¿Por qué son importantes las bacterias solubilizadoras de fósforo en la agricultura?

La mayoría de los suelos se encuentran deficientes de fósforo. Además, el uso permanente de fertilizantes químicos representa un costo significativo para la agricultura en el mundo.

El uso de microorganismos como inoculantes para movilizar fuentes de fósforo pobremente disponibles en el suelo, constituye una alternativa para reducir la contaminación ambiental y mejorar la productividad de los cultivos.

Los biofertilizantes o abonos biológicos están basados en microorganismos que promueven y benefician la nutrición y el crecimiento de las plantas. Se trata de microorganismos del suelo, generalmente hongos y bacterias, que se asocian de manera natural a las raíces de las plantas de una forma más o menos íntima. Estos microorganismos pueden facilitar de manera directa o indirecta, la disponibilidad de determinados nutrientes tales como: el nitrógeno, el fósforo y el agua, además de producir sustancias denominadas fitohormonas promotoras del crecimiento vegetal.

El uso de microorganismos como inoculantes para movilizar fuentes de fósforo pobremente disponibles en el suelo, constituye una alternativa para reducir la contaminación ambiental y mejorar la productividad de los cultivos.

Los biofertilizantes o abonos biológicos están basados en microorganismos que promueven y benefician la nutrición y el crecimiento de las plantas. Se trata de microorganismos del suelo, generalmente hongos y bacterias, que se asocian de manera natural a las raíces de las plantas de una forma más o menos íntima. Estos microorganismos pueden facilitar de manera directa o indirecta, la disponibilidad de determinados nutrientes tales como: el nitrógeno, el fósforo y el agua, además de producir sustancias denominadas fitohormonas promotoras del crecimiento vegetal.

El uso de microorganismos como inoculantes para movilizar fuentes de fósforo pobremente disponibles en el suelo, constituye una alternativa para reducir la contaminación ambiental y mejorar la productividad de los cultivos.

Los biofertilizantes o abonos biológicos están basados en microorganismos que promueven y benefician la nutrición y el crecimiento de las plantas. Se trata de microorganismos del suelo, generalmente hongos y bacterias, que se asocian de manera natural a las raíces de las plantas de una forma más o menos íntima. Estos microorganismos pueden facilitar de manera directa o indirecta, la disponibilidad de determinados nutrientes tales como: el nitrógeno, el fósforo y el agua, además de producir sustancias denominadas fitohormonas promotoras del crecimiento vegetal.

Algunos de estos microorganismos se pueden combinar resultando en efectos sinérgicos cuando seaplican de manera conjunta. El uso de biofertilizantes origina procesos rápidos, consumen poca energía y no contaminan el medio ambiente. Su uso representa una importante alternativa para limitar el uso de abonos químicos, menos rentables económicamente, a la vez que reduce su negativo impacto ambiental y mejora la productividad de los cultivos. A su vez, los biofertilizantes pueden ser de gran utilidad en la recuperación de los terrenos marginales para su aprovechamiento agrícola y forestal.

La mayoría de los suelos están deficientes de fósforo y la disponibilidad de este elemento para las plantas es escasa, por lo que se requiere la aplicación de fertilizantes para mantener los altos niveles de productividad.

La necesidad de búsquedas alternativas que ayuden a minimizar el efecto adverso de los mismos al medio ambiente y la disponibilidad cada vez mayor del fósforo para las plantas es de gran interés hoy en día para la agricultura; por ello, el uso de microorganismos que solubilicen fósforo a través de diferentes mecanismos y su inoculación en altas concentraciones con relación a las que normalmente se encuentran en el suelo constituye una ventaja para su uso como biofertilizantes mejorando las condiciones de crecimiento en las plantas.

