Artículos

 

Respuesta de diferentes variedades de cereales a la inoculación con Bradyrhizobium sp.*

 

Response of different varieties of cereals to inoculation with Bradyrhizobium sp.

 

Carlos José Bécquer Granados^1§, José Ángel Nápoles Gómez, Orquidea Álvarez¹, Yamilka Ramos¹, Maribel Quintana¹ y Yaldreisi Galdo¹

 

¹ Ministerio de Agricultura de Cuba. Instituto de Investigaciones de Pastos y Forrajes. Estación Experimental de Pastos y Forrajes Sancti Spíritus. Sancti Spíritus, Cuba. Apdo. 2255. Zona Postal 1., C. P. 60100. ^§Autor para correspondencia: pastossp@yayabo.inf.cu.

 

^*Recibido: agosto de 2011
Aceptado: diciembre de 2011

 

Resumen

Se llevaron a cabo dos experimentos de campo durante 2009, en la Estación Experimental de Pastos y Forrajes Sancti Spiritus, Cuba (2 1º 53' 00" latitud norte, 79° 21' 25" longitud oeste y 40 msnm), para determinar la respuesta de diferentes variedades de cereales a la biofertilización con Bradyrhizobium sp. La preparación de los inóculos y la inoculación de las semillas, se efectuaron según metodologías prestablecidas para este campo de estudio. El diseño experimental fue a través de parcelas divididas y 4 réplicas por tratamiento. Al control fertilizado se le aplicó nitrógeno (150 kg N ha-¹) y se evaluaron diferentes variables agronómicas. Se aplicó análisis de varianza bifactorial; las diferencias entre medias se determinaron por la dócima de comparación de Duncan y t-student. En el experimento con Triticum se concluye que los tratamientos con mejores respuestas, fueron Triticale-inoculado y a IRM37-inoculado y que Triticum secale superó en peso seco raíz y en longitud del tallo a T. aestivum, lo que hace a esta primera especie promisoria para condiciones de sequía. En el experimento con Zea mays se concluye que aunque en peso seco aéreo los mejores tratamientos correspondieron a la fertilización química, en peso seco de la mazorca el tratamiento Canilla-inoculado, presentó valores estadísticamente iguales al de los tratamientos fertilizados, por lo que se considera positiva la respuesta de esta variedad a la biofertilización. No obstante, no se descarta la influencia de las bacterias rizosféricas autóctonas en algunas de las variables estudiadas.

Palabras claves: Triticum, Zea mays, biofertilización, variedades.

 

Abstract

Two field experiments were performed in 2009 at the Experimental Station of Pastures and Forages Sancti Spiritus, Cuba (21° 53' 00" north, 79° 21' 25" west longitude and 40 m) to determine the response of different varieties of cereals to bio-fertilization with Bradyrhizobium sp. The preparations of inocula and seed inoculation were made according to preset methodologies for this field of study. The experimental design was through split-plots and 4 replicates per treatment. The fertilized control was applied with nitrogen (15 0 kg N ha-¹) and agronomic variables were evaluated. We applied two-factor analysis of variance; the differences betweenmeans were determined by Duncan and t-student comparison. In the experiment with Triticum, we concluded that, the treatment with the best responses was Triticale- inoculated and IRM37-inoculated and that, Triticum secale exceeded on root dry weight and stem length compared with T. aestivum, which makes this first promising species for drought conditions. In the experiment with Zea mays is concluded that, even though air dry weight treatments were best with chemical fertilization, in dry weight of the ear Canilla-inoculated treatment showed statistically equal to that of the fertilized treatments, so it's considered a positive response of this variety to bio-fertilization. However, the influence of indigenous rhizosphere bacteria in some of the studied variables is not ruled out.

Key words: Triticum, Zea mays, bio-fertilization, varieties.

 

Introducción

Las bacterias rizosféricas promotoras del crecimiento vegetal (PGPR), representan una amplia variedad de bacterias del suelo, las cuales al crecer en asociación con las plantas hospederas, provocan la estimulación del crecimiento de dichas plantas (Kevin, 2003). Sin embargo, el efecto positivo de las bacterias rizosféricas, entre ellas los rizobios, en plantas no pertenecientes a la familia de las leguminosas como las gramíneas, es un hecho científico demostrado por diferentes autores (Biswas et al. , 2000; Hilali et al., 2001; Antouny Prévost, 2005; Anya et al., 2009).Por otra parte, se ha demostrado por Prévost et al. (2000), que la inoculación de maíz con rizobios, ejerce un efecto positivo en los parámetros fisiológicos del vegetal.

