Aplicación de cianobacterias como agentes biofertilizantes, bioestimulantes y bioplaguicidas en etapas tempranas del desarrollo vegetal
- Autores: Ana Josefa Toribio Gallardo
- Directores de la Tesis: Francisca Suárez Estrella (dir. tes.), María Josefa López López (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Número de páginas: 232
- Tribunal Calificador de la Tesis: Raúl Moral Herrero (presid.), Francisco Javier Alarcón López (secret.), José Antonio Pascual Valero (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biotecnología y Bioprocesos Industriales Aplicados a la Agroalimentación y Medioambiente por la Universidad de Almería
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: riUAL
- Resumen
En las últimas décadas, el uso indiscriminado de agroquímicos, sobre todo en el ámbito de la agricultura intensiva, ha provocado graves daños a nivel edáfico, ambiental y sanitario. Entre los efectos negativos más destacables se encuentran la pérdida de materia orgánica, el exceso de fertilización nitrogenada, la “esterilización” de los suelos desde un punto de vista microbiano, o la toxicidad derivada de la aplicación abusiva de plaguicidas químicos. Surge así la urgente necesidad de sustituir, en la medida de lo posible, la enorme cantidad de productos de fertilizantes, estimulantes y plaguicidas sintéticos, por otro mercado de productos de origen microbiano, más saludables y en consonancia con el concepto actual de agricultura sostenible.
Una de las alternativas que, hasta la fecha, ha tenido mejor aceptación en el mercado de los biofertilizantes, bioestimulantes y bioplaguicidas, ha sido el uso de rizobacterias y hongos promotores del crecimiento vegetal. Sin embargo, recientemente, el grupo de las cianobacterias ha alcanzado una gran relevancia en este campo, no ya sólo por su papel en la promoción y regulación del crecimiento vegetal, sino también por su capacidad para producir sustancias de carácter antimicrobiano.
En consonancia con lo indicado anteriormente, el objetivo general de este trabajo de Tesis fue la caracterización de una colección de cianobacterias procedentes de hábitats acuáticos y terrestres, en relación a su capacidad para actuar como agentes promotores del crecimiento y fitoprotectores, durante las fases tempranas del desarrollo vegetal. Para ello, se estableció un protocolo in vitro que consistió en la obtención, en primer lugar, de extractos sonicados a partir de las cepas de la colección. Se determinó, por un lado, el carácter fitotóxico/fitoestimulante de dichos extractos en semillas de berro, así como también la presencia de sustancias bioactivas (fitohormonas, sideróforos, enzimas de tipo fosfatasa), y la capacidad de inhibir el crecimiento de agentes fitopatógenos mediante la técnica de cultivo dual in vitro. Una vez seleccionados los extractos más idóneos, se llevó a cabo la aplicación de los mismos en fases tempranas del desarrollo vegetal (semilla y plántula), mediante protocolos que abarcaron el tratamiento foliar, radicular o mediante biopriming en semillas. De este modo, se pudo evaluar el efecto fitoestimulante de los extractos en fases de pre y postemergencia, así como también la capacidad de los mismos para prevenir o mitigar los daños provocados por la bacteria fitopatógena Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, (cancro bacteriano), así como por el oomiceto Pythium ultimum (damping-off). Finalmente, con objeto de mejorar la capacidad promotora de algunas de las cianobacterias más efectivas, se diseñaron consorcios que incluían, además del agente fototrofo, la presencia de una de las dos rizobacterias heterótrofas aportadas por el Grupo de Investigación BIO-175 de la Universidad de Almería (Pseudomonas putida-BIO-175 y Pantoea cypripedii-BIO-175). De este modo, aquellos consorcios que se establecieron de forma exitosa, fueron aplicados in planta con objeto de evaluar su capacidad fitoestimulante, así como las posibles sinergias entre los miembros de un mismo consorcio.
