Introducción

La agricultura mundial se enfrenta a grandes desafíos, por un lado, el crecimiento de la población demanda una mayor producción de alimentos para satisfacer sus necesidades básicas (^{Seppelt et al. 2022}). Por otro lado, la producción de cultivos cada vez se ve afectada por una serie de factores abióticos como las altas o bajas temperaturas, salinidad o sequías (^{Pessarakli y Szabolcs 2019}); y bióticos como plagas, enfermedades y malezas (^{Atkinson y Urwin 2012}). Estos factores en conjunto limitan el crecimiento y desarrollo de las plantas, merman su capacidad productiva y demeritan la calidad de los frutos. Ante estas problemáticas se han buscado productos que puedan mitigar los efectos negativos del estrés, que mejoren la actividad fisiológica de las plantas y su crecimiento (^{Du-Jardin 2015}).

Los bioestimulantes agrícolas, son sustancias o microorganismos que, ayudan a las plantas a aumentar su eficiencia fisiológica, en la absorción y asimilación de nutrientes, en la inducción de tolerancia a diferentes tipos de estrés biótico y abiótico, mejoran algunas características agronómicas, y promueven la expresión génica de algunas cualidades presentes en ciertas variedades e híbridos (^{Du-jardin 2015}, ^{González-González et al. 2020}, ^{Han et al. 2021}). Al respecto, se sabe que las plantas y los hongos han evolucionado conjuntamente desde el origen de las plantas terrestres y con ellas el concepto de mutualismo o parasitismo es útil para describir el rango extendido de relaciones que se desarrollaron en los tiempos evolutivos (^{Hossain et al. 2017}). Las bacterias de vida libre o asociativas que habitan la rizosfera estimulan el crecimiento de las plantas por medio de mecanismos, como: síntesis de sustancias reguladoras del crecimiento vegetal, fijación de nitrógeno, solubilización de nutrimentos, producción de sideróforos y control de fitopatógenos del suelo. Los microorganismos más estudiados pertenecen a los géneros Azospirillum, Azotobacter, Klebsiella, Beijerinckia, Pseudomonas y Bacillus; algunos de los cuales sobreviven en condiciones de estrés (^{Yagmur y Gunes 2021}).

Los productos derivados de extractos de algas clasificados como bioestimulantes, ayudan a la absorción de nutrientes, activan mecanismos de defensa y contienen sustancias activas que promueven el crecimiento de las plantas (^{Ali et al. 2021}). Los extractos de Ascophyllum nodosum contribuyen en la formación de agentes gelificantes, retención de agua y aeración de suelo, mejoran la fijación e intercambio catiónico y estimulan la proliferación de microflora en el suelo (^{Kaur 2020}, ^{Mahusook et al. 2021}). Además, las fitohormonas que contienen favorecen la disminución y regulación positiva de los genes biosintéticos que actúan en los tejidos de la planta (^{Wally et al. 2013}), a la vez que sus compuestos actúan como reguladores antiestrés de las plantas (^{Banakar et al. 2022}).

Recientemente la producción agrícola ha experimentado la incorporación de nanopartículas (NP). Debido a sus diferentes propiedades físicas y químicas, con la interacción de organismos vivos como son las plantas y microorganismos, expuestos a los nanomateriales, tanto las plantas como los microorganismos han mostrado su capacidad de tolerar diferentes concentraciones y tipos de NP, a la vez que mejoran sus procesos fisiológicos y la calidad de frutos, por lo que pueden ser considerados como estimulantes minerales (^{Liu y Lal 2015}, ^{Venkatachalam et al. 2017)}. Las NP’SZnO son precursoras de auxinas que promueve la división y elongación celular e influyen en la reactividad del ácido indolacético, el cual funciona como fitoestimulante hormonal, estas nanopartículas están asociadas en la biosíntesis de citoquininas y giberelinas; así como a la inducción de mayor actividad de enzimas antioxidantes y mejoras en el crecimiento de la planta (^{Méndez-Argüello et al. 2016}).

El tomate es una hortaliza importante a nivel agronómico, su cultivo ocupa la mayor superficie sembrada en el mundo (^{SIAP-SADER 2020}). De este cultivo, China es el primer productor y consumidor a nivel mundial, mientras que Estados Unidos es el principal importador y México el principal exportador (^{SIAP-SADER 2020}). Debido a la importancia económica que este cultivo genera y la necesidad de obtener información sobre alternativas que permitan incrementar la productividad en los cultivos con mínimo impacto al ambiente, el objetivo de esta investigación fue determinar el efecto de la aplicación foliar de extracto de alga y nanopartículas de óxido de zinc, y la coinoculación del sustrato con microorganismos rizosféricos sobre la acumulación de biomasa en plantas de tomate.