Otros estudios en este tema han señalado que la respuesta de los cereales a la inoculación bacteriana depende del genotipo de la planta (Murty y Ladha, 1988), de la cepa de bacteria utilizada y del tipo de suelo (Baldani et al. , 1987); así como de las condiciones medioambientales existentes (Bhattarai y Hess, 1993). Según estos últimos autores, además de Neves y Rumjanek (1997), las cepas procedentes de ecosistemas locales pueden ser seleccionadas para la inoculación de los cultivos, ya que las mismas están adaptadas al ambiente y pueden ser más competitivas que las cepas importadas.

El trigo (Triticum aestivum, L.) constituye un cereal importante desde el punto de vista alimenticio. Es muy eficiente en el uso del agua y se adapta a los lugares fríos y también a los moderadamente calientes. En Cuba se obtuvo la primera variedad nacional en el año 1956 y posteriormente, en el Instituto de Investigaciones Fundamentales de Agricultura Tropical (INIFAT), se obtuvieron siete variedades resistentes a las condiciones edafoclimáticas del país. El triticale (T. secale), aunque se encuentra aún bajo estudio en el Instituto de Investigaciones de Ciencias Agrícolas (INCA), ha mostrado resultados agronómicos muy promisorios en las evaluaciones efectuadas hasta el momento, sobre todo en su adaptación a las condiciones ambientales de Cuba (Plana, Rodolfo. Com. Pers.), por lo que el estudio de los factores biológicos con potencial suficiente para aumentar la productividad de ambas especies, es una tarea de gran importancia para el desarrollo sostenible de la agricultura en Cuba.

El maíz (Zea mays L. Moench) es un cereal de consumo mundial, el cual si se cultiva bajo el sistema de producción intensivo, causa pérdida de fertilidad del suelo y contamina el agua superficial y los acuíferos por el exceso de fertilizante nitrogenado aplicado y no absorbido por la planta. Una alternativa para minimizar este problema son las rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal, las cuales realizan sus funciones de diversas formas (Plata-Guzmán et al., 1997). Por lo tanto, el objetivo general de esta investigación se centró en evaluar la respuesta de diferentes variedades de Triticumy Zea mays, a la aplicación de fertilizante químico y de inoculante a base de Bradyrhizobium sp.

 

Materiales y métodos

Procedencia de las cepas y su identificación

Se evaluó la cepa HG₂, ubicada taxonómicamente en el género Bradyrhizobium sp. (esta cepa se aisló previamente de Centrosema plumieri, de la zona centro de Sancti Spíritus, Cuba) (Bécquer, 2002); así como SP₆, perteneciente al género Bradyrhizobium sp. (esta cepa se aisló previamente de Stylosanthes viscosa, de la zona sur de Sancti Spíritus, Cuba) (Bécquer, 2002). Ambas se seleccionaron anteriormente en experimentos de trigo y maíz bajo condiciones de campo (Bécquer et al., 2008).

Variedades de plantas utilizadas

Se utilizaron semillas de las variedades IRM-32 e IRM-37 (Triticum aestivum, procedentes del INIFAT, Cuba) y la variedad Triticale (T. secale, procedente del INCA, Cuba). Estas variedades se inocularon con la cepa HG₂ (Bradyrhizobium sp.). Las variedades Canilla y VST-6 (Zea mays), procedían del Banco de Semillas de la Estación Experimental Sancti Spíritus y se inocularon con la cepa SP₆ (Bradyrhizobium sp.).

Condiciones climatológicas durante el periodo experimental

El Cuadro 1 muestra los datos climáticos durante el período experimental, donde se observa la ausencia casi total de lluvia en el mes de marzo (1.8 mm), debido a lo cual se procedió a regar el experimento en tres ocasiones durante ese mes, para evitar que el estrés hídrico afectara el desarrollo de las plantas, porno estar incluido este factor en el diseño experimental utilizado.

