Fijación
biológica del nitrógeno atmosférico de las leguminosas
En el caso particular de la soja, existen tres géneros (de los cinco identificados hasta ahora)
capaces de formar nódulos: Bradirhizobium, Cinorhizobium y Rhizobium. Esto lleva a que en soja
tengamos varios problemas relacionados con la nodulación, respecto de la bacteria que está formando nódulos en cada caso en particular, ya que
taxonómicamente no sabemos a qué género pertenecen.
Una característica
fundamental que permite la diferenciación e identificación de las diferentes bacterias, es la velocidad con la que pueden duplicar su población: las del género Rhizobium son las que tienen mayor velocidad de crecimiento y las del género Bradirhizobium son, en cambio, las de crecimiento más lento; el género Mesorhizobium se ubica en una posición intermedia entre los anteriores en cuanto a la velocidad de crecimiento poblacional, determinando toda una gama de tipos de crecimiento desde muy rápido hasta muy lento.
Es necesario conocer todas estas características a fin de hacer más eficiente dicho manejo, ya que si bien en el suelo, como hemos visto, podemos encontrar bacterias de cualquiera de los tres géneros mencionados nodulando en soja, actualmente se recomiendan (y de hecho son los que se comercializan) los inoculantes elaborados en base a, bacterias del género Bradirhizobium (fundamentalmente cepas E 109 y E 110), el cual puede, muchas veces, no ser el más adecuado debido a la presencia de bacterias más agresivas en el suelo.
Por ejemplo, en determinados suelos del norte argentino, donde naturalmente está presente Rhizobium, gracias a su característica intrínseca de rápido crecimiento, no permite la expresión de la nodulación por parte del Bradirhizobium, incorporado artificialmente por medio del producto, lo cual no quiere decir que no sirva dicho inoculante, sino que en ese suelo en particular no se puede utilizar, ya que existe una inoculación natural de Rhizobium; esto implica que una baja presencia de estas bacterias es capaz de generar nódulos y a una velocidad superior a la de Bradirhizobium o Cinorhizobium y por lo tanto comportarse comparativamente mejor.
Proceso de nodulación
En el proceso formación del nódulo se encuentra el secreto de todo el manejo posterior que debe hacerse, no sólo con los nutrientes, sino también con el suelo, para que el proceso de fijación sea eficiente.
Las leguminosas exudan a través del sistema radical, o a través de las semillas, compuestos químicos llamados flavonoides, que en el caso de la soja son específicos para géneros y especies de Rhizobium. Estos compuestos son potentes iniciadores de todo el proceso de nodulación y fijación.
Bradirhizobium almacena todos los genes encargados de la nodulación y de la fijación en su único
cromosoma; en cambio Rhizobium contiene, además de su cromosoma, plásmidos (materiales genéticos contenidos en estructuras separadas del núcleo), por lo tanto los genes de la nodulación y los genes de la fijación se comparten entre el
cromosoma principal y los plásmidos.
Lamentablemente, los plásmidos son elementos muy lábiles, que pueden
perderse debido a altas temperaturas, a la acción de productos químicos, o a la aplicación de un mal manejo.
El flavonoide, exudado por la raíz de la planta, entra en contacto con la bacteria presente en el suelo; es asimilado por ésta y desencadena una serie de procesos que determinan la producción de 40 proteínas diferentes, que van a salir de la célula bacteriana cuando ésta se pone en contacto con la raíz.
Estas proteínas son las encargadas de enrular el pelo (si es que el ingreso se produce a través del pelo radical), o de dar la orden a la bacteria para que penetre por heridas o lenticelas radicales, producir la formación del cordón de infección, y comenzar con la formación del nódulo.
Cada leguminosa tiene un flavonoide distinto, y esta característica es la que determina la especificidad o
no especificidad entre la bacteria y la planta, a nivel de género o a nivel de especies. En el caso de soja, los
flavonoides que ésta genera responden a tres tipos distintos.
También existen flavonoides compatibles, lo cual permite la utilización de bacterias de Rhizobium que inoculan alfalfa, en soja.
