bioprospección de microorganismos benéficos
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Bioprospección de microorganismos benéficos para su uso en la agricultura
Dra. Ana Tztzqui Chávez Bárcenas
Facultad de Agrobiología “Presidente Juárez”
UMSNH
Bioprospección:
Búsqueda sistemática de organismos o sustancias con posibles usos para beneficio del ser humano, que pueden tener un valor comercial significativo en sectores industriales, cosméticos, farmacéuticos, nutricionales, agrícolas.
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La agricultura intensiva• Las estrategias de agricultura intensiva incluyen• Altos rendimientos de cosechas• Uso de fertilizantes y plaguicidas químicos sintéticos• Exceso de laboreo del suelo• Residuos contaminantes
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La erosión de los suelos
http://www.agronline.pe
defrentealcampo.com.ar
• Pérdida de estructura• Desmineralización• Déficit hídrico• Alteración de biota
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Impacto mundial y perspectivas
• En 2050 habrá 9600 Mill personas en el planeta (Div. Población, NU)
• 80 % del aumento en la producción deberá obtenerse por mayor rendimiento y aumento de cosechas en la misma superficie y 20 % por expansión de tierras de cultivo (Previsiones de la FAO)
• Seguirá utilizándose los plaguicidas (pero sus efectos seguirán siendo una preocupación)
• Código Internacional de Conducta para la Gestión de Plaguicidas (OMS y FAO)
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El desarrollo sustentableLa World Commission on Environment and Development (ONU) en 1987 creó un decreto, “OurCommon Future” en el que establece lo siguiente:
• “El desarrollo sustentable hace referencia a la capacidad que haya desarrollado el sistema humano para satisfacer las necesidades de las generaciones actuales sin comprometer los recursos y oportunidades para el crecimiento y desarrollo de las generaciones futuras”
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• La sustentabilidad es en realidad “un proceso” que tiene por objetivo encontrar el equilibrio entre el medio ambiente y el uso de los recursos naturales. La humanidad en su paso por el planeta ha degradado los recursos naturales de tal forma que actualmente es necesario procurar y planear concienzudamente el consumo de los mismos para garantizar su existencia en las generaciones futuras.
Centro de cambio global y sustentabilidad (2013)
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La Asamblea General de la ONU adopta laAgenda 2030 para el Desarrollo Sostenible
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Objetivo 12: Garantizar modalidades de consumo y producción sostenibles
• Si en 2050 se alcanzan 9600 millones de personas se requeriría lo equivalente a 3 planetas para mantener el estilo de vida actual.
• Los impactos ambientales más graves en los alimentos están en la fase de producción (cultivo, procesamiento de alimentos)
• La degradación de la tierra, la disminución de la fertilidad del suelo, el uso insostenible del agua, la sobrepesca, y la degradación del medio marino disminuyen la capacidad de la base de recursos naturales para suministrar alimentos.
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Suelo• Capa superficial de la corteza
terrestre, procedente de la meteorización física y química de la roca preexistente y sobre la que se asienta la vida
• …Base de la agricultura y lugar de reciclado de la materia en los ecosistemas
• Recurso finito, no renovable
www.gob.mx
Grisolia y Ortega, 2012 Tz
Artrópodos
Nemátodos
Nemátodos
Nemátodos
Protozoarios
Hongos
BacteriasActinomicetos
Virus
Materia orgánica en
descomposición
Plantas
Modificado de la University of Missouri Extension
La biota en el suelo
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Microbioma del suelo
mexico-infoagro.com
BacteriasHongosActinomicetosAlgasProtozoosVirus
Benéficos vs Nocivos
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Molina-Romero y col. 2015.
Componentes de la rizósfera
Endorizósfera (Tejido interno de raíz)
Rizoplano (superficie de raíz)
Exorizósfera (Suelo en contacto íntimo con raíz)
Bogumil y col. 2015
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Simbiontes fijadores de N
Evolution, 2007 CSHLP
Formación de nódulos de raíz por Rhizobium spp.
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Bacterias benéficas que promueven el crecimiento de plantas
•PGPB (Plant growth-promoting bacteria)
•PGPR (Plant growth-promoting rhizobacteria)
Azospirillum, Arthrobacter, Azotobacter, Bacillus, Burkholderia, Enterobacter y Pseudomonas
(Forni et al., 2017; Bharti and Barnawal, 2019)
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Mecanismos de acción de las PGPBDIRECTOS INDIRECTOS
Dutta y Khurana, 2015.