Composición agroquímica básica del suelo experimental

El suelo del área experimental correspondió al tipo Aluvial (Anon, 1979), deficitario en P₂O₅ (2.63 mg 100 g) y materia orgánica (1.61%) (Cuadro 2), lo cual está acorde a lo reportado por Hernández et al. (1999) para este tipo de suelo.

Preparación de los inóculos

Las cepas crecieron sobre medio sólido Levadura-Manitol (Vincent, 1970) y se resuspendieron en medio liquido Levadura-Manitol, hastalograruna concentración de células viables de 8*10¹⁰ UFC mL-¹. Esta concentración máxima de células se alcanzó con el objetivo de asegurar una población bacteriana adecuada durante la siembra. Posteriormente, se añadió el inóculo base a una solución isotónica de agua destilada con 0.9% de NaCl, en proporción de 1:10 hasta llegar a 12 L de inóculo total.

Inoculación de las plantas

La inoculación se realizó después de tapada la semilla, con un aspersor manual cuyo surtidor fue dirigido al surco. Esta actividad se llevó a cabo en horas frescas de la mañana. La reinoculación de los tratamientos se efectuó 20 días después de la siembra, con un inóculo recién elaborado que contenía 10⁸ UFC mL^-1, concentración mínima aproximada recomendada para inoculante líquido a base de rizobios (Hynes et al., 1995), con el cual se realizó nuevamente la proporción antes señalada para su aplicación. En este caso, el surtidor del aspersor fue dirigido a la base del tallo de la planta.

Siembra del experimento y procedimientos agrotécnicos

Los experimentos se sembraron en 2009 en un área perteneciente a la Estación Experimental de Pastosy Forrajes Sancti Spiritus 21° 53' 00" de latitud norte y los 79° 21' 25" de longitud oeste y 40 msnm. El marco de siembra fue de 50 cm entre surco para Triticum y de 70 cm para Zea mays. La siembra se efectuó a chorrillo espaciado. Se sembró 54 kg ha-¹ (Triticum) y de 10 kg ha-¹ (Zea mays). Cada parcela midió 4 m*3 m (Triticum) y 4 m*8 m (Zea mays). La preparación del suelo se efectuó una rotura, grada, cruce, recruce, grada y surcado. Se aplicaron 4 riegos a cada experimento. A los 90 días de siembra se realizó la cosecha (variedades de Triticum aestivum y de Zea mays), y a los 120 días la variedad Triticale (Triticum secale), todo de forma manual. En los dos experimentos el tratamiento fertilizado recibió una aplicación de nitrógeno de 150 kg N ha-¹ (urea) a los 20 días de siembra.

Control de plagas y enfermedades

De manera profiláctica, se realizaron tres aplicaciones de Bacillus thuringiensis biovar. 26, a partir de los 15 de siembra, cada 7 días, a razón de 6 L ha-¹. El biopreparado se aplicó con un aspersor cuyo surtidor fue dirigido a todas las partes de la planta, con énfasis en la parte foliar, en una dilución con agua de 1:15 hasta llegar a 16Ldevolumen total con un título inicial de 10⁹ esporas mL-¹ (Anon, 2008).

Diseño experimental y análisis estadístico

Se aplicó un diseño experimental de parcelas divididas (Ruesga et al., 2005), con dos factores a tener en cuenta: tipo de fertilización (inoculado, fertilizado y control absoluto) y variedad de planta IRM-32 e IRM-37 (Triticum aestivum); Canilla y VST-6 (Zea mays), y 4 réplicas por tratamiento. Se aplicó un análisis de varianza bifactorial (paquete estadístico SPSS, v. 15.0 para Windows), para comprobar el efecto de dos factores (variedades y fertilización), así como un análisis de varianza de un factor considerando todos los tratamientos de la interacción. Las diferencias entre medias se calcularon por la prueba de Duncan (p< 0.05, p< 0.01). En el caso de las variables que al aplicarles el análisis de varianza, se les observaron diferencias sólo para el factor variedad, se aplicó la prueba t-student para varianzas iguales. Los datos de la variable con conteo de dígitos (Núm. de hojas/planta) fueron transformados por √x (Ostle, 1984). Se evaluaron las siguientes variables agronómicas:

Experimento Núm. 1 (Triticum aestivum y T. secale): peso seco aéreo (g parcela-¹), peso seco raíz (g planta-¹), longitud del tallo (cm), número de espigas/planta, rendimiento de grano (t ha-¹) y peso de 1 000 granos (g).

