Respuesta de la soya a inoculantes microbianos en el norte de Tamaulipas, México*

Soybean response to microbial inoculants in northern Tamaulipas, Mexico

Arturo Díaz Franco¹, Agustín Magallanes Estala¹§, Armando Aguado Santacruz² y José Luis Hernández Mendoza³

¹ Campo Experimental Río Bravo-INIFAP. Carretera Matamoros-Reynosa km 61, C. P. 88900. Río Bravo, Tamaulipas, México.

³ Centro de Biotecnología Genómica- Instituto Politécnico Nacional. Blvd. Del Maestro s/n esq. Elías Piña, Col. Narciso Mendoza, C. P. 88710, Reynosa, Tamaulipas, México. §Autor para correspondencia: magallanes.agustin@inifap.gob.mx.

* Recibido: agosto de 2014
Aceptado: enero de 2015

Resumen

Con el propósito de conocer la respuesta de la soya var. 'Vernal' a la efectividad de inoculantes microbianos, se realizaron estudios en condiciones de invernadero, campo, así como de validación. En invernadero se compararon ocho microorganismos en suelo estéril, donde se obtuvo mayor diámetro de tallo, biomasa radical y número de vainas con la inoculación independiente o combinada de la rizobacteria Bradyrhizobium japonicum [Cell-Tech® (CT)] y el hongo micorrizógeno Rhizophagus intraradices [micorriza INIFAP (MI)]. En un experimento de campo se evaluaron CT, MI, CT+MI, CT+MI+18-46-00, y testigo absoluto. El mayor número de nódulos por planta se registró con la coinoculación de CT+MI. CT+MI con o sin fertilización inorgánica también se obtuvo la mayor biomasa, número de vainas, peso de grano por planta y rendimiento de grano. En el estudio adicional de validación con siembra mecanizada se midieron CT, MI, CT+MI y testigo en suelo fertilizado (18-46-00) o no. Los resultados indicaron que los mayores rendimientos se registraron con la coinoculación CT+MI, con o sin la fertilización inoigánica. Aunque el análisis económico mostró que la mayor rentabilidad de la producción de soya fue con la coinoculación en suelo no fertilizado. El efecto sinérgico de la coinoculación con CT+MI, representa una alternativa biotecnológica que atiende a una necesidad de manejo sostenible de la soya.

Palabras clave: Glycine max, endomicorriza, rizobacterias.

In order to know the response of soybean var. 'Vernal' to the effectiveness of microbial inoculants, studies were conducted in the greenhouse, field and validation. Greenhouse eight microorganisms in sterile soil, where increased stem diameter, root biomass and pod number was obtained with the independent or combined inoculation rhizobacteria Bradyrhizobium japonicum [Cell-Tech® (CT)] and the mycorrhizal fungus Rhizophagus intraradices [mycorrhiza INIFAP (MI)]. In a field experiment CT, MI, CT+MI, CT+MI+18-46-00, and absolute control were evaluated. The highest number of nodules per plant was recorded with co-inoculation of CT+MI. CT+MI with or without inorganic fertilization the highest biomass, number of pods per plant grain weight and grain yield was also obtained. In the validation study with additional mechanized planting CT, MI, CT+ MI and control in fertilized soil (18-46-00) or not measured. The results indicated that the highest yields were recorded with CT+MI co-inoculation with or without inorganic fertilization. Although economic analysis showed that the higher profitability of soybean production was co-inoculation with non-fertilized soil. The synergistic effect of co-inoculation with CT+MI represents a biotechnological alternative that serves a need for sustainable management of soybeans.

Keywords: Glycine max, endomycorrhiza, rhizobacteria.

Introducción

La soya (Glycine max) es una leguminosa con uso de oleaginosa de mayor importancia a nivel mundial por su gran cantidad de usos, debido a su alto contenido de proteína y energía ya que en promedio, el grano seco contiene 20% de aceite y 40% de proteína. En México la producción de soya es menor a su consumo, es el cuarto país importador de soya en el mundo, pues tan sólo en 2009 se importaron 3.5 millones de toneladas y se produjeron 153 mil toneladas, equivalente a 4.7% del consumo total nacional para ese año. El 58% de la producción nacional se concentra en el estado de Tamaulipas (ASERCA, 2010), donde recientemente ha habido una expansión del cultivo en áreas irrigadas de la zona norte del estado.