Producción de Fitohormonas (AIA, Gas, Cit)Solubilización de PFijación de N
-Crecimiento vegetal-Proliferación de raíces-Alteran tasa de respiración-Incremento en captación de
minerales y agua
Producción de ACC desaminasaSideróforosAntagonismosAlteran producción de exudados de raíz (EPS)Generación de agregados
-Aumento de longitud, ramificación y masa de raíz
-Osmoprotección-Disminución de conductancia-Aumento de adherencia de raíz
al suelo-Biocontrol de fitopatógenos-Limitación de afluencia de Na+
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Microbiomas edáficos y uso del suelo
El contenido de biomasa microbiana es 16 veces mayor en suelos conservados, respecto de los cultivados
Yao et al. 2000
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Biodiversidad de microbioma asociado a Guayacan(Handroanthus chrysanthus) en Campeche
Becerra-Lucio y col., en prensa
H’= 4.01 H’= 3.8 H’= 3.63 H’= 3.2
Las comunidades bacterianas asociadas en zonas perturbadas son mas diversas que en bosques no perturbados.
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El microbioma edáfico y el cultivo de aguacate en Michoacán
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• Raíces superficiales
• Raíz carente de pelos radiculares
• Raíz susceptible a exceso de humedad • Induce a ataques de hongos y
pudriciones vasculares.
Aguacate (Persea americana Mill)
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•Uso de fertilizantes,
herbicidas y
plaguicidas químicos
(insecticidas,
fungicidas)
•Limpieza de zona de
goteo
Manejo convencional del aguacate en Michoacán
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•Uso de fertilizantes de
origen biológico
(estiércoles,
compostas,
lombricompostas)
•Se promueve el
incremento de materia
orgánica en el suelo
Manejo orgánico del aguacate en Michoacán
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Abundancia de microorganismos de suelo en huertos de aguacate en Michoacán
MANEJO BACTERIAS ACTINOMICETOS HONGOS
UFC
ORGÁNICO 43 43 2
CONVENCIONAL 30 35 3
Tulais-Alvarado y Bárcenas-Ortega, 2011
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Bacterias amonificantes en suelo de huertos de aguacate en Michoacán
González-Aguilar y Chávez-Bárcenas, 2011
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PGPR en huertos de aguacate en Michoacán
Lozuna-López y Chávez-Bárcenas, 2011
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Aislamiento y selección de PGPB
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Obtención de cepas puras en medios selectivos
A
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Descarte de cepas potencialmente patogénicas
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Evaluación de efectos en plantas
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Elongación de raíz por cepas de PGPR aisladas
Lozuna-López y Chávez-Bárcenas, 2011
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Modificaciones en la arquitectura de raíz por PGPR
García-Paz y Chávez-Bárcenas, 2018Tz
PGPR solubilizadoras de Ca3PO4 y AlPO4
• El P forma precipitados con iones de calcio, hierro o aluminio.
• Diversos géneros de PGPR producen ácidos orgánicos y enzimas mineralizadoras y solubilizadoras de P.
• Se seleccionaron cepas de rizobacteriassolubilizadoras de fosfato tricálcico y fosfato de aluminio.
Trujillo-Elisea y Chávez-Bárcenas, 2015Tz
Bioensayos de PGPR solubilizadoras de P en calabacita
• La inoculación al momento del trasplante del cultivo (1X108 UFC.mL-1) resuspendido en 10 mL de agua destilada estéril en cada plántula
Trujillo-Elisea y Chávez-Bárcenas, 2015Tz
Contenido de fósforo en tejido vegetal
Porcentaje de fósforo absorbido en gramos de peso seco de hojas y tallos. Tukey 0.05, P>F<0.0011**(Hojas). Tukey 0.05, P>F<0.001**(Tallos).
T0
Ca(
H2P
O4) 2
)
Ca(
H2P
O4) 2
)
AlP
O4
AlP
O4
46 50 50 36 T0
Ca(
H2P
O4) 2
)
Ca(
H2P
O4) 2
)
AlP
O4
AlP
O4
46 50 50 36
Trujillo-Elisea y Chávez-Bárcenas, 2015Tz
Las plantas inoculadas presentaron aumento de 61 % del peso en hojas y tallos respecto a los tratamientos control
0
5
10
15
20
1 2 3 4 5 6 7Pe
so s
eco
de
ho
jas
(g)
Trataientos
D D
BB
AA
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0
5
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15
20
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so s
eco
de
tal
los
(g)
Tratamientos
A
B
BCCD
AB
CD
BC
Gramos de peso seco en hojas y tallos. Tukey 0.05, P>F<0.0001**
T0
Ca(
H2P
O4) 2
)
Ca(
H2P
O4) 2
)
AlP
O4
AlP
O4
46 50 50 36 T0
Ca(
H2P
O4) 2
)
Ca(
H2P
O4) 2
)
AlP
O4
AlP
O4
46 50 50 36
Trujillo-Elisea y Chávez-Bárcenas, 2015Tz
Aparición de Flores y frutos • Los plantas inoculadas con los aislados bacterianos y las
fuentes de fósforo, presentaron una precocidad en laaparición de frutos de 15 días respecto a los testigos.