Experimento Núm. 2 (Zea mays): peso seco aéreo (kg parcela-¹), longitud del tallo (cm), peso seco de la mazorca (kg), número de mazorcas planta-¹ y número de hoj as planta-¹.

 

Resultados y discusión

Experimento con Triticum

Se pueden observaren el Cuadro 3 los resultados estadísticos de tres variables evaluadas en Triticum (peso seco aéreo, rendimiento de grano y peso de 1 000 granos), que en el análisis de varianza mostraron diferencias significativas, para la interacción de los factores variedad y tipo de fertilización.

La mejor combinación de dichos factores correspondió al tratamiento Triticale-inoculado, el cual mostró superioridad estadística (p< 0.001) en peso seco aéreo (441.5 g parcela), rendimiento de grano (p< 0.05) (2.8 t ha-¹) y peso de 1 000 granos (37.2 g), aunque en esta última variable también los tratamientos Triticale-control absoluto (35.2 g), IRM37-inoculado (35.0 g), IRM37-fertilizado (37.7 g) e IRM32-fertilizado (35.3 g) compartieron superíndices comunes con valores estadísticamente superiores al resto de los tratamientos.

La respuesta de triticale-inoculado en estas variable s de alta importancia productiva, sugiere una eficiente interacción entre esta variedad y el inoculante bacteriano, lo cual indica que esta variedad es altamente promisoria para la práctica agrícola del territorio. Según Döbbelaere et al. (2003), los rizobios, entre otros diazotrofos, son capaces de producir vitaminas hidrosolubles del grupo B, lo cual es también un factor que estimula el factor de crecimiento de las plantas, específicamente en longitud del tallo, producción de materia seca, así como la capacidad de absorción de nutrientes.

Los datos mostrados en el Cuadro 3 confirman; asimismo, lo expresado por Salantur et al. (2006), y Matiru y Dakora (2006); de que el aumento del rendimiento mediante el empleo de bacterias asociativas, requiere de las combinaciones más correctas entre los genotipos vegetales y de alguna cepa en específico. Un ejemplo lo constituye la variable rendimiento de grano, ya que el tratamiento IRM3 7-inoculado, presentó valores estadísticamente superiores con relación a los demás tratamientos y presentó superíndices comunes (2.3 t ha-¹) con el tratamiento triticale-inoculado (2.8 t ha-¹). Mantelin y Touraine (2003) indicaron que estas bacterias pueden incrementar el acceso de nutrientes, a través de la estimulación del sistema de captación de iones de la planta, lo cual necesariamente debe estar vinculado a especificidades del genotipo vegetal.

Los resultados estadísticamente más bajos con respecto al efecto del inoculante, correspondieron a la variedad IRM-32 (peso seco aéreo: 166 g parcela; rendimiento de grano: 1.4 t ha-¹; peso de 1 000 granos: 34 g). No se descarta que el factor genotipo vegetal haya influido notablemente en este resultado. El hecho que las variedades IRM-32 e IRM-37, ambas fertilizadas químicamente, hayan presentado un peso de los granos superior (p< 0.05) (35.3 g y 37.7 g, respectivamente) a triticale-fertilizado, especie de mayor porte (Plana, Rodolfo. Com. Pers.), pudiera responder a una selección previa de las primeras sobre la base de abundantes dosis de fertilizantes para la obtención de semilla, lo cual influye en la forma de nutrición autotrófica de las plantas (Cuadro 3).

Este fenómeno ha sido anteriormente informado por Próvorov et al. (1996) en la selección de genotipos de Trigonella foenum-graecum L., inoculada con Rhizobium meliloti. No se debe obviar, el hecho de que triticale-inoculado resultó estadísticamente superior a triticale-fertilizado en dicha variable, y que compartió superíndices comunes con los tratamientos IRM37-fertilizado, IRM37-inoculado e IRM32-fertilizado, aunque también lo hizo con triticale-control absoluto, lo cual pudiera indicar que el llenado de las semillas en esa variedad, debido a la influencia de las bacterias rizosféricas autóctonas, se realizó de forma tan eficiente como por la acción de la cepa introducida. Según Linderman (1993); Alarcón y Ferrera-Cerrato (2000), los microorganismos pueden alterar la velocidad de toma de nutrientes de las plantas por efecto directo en las raíces, así como hacer más eficiente la absorción de los mismos.

