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BIOFERTILIZANTES UNA ALTERNATIVA PARA EL MEJORAMIENTO DE
LA CALIDAD DE SUELOS DE LOS LLANOS ORIENTALES: EL CULTIVO Y
PROMOCIÓN DEL CRECIMIENTO DEL ÁRBOL NATIVO
YOPO (Anadenanthera peregrina) SUPLEMENTADO CON LA BACTERIA
BIOFERTILIZANTE Lysinibacillus sphaericus
AUTOR:
AMANDA NATALIA REY RODRÍGUEZ
DIRECTORA:
Ph.D., JENNY DUSSÁN GARZÓN
PROFESORA ASOCIADA
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
BOGOTA D.C., COLOMBIA
2020
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BIOFERTILIZANTES UNA ALTERNATIVA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA
CALIDAD DE SUELOS DE LOS LLANOS ORIENTALES: EL CULTIVO Y
PROMOCIÓN DEL CRECIMIENTO DEL ÁRBOL NATIVO
YOPO (Anadenanthera peregrina) SUPLEMENTADO CON LA BACTERIA
BIOFERTILIZANTE Lysinibacillus sphaericus
AUTOR:
AMANDA NATALIA REY RODRÍGUEZ
DIRECTORA:
Ph.D., JENNY DUSSÁN GARZÓN
PROFESORA ASOCIADA
Monografía presentada como requisito para optar al título de:
Microbióloga
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS
BOGOTA D.C., COLOMBIA
2020
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TABLA DE CONTENIDOS
Agradecimientos
Resumen
1. Introducción.............................................................................................................. .....
2. Aplicación de los biofertilizantes en la agricultura .......................................................
3. Relación entre la planta y el organismo promotor del crecimiento ................................
4. Importancia de biofertilizantes en suelos deficientes en nutrientes ...........................
5. Planteamiento del Proyecto “Uso de Lysinibacillus sphaericus como fertilizante en
cultivos de Yopo” ...................................................................................................................
5.1. El cultivo de Yopo ......................................................................................................
5. 2. Descripción del suelo en los Llanos Orientales .........................................................
5.3. Lysinibacillus sphaericus como biofertilizante ..........................................................
6. Metodología………………………………………………………………………………
7. Resultados esperados...........................................................................................................
8. Conclusiones .............................................................................................................. .........
9. Bibliografía .........................................................................................................................
Palabras clave: Biofertilizantes, promoción del crecimiento, calidad de suelos,
Anadenanthera peregrina y Lysinibacillus sphaericus.
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Agradecimientos
En primer lugar, quiero agradecer a todo el equipo del Centro de Investigaciones
Microbiológicas (CIMIC) por todo el apoyo brindado durante este proceso. Particularmente
quiero reconocer el esfuerzo y acompañamiento que me ofrecieron mis compañeros Mario
Pérez y Carlos Rodríguez, quienes desde el inicio de este proyecto estuvieron a mi lado al
tanto de cada paso. Asimismo, quiero agradecer a Carolina Páez y Carolina León, por estar
siempre atentas ante mis dudas e inquietudes durante el planteamiento del proyecto de
investigación. En especial, agradezco a mi directora Jenny Dussán, por creer y confiar en mí,
al permitirme ser parte del gran grupo de investigadores que conforman el CIMIC que está
bajo su dirección, por ser una gran maestra y consejera, y dirigir mi proyecto con tanta
paciencia, compresión y disposición.
También debo agradecer los grandes amigos y colegas que me deja esta experiencia y el paso
por la Universidad. Así como a todos los que de una u otra forma me ayudaron a culminar
esta etapa de mi formación profesional. Gracias a Camila Sierra y Harrinson Cortés que
además de ser unos grandes amigos, me ayudaron con sus siempre recibidas opiniones en
cuanto a la elaboración de este documento.
A mi madre le quiero agradecer todos sus esfuerzos ya que sin ellos no sería la persona que
soy hoy. Es mi ejemplo de mujer valiente, fuerte, tenaz y leal. Valoro cada palabra, esfuerzo
y amor incondicional a lo largo de toda mi vida. A mis abuelos y hermanas, agradezco cada
palabra de aliento y apoyo que me han brindado durante todos estos años. Aunque el camino
no haya sido fácil gracias a su amor e incondicionalidad, logré sobrellevar cada altibajo que
se presentó de la mejor manera.
