Efecto de la fuente de fósforo y de la inoculación con diferentes microorganismos sobre la absorción de hierro y fósforo por las plantas

Résumé

El fósforo (P) es un recurso no renovable y por ello es preciso una mayor eficiencia en el uso del P presente en el suelo y del aplicado como fertilizante. Para esta mayor eficiencia es necesario el desarrollo de diferentes alternativas. Es conocida la capacidad movilizadora de muchos microorganismos estos pueden ser útiles para promover la disolución de fosfatos de calcio insolubles o para aumentar la hidrólisis enzimática de P orgánico. La movilización de P e hierro (Fe) pueden llevarse a cabo de forma conjunta o de forma muy similar, es por ello que es interesante valorar como los microorganismos movilizadores de P pueden afectar también a la disponibilidad de Fe para las plantas, este último elemento (Fe) es un nutriente que puede resultar limitante en el desarrollo de cultivos para muchos suelos principalmente calcáreos. En este contexto, parece razonable plantear una investigación centrada en un empleo efectivo de P, usando para ello formas de P poco disponibles para las plantas haciendo uso de la manipulación de la rizosfera con microorganismos movilizadores de P y estableciendo cuáles son los mecanismos que explican sus efectos sobre la nutrición fosfatada de las plantas e indirectamente sobre la nutrición férrica. En el primer capítulo de esta Tesis Doctoral, se hace una introducción general a la problemática del P y el Fe en la agricultura, con información sobre la importancia que los microorganismos rizosféricos pueden tener sobre la movilización de estos nutrientes en la rizosfera. En este capítulo, se definen los objetivos de esta Tesis Doctoral, centrándonos en el uso sostenible de los microrganismos que debe implicar, además de una mejora en la nutrición de las plantas, otros beneficios adicionales en su aplicación. En el segundo capítulo se describe el efecto que tiene la inoculación con Trichoderma asperellum T34, sobre la disponibilidad de P en plantas de pepino (Cucumis sativus L. cv. Tropico). Los tratamientos incluían tres fuentes de P diferentes en solubilidad (KH2PO4, fitato y roca fosfatada). Para simular las condiciones que pueden darse en el suelo, el medio de cultivo consistió en una mezcla de arena silícea en parte recubierta de ferrihidrita como fuente de Fe sobre la que se adsorbió el P, y para para simular suelos calcáreos se uso arena calcárea. Trichoderma asperellum T34 aumentó el contenido total de P en las raíces de pepino independientemente de la forma P suministrada y mejoró la acumulación de P en la planta cuando el nutriente se aplicó como fitato (inositol-6-P) o roca fosfatada (RP, básicamente constituida por mineral tipo apatito). La actividad fitasa se vio incrementada con la inoculación de Trichoderma asperellum T34 explicando una mayor absorción cuando el P se administró como fitato. En cambio, cuando se suministró como roca fosfatada (RP) la solubilización se favoreció por la acidificación y el aumento de aniones orgánicos en el medio. Se concluyó que T34 puede mejorar la nutrición fosfatada en plantas cuando el medio contiene fitatos o fosfatos de Ca insolubles como formas de P dominantes. En el tercer capítulo, se estudió la existencia de un umbral de Fe medido como citrato-ascorbato extraido (CA-Fe) para que la inoculación con el agente de biocontrol Trichoderma asperellum T34 sea efectiva. Se realizó un experimento en cámara de cultivo con condiciones controladas en cultivo de pepino (Cucumis sativus L. cv. Serena), en el que se investigaron dos factores; concentración de Fe creciente en un medio artificial de cultivo (0, 8, 16, 32.5, y 75 mg kg–1 de CA-Fe) y la inoculación o no con Trichoderma asperellum T34. El Fe se aplicó como ferrihidrita adsorbida a parte de la arena silícea. El desarrollo de la biomasa aérea de las plantas disminuyó con la inoculación de T34, relacionándose con una disminución de la acumulación de Fe en las plantas. Sin embargo, con la dosis más alta de Fe (75 mg kg-1), las diferencias en biomasa, altura de las plantas y el contenido y concentración de Fe en parte aérea entre plantas inoculadas y no inoculadas no fueron significativas. El umbral de Fe para que la inoculación sea beneficiosa en el medio fue de 37 mg kg-1 sin inoculación de T34, en cambio con T34 este umbral era de 65 mg kg-1, lo que implica