La soya como leguminosa, depende de la fijación biológica del nitrógeno atmosférico mediante bacterias simbióticas, la cual ha sido abundantemente estudiada; encontrándose que esta característica ha hecho posible que la inoculación de semilla con Bradyrhizobium sp. se considere una práctica alterna para suplir el uso de fertilizantes inorgánicos en el cultivo (Cassán et al., 2009; Zilli et al, 2010).

Sin embargo, existen diversos microorganismos benéficos que representan elementos promisorios para integrar soluciones a problemas agroambientales ya que tienen la capacidad de promover el crecimiento de las plantas, mejorar la disponibilidad y la asimilación de los nutrientes, y contribuir a una mayor sanidad de las plantas (Vassey, 2003; Adesemoye y Kloepper et al., 2009). Las rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (RPCV), los hongos micorrízicos arbusculares (HMA) y Trichoderma spp., son de los microorganismos más estudiados. Las RPCV con actividad simbiótica o de 'vida libre', tienen la capacidad de estimular a las plantas a través de producción de fitohormonas, fijación de nitrógeno, o biocontrol de fitopatógenos mediante compuestos antifúngicos como sideróforos o enzimas líticas (Glick et al, 1999; Cassán et al, 2009; Vassey, 2003; Xiang et al, 2012).

Los HMA manifiestan diferentes actividades simbióticas que inducen a una mayor exploración del suelo a través de una red de hifas, disminuyen los efectos de condiciones abióticas adversas para la planta, producen fitohormonas que promueven el crecimiento de la planta, facilitan la absorción de nutrimentos como N, P, Fe, Zn, Cu y Mn, producen glomalina que adhiere las partículas del suelo, e induce acción protectora contra algunos fitopatógenos del suelo (Liu et al., 2000; Boomsma y Vyn, 2008; Smith y Read, 2008). El género Trichoderma asimismo, cuenta con diversos mecanismos que estimulan el crecimiento de las plantas. Se ha reportado en esos hongos la producción de fitohormonas, descomponen la materia orgánica mediante solubilización, limitan la acción de patógenos radicales con la producción de enzimas hidrolíticas, agresivo micoparasitismo y colonización saprofítica (Benítez et al, 2004; Masunaka et al., 2011).

No obstante, algunos microorganismos benefician en mayor grado a un determinado hospedero comparado con otros, además de que su funcionalidad puede ser alterada bajo determinadas condiciones edafoclimáticas, hecho que muestra las marcadas diferencias existentes entre especies e incluso entre cepas de la misma especie (Klironomos, 2003; Yon et al, 2004; Hungría et al, 2010; Montero et al, 2010). En soya se ha observado una mejor respuesta con la interacción de la simbiosis tripartita, Bradyrhizobium sp., HMA y planta (Antunes et al., 2006; Babalola et al, 2009). En México, dentro de las prácticas de producción de soya, se ha recomendado tradicionalmente la inoculación de semilla; sin embargo, no existe información documentada sobre el tipo de inoculante y su respuesta en el cultivo. El presente trabajo se realizó en soya y describe dos objetivos: a) seleccionar la efectividad de bioinoculantes comerciales y experimentales en condiciones de invernadero; y b) determinar la respuesta de inoculación de semilla en campo.

Materiales y métodos

El trabajo de investigación se hizo en el Campo Experimental Río Bravo del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), Río Bravo, Tamaulipas (25° 57' latitud norte, 98° 01' longitud oeste; 25 msnm), durante 2011 y 2012. Es un área semiárida (subtropical), con temperatura y precipitación media anual de 23 °C y 635 mm, respectivamente. El trabajo se puso en suelos Vertisoles, cuyas propiedades en presiembra se describen en el Cuadro 1. Las determinaciones para el análisis del suelo fueron: pH en 1:2 (suelo-agua); la materia orgánica se midió con dicromato de potasio; la conductividad eléctrica se midió en una pasta saturada; el nitrógeno inorgánico (NO3-N) con el método de ácido salicílico; el P disponible se obtuvo por el método de Olsen; y el K disponible mediante el método de absorción atómica.