Resumen
La agricultura basada en fertilización química ha traído consigo problemáticas ambientales
como la contaminación de suelos y cuerpos de agua. Los biofertilizantes se basan en la
aplicación de microorganismos vivos con capacidad de suplir nutrientes para el crecimiento
y desarrollo de las plantas incluso de una manera más eficiente que los agroquímicos. Por
tanto, los biofertilizantes son una alternativa prometedora para la fertilización de cultivos en
general. Este trabajo investigativo explica qué son y cómo es la relación de los biofertilizantes
con la planta, como es el caso de Lysinibacillus sphaericus, una bacteria fijadora de
nitrógeno, solubilizadora de fosfatos y productora de fitohormonas. Adicionalmente, se
propone un proyecto con el cultivo de Yopo (Anadenanthera peregrina) en los Llanos
Orientales de Colombia en el que se aplique a L. sphaericus como biofertilizante, el cual
además de optimizar el cultivo de A. peregrina traería consigo un mejoramiento en la calidad
nutricional de suelos bajos en nutrientes como los de la región de la Orinoquía.
1. Introducción
Los biofertilizantes son productos biotecnológicos que contienen microorganismos vivos los
cuales crecen en medios líquidos o sólidos, capaces de incrementar la disponibilidad y
absorción de nutrientes por las plantas. Estos son aplicados a semillas, suelos o superficies
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de plantas, colonizando así la rizosfera o el interior de estas promoviendo el crecimiento
vegetal (Vessey, 2003). Los microorganismos que pueden promover el crecimiento de las
plantas son agrupados en bacterias promotoras de crecimiento en plantas y hongos
promotores de crecimiento en plantas, PGPB y PGPF respectivamente (por sus siglas en
ingles), estos organismos pueden encontrarse formando asociaciones simbióticas con las
plantas o de forma libre (Vessey, 2003; Mahanty et. al, 2016). Algunos de los hongos que
han sido reportados como agentes solubilizadores de fosfatos son especies perteneciente a
géneros como Fusarium, Cylindrocarpon y Aspergillus (Posada et. al, 2012; Braz & Nahas,
2012). Sin embargo, estos organismos no son ideales para ser utilizados como
biofertilizantes, debido a que son responsables de importantes patologías en plantas como
pudrición de raíz, cuello y fruto, entre otras. Por su parte, los géneros bacterianos más
comunes que han sido reconocidos como PGPB son: Azotobacter, Rhizobium,
Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Paenibacillus, Azorhizobium, Acetobacter y Bacillus, se ha
reportado que pueden fijar nitrógeno, solubilizar minerales, producir sideróforos, sintetizar
auxinas y formar fitohormonas como ácido indolacético (Mahanty et. al, 2016). Además de
promover el crecimiento, algunos microorganismos también pueden brindar protección
contra fitopatógenos por medio de la producción de diferentes sustancias que pueden inhibir
o evitar la enfermedad (Vessey, 2003; Mahanty et. al, 2016).
Una de las plantas más apreciadas en los Llanos orientales colombianos, debido a sus
propiedades dendroenergéticas es Anadenanthera peregrina, comúnmente conocido como
Yopo, un árbol perteneciente a la familia de las leguminosas (Little & Marrero, 2001). Este
es usado como leña y carbón vegetal, motivo por lo cual en la cultura de los raizales de todos
los Llanos Orientales y específicamente en la gastronomía es muy apetecido (Murgueitio et.
al, 2016). Este árbol al ser nativo de los llanos de la cuenca del Orinoco en Colombia crece
en suelos franco-arcillosos a franco-arenosos y ácidos, a temperaturas medias de 25°C y
pluviosidad anual entre 1500 y 2500mm (Azuero & Useche, 2013). Los suelos de la región
de la Orinoquía se caracterizan por tener una textura franco-arenosa, ser ácidos y carecer de
materia orgánica y minerales esenciales para el crecimiento de las plantas, debido a la
temperatura y la constante precipitación que impiden su acumulación (Martínez, 1998). Por
el contrario, contienen gran cantidad de metales tóxicos para las plantas como hierro, éste
forma óxidos que cubren las raíces impidiendo la entrada de otros iones importantes
(Martínez, 1998).
Teniendo en cuenta lo anterior, este trabajo tiene como objetivo destacar el potencial
beneficio que trae el uso de fertilizantes biológicos en la agricultura. Además, se plantea un
proyecto específico para la implementación de biofertilizantes en cultivos de Yopo, así como
el mejoramiento de la calidad nutricional de suelos pobres como es el caso de los Lanos
Orientales de Colombia.