Cabe destacar, entre los resultados obtenidos, la enorme influencia de la concentración de los extractos sonicados de cianobacterias en la fase de germinación de semillas. Así, pudo observarse un efecto fitotóxico generalizado cuando se aplicaron extractos concentrados en torno a 2 g L-1, mientras que concentraciones más bajas, en torno a 0,5 g L-1, resultaron incluso fitoestimulantes. Pudo confirmarse, además, a partir de la colección de extractos, la presencia de sustancias bioactivas tales como ácido salicílico, citoquininas, sideróforos o incluso actividad tipo fosfatasa, lo cual pudo estar relacionado con los valores de germinación y estimulación radicular cuantificados en semillas de berro, así como con los valores de fitoestimulación posteriormente detectados en plántulas de pepino.
Por otro lado, el uso de la estrategia de biopriming en semillas de pepino a partir de extractos derivados de cianobacterias, fue exitoso como tratamiento preventivo del damping-off causado por P. ultimum. Así, la cepa SAB-M465 (Tolypothrix sp.) se ha posicionado como un excelente agente de control contra el damping-off causado por P. ultimum en semillas previamente tratadas con el protocolo de biopriming. En paralelo al efecto amortiguador de la enfermedad, esta cepa mostró un discreto efecto estimulante a nivel radicular.
En relación al control del cancro bacteriano causado por Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis, la aplicación de extractos de cianobacterias y microalgas se ha posicionado como una estrategia preventiva de gran potencial agronómico. El efecto biopesticida demostrado por parte de las cepas Leptolyngbya-1267 y Scenedesmus-677 podría estar estrechamente relacionado con su capacidad para promover el crecimiento aéreo vegetal, así como el desarrollo de las raíces en plántulas de tomate. Sin embargo, los efectos observados fueron muy variables en función del protocolo de aplicación seleccionado. De este modo, la aplicación radicular de Scenedesmus-677 pudo estar más dirigida al control directo de la enfermedad, mientras que la aplicación foliar y radicular de Leptolyngbya-1267 se relacionó más con un efecto fitoestimulante y, por tanto, con una posible mejora de las respuestas de defensa.
Finalmente, aunque de forma preliminar, se pudo detectar un efecto sinérgico en algunos de los consorcios establecidos entre cianobacterias y rizobacterias heterótrofas. Sin embargo, el éxito de la asociación se vio influenciado notablemente por el medio de cultivo utilizado, el tiempo de incubación y los propios componentes del consorcio. Los resultados derivados de esta última fase del trabajo, mostraron que el recuento de las cianobacterias SAB-B866 (Dolichospermum sp.) y SJ2 (no identificada) aumentó en presencia de ambas rizobacterias, Pseudomonas putida-BIO-175 y Pantoea cypripedii-BIO-175. En cuanto al tratamiento in vivo, los consorcios establecidos entre la cianobacteria SAB-B866 y ambas rizobacterias heterótrofas, revelaron resultados muy satisfactorios en comparación con los obtenidos tras el tratamiento con la cepa SAB-B866 de forma independiente.
Por tanto, los resultados obtenidos en este trabajo, corroboran el importante papel de las cianobacterias como agentes promotores del crecimiento vegetal, capaces de estimular el crecimiento vegetal en fases de pre y postemergencia, así como también de prevenir o mitigar los efectos provocados por patógenos de plantas de gran incidencia en el sureste peninsular. El éxito de la aplicación de este tipo de bioproductos, fue muy dependiente del factor cepa, así como también del protocolo de aplicación seleccionado, del cultivo hospedador y del agente patógeno diana. Así mismo, aunque el diseño de consorcios a base cianobacterias y otros microorganismos rizosféricos podría suponer un importante avance en el sector de los biofertilizantes, hay que considerar que la detección de posibles sinergias puede variar en función de la mayor o menor compatibilidad entre los miembros del consorcio y que, además, un comportamiento sinérgico in vitro no implica necesariamente un efecto beneficioso in planta.
