*Los biofertilizantes funcionan como un actor clave en la agricultura sostenible al mejorar la fertilidad del suelo, la tolerancia de las plantas y la productividad de los cultivos
Redacción
La agricultura convencional desempeña un papel importante para satisfacer las demandas alimentarias de una creciente población humana, lo que también ha llevado a una creciente dependencia de fertilizantes químicos y pesticidas. Los fertilizantes químicos son sustancias manipuladas industrialmente, compuestas de cantidades conocidas de nitrógeno, fósforo y potasio, y su explotación causa contaminación del aire y las aguas subterráneas por eutrofización de los cuerpos de agua. En este sentido, los esfuerzos recientes se han canalizado más hacia la producción de ‘alimentos ricos en nutrientes de alta calidad’ en un comportamiento sostenible para garantizar la bioseguridad. La visión innovadora de la producción agrícola atrae la creciente demanda de fertilizantes orgánicos de base biológica exclusivos de alternativa a los agroquímicos. En la agricultura, fomentar medios alternativos de fertilización del suelo se basa en insumos orgánicos para mejorar el suministro de nutrientes y conservar el manejo del campo. La agricultura orgánica es una de esas estrategias que no solo garantiza la seguridad alimentaria sino que también aumenta la biodiversidad del suelo. Las ventajas adicionales de los biofertilizantes incluyen una vida útil más larga que no causa efectos adversos al ecosistema.
La agricultura orgánica depende principalmente de la microflora natural del suelo que constituye todo tipo de bacterias y hongos útiles, incluyendo los hongos micorrízicos arbusculares (AMF) llamados rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPR). Los biofertilizantes mantienen el ambiente del suelo rico en todo tipo de micro y macronutrientes a través de la fijación de nitrógeno, la solubalización o mineralización de fosfato y potasio, la liberación de sustancias reguladoras del crecimiento de las plantas, la producción de antibióticos y la biodegradación de la materia orgánica en el suelo. Cuando los biofertilizantes se aplican como inóculos de semillas o suelos, se multiplican y participan en el ciclo de nutrientes y benefician la productividad de los cultivos. En general, del 60% al 90% del fertilizante total aplicado se pierde y el 10% al 40% restante es absorbido por las plantas. En este sentido, los inóculos microbianos tienen una importancia primordial en los sistemas integrados de gestión de nutrientes para sostener la productividad agrícola y un medio ambiente saludable. El PGPR o los co-inoculantes de PGPR y AMF pueden mejorar la eficiencia del uso de nutrientes de los fertilizantes. Una interacción sinérgica de PGPR y AMF fue más adecuada para el 70% de fertilizante más AMF y PGPR para la absorción de P. Una tendencia similar también se reflejó en la absorción de N en una base de tejido completo que muestra que el 75%, 80% o 90% de fertilizante más inóculos fueron significativamente comparables al 100% de fertilizante. Esta revisión tiene por objeto atender las necesidades de los agricultores y biólogos vegetales cuyo trabajo se centra en la creación de medios limpios y eficientes para mejorar la calidad del suelo mediante la nutrición y el mantenimiento de la flora útil y natural de microorganismos o PGPR. Además, presenta desarrollos recientes en el área de gestión de campo que revelan la aplicación potencial de biofertilizantes y el aumento de los perfiles de nutrientes, el crecimiento y la productividad de las plantas y la mejora de la tolerancia al estrés ambiental con un énfasis particular en el mecanismo de la hazaña de los biofertilizantes.
El microbioma: importancia potencial de los microbios beneficiosos en la agricultura sostenible
La rizosfera, que es la zona estrecha del suelo que rodea las raíces de las plantas, puede comprender hasta 10 11 células microbianas por gramo de raíz y más de 30.000 especies procariotas que, en general, mejoran la productividad de las plantas. El genoma colectivo de la comunidad microbiana de la rizosfera que envuelve las raíces de las plantas es más grande en comparación con el de las plantas y se conoce como microbioma, cuyas interacciones determinan la salud de los cultivos en el agroecosistema natural al proporcionar numerosos servicios a las plantas de cultivo , a saber, descomposición de materia orgánica, adquisición de nutrientes, absorción de agua, reciclaje de nutrientes , control de malezas y biocontrol. El estudio metagenómico proporciona al individuo la actividad central de la rizosfera y los microbiomas endofíticos en Arabidopsis thaliana utilizando la secuenciación 454 (Roche) de amplicones del gen ARNr 16S. Se ha propuesto que la explotación de una terapia de transferencia de microbioma central personalizada en la agricultura puede ser un enfoque potencial para el manejo de enfermedades de las plantas en diferentes cultivos. Las comunidades microbianas de la rizosfera, una alternativa a los fertilizantes químicos, se han convertido en un tema de gran interés en los programas de agricultura sostenible y bioseguridad.