2. Aplicación de los biofertilizantes en la agricultura
El uso indiscriminado de fertilizantes químicos tiene consecuencias para la salud y el medio
ambiente. En general este tipo de fertilizantes contienen nitrógeno, fósforo y potasio; sin
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embargo, pueden contener fracciones de metales pesados y radioisótopos (Loan et. al, 2018;
Lu et. al, 2015). El aumento en la concentración de metales pesados y fosfatos, así como de
nitratos contaminan cuerpos de agua superficiales y subterráneas por medio de drenaje,
lixiviación y/o flujo (Criss & Davisson, 2004; Farhadinejad et. al, 2014). A su vez las
fracciones de metales pesados como cadmio se acumulan en los suelos donde las plantas son
capaces de captarlos realizando así un proceso de fitorremediación (Lombi et. al, 2001). Esto
último, es un problema en cultivos agrícolas alimentarios pues estos elementos tóxicos
pueden llegar incluso al producto final, llegando de esta manera al cuerpo humano. Entre los
riesgos para la salud que pueden generar los fertilizantes químicos se encuentra el cáncer y
la metahemoglobinemia en bebés, el primero es debido a que las altas concentraciones de
nitratos en el cuerpo que llevan a la formación de nitrosaminas altamente cancerígenas
(Farhadinejad et. al, 2014). No obstante, no solo la salud humana puede verse afectada, sino
también la fauna que tiene contacto con los ambientes contaminados por actividades
antropogénicas.
Por otro lado, los fertilizantes biológicos están compuestos de microorganismos que
intervienen directa o indirectamente en el desarrollo y crecimiento vegetal, por medio de
diferentes formas como: aumento en la biodisponibilidad de nutrientes, crecimiento radicular
o inhibiendo la acción de fitopatógenos (Afanador, 2017). Entre las formas de aumento en la
disponibilidad de nutrientes se encuentra la fijación biológica de nitrógeno, solubilización de
fosfatos, potasio, zinc y otros minerales esenciales. El estudio realizado por Adesemoye y
colaboradores (2009) muestra el efecto sinérgico de rizobacterias promotores de crecimiento
de plantas (PGPR) con el uso de fertilizantes químicos en menores proporciones. Los
resultados mostraron que estos microorganismos tienen un efecto igual o superior al que
brindan los agroquímicos. Por lo tanto, se podría evitar el uso excesivo de estos químicos,
reduciendo así el impacto nocivo para la salud y el medio ambiente. No obstante, es claro
que lo ideal sería llegar al punto de hacer uso exclusivo de fertilizantes biológicos.
El nitrógeno es uno de los elementos más importantes para el crecimiento vegetal, sin
embargo, este no puede ser usado por las plantas hasta que no es transformado a formas
químicas en que puedan asimilarlo. La fijación biológica del nitrógeno (BNF por sus siglas
en inglés), es un proceso único de bacterias y arqueas que contienen el complejo enzimático
nitrogenasa, por medio del cual son capaces de transformar el nitrógeno atmosférico en
amonio (Pérez, Bolívar & Díaz, 2018; Mahanty et. al, 2016). La BNF es un proceso muy
sensible al oxígeno, por lo que los microorganismos han desarrollado diferentes mecanismos
como el desacoplamiento espacial (compartimentación o formación de células
especializadas), desacoplamiento temporal, consumo rápido del O2, o maximización de la
síntesis de nitrógeno y recambio (Stein & Klotz, 2016).
En cuanto al fósforo, aunque es un elemento que se encuentra en grandes cantidades debido
a que se tiene como reserva principal la corteza terrestre, la única forma en que pude ser
asimilado por las plantas es en sus formas solubles, ortofosfatos, los cuales son el fosfato
monobásico y fosfato dibásico (Mahanty et. al, 2016; Vessey, 2003). El proceso de
solubilización de este elemento se produce por la acción de ácido orgánicos sintetizados por
rizobacterias como el ácido glucónico y cítrico, los grupos hidroxilo y carboxilo de estos
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ácidos, los cuales quelan los cationes unidos al fosfato convirtiéndolo de esta manera a su
forma soluble (Pandey et. al, 2019).
Teniendo en cuenta que la industrialización ha aumentado la contaminación por metales
pesados en los suelos y que el uso de agroquímicos agrava la situación, se ha reportado que
los biofertilizantes pueden ser agentes biorremediadores de metales pesados. Entre los
mecanismos de biorremediación de metales esta la biosorción por medio de la acumulación
extra o intracelular o precipitación de los metales (Ahalya, Ramachandra & Kanamadi, 2003;
Dary et. al, 2010), otro mecanismo es la producción de aminociclopropano-1-carboxilato
(ACC) desaminasa que regula los niveles de etileno, el cual es un componente que induce
estrés en la planta al encontrarse en un ambiente con alta concentración de metales pesados
(Mahanty et. al, 2016).