Cualquier manejo que se realice y que interfiera en la producción de flavonoides o en el proceso genético, impedirá la nodulación y la fijación. Este es el punto en donde tiene especial importancia la utilización de fungicidas, herbicidas, insecticidas, de nitrógeno nítrico y de cualquier estrategia de manejo que aplique; de ahí la importancia de conocer este proceso a fondo para evitar efectos adversos.
Las bacterias Rhizobium, antes de su asociación con la planta, utilizan para sobrevivir sustancias producto de la descomposición de la materia orgánica (glucosa, ácidos orgánicos), llevada a cabo por
microorganismos proteolíticos,
celulolíticos y pectinolíticos del suelo.
Esto determina que si no existe una actividad biológica adecuada en el suelo, la presencia de estas bacterias se va a ver afectada, ya sea que no se las encuentre en altas densidades, o bien que no desarrollen.
Esa materia orgánica debe encontrarse presente, pero además debe estar disponible para su utilización por los
microorganismos del suelo. Hasta el momento en el que la bacteria se asocia con la planta y se independiza del suelo, depende
exclusivamente de los factores del mismo, que también actúan sobre la planta.
La enzima responsable de la fijación es la nitrogenasa, una proteína compleja que presenta tres elementos básicos: hierro (Fe), azufre (S) y molibdeno (Mo), esto quiere decir que si en el suelo estos elementos no están disponibles (no sólo presentes), el proceso de fijación del nitrógeno atmosférico se verá comprometido.
Esos flavonoides comienzan a segregarse en el suelo, donde existe una microflora asociada a la rizósfera que los degrada. Esta
microflora incluye Pseudomonas y Bacillus, que desdoblan a los flavonoides, quienes pierden así su capacidad de entrar en contacto con la bacteria y por ende la posibilidad de introducirse en la misma.
Otra función importante que cumplen los flavonoides es la estimulación
de la natación de la bacteria en la solución del suelo, así como el desarrollo de la cilia, permitiendo de esta manera el movimiento de las bacterias
hacia la raíz para lograr la infección.
La colocación externa del flavonoide en forma artificial junto con el inoculante no conduce a nada, ya que al agregarlo al suelo es degradado por la microflora, por esto es que debe generarse continuamente. Una vez que la bacteria ha infectado el pelo radical, genera los cordones de infección, dentro de los cuales lleva a las bacterias.
Cualquier interferencia en este proceso de formación de los cordones de infección, por ejemplo, deshidratación, mal uso de fungicidas o mal manejo de herbicidas, puede ser la responsable de la paralización de la formación de los cordones de infección, y por lo tanto interrumpe el proceso de la nodulación. Hasta que el nódulo no se ha generado, cualquier etapa en este proceso, puede ser interferida.
Una hipernodulación, por otra parte, es contraproducente, ya que implica un gasto energético muy grande para las plantas, aunque finalmente es el techo genético el que indica cuál es el máximo gasto de energía que la
planta puede realizar para reducir el aporte de nitrógeno, limitando el proceso de fijación.
Es decir que hay que buscar los techos de la nodulación propios de cada variedad, ya que cada una tiene una media de nodulación distinta,
porque la respuesta de la nodulación está en función de la presencia de la enzima de la bacteria y de la capacidad genética de la planta de aceptar
determinada cantidad de nódulos. En conclusión, no hay que ir mas allá de lo que la planta es capaz de soportar.
Cualquier problema que se presente en la pared celular de la
bacteria (daños estructurales, presencia de sustancias externas,
como por ejemplo un aceite), implicará problemas en la
nodulación, ya que no se producirá la adhesión; las proteínas
que ha generado el flavonoide, como las lipoquitinas, al no tener
contacto con el pelo radical para desencadenar los procesos de de
formación de cordones de infección y penetración. Una vez que
la bacteria alcanza el estado de fijación, se la conoce con el
nombre de bacteroide.
