Introducción

El melón (Cucumis melo L.) pertenece a la familia de las cucurbitáceas y es un cultivo importante en el mundo (^{FAO, 2016}). Se cultiva en regiones tropicales y subtropicales del mundo, aunque también en clima templado en agricultura protegida (^{Gómez-Guillamón et al., 1997}; ^{Robinson y Decker-Walters, 1997}). Se reconocen siete variedades importantes de la especie C. melo: cantaloupensis Naud., reticulatus Ser., saccharinus Naud., inodorus Naud., flexuosos Naud., conomon Mak. y dudaim Naud. (^{Kirkbride, 1993}). De ellos, cantaloupensis, reticulatus e inodorus son los que tienen más cultivos en el mundo. En México, el área plantada con melón en 2014 fue 18 454 ha. La producción total de fruto fresco fue 526 991 t, con rendimiento promedio de 28.79 t ha^-1 y valor económico de 181.79 millones de dólares estadounidenses (^{SIAP, 2016}), lo que coloca a México como un exportador importante de melones. Por ejemplo, en 2013, se exportaron 145 688 t, con valor mayor a 105 millones de dólares estadounidenses (^{FAOSTAT, 2017}).

Sin embargo, a pesar de lo señalado, la cosecha de melón en México enfrenta diversas complicaciones en el manejo agronómico (^{Ayala y Carrera, 2012}), los problemas más frecuentes son plagas, enfermedades y problemas en nutrición. Estas dificultades se deben a la tendencia del mercado de solicitar frutos libres de residuos de agroquímicos. Al respecto, diversos microorganismos tienen efectos benéficos cuando están en la rizósfera de los cultivos. Entre las bacterias beneficiosas con mayor potencial en el cultivo de hortalizas están Pseudomonas, Serratia, Streptomices, Calothrix, Aureobasidium y Bacillus (^{Choudhary y Johri, 2009}; ^{Singh et al., 2011}). Las especies de dichos géneros liberan un rango amplio de péptidos con actividad microbicida que incluyen pequeñas bacteriocinas y antihongos (producidos a través de la síntesis ribosomal) y peptaiboles, ciclopéptidos y pseudopéptidos, que son metabolitos secundarios no peptídicos (^{Montesinos, 2007}). Además, B. subtilis es una rizobacteria promotora del crecimiento vegetal (PGPR), pertenece a este grupo y puede colonizar las raíces de la planta o de las cercanas. La inoculación con PGPR en diferentes cultivos puede aumentar su estado nutricional y generar cambios en compuestos, como fitohormonas, que causan variaciones en la fisiología de la planta, como incremento en el desarrollo de la raíz, inducción de resistencia sistémica y tolerancia a ciertas condiciones ambientales (^{Beneduzi et al., 2012}). Asimismo, algunas cepas pueden inhibir el desarrollo de organismos patógenos a través de sideróforos y antibióticos. Del mismo modo, la calidad del fruto se puede mejorar, como ocurre en el tomate (^{Mena-Violante y Olalde-Portugal, 2007}).

Entre estos géneros bacterianos, Bacillus sobresale por su capacidad de generar muchos metabolitos secundarios, enzimas y reguladores del crecimiento en las plantas (^{Cazorla et al., 2006}; ^{Ongena y Jacques, 2008}). Asimismo, la especie B. subtilis, una bacteria Gram-positiva, es uno de los microorganismos mejor caracterizados genética y bioquímicamente (^{Ongena y Jacques, 2008}). Hay muchas cepas con capacidad excelente de colonización y gran versatilidad para proteger diversas plantas de patógenos (^{Kloepper et al., 2004}). Además, B. subtilis posee gran capacidad de esporular, lo que asegura su permanencia en el ambiente (^{Schallmey et al., 2004}).