Materiales y métodos

Resultados

Las dosis evaluadas de EA afectaron estadísticamente a las variables de PFH, PFT, PFR, PSH, PST, BH, BT y BR, pero solo las variables PST, BT y BR fueron mejoradas por las dosis de 500 y 2 500 ppm de EA, superando el valor obtenido por las plantas a las que no se les aplicó EA (Tabla 1). El factor NP’SZnO afectó significativamente las variables de PFR, PSH, PSR, BH, BT y BR; en este factor las dosis de 50 y 250 mg L^-1 mostraron el mayor PFR (94.15 y 101.31 g planta^-1, respectivamente); en tanto que, la dosis de 50 mg L^-1 presentó el mayor PSR (9.68 g planta^-1) y BR (10.34%); mientras que, la dosis de 250 mg L^-1 mostró los mejores efectos para el PSH (49.54 g planta^-1) y BH (11.64%). El factor microorganismos de manera independiente afectó estadísticamente las variables de PFH, PFR, PSR, BH y BR, pero se observó que las variables de PFH (430.85 g planta^-1), PSR (9.09 g planta^-1) y BR (10.14%) incrementaron al coinocular el sustrato con los microorganismos. Las interacciones mostraron diferencias estadísticas significativas en las variables vegetativas evaluadas.

El PFH presentó efecto positivo con la aplicación de NP’SZnO a dosis de 50 y 250 mg L^-1 en las dos condiciones de manejo, para SMos en el sustrato incrementó de 6.2 y 24.8%, respectivamente, mientras que CMos el incremento fue de 22.4 y 11.5%, respectivamente, comparado con el T0 (Tabla 2). La aplicación de EA a dosis de 500 y 2 500 ppm promovió el incremento de PFH (4.9 y 16.79%, respectivamente) en condición SMos, en tanto que con CMos el incremento fue de 17.1 y 32.2%, respectivamente, sobre el T0. Las interacciones entre NP’SZnO con EA en ambas condiciones SMos y CMos no mejoraron el PFH. El suministró de microorganismos en el sustrato (TP) incrementó 8.0% en el PFH con respecto a T0.

El PFT en plantas tratadas con NP’SZnO a dosis de 50 y 250 mg L^-1 SMos en el sustrato redujo 9.86 y 7.38%, respectivamente, comparado con T0, mientras que el impacto de la pérdida fue menor con CMos en el sustrato (6.04 y 0.05%, respectivamente). A su vez, las plantas tratadas con EA a dosis de 500 y 2 500 ppm manifestaron pérdidas contrastantes en el PFT, la condición de manejo SMos registró pérdidas de 20.87 y 1.30%, respectivamente. Mientras que en condición CMos la pérdida fue de 8.45 y 14.35%, respectivamente; con respecto a T0. Los tratamientos EA a 500 ppm + NP’SZnO a 50 y 250 mg L^-1 incrementaron la pérdida de PFT (17.44 y 12.51%, respectivamente), resultado similar mostró la combinación de EA a 2 500 ppm + NP’SZnO a 50 y 250 mg L^-1 al reducir el peso en 15.75 y 16.47%, respectivamente. El TP presentó la mayor pérdida de PFT con 21.21% sugiriendo antagonismo entre los microorganismos y la planta (Tabla 2).

En cuanto al PFR, con excepción del tratamiento NP’SZnO a dosis de 250 mg L^-1, los resultados se manifestaron en forma negativa. Las plantas asperjadas con NP’SZnO a dosis de 50 y 250 mg L^-1 SMos presentaron efectos contrastantes, por un lado, la aspersión de NP’SZnO a dosis de 50 mg L^-1 presentó pérdida del 35.53% con respecto al T0, por otro lado, la dosis de 250 mg L^-1 de NP’SZnO promovió el desarrollo radicular y alcanzo un incremento de 23.75% sobre T0. Las plantas tratadas con EA a dosis de 500 y 2 500 ppm presentaron pérdida del 29.69 y 39.56%, respectivamente; comparado con T0. La combinación de EA a dosis de 2 500 ppm con NP’SZnO a dosis de 50 y 250 mg L^-1 manifestaron pérdidas menores que cuando se combinaron con EA a dosis de 500 ppm. Los resultados no mejoraron con la TP en el sustrato ya que éstos de manera particular provocaron la pérdida de PFR de 48.57%. Las NP’SZnO solas o combinadas con EA a 500 ppm redujeron el impacto de la pérdida de PFR en condición CMos en el sustrato (Tabla 2).