Análisis de las vías de aporte
de nitrógeno en las leguminosas
Es necesario hacer una clara
diferenciación y establecer que porcentaje de nitrógeno
(N) es absorbido por la planta proviene del suelo y que porcentaje
es aportado por la fijación de nitrógeno atmosférico.
Las
leguminosas en asociación simbiotica nunca fijan el 100% del N
que la planta requiere, es decir que las leguminosas noduladas no
son independientes del N del suelo, pero, en cambio, no más del
60-70% del N requerido puede prevenir del aire, es decir, que
obtiene por medio de la fijación.
Siempre es necesaria la
existencia de un pool de N en el suelo, porque de lo contrario el
proceso de fijación no funciona bien. Y al hablar de N en el
suelo, es necesario remitirse a su contenido de materia
orgánica (MO) y al hablar de M.O. es necesario remitirse al
proceso de mineralización de la misma, a la tasa de
mineralización, a cuanto de esa M.O. es capaz el suelo, con su
microflora y microfauna, de mineralizar por año, para brindar N a
la planta, distinguiendo entre la producción de amonio y
nitratos; no hay que evaluarlo como cantidad de N total
mineralizado, porque el amonio es un poderoso inhibidor de la
fijación y el nitrato es un poderoso inhibidor de la nodulación.
Si la mineralización es muy baja,
habrá que recurrir a la fertilización para proveer la cantidad
necesaria de nitratos, sabiendo en que momento aplicarlo y que
compuesto químico utilizar, ya que si se usan nitratos en altas
dosis, se bloqueará la nodulación, y si en cambio se aplica
sulfatos de amonio o nitrato de amonio, debe cuidarse que la
nodulación ya este hecha, y distribuirlo de manera tal que el
amonio no inhiba la fijación. esa es la esencia del proceso de
fijación; tratar de buscar compatibilidad entre la práctica de
fertilización y la fijación del N, a fin de hacer un uso eficiente de dicho proceso, y evitando de esta manera incurrir en costos de fertilización innecesarios.
Esta compatibilidad es específica para cada situación, para cada variedad en particular y considerando la M.O. disponible de cada suelo, ya que no existe un patrón general; es una misión de la cual deben encargarse las estaciones
experimentales regionales.
El nitrógeno mineralizado en una campaña, en términos medio, tiene que estar disponible para aportar por lo menos el 50%
del total del N presente en la planta; el otro 50% proviene de la fijación.
En cultivos consociados, por ejemplo cuando se siembran conjuntamente una leguminosa y una gramínea, la gramínea no aprovecha el N fijado por esta última, sino que utiliza el nitrógeno que proviene
del suelo o del fertilizante. Esto lleva a que se deprirna el nivel de N en el suelo, y a que la leguminosa trabaje más aún en beneficio
propio, no para el suelo.
Efecto de la temperatura del suelo sobre la fijación
Mediante un ensayo llevado a cabo en Tucumán para evaluar la relación existente entre temperatura y nodulación, se observó que a medida que aumentaba la
temperatura se incrementaba la nodulación, debido a una exposición del cultivo a mejores condiciones ambientales.
Además, se sometió a las bacterias a una prueba de resistencia estreptonúcina (un antibiótico producido en el suelo por los actinomicetes), donde se demostró que a medida que transcurría la siembra, desde julio a diciembre, la
resistencia de la bacteria al antibiótico aumentaba: desde una
susceptibilidad de 10- 1 5 ppm al antibiótico, llegamos al mes de noviembre-diciembre con más de 300 ppm de
resistencia por parte de la bacteria.
A partir de esto llegarnos a dos conclusiones: primero, que no existe una sola población de Rhizobium, sino que hay una gran diversidad,
esperando las condiciones óptimas para expresarse, de acuerdo con el cultivo y la época; segundo, que en el Norte la
mejor época para inocular la soja es de octubre en adelante, porque la resistencia al antibiótico es máxima; esto significa que, a medida que aumenta la temperatura del suelo, y con ella la población de actinomicetes, también aumentan las posibilidades de vencerlos.