Bacillus subtilis ha mostrado efectos positivos en la calidad y desarrollo de otros frutos aparte del melón, como el tomate (^{Mena-Violante y Olalde-Portugal, 2007}; ^{Mena-Violante et al., 2009}). Asimismo, la inoculación del suelo con B. subtilis, en prueba de laboratorio, mostró un incremento del crecimiento de la planta de C. melo (^{Zhao et al., 2011}). Algunas características relacionadas con la calidad del fruto que mejoran al aplicar B. subtilis incluyen: aumento en el tamaño y el peso del fruto, mayor rendimiento, resistencia a organismos degradantes y firmeza, debido a una reducción de producción de etileno, lo que significa una vida de anaquel más larga, e incremento en los sólidos solubles totales (^{Mena-Violante y Olalde-Portugal, 2007}; ^{Mena-Violante et al., 2009}).

Entonces, el uso de cepas nativas mexicanas de B. subtilis en el cultivo de melón podría tener efectos positivos evitando la incidencia de enfermedades y aumentando la nutrición en la planta. Con esto, se lograría mayor calidad del fruto y la posibilidad de obtener mejor precio en el mercado. Al mismo tiempo, el producto sería atractivo para el mercado de exportación por sus características en inocuidad de alimentos. Este enfoque es una alternativa atractiva desde el punto de vista ambiental, económico, científico, de mercado y de salud. Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue evaluar los efectos de cuatro cepas nativas de México de B. subtilis (BEB-23, LAL-36, BEB-22 y BEB-13) en el desarrollo de plantas de melón (rendimiento y calidad del fruto) cultivadas en condiciones de invernadero. Así, la aplicación de cepas nativas mexicanas de B. subtilis en plantas de melón cultivadas en invernadero podría generar una mejora significativa en el desarrollo de la planta y la calidad del fruto.

Materiales y Métodos

Variables evaluadas

Las variables fueron el desarrollo de la planta, el rendimiento y la calidad del fruto. Respecto al desarrollo de la planta, semanalmente se evaluó la altura (cm) de 45 plantas (nueve por tratamiento) durante 11 semanas, desde la base hasta el ápice. Asimismo, se registró el área foliar dibujando el borde de la hoja (cinco hojas, desde el ápice hasta la base) de cada una de las 45 plantas (de las que se registró la altura) sobre una hoja de papel que fue escaneada, produciendo una imagen que se procesó a través del software Image J (Figura 1). Los pesos fresco y seco del vástago y de las raíces se determinaron al final del experimento. En resumen, se cosecharon las 45 plantas (a la altura del cuello) cuyas variables se habían medido. La raíz del tallo se separó, se pesó, para registrar el peso fresco. Después, los tallos con hojas se colocaron en un horno de secado (Thermo Scientific™, modelo Precisión™, EUA) a 60 °C durante 72 h y, luego se pesaron para determinar su peso seco. Para obtener el peso fresco de la raíz, después de cortar la parte aérea de la planta, las raíces se lavaron con agua de la llave y se limpiaron de residuos de sustrato, luego se pesaron y de inmediato se colocaron en un horno de secado a 60 °C por 72 h, después se pesaron para obtener el peso seco de la raíz.

Figura 1 Área foliar de plantas de melón sobre papel y su conversión a cm² por medio del software Image J. 

El rendimiento de fruto por ha se calculó con los datos del peso fresco del fruto por cosecha, considerando tres cosechas totales durante el ciclo de la planta y 20 000 plantas ha⁻¹.

La calidad del fruto de melón se determinó en 45 muestras (una por planta), considerando: 1) peso fresco, que se midió con una balanza digital (Mettler PJ6000, España); 2) diámetro polar y ecuatorial, 3) área de la cavidad del fruto, que se midió con el protocolo descrito por ^{Nuñez-Palenius et al. (2007)}; 4) color de la corteza externa (exocarpio), que se determinó usando un cromatómetro Hunter Lab (Minolta, modelo CM-508d, EUA), calibrado con un estándar (azulejo blanco) para obtener los parámetros L^*, b^* y a^*, 5) firmeza del fruto, que se midió así: el fruto entero sin pelar se probó con un penetrómetro con sonda cónica (velocidad=1 mm s^-1) conectada a un dispositivo TA-XT2 (Stable Micro Systems, Inc. EUA); la fuerza máxima requerida se registró para penetrar el fruto a una distancia específica de 15 mm en dos puntos equidistantes sobre la zona ecuatorial de cada fruto, obteniendo la fuerza promedio de ambas medidas por fruto; 6) también se evaluaron los sólidos solubles totales (TSS), la acidez titulable (TA) y el pH del jugo obtenido del mesocarpio; para esto, el mesocarpio se maceró y se colocó en una centrífuga (28 000 xg) (Thermo Científico™ Sorvall™ Legend™ XT/ XF, EUA) y después se filtró a través de un papel Whatman núm. 1; el jugo obtenido se analizó para determinar TSS, TA, y pH, por triplicado, usando un refractómetro digital (Hanna Instruments HI 96801, México), un Dispensador Fisher-395 conectado a un electrómetro (Fisher 380, EUA) y un medidor de pH digital (Hanna Instruments, México), respectivamente; 7) otra variable de la calidad del fruto fue el índice de madurez, obtenido como el resultado de la proporción TSS/TA.