El PSH fue favorecido por la aplicación de los tratamientos, ya que todos superaron al testigo absoluto. El mejor efecto se observó con la aspersión de NP’SZnO a dosis de 250 mg L^-1, este promovió un incremento del53% del peso seco. La aplicación de EA a dosis de 2 500 ppm incrementó el 17.29%; en tanto que el resto de los tratamientos SMos presentaron incrementos en un rango de 2.04 a 9.97% sobre el valor de T0. Con la TP en el sustrato mejoró la respuesta de los tratamientos NP’SZnO a 50 mg L^-1, EA a 500 ppm y la combinación NP´SZnO a 50 mg L^-1 + EA a 500 ppm con incremento del 20.22, 14.66 y 13.77%, respectivamente. La presencia de microorganismos en el sustrato tuvo efecto positivo en el PSH en los tratamientos NP’SZnO a 250 mg L^-1 y EA a 2 500 ppm (15.53 y 11.14%, respectivamente), sin embargo, estos no alcanzaron los incrementos mostrados con las aplicaciones SMos indicados previamente (Tabla 2).

El PST se vio afectado en forma negativa por la aplicación de los bioestimulantes a base de NP’SZnO y EA en las dos condiciones de sustrato (CMos y SMos) manejadas; con excepción de los tratamientos EA a dosis de 2 500 ppm (SMos) y NP’SZnO a 250 mg L^-1 + EA a 500 ppm que tuvieron incremento de 2.71 y 0.77%, el resto de los tratamientos mostraron pérdida de peso (Tabla 2).

La aplicación de NP’SZnO a dosis de 50 y 250 mg L^-1 incrementó el PSR en 20.69 y 3.45%, respectivamente, en condición SMos. Pero este peso seco tuvo incremento mayor en condición CMos (68.97 y 16.69%, respectivamente). La aplicación de los EA a 500 y 2 500 ppm afectaron el PSR dependiendo de la condición, mientras que SMos mostraron perdida de 39.59 y 12.00%, respectivamente. En tanto que, en condición CMos tuvo incrementos de 3.43 y 41.52%, respectivamente, comparado con T0. La combinación de NP’SZnO a dosis de 50 y 250 mg L^-1 con EA a dosis de 500 y 2 500 ppm fueron más eficientes en la condición CMos y mostraron mayores incrementos (Tabla 2). El tratamiento TP tuvo efecto negativo al presentar pérdida de 10.34% de peso seco de raíz comparado con el T0.

La BH fue afectada por la aplicación de los tratamientos con bioestimulantes. La dosis de NP’SZnO de 250 mg L^-1 promovió efectos positivos con incrementos del 22.58 y 2.96% para las condiciones SMos y CMos, respectivamente. El resto de los tratamientos e interacciones correspondientes presentaron reducción de la BH comparado con T0 (Tabla 2).

La aplicación de NP’SZnO a dosis de 50 mg L^-1 afectó de forma negativa la BT al presentar una pérdida de 9.49 y 6.89%, para CMos y SMos, respectivamente. Por otro lado, el tratamiento de NP’SZnO a dosis de 250 mg L^-1 promovió un incremento de 1.75% en la BT en condición de SMos, pero en condición de CMos se manifestó antagonismo al presentar disminución de 27.51%. La BT incrementó con la aplicación de EA a dosis de 500 y 2 500 ppm condición de SMos (0.40 y 3.67%, respectivamente) y en condición de CMos (7.58 y 7.26%, respectivamente). Las interacciones con mejor efecto sobre el contenido de BT fueron NP’SZnO 250 + EA 2 500 con incremento del 11.88% (SMos) y NP’SZnO 250 + EA 500 con incremento del 14.11% (CMos), en todos los casos comparado con T0 (Tabla 2).

