foliares; 7.2 g L-1 Nitrosol( cada 8 días (de los 20 hasta los 40 ddt), 5 g L-1 de Syntek( y Ca-Bo cada 8 días (de los 40 hasta los 90 ddt) (Agroscience, 2017).
Descripción de los tratamientos
Al momento del trasplante, cada planta fue inoculada con B. subtilis, fertilizada químicamente o con lombricomposta. Se utilizó un diseño completamente al azar con 15 repeticiones por cada tratamiento donde T1 = plantas con fertilizante químico; T2 = B. subtilis; T3 = B. subtilis + fertilizante químico; T4, T5, T6 = 280, 380, 570 g, respectivamente; T7, T8, T9 = B. subtilis + 280, 380, 570 g de lombricomposta, respectivamente. Las plantas fueron colocadas dentro de un invernadero por 90 días.
Variables evaluadas
Al final del experimento, las variables evaluadas fueron; altura de la planta (cm), diámetro del tallo (mm), número de hojas, número de botones, número de flores, área foliar (cm3), producción (g) y unidades formadoras de colonias (UFC) mediante el método propuesto por Glick et al. (1999).
Análisis estadístico
Se utilizó un método completamente al azar y los datos fueron procesados mediante un análisis de varianza (ANOVA) de una vía y se empleó la prueba LSD de Fisher con un nivel de significación del 5% (α = 0.05) del software STATISTICA (versión 8.0.360.0 StatSoft Inc., Tulsa, EUA) para Windows.
Resultados y Discusión
Parámetros morfológicos
Las plantas de chile dulce que fueron inoculadas con la bacteria y diferentes dosis de lombricomposta presentaron un incremento significativo en altura, diámetro del tallo, número de hojas, número de botones, número de flores y área foliar en relación a las plantas con fertilizante químico (Cuadro 1). Las plantas inoculadas con B. subtilis más la dosis alta del abono orgánico alcanzaron incrementos del 86% en altura, 197% en diámetro de tallo, 500% en número de hojas, 200% en número de botones, 187% en número de flores y 462% en área foliar, en comparación con el tratamiento de las plantas con fertilizante químico. El resto de los tratamientos de las plantas con la bacteria o abono orgánico presentaron los valores más altos en todas las variables morfológicas en relación a las plantas fertilizadas.
Cuadro 1: Parámetros morfológicos de plantas de chile dulce inoculadas con B. subtilis y dosis de lombricomposta.
|
Tratamiento |
Descripción |
Altura |
Diámetro de tallo |
Número de hojas |
Número de botones |
Número de flores |
Área foliar |
|
cm |
mm |
cm3 |
|||||
|
1 |
Fertilizante químico |
16.03 a† |
4.1 a |
15 a |
19 a |
16 a |
127.24 a |
|
2 |
B. subtilis |
17.73 b |
5.3 b |
18 b |
22 b |
18 b |
154.07 b |
|
3 |
B. subtilis + fertilizante químico |
19.49 c |
6.6 c |
22 c |
23 b |
18 b |
255.67 c |
|
4 |
286 g de lombricomposta |
21.24 d |
7.5 d |
45 d |
30 c |
20 c |
327.57 d |
|
5 |
381 g de lombricomposta |
23.54 e |
7.6 d |
51 e |
35 d |
23 d |
386.14 e |
|
6 |
571 g de lombricomposta |
24.88 f |
8.1 e |
61 f |
39 e |
24 d |
557.24 f |
|
7 |
B. subtilis + 280 g de lombricomposta |
26.39 g |
9.2 f |
77 g |
44 f |
32 e |
630.41 g |
|
8 |
B. subtilis + 380 g de lombricomposta |
28.19 h |
10.3 g |
78 g |
49 g |
33 e |
696.91 h |
|
9 |
B. subtilis + 570 g de lombricomposta |
29.97 i |
12.2 h |
90 h |
57 h |
46 f |
715.13 i |
† Letras distintas en la misma columna indican diferencias estadísticas (LSD de Fisher, P < 0.05).
El incremento en los parámetros morfológicos del chile dulce con B. subtilis y lombricomposta se podría deber principalmente a dos factores; el primero de ellos al contenido del abono orgánico en macro y micronutrientes (Maji et al., 2017) y reguladores del crecimiento (como auxinas, giberelinas, citoquininas, ácido fúlvico y húmico) (Goswami et al., 2017; Ravindran et al., 2019) que son utilizados por las plantas como fuente de energía o en sus procesos de división y elongación celular, entre otros (Hanc et al., 2019). Además, con la aplicación de lombricomposta se mejora el enraizamiento de las plantas, la estructura del suelo, aireación, retención de agua y promueve la actividad microbiana (Zhao et al., 2017; Gupta et al., 2019), principalmente de las BPCV (Viti et al., 2010; Espinosa-Palomeque et al., 2017).
El segundo factor es la capacidad de B. subtilis para producir ácidos orgánicos de bajo peso molecular que permiten la liberación del fósforo soluble del suelo, este macro-elemento es utilizado por las plantas para su fotosíntesis, energía y síntesis y degradación de fuentes de carbono que les permite alcanzar un mayor crecimiento vegetal (Wang et al., 2019). B. subtilis también produce ácido indol-3-acético (AIA), la cual, es una hormona vegetal que participa en la elongación y división celular, diferenciación de tejidos y las respuestas a la luz y la gravedad (Wagi y Ahmed, 2019). Además, la protección de las plantas hacia fitopatógenos por la bacteria influye de manera positiva sobre el crecimiento vegetal (Ndeddy y Babalola, 2016; Rizzi et al., 2019). Finalmente, las bacterias del género Bacillus tienen una alta capacidad de adhesión y colonización de las raíces de las plantas, lo que produce un mayor efecto sobre su crecimiento (Allard-Massicotte et al., 2016).