La variedad de soya utilizada fue 'Vernal', cuya planta es de hábito de crecimiento determinado, con alta sensibilidad al fotoperiodo, de porte medio erecto, y alcanza una altura promedio de 80 cm; el tallo y las vainas tienen pubescencia color gris, y su flor es de color blanco.

Experimento en invernadero

En condiciones de invernadero se hizo una selección previa de efectividad de inoculantes microbianos comerciales y experimentales. Se utilizaron macetas de bolsas de plástico con capacidad de 7 kg. El suelo (Cuadro 1) se mezcló con Termolita^® al 20% (v/v) y se esterilizó con bromuro de metilo. Los inoculantes bacterianos fueron: 1) Quinzavo (Bradyrhizobium spp., Azotobacter spp., Azospirillum spp.; 1 * 10⁹ UFC mL^-1), Azul Natural, S. A., Durango, Durango; 2) Cell-Tech^® (Bradyrhizobium japonicum; 1 * 10⁹ UFC mL^-1), Novozymes BioAg Inc., Brookfield, WI.; 3) Biofertibuap (Azospirillum spp.; 5 * 10⁸ UFC g^-1), Benemérita Universidad Autónoma de Puebla, Puebla, Pue.; 4) Azospirillum sp. (Cepa TlaxC4; 5 * 10⁸ UFC g^-1), Campo Experimental Bajío, INIFAP; y 5) Bacteriano 2709 (Pseudomonas spp.; 5 * 10⁸ UFC g^-1), Campo Experimental Bajío, INIFAP.

Los hongos fueron: 1) Trichoderma asperellum (Cepa 703; 1 * 10⁷ esporas g^-1), Centro de Biotecnología Genómica, IPN; 2) Burize ST® (Rhizophagus intraradices; >40 esporas g^-1), Buckman Laboratories, S. A., Jiutepec, Morelos; y 3) micorriza INIFAP (Rhizophagus intraradices; >40 esporas g^-1), Campo Experimental General Terán, INIFAP. Adicionalmente se incluyó la inoculación combinada Cell-Tech^® y micorriza INIFAP. El tratamiento testigo no fue inoculado. Las macetas se llenaron a la mitad y en ese nivel las bacterias se inocularon a razón de 2 mL o g y los hongos a 5 g por maceta, después se complementó la otra mitad con el suelo.

Las semillas de soya utilizada se desinfectaron mediante una solución de hipoclorito de sodio al 10% por 10 min. La siembra fue el 28 de julio de 2011 a una profundidad de ≈2 cm y se dejaron dos plantas por maceta; en total fueron 10 macetas por tratamiento. Se midió el contenido de clorofila in situ, mediante 10 lecturas (índice SPAD) tomadas en hojas del tercio superior de las plantas en estado de inicio de floración (R1), con un medidor portátil Minolta SPAD-502^®. En el estado de formación de vaina (R3) se midió la altura, el diámetro de tallo, la biomasa radical y el número de vainas por planta. La información se analizó mediante un diseño completamente aleatorizado y la separación entre medias fue mediante Tukey (p≤ 0.05).

Experimento en campo

En un suelo no fertilizado durante dos años (Cuadro 1) se desarrolló un experimento para evaluar la respuesta de la soya a los inoculantes Cell-Tech^® (C) y micorriza INIFAP (M). La siembra se estableció con humedad residual el 21 de marzo de 2012 con 45 kg ha^-1 de semilla, depositando 22-23 semillas por metro. La unidad experimental fue de cuatro surcos (0.81 m) de 4 m de longitud, las cuales se repitieron seis veces en un diseño en bloques al azar. Para el manejo de los riegos y de otras prácticas agronómicas se siguieron las indicaciones locales (CERIB, 2011).