La aplicación de NP’SZnO a dosis de 50 mg L^-1 promovió incremento del 82.12 y 67.41%, respectivamente, para SMos y CMos. Los efectos de la dosis 250 mg L^-1 de NP’SZnO fueron dependientes de la condición de manejo, ya que se presentó pérdida del 14.08% en la BR en condición de SMos, en tanto que, CMos manifestó simbiosis y promovió un incremento del 39.24% de la BR. La aplicación de EA a dosis de 500 y 2 500 ppm tuvieron mejores efectos en la condición de CMos, en esa condición de manejo el tratamiento EA a 500 y 2 500 ppm promovieron incrementos del 52.06 y 73.58%, respectivamente. La BR se vio favorecida con la combinación entre NP’SZnO a 250 mg L^-1 + 500 ppm de EA en ausencia de microorganismos, en tanto que la interacción entre NP’SZnO a 50 mg L^-1 + EA a 500 ppm en CMos incrementó 78.96% la BR, en todos los casos comparado con T0.

Discusión

Los nanofertilizantes, como las NP’SZnO, debido a su naturaleza permiten una liberación lenta y absorción eficiente de nutrientes por parte de los cultivos, logrando un mejor desarrollo de las plantas (^{Elemike et al. 2019}). Así mismo, los extractos de algas marinas contienen macro y microelementos, vitaminas, aminoácidos, hormonas naturales de crecimiento vegetal y azúcares (^{Ozbay y Demirkiran 2019}, ^{Shukla et al. 2019}), con lo cual mejoran el crecimiento de los cultivos. En tanto que, los microorganismos estimulan el crecimiento de las plantas mediante la síntesis de sustancias reguladoras del crecimiento vegetal, fijación de nitrógeno, solubilización de nutrimentos y producción de sideróforos (^{Yagmur y Gunes 2021}). El efecto positivo del EA, NP’SZnO y microorganismos, por separado o en interacción, sobre el peso fresco, peso seco y biomasa de las plantas de tomate se observó en este trabajo. En diferentes trabajos se ha reportado el efecto bioestimulante de los microorganismos en plantas tal es el caso de los resultados reportados por ^{Hernández et al. (2018}), quienes señalaron que la aplicación de Azospirillum halopraeferens promovió la ganancia en el peso fresco de la planta de chile (Capsicum annum), obteniendo 58.66% más peso fresco que el control. Así mismo, ^{Ahmed (2021}) indicaron que con la aplicación de A. brasilense en plantas de pimiento morrón se logró un incremento del 130.2% el peso fresco de la planta en comparación al testigo no inoculado. Por su parte, ^{Kahromi y Najafi (2020}) reportaron que al aplicar G. intaradices en el cultivo de alfalfa se observó aumento del peso fresco de hoja, tallo y raíz. También se han presentado reportes de la mejora de la producción de biomasa de las plantas al aplicar extractos de algas de manera foliar, tal como lo reporta Ozbay y Demirkiran (2019), quienes señalaron que al aplicar extractos de algas de manera foliar en una concentración de 1 mL L^-1 incrementó 83.3% el peso fresco de las plántulas de pimiento. En espinaca, la aplicación de 0.1 g L^-1 de A. nodosum causo aumento del 58% del peso fresco de hojas (^{Fan et al. 2013}). Por su parte, la aplicación de NP’SZnO a 50 mgL^-1 aumentó un 40% en el peso fresco de las plantas tratadas (^{Faizan y Hayat 2019}). En plantas ornamentales de Lupina la aplicación de 60 mg L^-1 de NP’SZnO promovió incremento del 33% del peso fresco comparado con el testigo (^{Abdel Latef et al. 2018}).

Con referencia al peso seco de la planta, la aplicación de rizobacterias en los cultivos hortofrutícolas ha mostrado efectos positivos, estos se reflejan en la mayor producción de fibra (^{Delgado-Ramírez et al. 2021}). La aplicación de microorganismos en coinoculación entre A. brasilense con Glomus intradices mejora el peso seco de hoja, tallo y raíz de Yacón, además de incrementar la calidad bromatológica y el porcentaje de cantidad de fibra acumulada en el cultivo (^{Di-Barbaro et al. 2021}). Esta misma combinación, en rábanos incrementó el peso seco de hojas y de raíz (^{Rodríguez-Larramendi et al. 2020}). Por otro lado, la aplicación de microorganismos arbusculares al sustrato en combinación con extractos de algas asperjados a las plantas de tomate mejoró el peso seco de la planta hasta en 45.5%, lo que manifestó sinergia positiva entre los microorganismos y la planta (^{González-González et al. 2020}). En el mismo contexto, la aplicación de extractos de algas promueve la acumulación de peso seco de las plantas. Tal es el caso de plantas de tomate asperjadas con 50 mg L^-1 obtuvieron 226.11% mayor peso sobre el control (^{Goñi et al. 2018}). La aspersión de Ascophyllum nodosum en plantas de pepino a concentración de 0.5% provoco un incremento en el peso seco de la planta en 113% (^{Abkhoo y Sabbagh 2016}). Por otro lado, la aplicación de NP’SZnO a concentración de 1.5 mg L^-1 incrementó el peso seco de la planta de garbanzo (^{Mahajan et al. 2011}). Mientras que la aplicación de 2 ppm en plantas de maíz aumentó el desarrollo y el peso seco de las plantas (^{Itroutwar et al. 2020}), a su vez en el cultivo de café la aplicación de NP’SZnO promovió el incremento de peso seco de 25, 65 y 45% en hoja, tallo y raíz, respectivamente (^{Rossi et al. 2019}). La aspersión foliar de NP’SZnO a concentración de 5 g L^-1 en el cultivo de arroz incrementó en un 61.01% el peso seco de la planta comparado con control (^{Bala et al. 2019}). En trigo, la aplicación de NP’SZnO a 100 ppm incrementó en un 15% el peso seco de la planta (^{Hussain et al. 2018}). Al respecto, ^{Pérez-Velasco et al. (2021)} reportan que al aplicar las NP’SZnO a concentración de 1 500 ppm aumentó de manera significativa el peso seco, que fue un 17.31% mayor que el testigo.