En el Norte no
podemos inocular con bacterias Rhizobium que no tengan una resistencia a la estreptomicina superior a las 300 ppm,
porque si no, no progresan. Además, esta alta resistencia está asociada con una eficiente
fijación y acción de los actinomicetes.
Es una barbaridad ofrecer una bacteria que cumpla su función a lo largo de todo el país, ya que tienen una gran influencia las características de cada lugar, ya sea debido a la existencia de bacterias locales más agresivas, a la resistencia a antibióticos, etc., pero es imposible que pueda progresar en todos los suelos.
Rendimiento y calidad: fuente principal de nitrógeno, en función del objetivo principal
El N proveniente de fertilizantes, cualesquiera sean éstos, genera incrementos en el rendimiento, mientras que el N proveniente de la fijación tiende a aumentar el porcentaje de nitrógeno en grano; es decir, el N agregado
aumenta el rendimiento, y el N fijado permite la obtención de granos de calidad superior.
No hay que olvidar que si bien actualmente se paga por cantidad de grano y no tanto por calidad, es necesario tener en cuenta que no podemos dejar deprimir la calidad, ya que numerosos países están comenzando a pagar en función de la calidad de los mismos.
En nuestro país está decayendo mucho la producción de proteína: va a llegar un momento en el que no podremos exportar; del 4,5% de N que teníamos en grano a nivel nacional,
hemos bajado al 3,5%, lo cual es muy alarmante y se debe al uso indebido de la fertilización nitrogenada. Se incrementa la fertilización para lograr mayores rendimientos, pero en detrimento de la fijación, con lo cual se deprime la calidad de los granos, es decir, el porcentaje de nitrógeno que poseen, y no estamos dejando que se exprese el proceso de fijación
Algunas preguntas
¿Podría ampliar el concepto de que aunque se lograra una fijación eficiente de N, dicho aporte no contribuiría al aumento de los rendimientos pero sí a una mayor calidad?
En primer lugar yo soy un convencido de que hay que inocular todos los años, e inocular con cepas de probada eficiencia, lo cual no implica un incremento en los rendimientos, sino altos aportes de nitrógeno al grano.
La tendencia de la fijación es la de acumular el nitrógeno en los granos, pero esto no significa que no vaya a haber incrementos en la producción.
La eficiencia de la nodulaci6n no puede medirse con incrementos en los rendimientos, porque de esta
manera no puede identificarse cuanto del nitrógeno acumulado proviene del aire y cuanto del suelo, y la fracción fijado
desde el aire puede ser muy importante, pero estar acumulado en los granos.
Cuando se fertiliza, la tendencia es generar más granos por hectárea, pero se debe hacer cuidando que la
fertilización no deprimo la fijación del N atmosférico. la fertilización debe ser usada porque es necesaria, para aumentar el
pool de N inicial y para que la planta respondo energéticamente, de acuerdo con las necesidades del proceso de fijación; por ello es importante
hacer un estudio adecuado para determinar la cantidad de N a aplicar mediante el fertilizante, para aprovechar por un lado el aporte de la fijación de N y por otro hacer un uso adecuado del fertilizante, evitando incurrir en costos
innecesarios.
¿Qué cantidad de nitratos es posible tener como máximo sin que se
afecte la nodulación o fijación?
Nosotros manejamos, como límite, la concentración de 50 ppm de
nitritos en el suelo, por encima de la cual la nodulación se bloquea totalmente. los nitratos, sin embargo, no son tan dañinos para el proceso de la fijación, como lo es el amonio.
En la práctica utilizamos Fertilizantes con los que incorporamos amonio o nitrato, junto con el fósforo ¿qué sucede en estos casos?
Hay que manejar las dosis, lo cual no quiere decir que no se debe hacer.
¿Cómo medimos o estimamos la cantidad de N fijado?
Utilizando el método del balance se calcula el contenido de N total, pero para saber cual es el origen de ese N,
debemos recurrir a la utilización de la prueba de isotópico. Es decir que por el método de balance solo es imposible
calcular y diferenciar dicho aporte.