En vista de lo anterior, los biofertilizantes constituyen una alternativa para el desarrollo de
una agricultura sustentable. Pues además de ofrecer los mismos beneficios de los fertilizantes
químicos a las plantas, son amigables con el medio ambiente ya que estos no generan
contaminación a suelos ni cuerpos de agua. Por tanto, no habrá repercusiones para la salud
de humanos y animales, siempre y cuando se haga uso de los microorganismos adecuados
para tal fin.
3. Relación entre la planta y el organismo promotor de crecimiento
Las interacciones entre las PGPR y la planta son importantes debido a que aseguran una
mejora en la disponibilidad de nutrientes para esta última. Los organismos promotores de
crecimiento pueden estar presentes formando asociaciones con su planta hospedera o ser de
vida libre. Entre PGPR se encuentran los géneros Azotobacter, Acetobacter, Azospirillum,
Cyanobacteria de vida libre y Rhizobium y Bradyrhizobium como simbiontes (Afanador,
2017). Estos dos tipos de relaciones son establecidas y reguladas por una serie de reacciones
químicas y físicas. Las plantas modifican las propiedades físicas y químicas de la rizosfera,
estos cambios pueden afectar el establecimiento de una relación con las PGPR (Vessey,
2003). Entre los compuestos liberados por el sistema radicular de las plantas se encuentra los
de bajo peso molecular (azúcares, aminoácidos y metabolitos secundarios), los de alto peso
molecular (mucílago y proteínas) y volátiles (alcoholes y aldehídos) (Ortíz et. al, 2009).
Las PGPR a través de diversos procesos puede incrementar la productividad y crecimiento
de las plantas. Estos procesos incluyen la producción de fitohormonas como las auxinas y
citoquininas, involucradas en el desarrollo de raíces y brotes, así como del dominio apical
(Ortíz, et. al, 2009). La producción de las moléculas anteriormente descritas se da
principalmente en los brotes jóvenes y las raíces, y depende de las condiciones ambientales
y de la etapa de desarrollo de la planta (Ortíz, et. al, 2009). Varias rizobacterias producen
auxinas como el ácido indolacético (IAA) y el ácido indolburítico (IBA) (Ortíz, et. al, 2009).
El IAA es una de las más comúnmente producidas, es un importante inductor del crecimiento
vegetal controlando procesos fisiológicos como la elongación, división y diferenciación
celular, fototropismo, estimulación de la germinación y aumenta la tasa de desarrollo de
xilema y la raíz (Vega et. al, 2016; Mahanty et. al, 2016; Vessey, 2003).
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Las plantas en condiciones de estrés debido a una baja disponibilidad de nutrientes como el
fosfato aumentan la producción de ácidos orgánicos, los cuales son señales de atracción o
fuentes de carbono para los microorganismos (Ortíz et. al, 2009). Paralelamente, las PGPR
también ofrecen grandes beneficios a las plantas como la protección mediante la supresión
de fitopatógenos, esto último se conoce como resistencia sistémica inducida (ISR) (Mahanty
et. al, 2016). Esta resistencia es inducida por la producción de diferentes compuestos como
ácido cianhídrico, lipopolisacáridos, sideróforos y sustancias volátiles (Pandey et. al, 2019;
Mahanty et. al, 2016). Estos mecanismos favorecen indirectamente el incremento en la
productividad y crecimiento de las plantas.
4. Importancia de los biofertilizantes en suelos deficientes en nutrientes
Como se ha dicho anteriormente, los biofertilizantes traen consigo muchos beneficios para
la biodisponibilidad de nutrientes para las plantas. Es claro que la calidad de los suelos está
directamente relacionada con la diversidad de microorganismos, así como con los procesos
microbianos que tienen lugar en él. En este sentido, es indispensable aumentar la calidad
nutricional de suelos naturalmente deficientes, ya que se podría explotar aún más la
producción agrícola de las plantas que son capaces de resistir a esas condiciones nativas del
suelo o incluso llegar a cosechar otros productos que, con las condiciones propias del suelo,
no se desarrollarían. El aumento en las concentraciones de nitrógeno y fósforo son factores
importantes para los cultivos, de tal forma que los biofertilizantes son capaces de incrementar
estos nutrientes e incluso suministrar otros como zinc, potasio y magnesio (Lata & Surendra,
2019). Un estudio realizado por Aguirre, Santana & Dussán (2019) reportó un aumento en
las concentraciones de amonio, nitratos y fosfato, así como la producción de ácido
indolacético en la replantación de un suelo afectado por un incendio forestal. Es fundamental
tener presente que las altas temperaturas afectan las propiedades físicas (porosidad y la
estabilidad de agregados), químicas (reducción en la disponibilidad de nutrientes, debido a
la volatilización de nitrógeno y fósforo) y biológicas (reducción de la diversidad microbiana,
en términos de riqueza y abundancia, esta abundancia referida como cantidad de biomasa
microbiana que compone el suelo). Este último factor puede tener consecuencias y llevar a
la esterilización de los suelos debido a una erradicación total de las poblaciones microbianas
que en él habitan (Aguirre, Santana & Dussán, 2019). Estudios como estos muestra el gran
potencial que tiene las PGPR en la recuperación de la calidad nutricional de suelos
impactados negativamente, así como la de suelos intrínsecamente deficientes.