Los hongos micorrízicos arbusculares colonizan las raíces de la mayoría de las especies de plantas terrestres, mejorando el crecimiento, la absorción de nutrientes, la resistencia y tolerancia al estrés biótico/abiótico; de manera similar, las bacterias promotoras del crecimiento vegetal mejoran la aptitud y la producción de las plantas (^{Todeschini et al. 2018}). Estudios recientes han reportado que la aplicación de microorganismos rizosféricos mejora la producción de biomasa, al respecto ^{Di-Barbaro et al. (2021)} observaron un incremento en la producción de fibra en Yacón. Mientras que, ^{Rodríguez-Larramendi et al. (2020)} al aplicar microorganismos (G. intraradices) y bacterias nitrificantes (A. brasiliense) en el cultivo de rábano indujo incremento de la biomasa aérea. En el presente estudio, las variables de biomasa se vieron beneficiadas por la presencia de los microorganismos rizosféricos al promover un incremento del peso fresco, lo que concuerda con lo reportado por ^{Mashayekhi et al. (2021}), quienes con la aplicación de rizobacterias en el cultivo de tomate obtuvieron un incremento del 9.8% de la biomasa lo que manifiesta buena relación simbiótica entre planta y microorganismos. Por su lado, la aplicación de extractos de algas de la especie A. nodosum tiene efecto positivo en la acumulación de biomasa, específicamente en el cultivo de soya se asperjo a concentración de 1 g L^-1 alcanzando un incremento en el porcentaje de biomasa del 12% sobre el valor del control (^{Joshi-Paneri et al. 2020}). Con la aplicación de 4 ml L^-1 se tuvo un efecto positivo en la acumulación de biomasa de plantas de sandía en comparación con el control (^{De Mendonça et al. 2019}). La aplicación foliar de extracto de A. nodosum a dosis de 1 ml L^-1 en plantas de chile incrementó en un 15% la biomasa en comparación con el testigo (^{Ozbay y Demirkiran 2019}). En este mismo contexto, la aplicación de 5 g L^-1 de nanopartículas en el cultivo de arroz, reportan que la biomasa incrementó hasta un 55% (^{Bala et al. 2019}) y a 50 ppm incrementó un 70% comparado con el testigo (^{Singh y Kumar 2018}). El efecto de las nanopartículas sobre la biomasa está relacionado con la concentración y con el tamaño de la nanopartícula utilizadas, estas tienen la capacidad de dar una respuesta bioestimulante o del lado contrario un efecto tóxico en las plantas (^{Juárez-Maldonado et al. 2021}).

Conclusiones

La aplicación individual de extracto de algas, NP’SZnO y microorganismos, como bioestimulantes de plantas, mejoraron el crecimiento vegetativo (peso fresco de hoja, peso fresco de raíz, peso seco de hoja, peso seco de tallo, peso seco de raíz, biomasa total de hoja, biomasa total de tallo y biomasa total de raíz) de las plantas de tomate, principalmente cuando se aplicaron dosis de 500 y 2 500 ppm de extracto de algas y con 50 y 250 mg L^-1 de NP’SZnO. La interacción de microorganismos arbusculares, extracto de algas y NP’SZnO, tuvo efecto estimulante sobre el crecimiento vegetativo y manifestaron sinergia positiva.