Un enfoque principal en las próximas décadas será en métodos seguros y ecológicos mediante la explotación de microorganismos beneficiosos en la producción agrícola sostenible. Dichos microorganismos, en general, consisten en diversos microbios naturales cuya inoculación al ecosistema del suelo mejora las propiedades fisicoquímicas del suelo, la biodiversidad de los microbios del suelo, la salud del suelo, el crecimiento y desarrollo de las plantas y la productividad agrícola. Las poblaciones microbianas útiles para la agricultura incluyen rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas, cianobacterias fijadoras de N2 , micorrizas, bacterias beneficiosas supresoras de enfermedades de las plantas, endófitos tolerantes al estrés y microbios biodegradadores. Los biofertilizantes son un componente complementario a las tradiciones de gestión del suelo y los cultivos , a saber, la rotación de cultivos, los ajustes orgánicos, el mantenimiento de la labranza, el reciclaje de los residuos de los cultivos, la renovación de la fertilidad del suelo y el biocontrol de patógenos y plagas de insectos, cuya operación puede ser significativamente útil para mantener la sostenibilidad de diversas producciones agrícolas. Azotobacter , Azospirillum , Rhizobium , cianobacterias, microorganismos solubilizadores de fósforo y potasio y micorrizas son algunos de los PGPR que se encontró que aumentaban en el suelo bajo un tratamiento de labranza cero o de labranza mínima. Cepas eficientes de Azotobacter , Azospirillum, Phosphobacter y Rhizobacter pueden proporcionar una cantidad significativa de nitrógeno a Helianthus annus y aumentar la altura de la planta, el número de hojas, el porcentaje de diámetro del tallo de llenado de semillas y el peso seco de las semillas. De manera similar, en el arroz, la adición de Azotobacter , Azospirillum y Rhizobium promueve la fisiología y mejora la morfología de la raíz.
Azotobacter juega un papel importante en el ciclo del nitrógeno en la naturaleza, ya que posee una variedad de funciones metabólicas. Además de jugar un papel en la fijación de nitrógeno, Azotobacter tiene la capacidad de producir vitaminas como tiamina y riboflavina, y hormonas vegetales , a saber, ácido indol acético (IAA), giberelinas (GA) y citoquininas (CK). A. chroococcum mejora el crecimiento de las plantas al mejorar la germinación de las semillas y avanzar en la arquitectura de la raíz al inhibir los microorganismos patógenos alrededor de los sistemas de raíces de las plantas de cultivo. Este género incluye diversas especies, a saber, A. chroococcum, A.vinelandii, A. beijerinckii, A. nigricans, A. armeniacus y A. paspali . Se utiliza como biofertilizante para diferentes cultivos , a saber, trigo, avena, cebada mostaza, sésamo, arroz, linaza, girasol, ricino, maíz, sorgo, algodón, yute, remolacha azucarera, tabaco, té, café, caucho y cocos. Azospirillum es otra bacteria de vida libre, móvil, gram variable y aeróbica que puede prosperar en condiciones de inundación y promueve varios aspectos del crecimiento y desarrollo de las plantas. Se ha demostrado que Azospirillum ejerce efectos beneficiosos sobre el crecimiento de las plantas y el rendimiento de los cultivos tanto en invernaderos como en ensayos de campo. Se ha informado que diversas especies del género Azospirillum , incluidas A. lipoferum , A. brasilense , A. amazonense , A. halopraeferens y A. irakense, mejoran la productividad de varios cultivos. Curiosamente, se observó que la inoculación de Azospirillum puede cambiar la morfología de la raíz mediante la producción de sustancias reguladoras del crecimiento de las plantas mediante la producción de sideróforos. También aumenta el número de raíces laterales y mejora la formación de pelos radiculares para proporcionar más área de superficie radicular para absorber suficientes nutrientes. Esto mejora el estado hídrico de la planta y ayuda al perfil de nutrientes en el avance del crecimiento y desarrollo de la planta. La co-inoculación de Azospirillium brasilense y Rhizobium meliloti más 2,4D planteó un efecto positivo en el rendimiento de grano y el contenido de N, P, K de Triticum aestivum. Rhizobiumse ha utilizado como un fijador de nitrógeno eficiente durante muchos años. Desempeña un papel importante en el aumento del rendimiento al convertir el nitrógeno atmosférico en formas utilizables. Al ser resistente a diferentes rangos de temperatura, Rhizobium normalmente ingresa a los pelos radiculares, se multiplica allí y forma nódulos. Se informó que los inóculos de Rhizobium en diferentes ubicaciones y tipos de suelo aumentaron significativamente los rendimientos de grano del gramo de bengala, lentejas, guisantes, alfalfa y rizosfera de remolacha azucarera, berseem, maní y soja. Se ha informado que estos aislados de Rhizobium obtenidos del arroz silvestre suministran nitrógeno a la planta de arroz para promover el crecimiento y el desarrollo. Una de las especies de Rhizobium , Sinorhizobium meliloti 1021 infecta otras plantas además de las leguminosas como el arroz para promover el crecimiento al mejorar el nivel endógeno de la hormona vegetal y el rendimiento de la fotosíntesis para conferir tolerancia a la planta al estrés. En el maní, la cepa IRC-6 de Rhizobium ha resultado en la mejora de varios rasgos útiles como el aumento del número de nódulos de color rosa, la actividad de nitrato reductasa y el contenido de leghemoglobina en 50 DAI (días después de la inoculación). La simbiosis rizobiana proporciona defensa a las plantas contra patógenos y herbívoros, como por ejemplo, el escarabajo mexicano del frijol y la mosca blanca de los invernaderos Trialeurodes vaporariorum