• El número de frutos en los tratamientos 4, 5, 6 y 7 (6 - 10frutos por planta) fue mayor respecto a los testigos (1 - 4frutos por planta)
Trujillo-Elisea y Chávez-Bárcenas, 2015Tz
TRATAMIENTOSNUMERO TOTAL
DE FRUTO/ PESO TOTAL (gr)
Testigo 14 662
Superfosfato simple 22 1489.7
Fosfato de Aluminio (AlPO4) 13 1298
Superfosfato simple + CIPA 46 21 2295.8
Superfosfato simple + CIPA 50 25 2446.6
Fosfato de Aluminio + CIPA 50 27 2020
Fosfato de Aluminio + CIPA 36 16 1578.1
Peso y número de frutos
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Los hongos micorrizógenosC
CM
M
M
C
M
M
M
C
(Azcón, 2011)
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Beneficios para plantas en micorriza
• Aumentan superficie absorbente del sistema radical
• Mejora la absorción de agua y nutrimentos (P, Cu, Zn)
• Protección vs algunos patógenos
• Mayor tolerancia a cambios de pH, sequía, temperatura, algunos elementos tóxicos
Molina-Romero y col. 2015
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Por ello los hongos micorrizógenos se pueden considerar
✓Biofertilizantes: mejoran la nutrición mineral de las plantas.
✓Fitoestimuladores: facilitan enraizamiento.
✓Biorremediadores: mejoran la resistencia de la planta a estrésabiótico como el estrés hídrico, salino y el estrés por la presenciade metales pesados.
✓Mejoradores de agrosistemas: por facilitar el ciclado denutrimentos y la formación de agregados estables en agua.
✓Agentes de biocontrol: proteger a las plantas frente a patógenosque infectan el sistema radical.
(Azcón et al., 2004)
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Estudios de hongos formadores de micorrizas en aguacate
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Micorrizas en aguacate en huertos de Michoacán
• 22 especies de HMA (5 géneros) en rizósfera de aguacate en siete localidades de Michoacán, con los principales climas de la región.
• Predominan los géneros Glomus, Acaulospora y Scutellospora.
(Bárcenas, 2008)
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La riqueza y abundancia de especies de HMA en rizósfera se determina por la morfología de esporas en suelo (tamaño, color y ornamentación de pared)
Fotos: Ana E. Bárcenas, L. Varela
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¿Para qué identificar los HMA en huertos de aguacate de Michoacán?
✓Para promover la generación de un inoculante “endófito” que contribuya al desarrollo de un sistema de producción sustentable
✓Alarcón y Ferrera-Cerrato (1999) los HMA endófitos tienen mayor afinidad a un hospedante particular.
✓Los HMA endófitos promueven mayores efectos que cepas aisladas de otros agrosistemas.
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Efecto de HMA“endófitos” en el desarrollo de aguacate en Michoacán
T1 T 2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
T1 = Hongo 1
T2 = Hongo 2
T3 = Hongo 3
T4 = 1 + 2
T5 = 1 + 3
T6 = 2 + 3
T7 = 1 + 2 + 3
T8 = Sin HMA
(Testigo)
Reyes-Ramírez, Chávez-Bárcenas, Bárcenas-Ortega, 2013
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cbc
a
bcc
abc ab
c
0
10
20
30
40
50
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
Tratamientos
Incr
emen
to d
e A
ltu
ra c
m
Tratamientos
T1 = Hongo 1
T2 = Hongo 2
T3 = Hongo 3
T4 = 1 + 2
T5 = 1 + 3
T6 = 2 + 3
T7 = 1 + 2 + 3
T8 = Sin HMA
(Testigo)
Reyes-Ramírez, Chávez-Bárcenas, Bárcenas-Ortega, 2013
Efecto en diámetro de tallo
T1 T 2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
T3 T8
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bab
a ab ab ab ab ab
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
ENE
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met
ro T
allo
cm
Tratamientos
T1 = Hongo 1
T2 = Hongo 2
T3 = Hongo 3
T4 = 1 + 2
T5 = 1 + 3
T6 = 2 + 3
T7 = 1 + 2 + 3
T8 = Sin HMA
(Testigo)
Reyes-Ramírez, Chávez-Bárcenas, Bárcenas-Ortega, 2013
Efecto de HMA“endófitos” en el número de hojas de aguacate en Michoacán
T1 T 2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
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20
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T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8
Nú
me
ro d
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oja
s
Tratamientos