La aplicación de lombricomposta o B. subtilis ha incrementado diversos parámetros morfológicos de cultivos como arroz (Sharma y Garg, 2018), tomate (Durukan et al., 2019), cebada (Jamily et al., 2019), lechuga (Lee et al., 2020), entre otros. En el caso particular del chile, la aplicación de lombricomposta o B. subtilis ha promovido el crecimiento de diversos germoplasmas de esta solanácea (Álvarez-Solís et al., 2016; Haghighi y Barzegar, 2018; Huang et al., 2020), sin embargo, este es el primer reporte del efecto de diversas dosis de lombricomposta más B. subtilis en el cultivo de chile dulce.
Producción de chile y UFC de B. Subtilis
La producción de frutos de chile se incrementó en un 364% en las plantas inoculadas con B. subtilis y la dosis más alta de lombricomposta en comparación con las plantas fertilizadas químicamente (Figura 1). Se observó un incremento en la producción de chile conforme las plantas inoculadas con la bacteria fueron fertilizadas de forma creciente con la lombricomposta. Los nutrimentos minerales contenidos en los abonos orgánicos como la lombricomposta, y el aporte de sustancias reguladoras del crecimiento y la solubilización de fósforo por parte de las BPCV como B. subtilis desempeñan un papel importante en la productividad de las plantas (Choudhary et al., 2019).
Columnas con la misma letra son estadísticamente iguales (LSD de Fisher, P < 0.05).
Figura 1: Producción (g) de frutos de chile dulce en plantas inoculadas con B. subtilis y dosis de lombricomposta. T1 = plantas con fertilizante químico, T2 = B. subtilis, T3 = B. subtilis + fertilizante químico, T4 = 280 g de lombricomposta, T5 = 380 g de lombricomposta T6 = 570 g de lombricomposta, T7 = B. subtilis + 280 g de lombricomposta, T8 = B. subtilis + 380 g de lombricomposta y T9 = B. subtilis + 570 g de lombricomposta.
El aumento en las dosis de lombricomposta aplicadas en las plantas permitió que las poblaciones de B. subtilis se incrementaran en las raíces del chile dulce (Figura 2), contabilizando un mayor número de UFC de la bacteria con la dosis más alta de lombricomposta. Al respecto, Singh et al. (2012), Ammaan et al. (2019) y Maheshwari et al. (2019) mencionan que los abonos orgánicos son importantes en el incremento de las poblaciones bacterianas benéficas, las cuales, son un factor relevante en la productividad de las plantas. En relación al tratamiento de las plantas fertilizadas químicamente e inoculadas con B. subtilis, la población bacteriana disminuyó probablemente al efecto negativo que puede representar el fertilizante a base de nitrógeno o fósforo, los cuales, disminuyen la población y actividad microbiana relacionada con la fijación biológica de nitrógeno o la solubilización de fósforo, la cual, es significativa cuando estos elementos nutricionales son escasos en la rizósfera de las plantas (Nadeem et al., 2014; Chiquito-Contreras et al., 2017).
Columnas con la misma letra son estadísticamente iguales (LSD de Fisher, P < 0.05).
Figura 2: Población de B. subtilis en raíces de plantas de chile dulce con lombricomposta. T1 = plantas con fertilizante químico, T2 = B. subtilis, T3 = B. subtilis + fertilizante químico, T4 = 280 g de lombricomposta, T5 = 380 g de lombricomposta T6 = 570 g de lombricomposta, T7 = B. subtilis + 280 g de lombricomposta, T8 = B. subtilis + 380 g de lombricomposta y T9 = B. subtilis + 570 g de lombricomposta.
Fitohormonas y bacterias no son una aportación de los fertilizantes químicos hacia las plantas, por ello, las tecnologías orgánicas son importantes debido a sus múltiples características biológicas que permiten mejorar su nutrición mineral, crecimiento y productividad (Soni y Kapoor, 2019). El efecto sinérgico ejercido por la lombricomposta más BPCV sobre el aumento de la cosecha ya ha sido reportado en diversos cultivos como tomate (Ojha et al., 2016), lechuga (Khosravi et al., 2018), coliflor (Thakur et al., 2018), mostaza (Beenish et al., 2019), entre otros.
La sustentabilidad de los diversos sistemas agrícolas debe contemplar el uso de abonos orgánicos como la lombricomposta y BPCV como B. subtilis, debido a que son opciones para incrementar la productividad vegetal, son ecológicamente aceptables y de nulo impacto al ambiente y salud humana y animal en comparación con los fertilizantes químicos (Lim et al., 2016; Vejan et al., 2016).
Conclusiones
La aplicación en conjunto de lombricomposta y B. subtilis incrementó los parámetros morfológicos y producción de plantas de chile dulce a nivel de invernadero. Se cuantificaron significativamente los valores más altos en todas las variables evaluadas con la dosis más alta del abono orgánico más la bacteria superando al tratamiento de las plantas más fertilizante químico. La aplicación en conjunto de lombricomposta más B. subtilis puede ser una alternativa sustentable para el cultivo de chile dulce.