Resultados y Discusión

Los pesos fresco y seco de la raíz mostraron diferencias estadísticas entre los tratamientos. Las cepas BEB-22 (128.6±sd o SE) y LAL-36 (64.55±sd o SE) promovieron los valores promedio mayores comparados con los de las otras cepas y el testigo. Por el contrario, los pesos seco y fresco de los brotes, altura de la planta y área foliar no presentaron diferencia significativa (Cuadro 1).

La longitud y el peso del fruto mostraron diferencias significativas entre tratamientos (F_{0.05 (1) 4, 30}=2.86, p≤0.05; F_{0.05 (2) 4, 30}=2.74, p≤0.05). Según la prueba de Tukey, la cepa LAL-36 promovió los mayor valores promedio en longitud y peso del fruto comparados con otros tratamientos. Lo mismo se observó para rendimiento, que presentó diferencias significativas entre los tratamientos: la cepa LAL-36 produjo el máximo rendimiento promedio (Cuadro 2).

Los resultados para el color de la corteza externa fueron diferentes (p≤0.05) entre los tratamientos (Cuadro 3). El tratamiento testigo tuvo los valores menores en todas las categorías, y la cepa BEB-22 tuvo los promedios mayores en comparación con LAL-36 y BEB-23 en los parámetros L^* , a^* y b^* de la corteza. La cepa BEB-13 provocó los mayores valores promedio en los parámetros a^* y b^* (Cuadro 3). Respecto a la calidad del fruto, el testigo presentó el mayor valor de TA, y la cepa BEB-22 y BEB-13 indujeron los mayores valores promedio para TSS (Cuadro 3).

Los resultados del ANDEVA indicaron diferencias significativas en la firmeza del fruto (F_{0.05 (1)4, 30}=8.31, p≤0.0001), índice de madurez (F_{0.05 (1)4, 30}= 9.26, p≤0.0001), y ¼ de la cavidad del fruto (F_{0.05 (1)4, 30}=3.45, p≤0.05). El tratamiento que generó estas diferencias fue BEB-23 en firmeza; el índice de madurez formó dos grupos, uno con BEB-23, BEB-22 y BEB-13 que tuvieron los valores promedio más altos y otro con LAL-36 y testigo para los más bajos. Por el contrario, para el ¼ de la cavidad del fruto, los datos promedio más altos se encontraron en testigo y LAL-36 (Cuadro 4). Como se esperaba, a mayor carnosidad del mesocarpio, menor tamaño de la cavidad del fruto, y viceversa.

Según los resultados del ANDEVA el rendimiento y las características del fruto mejoraron con algunas cepas de B. subtilis, lo cual coincide con lo informado por ^{Mena-Violante y Olalde-Portugal (2007)}, de que las PGPRs mejoraron el tamaño del fruto del tomate. Los pesos fresco y seco de la raíz del melón presentaron los valores más altos con las cepas LAL-36 y BEB-22, en contraste con el testigo y BEB-23 que tuvieron los más bajos en ambas variables. Esto indicó que las plantas de melón tratadas con BEB-22 y LAL-36 desarrollaron un sistema radicular más fuerte y funcional (^{Alves et al., 2011}). Un sistema de raíz bien desarrollado tiene correlación positiva con un vigor mayor de la planta (^{Andrade et al., 2000}).