Estudio de validación

Para dar seguimiento a los resultados experimentales obtenidos, se realizó un estudio en condiciones de manejo de soya semicomercial en terrenos del Campo Experimental Río Bravo (Cuadro 1). La siembra mecanizada se estableció el 24 de julio de 2012, con humedad residual y se utilizó una sembradora de precisión Max Emerg®, la cual se ajustó a una densidad de 22 semillas por metro. Los tratamientos evaluados fueron: 1) Cell-Tech^® a dosis de 75 mL en 27 kg de semilla (C); 2) micorriza INIFAP, 2 kg en 45 kg de semilla (M), mezcla hecha con 120 mL de carboximetil celulosa como adherente y 1.2 L de agua; 3) inoculación simultánea C + M, mismas dosis; y 4) testigo absoluto. Estos tratamientos se sometieron en dos condiciones de fertilización inorgánica: Fertilizado (18 kg ha^-1 de N y 46 kg ha^-1 de P) y no fertilizado. El fertilizante, que consistió de urea y Mapito (11-52-00), se calentó y se aplicó con inyectores en forma líquida y en banda al suelo, 20 días después de la siembra. Cada tratamiento se sembró en franjas de tres surcos de 150 m de longitud.

El manejo agronómico del cultivo fue en base a las recomendaciones locales (CERIB, 2011). La estimación del promedio de rendimiento de grano fue en estado de madurez (R8), la cual se hizo mediante muestreo de seis subparcelas de 5 m de largo que se trillaron y el grano se ajustó a 14% de humedad. Los rendimientos obtenidos se analizaron mediante las comparaciones de los tratamientos (t-student, p≤ 0.05). Con el rendimiento se obtuvo la rentabilidad de los tratamientos en función a la relación beneficio-costo, considerando el fertilizante ($1 150.00) y aplicación ($160.00), 1 310.00 $ ha^-1; micorriza INIFAP, 280.00 $ ha^-1; Cell-Tech, 190.00 $ ha^-1; precio base de soya (6 161.00 $ t^-1) y estímulo de producción (1 500.00 $ t^-1), dan un costo de 7 661.00 $ t^-1.

Resultados y discusión

Experimento en invernadero

Los inoculantes microbianos modificaron significativamente las características de la planta de soya 'Vernal', pues en la mayoría de las variables los valores de los inoculantes superaron a los de las plantas testigo. Igualmente, Hernández y Chailloux (2004) evaluaron en invernadero diferentes hongos micorrizógenos y rizobacterias en tomate (Lycopersicon esculentum) y determinaron amplias variaciones en altura de planta, diámetro y biomasa total entre los microorganismos. El mayor índice de clorofila SPAD se registró con Cell-Tech, Biofertibuap, micorriza INIFAP y en la inoculación combinada Cell-Tech y micorriza INIFAP. La altura de planta fue superior con T. asperellum., sin diferencia significativa con Cell Tech, Biofertibuap, Micorriza INIFAP y C+M (Cuadro 2).

El mayor diámetro de tallo, biomasa radical y número de vainas se obtuvo con la inoculación independiente o combinada de Cell-Tech y micorriza INIFAP. Resultados de bioensayos (Cassán et al., 2009) indicaron que la cepa Az39 de Azospirillum brasilense y/o E109 de B. japonicum, incrementaron la biomasa seca de raíz de soya. Corbera y Nápoles (2011) señalaron que por lo general se ha evaluado, por separado, los efectos de rizobacterias y hongos micorrízicos arbusculares (HMA), pero los efectos combinados de esos organismos han sido menos ensayados. Resultados de invernadero con diferentes cultivos fueron consistentes al demostrar incrementos en la biomasa o longitud radical, cuando se inocularon con HMA(Yon et al, 2004; Díaz y Garza, 2006; Tchabi et al, 2010; Oseni et al, 2010). Se encontró una asociación positiva entre el número de vainas con el índice SPAD (r= 0.86**), con la altura de planta (r= 0.72*), con el diámetro de tallo (r= 0.92**) y con la biomasa radical (r= 0.85**).

Experimento en campo

La mayor biomasa, el número de vainas, el peso de grano por planta, así como el rendimiento de grano se obtuvieron con las combinaciones de Cell-Tech y micorriza INIFAP (sin fertilización), y Cell-Tech-micorriza INIFAP en suelo con 18-46-00; siendo indudable que la fertilización química asociada con los inoculantes no potencializó la productividad de la soya. Estos resultados son coincidentes a los obtenidos por Hernández y Cuevas (2003), Meghvansi y Mahna (2009) y Cobrera y Nápoles (2011), quienes concluyen que existe una interacción sinérgica a través de la inoculación dual Bradyrhizobium sp. y HMA, la cual incrementa los valores de los componentes de rendimiento y el rendimiento de grano de soya, comparados con la inoculación individual de los simbiontes. Lo anterior puede obedecer, entre otros factores, a que las plantas de soya coinoculadas muestran mayor contenido foliar de N, P y K, que las plantas inoculadas con un solo organismo (Babalola et al, 2009; Cobrera y Nápoles, 2011); éstos efectos se unen para proporcionar a la planta inoculada una mayor nutrición, que también tiene efecto importante en los componentes de rendimiento y en la producción de grano.