5. Planteamiento del Proyecto “Uso de fertilizante biológico en el cultivo de Yopo”
La presente investigación pretende plantear un proyecto en el cual se haga uso de
Lysinibacillus sphaericus, una bacteria promotora del crecimiento en plantas para ser
implementada en cultivos de Yopo en los Llanos Orientales colombianos. En primer lugar,
se hablará de la importancia de este cultivo, seguido se hará una descripción general de las
características de los suelos de la Orinoquía colombiana. Finalmente, se expone el potencial
que posee L. sphaericus como biofertilizante.
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5.1. El cultivo de Yopo
Anadenanthera peregrina comúnmente conocido como Yopo, es un árbol
perteneciente a la familia Leguminosae, subfamilia Mimosaceae, se distribuye en
Suramérica y las Antillas. Se caracteriza por poseer hojas bipinnadas, flores de color
amarillo a blanco pequeñas que se disponen en racimos (Little & Marrero, 2001). Esta
especie al ser nativa de la Orinoquia colombiana es capaz de crecer en suelos franco-
arcillosos a franco-arenosos y ácidos, a temperaturas medias de 25°C y pluviosidad
anual entre 1500 y 2500mm (Azuero & Useche, 2013). Requiere suelos franco-
arcillosos a franco-arenosos y soporta suelos ácidos a neutros. Prefiere los suelos
profundos y bien drenados; tolera las inundaciones temporales y la salinidad, y crece
bien en zonas aluviales (Murgueitio et. al, 2016).
A. peregrina es usada como carbón vegetal, leña y madera, esto último gracias a que
tiene gran densidad, resistencia y durabilidad es empleada en la elaboración de pisos
y tienen un gran valor decorativo (Mota et. al, 2017). Además, su corteza contiene un
alto contenido de tanino usado mucho en la industria de las curtiembres y tintura,
especialmente para tratar las pieles de animales en el proceso de elaboración de cueros
(Mota et al, 2017; Little & Marrero, 2001). Por otro lado, las semillas de Yopo son
usadas en rituales religiosos por diferentes comunidades amerindias, debido a que
estas contienen alcaloides y otros metabolitos con efectos narcóticos (Altschul, 1972).
También, es usado en medicina tradicional para tratar infecciones respiratorias y
gastrointestinales, esto ha generado interés en el estudio de su potencial medicinal
(Mota et al, 2017; Little & Marrero, 2001). Entre otros usos dados al Yopo se
encuentra la elaboración de cercas vivas o barreras rompevientos en sistemas
silvopastoriles y agroforestales para la protección de cuencas o de manera ornamental
(Azuero & Useche, 2013).
El Yopo es muy apreciado por sus propiedades dendroenergéticas como leña y carbón
vegetal, debido a que conserva muy bien el calor por lo que es empleado en los
asaderos de carne en los Llanos orientales de Colombia pues, según expertos es el
Yopo quien le da la textura, color y sabor a la tradicional Mamona (Murgueitio et. al,
2016; Moreno, 2009). Además, A. peregrina al ser incinerado no genera humo, esta
característica trae beneficios tanto ecológicos como para la salud de quienes lo
consumen. Sin embargo, en el 2009 la alta demanda produjo una reducción
significativa en la población de esta especie, lo que por poco genera el cierre de 180
asaderos en el Meta (Moreno, 2009). La deforestación de esta especie puede llegar a
afectar la gastronomía tradicional, así como las fuentes hídricas de la región ya que
este sirve como protector de cuencas. Por lo anterior, la Corporación para el
Desarrollo Sostenible del Área de Manejo Especial la Macarena (Cormacarena) junto
a otras entidades ambientales realizaron la reforestación de varias hectáreas de Yopo,
todo con el fin de preservar reservas forestales fundamentales para abastecer de agua
a los habitantes de la zona y a su vez controlar el consumo de esta madera en asaderos
y restaurantes (Moreno, 2009).