De manera similar, para el peso y el tamaño del fruto, la cepa LAL-36 mostró el valor promedio más alto comparado con los otros tratamientos. Estos resultados reflejan la relación entre el desarrollo de la raíz y el aumento de la capacidad productiva de la planta de melón. Además ilustran que la cepa LAL-36 puede ser la que produce los efectos más importantes entre las cepas de B. subtilis evaluadas. Resultados similares se han reportado con diferentes cepas de B. subtilis. Por ejemplo, ^{Karlidag et al. (2007)} encontraron una cepa del género Bacillus, llamada M3 que, sola o combinada con otras cepas, tuvo un efecto positivo fuerte en el crecimiento y rendimiento de las plantas. También B. megaterium, aumentó el tamaño de la raíz y la longitud de la parte aérea en plantas de romero (Rosmarinus officinalis), y fue probada para evaluar los efectos de control de estas bacterias contra el marchitamiento vascular producido por Fusarium spp. (^{Corrales et al., 2010}).

La cepa LAL-36 produjo el mayor valor con 96 520 kg ha⁻¹, lo que se relaciona con los resultados en el peso fresco del fruto y la raíz, las cuales son variables del rendimiento. Resultados comparables se obtuvieron en diferentes cultivos, como en los cacahuates (^{Turner y Backman, 1991}) y las cerezas (^{Esitken et al., 2006}). Los resultados previos son consistentes con los reportados por ^{Mena-Violante y Olalde-Portugal (2007)}, donde las raíces de tomate fueron inoculadas con B. subtilis, y encontraron pesos frescos y secos más altos en los frutos de las plantas, comparadas con las no inoculadas. Especies del mismo género Bacillus parecen tener un efecto positivo sobre las variables relacionadas con el rendimiento del melón. Por ejemplo, ^{Rodríguez et al. (2013)} encontraron que la inoculación de B. cerus incrementa la altura de la planta hasta 50 %, comparado con otras especies de rizobacterias. Este efecto positivo y significativo en las variables morfológicas analizadas (peso, altura y desarrollo radicular) se observó en condiciones de laboratorio y también en cultivos en campo (^{Nihorimbere et al., 2010}). Como las actividades de Bacillus, y en particular B. subtilis, se concentran en la zona radicular de la planta (^{O’Brien y Kenney, 2000}), los resultados positivos se reflejan en el rendimiento del fruto, ya que las raíces son fundamentales para la absorción de agua y nutrientes necesarios para el desarrollo de la planta (^{Balaguera et al., 2008}).

Entre los tratamientos de B. subtilis se encontraron diferencias significativas en color externo de la corteza, TA, TSS, firmeza, índice de madurez y ¼ de la cavidad del fruto. La cepa LAL-36 generó el mayor rendimiento y tamaño de fruto comparada con las otras cepas evaluadas, pero la firmeza fue similar al testigo, que era el valor más bajo de todos. La cepa BEB-23 produjo la mayor firmeza del fruto, comparada con los otros tratamientos. ^{Mena-Violante et al. (2009)} describieron resultados similares, y las cepas BEB-13, (22 y (23 indujeron mayor índice de madurez y firmeza del fruto del tomate que el testigo. La aplicación de algunas PGPRs aumentó la calidad y presentación del fruto, ya que los componentes de color (L^*, a^* y b^*) y el contenido de azúcar también mejoraron. En nuestro estudio sobre melón, se encontró que las cepas BEB-13, (22 y (23 tenían valores estadísticos más altos en TSS comparados con el testigo, y al mismo tiempo, fueron muy superiores a los reportados para variedades comerciales de melón (^{Nava- Camberos y Cano-Ríos, 2000}). Al tomar en cuenta lo anterior y considerar que un valor mayor a 8 °Brix es aceptable para su consumo (^{Tapia et al., 1998}), los valores aquí informados demuestran que las cepas evaluadas de B. subtilis mejoran las propiedades organolépticas de los frutos de melón adecuados para una comercialización de calidad.

Conclusiones

Bajo condiciones de invernadero, las cepas de Bacillus subtilis que de manera potencial producirían los mejores frutos de melón, con mayor rendimiento y calidad, son LAL-36, seguida de BEB-23 y BEB-22.