En el Cuadro 4 se observa que IRM-32 e IRM-37, no presentaron diferencias significativas en ninguna de las dos variables estudiadas. Por otra parte, se constató que la variedad Triticale mostró superioridad estadística (p< 0.001) en peso seco raíz y longitud del tallo (6.2g y 84.7cm, respectivamente) (p< 0.05) con respecto a IRM-37 e IRM-32. Este resultado en la variable peso seco raíz, sugiere que como especie, T. secale pudiera tenerse en cuenta para su utilización como cultivo en condiciones de estrés hídrico, por la ventaja de absorción eficiente de humedad y de nutrientes que presupone un sistema radical desarrollado (Yang et al., 2009). También, si tenemos en cuenta la superioridad estadística de Triticale en peso seco raíz y la variación mostrada para esa variable, pudiéramos inferir que existe alta diferenciación entre las especies T. aestivum y T. secale, estudiados en cuanto al carácter peso seco raíz.

El Cuadro 5 muestra los resultados del análisis de varianza con el factor tipo de fertilización, en el cual sólo se observaron diferencias significativas (p< 0.05), en la variable número de espigas. Se constató que el tratamiento fertilizado presentó valores estadísticamente superiores (2.5 espigas planta-¹) a los del control absoluto y, aunque el tratamiento inoculado compartió superíndices comunes con el control absoluto (2.4 espigas planta-¹ y 2.1 espigas planta-¹, respectivamente), también presentó letras iguales con el control fertilizado, lo cual indica el efecto positivo muy discreto del inoculante bacteriano en esta variable, y una posible influencia de la población de bacterias rizosféricas autóctonas, con capacidad de estimular el crecimiento vegetal.

Estas rizobacterias, al igual que las introducidas en el presente experimento, se asocian a las raíces de la gramínea, debido a la influencia de compuestos orgánicos producto de los exudados radicales, como: carbohidratos, ácidos orgánicos y factores de crecimiento microbiano (Omayet al., 1993; CheliusyTriplett, 2000). No obstante, al no utilizar las técnicas de laboratorio específicas en este campo, los autores del presente trabajo no pueden emitir una conclusión definitoria con respecto a este resultado, ni a los mostrados en el Cuadro 3, los cuales sugieren la influencia marcada de los microorganismos autóctonos en algunas variables evaluadas.

Experimento con Zea mays

Se observó en el Cuadro 6 los resultados estadísticos de tres variables medidas en Zea mays (peso seco aéreo, peso seco de la mazorca y longitud del tallo), los cuales en el análisis de varianza mostraron diferencias significativas para la interacción de los factores variedad y tipo de fertilización.

En peso seco aéreo (Cuadro 6), los mejores resultados fueron para los tratamientos fertilizados, tanto en la variedad VST-6 (3.51 kg parcela-¹), como en la variedad Canilla (3.28 kg parcela-¹) (p< 0.005). A su vez, VST6-inoculado (2.93 kg parcela-¹), presentó superíndices comunes con Canilla-fertilizado (3.28 kg parcela), a pesar de ser estadísticamente menor que VST-fertilizado (3.59 kg parcela-¹), por lo que el factor variedad no parece haber tenido una mayor influencia en estos resultados, sino propiamente el tipo de fertilización. En este caso, se notó la influencia positiva del inoculante en la planta.

En peso seco de la mazorca (Cuadro 6), el tratamiento Canilla-inoculado compartió superíndices (0.6 kg) con Canilla fertilizado (0.575 kg) y VST-6 fertilizado (0.65 kg). La respuesta del tratamiento Canilla-inoculado en peso seco de la mazorca, variable de alta importancia productiva, sugiere una interacción moderadamente eficiente entre esta variedad y el inoculante bacteriano, lo que indica la posible selección de la misma para la práctica agrícola del territorio. Según Salantur et al. (2006), así como Matiru y Dakora (2006); el aumento del rendimiento mediante el empleo de bacterias asociativas, requiere de las combinaciones más correctas entre los genotipos vegetales y de alguna cepa en específico.