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5.2. Descripción del suelo en los Llanos Orientales
Los suelos de los Llanos Orientales se caracterizan por tener una textura franco-
arenosa, ser altamente ácidos con pH menores a 5,5 y baja capacidad de intercambio
catiónico (CIC) (Rivera & Amézquita, 2013). Asimismo, carecen de materia orgánica
debido a que la temperatura y la constante precipitación de la región impiden su
acumulación y poseen una fertilidad química baja (Rivera & Amézquita, 2013;
Martínez, 1998). Los suelos de la sabana de los Llanos Orientales son pobres en
nutrientes como calcio, magnesio, potasio, boro y zinc, todos estos cationes son
fundamentales en diversos procesos enzimáticos esenciales para la planta (Martínez,
1998). El fósforo, un elemento esencial en el crecimiento vegetal, es escaso en estos
suelos ya que forma complejos con otros elementos presentes en el suelo, esto impide
la asimilación de este elemento por parte de las plantas (Martínez, 1998). Por el
contrario, metales como el cobre y el aluminio se encuentran en cantidades medias,
este último puede llegar a ser tóxico para las plantas, además de inmovilizar el fósforo
puede impedir la absorción de otros cationes importantes para la planta. Por su parte,
el hierro también tóxico para las plantas debido a la formación óxidos de hierro que
cubren las raíces impidiendo la entrada de iones importantes, se encuentra en mayor
proporción (Martínez, 1998).
El sellamiento y encostramiento superficial hacen parte de los problemas físicos que
poseen los suelos de los Llanos Orientales, estos disminuyen drásticamente la
velocidad de infiltración del agua causando que estos suelos no tengan capacidad de
almacenamiento hídrico, además favorecen la producción de escorrentía provocando
suelos secos (Rivera & Amézquita, 2013). Asimismo, poseen alta densidad aparente,
endurecimiento del suelo durante temporadas de sequía y compactación, esta última
se debe a la aplicación de presiones en el suelo alterando las propiedades volumétricas
del suelo (Blanco-Sepúlveda, 2009). Lo anterior, afecta el crecimiento y desarrollo
de las plantas ya que disminuye la obtención de nutrientes, intercambio hídrico y
aireación (Cueto et al, 2009). A su vez, presenta un bajo espesor en el horizonte A, el
cual se caracteriza por ser rico en materia orgánica, así como una alta susceptibilidad
a la erosión y baja estabilidad estructural (Rivera & Amézquita, 2013).
5.3. Lysinibacillus sphaericus como biofertilizante
Lysinibacillus sphaericus es un bacilo esporulado gram positivo, conocido por su
actividad larvicida y tolerancia a metales pesados (Lozano & Dussán, 2002;
Velásquez & Dussán, 2009). Además, es una bacteria fijadora de nitrógeno,
nitrificante, productora e inductora de la producción de fitohormonas como ácido
salicílico y ácido indolacético lo que mejora diversos factores en las plantas (Martínez
& Dussán, 2017). Asimismo, este microorganismo expresa y sintetiza una serie de
enzimas de importancia en la solubilización del fósforo orgánico e inorgánico
acomplejado a metales como aluminio, así los radicales ortofosfatos formados son
asimilables con una alta eficiencia por las plantas (Fig. 1) (Aguirre, Santana &
Dussán, 2019). La disponibilidad de elementos como el nitrógeno y fósforo son
determinantes en el crecimiento de las plantas; ya que, el primero es esencial para la
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fertilidad del suelo y el segundo favorece la formación de semillas, el desarrollo
radicular y la maduración de los cultivos (Rincón & Gutiérrez, 2012). Se ha reportado
que L. sphaericus genera un aumento en la longitud del brote, longitud de la raíz, área
foliar y número de hojas en plantas de Canavalia ensiformis (Martínez & Dussán,
2017), por lo que es considerada una bacteria promotora del crecimiento de plantas.
Figura 1. Mecanismos de Lysinibacillus sphaericus para la promoción del
crecimiento de plantas.
Adicionalmente, los estudios de Pérez et al, 2019, mostraron la gran capacidad que
tiene L. sphaericus como potenciador de nutrientes, promotor del crecimiento
vegetal, y degradador por la vía C-P liasa del herbicida Glifosato en cultivo de papa
criolla en la Sabana de Bogotá. Esta bacteria eco-amigable juega un papel importante
en la recuperación de suelos pobres en nutrientes ya que aumenta los niveles de
fósforo libre y nitrógeno, así como la producción de ácido indolacético promoviendo
de esta forma el crecimiento vegetal en cultivos de Alnus acumminnata var
acumminnata (Aguirre, Santana & Dussán, 2019). Por otro lado, se ha encontrado a
L. sphaericus como endófito en cultivos de arroz cumpliendo funciones como fijador
de nitrógeno, productor de fitohormonas (ácido indolacético y ácido giberélico) y
citoquininas (Shabanamol et al, 2018). Además, se ha evaluado su gran potencial
como controlador biológico de hongos fitopatógenos gracias a su capacidad de
producir sideróforos, ácido cianhídrico y enzimas hidrolíticas, las cuales causan
daños en la estructura fúngica (Naureen et al, 2017). El estudio realizado por
Shabanamol et al (2018) reportó una inhibición del 72.43% en el crecimiento de
Rhizoctonia solani en presencia de L. sphaericus con respecto al control, se
observaron daños en la estructura hifal como engrosamiento de la pared y
deformaciones en las hifas próximas a la bacteria en comparación al control, en el
que las hifas tenían una apariencia normal. Lo anterior no solo confirma el gran
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potencial que tiene L. sphaericus como biofertilizante sino también como controlador
de agentes infecciosos importantes en cultivos como el arroz.
