El rendimiento de los cultivos está siendo afectado por el cambio climático, causando una disminución de suelos productivos, alterando los regímenes de precipitación y calidad del agua, por lo que se han desarrollado técnicas de agricultura para aumentar la producción sin la necesidad de productos químicos. Uno de los métodos más eficaces para la salud de la planta es la biofertilización con microbios que forman parte del microbioma de la planta, estos ayudan a la nutrición, resistencia al estrés y protección contra enfermedades.
¿Cómo funcionan?
Existe una interacción entre eucariotas y bacterias probióticas que ayudan a la supervivencia de la planta, esto se produce a partir de la donación de una porción de metabolito por parte de la planta, para así nutrir al microbioma y producir proteínas microbianas que mejoran el rendimiento de la planta.
El crecimiento de las plantas por medio de la colonización microbiana se denomina ¨rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal¨ que ayudan a mejorar el crecimiento de la planta al reducir el estrés por patógenos y enfermedades, resistencia sistemática inducida, mejor absorción de nutrientes, y la formación de biopelículas que es la colonización de la planta en la superficie [1]
¿Cómo actúan los probióticos en la raíz?
Los probióticos funcionan como una producción de células inmunitarias y de señalización para la inflamación en los animales; en las plantas ocurre una respuesta de resistencia sistemática similar, unas de las sustancias químicas con actividad antimicrobiana en la raíz son las fenazinas, la pirrolnitrina y los sideróforos que estimulan la activación de diferentes vías de resistencia de la planta. Un ejemplo es el 4-aminocarbonil fe nilacetato que activa la resistencia al patógeno Pseudomona syringae pv. tabaci (necrosis) en la planta del tabaco y por otro lado el 2R,3R- butanodiol que ayuda a la resistencia contra el patógeno de la podredumbre blanda (Pectobacterium carotovorum), sin embargo, no protege contra la infección por P. syringae. Cuando se presenta a un estrés biótico o abiótico, estas sustancias químicas producen estímulos para preparar a la planta con respuestas rápidas e intensas como la acumulación de metabolitos asociados con el estrés oxidativo como ácido salicílico y oxilipinas.
Los microbios colonizadores de raíces al formar sus biopelículas, se observa en la planta mayor tolerancia al estrés por sequía, algunas bacterias como Paenibacillus ayudan al microbioma de la planta del trigo a soportar las sequías, esto se debe al aumento de la producción de osmolitos que protegen a la célula de la deshidratación. Por otro lado, la bacteria promotora del crecimiento de las plantas (Bacillus velezensis), al detectar los sideróforos de las pseudomonas aumenta la producción de metabolitos secundarios aumentando su supervivencia y liberando una gran actividad antimicrobiana. Al integrar la bacteria P. putida en la rizosfera se obtiene una amplia actividad de biocontrol, esto porque la cepa tiene la capacidad de invadir las biopelículas de microbios patógenos gracias a la secreción tóxica tipo IVB adquirida. [4]
Efectos de las rizobacterias en las plantas
Directos
- Fijan nitrógeno (N) atmosférico
- Solubilizan elementos como el fósforo, hierro, calcio, entre otros.
- Producción de fitohormonas como: auxinas, giberelinas, citoquininas, etileno, etc.
Indirectos
- Producen sideróforos
- Producción de enzimas líticas que se encuentran en los mecanismos de biocontrol (quitinada y glucanasa).
- Producción de antibióticos
- Producción de un metabolito secundario (cianuro de hidrógeno)
Los probióticos y su potencial para el mejoramiento de la producción agrícola
Los probióticos se han establecidos como biofertilizantes y biopesticidas como estrategia para la agricultura sostenible, una de sus características principales es la mejora de la nutrición de nitrógeno (N) y fósforo (P) como resultado de las interacciones de las plantas como el Rhizobium y los colonizadores micorrícicos que forman estructuras para el intercambio de nutrientes en las raíces. Los microbios tienen la función de absorción de metales y fosfatos en los órganos de la rizosfera, ya que estos también pueden secretar ácidos grasos de cadena corta como proceso de fermentación y esto se vincula a la inhibición de bacterias patógenas.
En la biofertilización es frecuente el uso de bacterias PGPR de los géneros más utilizados, las Pseudomonas, en especial las dos especies más explotadas en la agricultura son: P. fluorescens (fertilizante y protector) y P. putida (estimulante y reparador), estas son muy interesantes debido a su capacidad para solubilizar elementos como P, Ca y Fe, sintetizar fitohormonas, su capacidad simbiótica y generar un estado de ¨priming¨ (Sistema inmune frente a patógenos) a la planta. [2]
La comunidad microbiana del suelo ayuda a aumentar la productividad de los cultivos, al ser aplicados en la agricultura para rendimiento de los cultivos se les denomina bioinoculantes, sin embargo, es difícil su aplicación porque su eficiencia puede variar en campo y tipo de planta. Los microbios como las pseudomonas tienen propiedades benéficas para las raíces; científicos descubrieron la bacteria Phyllobacterium que coloniza en la raíz y mejora el crecimiento de la planta de fresa y el contenido de vitamina C en los frutos, al igual el tomate aumentó azúcares neutros y ácidos dicarboxílicos específicos al estar protegido contra Fusarium por P. aeruginosa colonizador de raíces y un nivel alto del metabolito contra el estrés (galactinol) en pepinos colonizados por pseudomonas.
En los probióticos, la eficacia del crecimiento de las plantas depende de las biopelículas en la rizosfera y esto sucede por la interacción con otros microbios. Por ejemplo, la inoculación de B. velezensis y P. stutzeri en plantas de pepino promovió más el crecimiento que en las plantas con bacterias individuales. Sin embargo, es importante contar con una buena estructura de suelo para que tengan buen desarrollo. [3]
Los microbios del suelo mejoran la salud de las plantas, las pseudomonas probióticas son generalistas en cuestión de dar beneficios y protección a la planta al generar biopelículas protectoras en la superficie de la raíz y aumentar la actividad enzimática y simbiótica en el suelo. Sin embargo, los mecanismos que sustentan la expresión de la resistencia a los patógenos en los tejidos aéreos a partir de la colonización microbiana de las raíces no se conocen del todo.
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