¿Desde el punto de vista práctico, que conviene utilizar?
Seguramente que como práctico no hay nada mejor que el método de balance, pero es necesario saber que si bien
seguramente no exista, por parte del productor o asesor, un interés inmediato por conocer cual es el origen del N que origina el incremento en el rendimiento (si proviene del suelo o de la
fijación), no estrategia de más realizar determinaciones del tipo, para definir cual es en realidad el porcentaje de N que proviene del pool del suelo, como un indicador
del proceso de mineralización, y cuanto es lo que realmente se
comporta por medio de la fijación, para de esta manera poder realizar un adecuado manejo de los recursos.
Ahora desde el punto de vista práctico, no hay dudas que el método
del balance es el indicado, al que habrá que ir sumándole experiencias para ver si debe usarse más o me- nos fertilizante, es decir, cual debe ser el manejo. De hecho esta práctica es más larga, pero tan válida como la anterior.
En suelos donde nunca hubo soja, ¿existen bacterias fijadoras?
Eso se puede averiguar sembrando soja y viendo si hay o no nodulación. Si hay nodulación, quiere decir que la bacteria está presente. lo aconsejable es inocular todos los años, ya que
microbiologicamente hay muchos procesos de recombinación de microorganismos; en el caso de Rhizobium, funcionan la transformación, la conjugación y la transducción, como procesos de
recombinación genética, que de un año para otro, arruinan la cepa y se pierde la seguridad de que esa cepa funcione eficientemente al año siguiente.
¿Si la cepa es agresiva, no necesariamente quiere decir que sea la más adecuada?
Exactamente, eso es lo que tiene de complicado el manejo de Rhizobiurn. Pero tampoco es cierto lo contrario, que si la inoculación no muestra incrementos en la producción, no
significa necesariamente que la bacteria no sirva, ya que lo que puede estar pasando es que el N fijado esté
siendo enviado al grano, y no se está expresando como un incremento de la producción, porque el pool de nitrógeno del suelo es suficiente.
Las semillas de soja están generalmente protegidas con fungicidas ¿qué efecto tiene esto sobre el proceso de
nodulación y fijación?
Mientras el fungicida no sea sistémico, no corre peligro de haber interferencia. El problema se presenta cuando el fungicida es sistémico, e incluso los insecticidas sistémicos pueden interferir.
Para el caso de soja, al agregar fungicidas en grandes cantidades, a fin de controlar enfermedades fúngicas de distinta índole, se observan efectos negativos sobre la nodulación. Con la aparición de variedades resistentes, se ha
atenuado esta situación, pero también este recambio de variedades trae un problema, porque deben empezarse de cero todos los ensayos, ya que como estoy cambiando la variedad, la pregunta que surge es: ¿servirá la misma bacteria, la
misma rotación?
¿Qué compatibilidad existe entre la nodulación y la aptitud de la soja de aprovechar la humedad de la napa freática?
Si se observa el nivel de nodulación, o mejor dicho la ubicación de los
nódulos en la planta de soja en el perfil del suelo, se observa que el grueso de la
nodulación se ubica a pocos centímetros de la superficie del suelo, disminuyendo en profundidad. la explicación es que en el suelo, en general, más
allá de diferencias texturales y estructurales, la tensión de oxígeno disminuye en profundidad. A los 15-20 cm, la reducción es de casi el 80%.
Si la napa de agua es fluctuante, y puede subir a la superficie, es nefasto para la nodulación, ya que no permite la oxigenación del suelo. Y la misma respuesta se observa en suelos arcillosos, donde la motilidad de la bacteria es importantísima para nadar hacia la planta.
En los suelos arcillosos, es tal la capacidad de
adsorción de la arcilla, que no permite mover a las bacterias. Es decir que la tensión de oxígeno, el tipo de textura y la dinámica de
la atmósfera del suelo son muy importantes para el proceso de
nodulación. lo mismo ocurre en suelos compactados.