6. Metodología
6.1. Análisis del área de estudio
Se tomaría una muestra de 2 kg de tierra; 1kg de esta se dispondrá para el análisis
fisicoquímico del suelo. Con el kg restante se realizará el análisis microbiológico del
suelo, se tomarán 100g y mezclarán con 100mL de agua destilada estéril en un
Erlenmeyer, este se lleva a 100 rpm a 30°C durante 1hora, se decantar por
aproximadamente 30 minutos. Se realizarán diluciones seriadas de la muestra, que
posteriormente serán sembradas en PCA a 30°C por 24h. Para la determinación de
microorganismos esporulados se llevará a cabo por choque térmico a 90°C durante
20 min.
6.2. Tratamiento de semillas y plántulas de A. peregrina
Algunas semillas de A. peregrina serán impregnadas con L. sphaericus (SL) a un
título de 109 UFC/mL. Las semillas serán dispuestas en semilleros con turba para
iniciar el proceso de germinación. Una parte de las plántulas provenientes de las
semillas no impregnadas se les aplica la bacteria (PL) a la misma concentración a la
que se impregnarán las semillas, las restantes serán usadas como control (C).
6.3. Determinación de Nutrientes y Título bacteriano
Se tomará 40g de cada tratamiento para la medición de amonio, nitratos y fosfatos
haciendo uso de kits comerciales Merck Test refs. 114752 (0.010–3.00 mg/L NH4),
109713 (0.4–110.7 mg/L NO3) y 114848 (0.0057–11.46 mg/L PO4),
respectivamente. El titulo bacteriano se determinará cada 20 días durante los primeros
meses del cultivo, se realizarán diluciones seriadas y siembra en Agar Nutritivo a
30°C por 24h. El título de esporas se determinará por choque térmico (90°C por 20
min).
6.4. Producción de Ácido Indolacético y Promoción del crecimiento de la planta
La determinación de la producción de ácido indolacético (AIA) se implementará
siguiendo el protocolo de Sarwar et al. No se adicionará triptófano debido a que L.
sphaericus tiene el operón triptófano y es capaz de producir AIA in vitro sin la adición
del triptófano en el medio. La producción de AIA será determinada en un primer
tamizaje cualitativo usando el reactivo de Salkowski, donde un viraje rosado es
positivo para la producción de esta auxina. La medición cuantitativa se realizará por
espectrofotometría a 530nm. En cuanto al crecimiento se evaluará el porcentaje de
germinación, longitud del brote, longitud de la raíz, área foliar, masa de la raíz y peso
seco. Estos parámetros serán medidos para todos los individuos a los 30, 60 y 90 días.
7. Resultados esperados
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Basados en los resultados obtenidos por Aguirre, Santana & Dussán (2019) se espera un
aumento en la concentración de amonio, nitratos y fosfatos en los tratamientos a los que se
aplicará L. sphaericus. En la figura 2 se observa un aumento significativo en la concentración
de diferentes nutrientes en los tratamientos que contienen a Lysinibacillus sphaericus con
respecto al control.
Figura 2. Concentración de nutrientes. Amonio (A), Nitratos (B) y Fósforo (C). SL
y PL corresponden a los tratamientos con Lysinibacillus y C al control. Adaptado de
Lysinibacillus sphaericus as a Nutrient Enhancer during Fire-Impacted Soil
Replantation (Aguirre, Santana & Dussán, 2019).