que, por debajo de este límite, se requiere suministro adicional de Fe para la inoculación con T34 debido a una posible competencia con el microorganismo. En el cuarto capítulo de la tesis se describe el efecto que la inoculación con diferentes microorganismos (Bacillus subtillis, Bacillus amyloliquefaciens, Aspergillus niger y Trichoderma asperellum T34) tienen sobre la absorción de P por las plantas y como esta absorción está afectada por el pH y el poder tampón de medios calcáreos de cultivo cuando se utilizan diferentes fuentes de P. Para ello se realizaron tres experimentos en medios de cultivo artificiales con plantas de pepino (Cucumis sativus L. cv. Tropico) para evaluar cómo los microorganismos pueden contribuir a la nutrición fosfatada de las plantas: (i) P suministrado a una dosis de 40 mg P kg-1 como RP en medio de cultivo con pH neutro; (ii) medio calcáreo tamponado a pH 8.5 y P suministrado como RP a 40 mg kg-1, y (iii) medio calcáreo tamponado a pH 8.5 y P suministrado en dos formas (PR y KH2PO4) a una dosis de 200 mg kg-1. Cada microorganismo actuó de manera diferente dependiendo del medio de cultivo, revelando que la actividad movilizadora de P de los microorganismos y el incremento que provocan en la acumulación en planta está afectada por el pH y por la concentración de P en el medio. En general, los mejores resultados se obtuvieron con Bacillus subtillis que aumentó la absorción de P en medio silíceo y en medio calcáreo fertilizado con 200 mg P kg-1. En el quinto capítulo se valoró el efecto que tenía la presencia de óxidos de Fe sobre la adsorción de P por las plantas en medios de cultivo calcáreos cuando éstas eran inoculadas con Bacillus subtillis QST713. Para ello se realizó un experimento durante un mes con tres factores: (i) fuente de P, soluble (KH2PO4) aplicada a 100 mg kg-1, o insoluble (RP, aplicada a dos concentraciones: 100 ó 200 mg kg–1), presencia de óxidos de Fe (ferrihidrita) en el medio (0 o 300 mg kg-1 de Fe extraíble con citrato-ascorbato), e inoculación con Bacillus subtilis QST713. El microorganismo mejoró el desarrollo de las plantas e incrementó el contenido total de P y P absorbido por las plantas, adscrito posiblemente a la solubilización del P y al aumento en el crecimiento de las raíces. Este efecto fue independiente de la presencia de óxidos de Fe. También se vio mejorada la absorción de Fe por las plantas. Por lo tanto, Bacillus subtilis QST713 mejora la nutrición de P en plantas cultivadas en medios que poseen una alta capacidad de adsorción de P independientemente de la solubilidad de la fuente de P y de la presencia de superficies adsorbentes de P que reducen su disponibilidad para las plantas en el medio de cultivo. En el sexto capítulo se estudió como las propiedades del suelo, especialmente aquellas propiedades relacionadas con la geoquímica de P del suelo, pueden interferir sobre el efecto que la inoculación con Trichoderma asperellum T34 o Bacillus subtilis QST713 puede tener sobre la biodisponibilidad de P en las plantas. Se realizó un experimento utilizando como cultivo el trigo en cámara de cultivo con condiciones controladas. Los tratamientos incluían la inoculación con Trichoderma asperellum T34, Bacillus subtilis QST713 y un control sin inoculación, sobre una colección de doce suelos con diferentes características físico-químicas y en un rango de P Olsen de 4.8 a 8.7 mg kg−1. De manera general, B. subtilis QST713 fue más efectivo que Trichoderma asperellum T34, incrementando la absorción de P por las plantas. En cambio, el desarrollo de biomasa de las plantas fue similar para ambos microorganismos. El efecto de los microorganismos en la acumulación de P en la planta se redujo con el aumento de P disponible en la planta y con una mayor proporción de óxidos de Fe poco cristalinos a óxidos cristalinos, y aumentó con la concentración de P orgánico hidrolizable por fitasas en varios extractos del suelo. La fosfatasa se correlacionó con la arcilla y el contenido en óxidos de Fe presentes en el suelo. Además, tanto las actividades enzimáticas medidas como la capacidad de acidificación estuvieron muy influidas por las propiedades de los suelos. Los resultados ponen de manifiesto que las propiedades de los suelos relacionadas con los mecanismos de movilización del P de los microorganismos son cruciales para explicar sus beneficios potenciales sobre los cultivos.