¿Cuál es la secuencia a seguir respecto de la aplicación de productos químicos y la nodulación?
Siempre se deben aplicar primero los agroquímicos, y luego promoverse la nodulación, ya que los primeros se absorben en la semilla, y disminuyen su concentración con el tiempo, permitiendo que la bacteria se una sin problemas.
Existen soportes acuosos, aceitosos, en base a turba y otros ¿qué opinión tiene usted de ellos?
Creo que es muy importante el soporte, ya que permite a la bacteria llegar a la planta en muy buenas condiciones de viabilidad; el soporte debe tener elementos que ayuden a la
nodulación, debe adherirse firmemente y proveer una concentración de microorganismos adecuada para el cultivo.
Por lo que no descarto ninguno de los soportes utilizados. Todos tiene ventajas y desventajas.
Habría que verlos funcionando en el campo, y de ahí sacar conclusiones.
¿Cómo afecta la temperatura del suelo al proceso de ínoculación ?
La temperatura del suelo es fundamental para el éxito de la inoculación; uno debe saber que el inoculante que se está usando en todo el país, está preparado para temperaturas medios de entre 28'C y 30'C, y que ya a los 35'C el inoculante esta
eliminando a la bacteria.
Si se trata de un Rhizobiurn, existe un decrecimiento importante a ese¡ temperatura, ya que se eliminan los
plásmidos, perdiéndose gran porte la información genética para la
nodulación o la fijación.
¿Cuáles son las ventajas de la siembra directa sobre el proceso de la
nodulación?
la siembra directa permite contar con condiciones mucho mas favorables para el desarrollo de la nodulación, entre otras cosas porque impide alcanzar temperaturas extremas que puedan desencadenar la eliminación de
plásmidos.
¿Qué es más efectiva, la inoculación simple o doble?
Para cada suelo hay una densidad de bacterias adecuada de 10.000 a
100.000 bacterias por gramo de suelo, independientemente del número de inoculaciones que se realicen. No
alcanzar un nivel adecuado de bacterias, evidencia más que nada un problema edáfico que hay que atender.
Por ejemplo, en experiencias realizadas sobre suelos con alto contenido de M.O. (por ejemplo aperturas de montes), con
buena disponibilidad de N libre, el cual entre otros organismos era utilizado por
patógenos como los actinomicetes, que producen anti6i6ticos que inhiben la nodulación, se
observa que durante los primeros 4-5 años, a pesar de que se realizaba la inoculación en forma adecuada, ésta no llegaba a expresarse, siendo indistinta la inoculación simple respecto de la doble.
Lo que se hizo fue durante repetir la inoculación año tras año, hasta que finalmente se expresó, debido al cambio en la concentración de bacterias en el suelo, entre otros cambios propios de la evolución natural del suelo.
¿La rotación trigo-soja afecta a la nodulación?
La rotación trigo-soja es nefasta para la nodulación, ya que el trigo deja un residuo
tóxico; en cambio tras un maíz es espectacular, ya que ha pasado entre un cultivo y otro un tiempo suficiente como para impedir interacciones negativos entre dichos cultivos. Recordemos además que Rhizobium
resiste a más de 300 ppm de estreptomicina, bajo determinados condiciones.
¿Es efectiva la preinoculación anticipada? ¿Cuál es el momento óptimo para inocular?
Nunca debe inocularse 2 o 3 meses antes de la siembra, ya que se genera un caldo de cultivo de
patógenos importantísimo, lo óptimo es inocular junto con la semilla.
¿Cuáles son los proyectos que se están llevando a cabo en mejoramiento
genético sobre este tema?
Debido a la especificidad de los flavonoides, se está buscando la posibilidad de obtener especies que sean específicas para algunos
flavonoides y de esta manera lograr resultados mas favorables.
Autor: Exposición hecha por
el Dr. Carlos Ballone. Decano y profesor de la Cátedra de
Microbiología De la Facultad de Agronomía De la universidad
Nacional de Tucumán.
Fuente: Revista Agromercado
(Suplemento Soja) Año 2000
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