Los resultados esperados para las concentraciones de amonio y nitratos son respaldados por
el estudio de Aguirre, Santana & Dussán (2019), el cual mostró la capacidad de L. sphaericus
de fijar nitrógeno atmosférico y convertirlo en formas más asimilables para las plantas como
amonio y nitrato. De igual manera, el estudio realizado por Martínez & Dussán (2017) apoya
estos resultados, ya que este también encontró un aumento significativo de los nitratos en el
suelo de estudio 60 días después de haber iniciado la investigación. Por su parte, para la
concentración de fosfatos se espera un aumento considerable en los tratamientos con
presencia de L. sphaericus (Fig. 2), Aguirre, Santana & Dussán (2019), obtuvieron una
concentración de fósforo libre en todos los tratamientos con diferencias significativas en el
tiempo de estudio. Sin embargo, los tratamientos que contaban con la presencia de L.
sphaericus tuvieron una mayor concentración de este nutriente, los autores sugieren que este
aumento está relacionado con un aumento del título bacteriano en estos dos tratamientos (Fig.
3). Teniendo en cuenta el papel que cumple L. sphaericus en la solubilización de este
nutriente, gracias a la síntesis de ácidos orgánicos que acidifican el medio generando la
liberación del fósforo en formas solubles y disponibles para que las plantas lo adsorban
(Aguirre, Santana & Dussán, 2019). El aumento de todos estos nutrientes en el suelo no solo
traería beneficios para el Yopo (en este caso particular) sino para la salud del suelo, ya que
los suelos de los Llanos Orientales tienen un déficit nutricional.
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Figura 3. Título bacteriano por tratamiento. GB y B corresponden a los tratamientos
con Lysinibacillus sphaericus, G al tratamiento sin adición del microorganismo y C
al control. Tomado de Lysinibacillus sphaericus as a Nutrient Enhancer during Fire-
Impacted Soil Replantation (Aguirre, Santana & Dussán, 2019).
En cuanto a la producción de ácido indolacético esta también tuvo aumentos significativos a
la semana 9 y 12 del estudio en comparación de los tratamientos en los que la bacteria estaba
ausente (Fig. 4). La producción de esta auxina estimula el crecimiento de diferentes
parámetros en la planta (Fig. 5) como la longitud del brote y la raíz, así como el aumento en
el número de hojas y el área foliar.
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Figura 4. Producción de Ácido Indolacético. GB y B corresponden a los
tratamientos con Lysinibacillus sphaericus, G al tratamiento sin adición del
microorganismo y C al control. Tomado de Lysinibacillus sphaericus as a Nutrient
Enhancer during Fire-Impacted Soil Replantation (Aguirre, Santana & Dussán,
2019)
Todos los parámetros de crecimiento vegetal medidos en el estudio de Martínez & Dussán
(2017) mostraron diferencias significativas respecto al control en plantas de Canavalia
ensiformis (Fig. 5). Este mismo comportamiento se espera en las plantas de Yopo en donde
el crecimiento significativo de la raíz permita una mayor captación de nutrientes, los cuales
estarán más disponibles gracias a la acción de L. sphaericus (Fig. 6). Asimismo, la mayor
producción de fitohormonas que promueven el crecimiento vegetal trae consigo un mayor
número de hojas, así como una mayor área foliar optimizando de esta forma cultivos tan
importantes, pero poco estudiados como el de Yopo.
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Figura 5. Parámetros de crecimiento de la planta Canavalia ensiformis. Longitud de
la raíz y el brote (A), número de hojas (B) y área foliar (C). Tomado de
Lysinibacillus sphaericus plant growth promoter bacteria and lead phytoremediation
enhancer with Canavalia ensiformis (Martínez & Dussán, 2017).
Figura 6. Promoción del crecimiento de A. peregrina gracias a la adición de
Lysinibacillus sphaericus.
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8. Conclusiones
Los biofertilizantes constituyen una alternativa con grandes ventajas sobre los fertilizantes
químicos no solo por ser un producto biotecnológico amigable con el medio ambiente, sino
por la promoción de crecimiento en las plantas. Esto último puede ser directamente por medio
del aumento en la biodisponibilidad de nutrientes para la absorción de la planta, e
indirectamente gracias a mecanismos que estimulan la resistencia sistémica inducida en las
plantas e inhiben la acción de fitopatógenos. L. sphaericus es una bacteria considerada como
promotora del crecimiento en plantas, es capaz de ampliar la disponibilidad de nutrientes
como amonio, nitratos y fosfatos en formas asimilables para las plantas. Esta bacteria también
estimula y produce fitohormonas que promueven el crecimiento radicular, foliar, entre otros
parámetros importantes en el crecimiento vegetal.
El Yopo, aunque es un árbol muy apreciado en los Llanos Orientales carece de estudios, por
tanto, el proyecto que se plantea en el presente documento traería consigo una optimización
de cultivos maderables de gran valor como el mencionado anteriormente, gracias a la
implementación de biofertilizantes como L. sphaericus. De igual manera, mejoraría la
calidad nutricional de los suelos de la Orinoquía Colombiana, teniendo en cuenta que estos
se caracterizan por poseer una baja fertilidad química.
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