Inoculantes microbianos. Mecanismos

Muchos de los microorganismos del suelo tienen la habilidad de estimular el crecimiento de las plantas. Con la intención de disminuir los fertilizantes químicos, los microorganismos con efecto benéfico sobre las plantas tienen un potencial considerable como biofertilizantes y como agentes de biocontrol. Pueden distinguirse tres grandes grupos: fijadores de nitrógeno; hongos micorrízicos y promotores del crecimiento vegetal, entre los que encontramos bacterias y hongos. A las bacterias se les conoce como rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR). Esta designación se refiere a bacterias de vida libre que se localizan muy cerca o adentro de las raíces de las plantas y que tienen un efecto benéfico sobre el crecimiento de las mismas. Estas bacterias se las han encontrado en asociación con las raíces de numerosas especies de plantas, incluso han sido también reportadas en ambientes marinos (manglares).

Entre las características más distintivas que definen a las PGPR figuran las siguientes:

• No requieran de la invasión interna de tejidos en plantas, como ocurre en hongos micorrízicos con la formación de arbúsculos o nódulos en el caso de Rhizobium

• Es importante que tengan una elevada densidad poblacional en la rizósfera después de su inoculación, ya que una población que declina rápidamente tiene una baja capacidad competitiva con la microflora nativa del suelo.

• Deben presentar una capacidad de colonización efectiva en la superficie de la raíz y, como consecuencia, influir positivamente en el crecimiento de la planta.

• Que no produzcan ningún daño en el hombre.

El crecimiento de las plantas puede ser, en parte, producto de la habilidad de las rizobacterias para ayudar a su continuo desarrollo, a través de diferentes mecanismos. Entre los principales mecanismos podemos citar: la fijación biológica de nitrógeno, la solubilización de fósforo, la producción de quelantes de hierro, la producción de fitohormonas que disparan respuestas y reacciones claves en el crecimiento de las plantas, así como la estimulación de este crecimiento indirectamente por la síntesis de la enzima ACC deiaminasa y la inhibición del crecimiento de microorganismos fitopatógenos a través de sustancias que son exudadas al suelo como por ejemplo: antibióticos, sideróforos y enzimas con actividad lítica sobre la pared de muchos hongos y bacterias.

Dentro de los microorganismos promotores del crecimiento de las plantas podemos encontrar cepas de diferentes géneros como, Pseudomonas, Azospirillum, Bacillus, Enterobacter, Rhizobium, Burkholderia y Erwinia entre otros.

Peculiaridades de los inoculantes microbianos

Las bacterias promotoras del crecimiento constituyen una alternativa interesante para favorecer la nutrición mineral de las plantas, incrementar la productividad de los cultivos, y a su vez son más fáciles de modificar por técnicas de biología molecular que un organismo altamente complejo.

Aunque los prospectos para desarrollar inoculantes microbianos que mejoren la movilización del fósforo del suelo han sido propuestos desde hace varias décadas, es evidente que la propuesta es altamente problemática. De hecho, es argumentable que las oportunidades de éxito pueden ser mejoradas con un mayor conocimiento de los procesos y los organismos claves involucrados. Sin embargo, la complejidad de la interacción entre los microorganismos y las plantas en el suelo parece ser el mayor obstáculo. En este sentido, la manipulación genética de los microorganismos y las plantas pudiera incrementar la capacidad de movilizar fuentes de fósforo pobremente disponibles.

En cada caso, es necesario un mayor conocimiento de las características propias de los microorganismos para entonces diseñar métodos para introducir inoculantes como componentes persistentes de la microflora del suelo. Es de destacar la gran ventaja que ofrecen los microorganismos “multifunción”: microorganismos conocidos por sus cualidades beneficiosas para las plantas, a los que se puede transferir mediante manipulación genética la capacidad para nuevos caracteres de interés, con vistas a reunir en una misma cepa, varios factores que promueven el crecimiento vegetal.