La variable longitud del tallo (Cuadro 6), no presentó diferencias significativas en ninguna combinación de los factores estudiados, al parecer, influido principalmente por el factor genotipo vegetal, en este caso con efecto homogéneo en el crecimiento. Diversos autores, como Döbbelaere et al. (2002) y Pecina-Quintero et al. (2005), consideraron que la respuesta de la planta a la inoculación depende de factores diversos, entre los que se encuentra el genotipo de la planta.

En cuanto a los resultados con un sólo factor (variedad) (Cuadro 7), se observó, que al igual que en la interacción de los dos factores estudiados: variedad y tipo de fertilización, longitud del tallo no arrojó diferencias significativas en sus valores, lo cual indica que estas variedades no presentaron respuestas diferenciadas en cuanto a esta variable, por lo que se descarta cualquier tipo de influencia del genotipo vegetal.

El Cuadro 8 muestra los resultados del análisis con el factor tipo de fertilización, el cual mostró diferencias significativas en las variables número de mazorcas y número de hojas.

Se constató que los tratamientos fertilizados e inoculados, compartieron superíndices comunes en número de hojas (3.78 hojas planta-¹ y 3.76 hojas planta-¹, respectivamente) y que ambos factores, en esa misma variable presentaron valores estadísticamente superiores (p< 0.05) a los del control absoluto; lo cual indica el efecto positivo del inoculante bacteriano. Este resultado en la variable estudiada no es sorprendente: en estudios previos, Mia y Samsuddin (2010) informaron que la inoculación con rizobios, desarrolló la conductancia estomática, con un incremento de 12% de la tasa fotosintética y en variedades de arroz presentaron 16% de incremento en el rendimiento.

Se observó además, que en número de mazorcas (Cuadro 8), el control absoluto compartió superíndices comunes con el tratamiento inoculado y el control fertilizado (1.19 mazorcas planta-¹; 1.22 mazorcas planta-¹ y 1.12 mazorcas planta-¹, respectivamente). Esto indica de forma obvia la escasa o ninguna influencia de la fertilización química en esta variable, ya que en estudios anteriores en experimentos de campo (Bécquer et al., 2008), el número de mazorcas tampoco presentó diferencias significativas en los tratamientos evaluados. La influencia de la población autóctona de rizobacterias con efecto estimulador del crecimiento vegetal, pudo haber sido otra de las causas de estos resultados, excepto en el tratamiento fertilizado, ya que está comprobado que los fertilizantes nitrogenados, pueden inhibir la supervivencia de algunas rizobacterias en el suelo (Mehnaz et al., 2010).

 

Conclusiones

Las variedades triticale, IRM-37 (experimento con Triticum secale y T. aestivum) y Canilla (experimento con Zea mays), presentaron las mejores respuestas a la inoculación con Bradyrhizobium sp.

Triticum secale mostró superioridad estadística en peso seco raíz y longitud del tallo con respecto a T. aestivum, lo cual indica un alto potencial de tolerancia a la sequia de dicha variedad.

En Zea mays no hubo diferencias estadísticas en la interacción variedad*tipo de fertilización, así como en cada uno de estos factores por separado en longitud del tallo, por lo que se descarta cualquier tipo de influencia del genotipo vegetal en dichos resultados.

La fertilización nitrogenada y la variedad vegetal, tuvieron marcada influencia en la respuesta de los cultivos estudiados, sobre todo en Triticum aestivum y T. secale.

Los resultados obtenidos en el peso de 1 000 granos y en número de espigas (experimento de Triticum), así como en número de mazorcas (experimento de Zea mays), sugieren una marca da influencia de los microorganismos rizosféricos autóctonos en dichas variables.

 

Agradecimiento

Los autores(as) agradecen profundamente la inestimable ayuda brindada por los especialistas Nóster F. Fajardo Pérez y Susana Vega Trompeta, así como por el técnico Luis A. Palmero González en el montaje y evaluación de los experimentos.

 

Literatura citada

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