Excepto el número de nódulos, las demás variables correlacionaron positivamente (r>0.97**), se destacó que aun cuando el índice SPAD fue tomado en estado de floración, mantuvo una estrecha asociación con el número de vainas y el rendimiento de grano (Figura 1). Se ha comprobado que el índice SPAD de clorofila se encuentra correlacionado con el contenido de clorofila extraíble (Marquard y Tipton, 1987) y con el nitrógeno foliar (Piekielek y Fox, 1992; Loredo et al, 2008), por lo que se considera un indicador del estatus nutrimental y sanitario de la planta. De forma similar, Díaz et al. (2008) encontraron un r= 0.93entre el índice SPAD en floración con el rendimiento de grano de maíz. En comparación con el experimento de invernadero se revela que los resultados conseguidos con Cell-Tech y micorriza INIFAP, en suelo estéril, son paralelos a los obtenidos en condiciones naturales de campo.

Validación

Los resultados del estudio de validación demostraron que la fertilización inorgánica (18-46-00) en general no tuvo impacto en la producción y rentabilidad de la soya. Ésta dosis de fertilizante ha sido recomendada en regiones productoras de soya en México (Maldonado et al., 2007; CERIB, 2011) y utilizada por los productores particularmente en condiciones de riego. Los sistemas agrícolas con uso continuo de fertilizantes, tienen repercusiones negativas no solo en el ambiente, sino además, algunos autores señalan que los resultados de la fertilización inorgánica en soya han mostrado inconsistencias, inclusive en muchos casos la práctica no es económica (Wood et al, 1993; Salvagiotti et al., 2008; Adesemoye and Kloepper, 2009).

De la misma manera, la interacción entre la fertilización inorgánica y los inoculantes no contribuyó a optimizar la productividad de la soya (Cuadro 4). Al respecto, Salvagiotti et al. (2008) indicaron que para incrementar el potencial de rendimiento, son necesarios estudios que incluyan los requerimientos nutricionales de la soya asociados a cepas específicas de rizobacterias simbióticas.

Es relevante destacar que hubo compatibilidad entre el sistema de siembra mecanizada utilizado (comúnmente usado por los productores) y la semilla de soya inoculada. Lo anterior es debido a la importancia que tiene en conocer la relación existente entre los inoculantes seleccionados y los sistemas mecanizados de producción, con el fin de que sean integrados dentro del modelo agronómico del cultivo (Plenchette et al., 2005; Grageda et al, 2012). Los mayores rendimientos se registraron con la coinoculación Cell-Tech y micorriza INIFAP, con o sin fertilización. No obstante, con la misma coinoculación, la mayor rentabilidad obtenida fue en suelo no fertilizado. Con Cell-Tech y micorriza INIFAP en suelo fertilizado, la diferencia en el ingreso neto y beneficio-costo con respecto al testigo fue de $3 896.00 y 0.35, respectivamente; sin fertilización química, las diferencias fueron de $5 352.00 y 0.54, respectivamente (Cuadro 4). Es indiscutible que los altos costos de los fertilizantes inorgánicos impactan negativamente en la economía de los sistemas de producción. Estos resultados son coincidentes y confirman a los obtenidos experimentalmente.

El efecto sinérgico de la inoculación con Cell-Tech y micorriza INIFAP en soya 'Vernal', que incrementó el rendimiento y la rentabilidad de la producción, representa una alternativa biotecnológica que atiende a una necesidad de manejo sostenible de los agrosistemas, donde el papel de los microorganismos se ha incrementado de manera prominente dentro de la conservación y la fertilidad de los suelos.

Conclusiones

Agradecimiento

Esta contribución fue financiada por la Fundación Produce Tamaulipas y el Patronato para la Investigación, Fomento y Sanidad Vegetal de Tamaulipas, a través del proyecto Núm. 363567454.

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