Fósforo: elemento esencial para la vida

El fósforo es uno de los elementos químicos esenciales para la vida. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), del ATP y de otras moléculas que tienen el ion fosfato y que almacenan la energía química, forma parte además de los fosfolípidos que integran y dan flexibilidad a las membranas celulares, y de los huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en las plantas, en proporciones de un 0,2 %, aproximadamente y en los animales hasta el 1 % de su masa puede ser fósforo.

Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. En general, los suelos agrícolas contienen buenas reservas de fósforo como consecuencia de la aplicación regular de fertilizantes, pero su disponibilidad para la planta es escasa debido a los procesos químicos que “fijan” el fósforo soluble de los fertilizantes en formas insolubles no aptas para la nutrición vegetal, por ejemplo la formación de fosfatos de calcio en suelos alcalinos y los fosfatos de hierro y aluminio en suelos ácidos.

El fósforo se encuentra en los suelos tanto en formas orgánicas como inorgánicas. Entre el 50 y el 80 % del fósforo orgánico lo constituye el ácido fítico. Las plantas absorben el fósforo casi exclusivamente en la forma soluble, representadas por aniones fosfatos. Las concentraciones de estos aniones en solución se encuentran alrededor de 1 y 10 μM en equilibrio con la fase sólida del suelo. De esta manera, el fósforo inorgánico disuelto satisface la demanda de los cultivos por unas pocas horas durante el período de crecimiento, considerando que estas cantidades son extremadamente pequeñas en comparación con las necesarias para los procesos biológicos asociados al crecimiento óptimo de las plantas.

Importancia de la solubilización de fósforo en los biofertilizantes

Los microorganismos solubilizadores de fósforo constituyen hasta un 40 % de la población de bacterias del suelo y una porción significativa de ellos son aislados de la rizosfera.

Numerosos estudios han demostrado que la respuesta de las plantas a una inoculación microbial en muchos casos ha sido atribuida a mejorar la adquisición de fósforo por las mismas. Esto ha generado un rango de microorganismos con un amplio potencial para incrementar la disponibilidad de fósforo, los cuales han sido identificados y caracterizados. Dentro de estos aislamientos encontramos hongos como Aspergillus niger y bacterias como es el caso de Bacillus sp. y Pseudomonas sp.

Un ejemplo en este sentido lo constituye la co-inoculación de Pseudomonas striada y Bacillus polymyxa, con microorganismos fijadores de nitrógeno como es el caso de Azospirillum brasilense; este experimento dio lugar a la acumulación óptima de nitrógeno y fósforo necesaria para el crecimiento de las plantas estudiadas, cuando la inoculación se realizó con los microorganismos por separado se mostró un resultado completamente diferente.

Los microorganismos pueden además relacionarse entre sí, dando lugar, en muchos casos a interacciones sinérgicas que favorecen el crecimiento de la planta.

Un ejemplo de este sinergismo lo constituye la interacción entre las micorrizas: simbiosis formada por ciertos hongos del suelo y la raíz y los microorganismos solubilizadores de fósforo. Las micorrizas poseen estructuras típicas de intercambio nutricional dentro de la raíz y una abundante red de micelio fuera de ésta, que le permite a la raíz explorar de forma más extensa el suelo y aprovechar mejor los elementos de poca movilidad como el fósforo.

Los microorganismos solubilizadores de fósforo juegan un importante papel en la adquisición de fósforo por parte de las plantas. Este nutriente es considerado uno de los más limitados en nuestra agricultura y de gran importancia para la nutrición vegetal.

La ingeniería genética ofrece la posibilidad de aislar y caracterizar genes nuevos relacionados con la solubilización de fósforo mineral u orgánico, y su manipulación constituye una vía para incorporar a bacterias promotoras del crecimiento vegetal esta capacidad y así mejorar la disponibilidad de fósforo a las plantas. La posibilidad de obtener biofertilizantes basados en estos microorganismos lograría un efecto positivo en las plantas y un impacto ecológico beneficioso al medio ambiente.