En la búsqueda de alternativas sostenibles para mejorar la productividad agrícola, las bacterias promotoras de crecimiento vegetal (PGPR por sus siglas en inglés) emergen como una biotecnología poderosas. Estos microorganismos, que coexisten en simbiosis con las plantas, ofrecen soluciones innovadoras y ecológicas para los desafíos de la agricultura moderna.
Estos microorganismos tienen la capacidad de favorecer y estimular el desarrollo de las plantas. Entre los géneros bacterianos más estudiados con esta actividad, aislados de la rizósfera de cultivos de cereales y hortalizas, se encuentran Azospirillum, Pseudomonas, Citrobacter y Bacillus.
Mecanismos de acción de las bacterias promotoras de crecimiento vegetal
Las bacterias PGPR pueden promover o estimular el crecimiento por mecanismos indirectos que involucran la inducción de resistencia a fitopatógenos, el control biológico de enfermedades, la síntesis de compuestos químicos que inhiben el crecimiento de microorganismos patógenos -como los sideróforos- y la excreción de enzimas líticas dentro de las que destacan las proteasas, lipasas y quitinasas.
También pueden utilizar mecanismos directos. Estos mecanismos se relacionan con la producción de sustancias reguladoras de crecimiento vegetal como sideróforos y fitohormonas o mediante el aporte de nutrientes a través de la fijación de nitrógeno atmosférico y la solubilización de minerales como fósforo, hierro, cobre, magnesio, manganeso y zinc. La clasificación entre mecanismo indirecto y directos no está completamente diferenciada debido a la gran cantidad de interrelaciones entre ambos.
Sustancias reguladoras del crecimiento vegetal
Las sustancias promotoras del crecimiento vegetal son de carácter orgánico y activan la respuesta celular a nivel bioquímico, fisiológico y morfológico. Son capaces de contribuir al desarrollo y crecimiento de las plantas. Además de incrementar la resistencia de las plantas a diversos factores ambientales, ya que pueden inducir o suprimir la expresión de una amplia gama de genes. A continuación se mencionan a algunas de ellas:
Sideróforos
El hierro es un elemento vital para todos los seres vivos. En ambientes aerobios se encuentra en forma de Fe3+, pero es probable que forme hidróxidos insolubles y oxihidróxilos reduciendo su disponibilidad para las plantas y los microorganismos. Las bacterias producen compuestos de bajo peso molecular llamados sideróforos, estas moléculas solubilizan el hierro del suelo y lo incorporan a su metabolismo. Químicamente, son compuestos quelantes que se unen covalentemente al hierro sin generar cambios en su estado de oxidación.
Fitohormonas
Las fitohormonas son moléculas pequeñas que no se relacionan entre sí estructuralmente y que se derivan de vías metabólicas esenciales de las plantas. En general, estos compuestos están presentes en concentraciones muy bajas y actúan localmente, alrededor del sitio de síntesis o en tejidos distantes.
En las últimas décadas se han ido identificando nuevas hormonas vegetales; algunos ejemplos son los siguientes:
- Ácido abscísico (ABA), promueve la latencia de la semilla y participa en varias vías de señalización de estrés.
- Ácido salicílico (AS), participa en el crecimiento y desarrollo de la planta, en los mecanismos de resistencia a fitopatógenos y en respuestas al estrés abiótico y biótico.
- Giberelinas, compuestos diterpenoides que promueven la germinación, el alargamiento del tallo y la inducción de la floración.
Aporte de nutrientes
La productividad y dinámica de los agroecosistemas y ecosistemas naturales depende en gran medida de las comunidades bacterianas asociadas que participan de forma activa en el ciclo de algunos nutrientes como nitrógeno y fósforo.
Bacterias fijadoras de nitrógeno como promotoras de crecimiento vegetal
La fijación biológica es la principal vía por la que el nitrógeno atmosférico es transformado en formas utilizables para los organismos que son incapaces de incorporar directamente este elemento en sus rutas metabólicas. Este proceso supone más del 60% de la fijación global. Los procariontes que lo llevan a cabo se denominan diazótrofos, estos microorganismos se ubican en distintos grupos taxonómicos dentro de los dominios Eubacteria y Archaea.
Existen dos tipos de fijación, la asociada llevada a cabo por bacterias de vida libre y la no asociada realizada por bacterias que se encuentran en asociación simbiótica con las plantas. Este proceso lo llevan a cabo a través de un complejo enzimático denominado nitrogenasa.
Los microorganismos fijadores de nitrógeno se encuentran distribuidos en diversos grupos taxonómicos, sin embargo, es posible encontrar en todas ellos la enzima nitrogenasa. Estas bacterias se pueden clasificar en: Fotótrofos que incluye a las familias Rhodospirillaceae, Clorobiaceae y Cianobacteriae; organismos quimioautótrofos, donde se encuentran las familias Thiobacillaceae, Xanthobacteraceae y Desulfovibrionaceae; y bacterias heterótrofas pertenecientes a las familias Frankiaceae, Rhizobiaceae y Brucellaceae.
Solubilización bacteriana de fósforo
Después del nitrógeno el fósforo es el elemento más importante para la vida ya que tiene un papel importante en la transducción de señales, la transferencia de energía, la biosíntesis de macromoléculas y la respiración celular, sin embargo su disponibilidad, en ocasionases, es limitada debido a diversos factores como su relativa escasez edáfica, su elevada retención por parte de la matriz del suelo, la falta de reposición natural y su baja movilidad comparada con la de otros nutrientes.
Para que las plantas puedan asimilar el fósforo presente en el suelo debe estar en forma de ortofosfatos o aniones fosfato (H2PO4-1 y HPO4-2), este proceso de transformación de formas insolubles a asimilables lo llevan a cabo de manera natural, sin embargo, cuando la concentración es baja desarrollan relaciones simbióticas con bacterias, principalmente en la raíz, que les permiten incrementar su absorción (Banerjee et al., 2010).
Las bacterias promotoras de crecimiento vegetal solubilizadoras de fósforo pueden ser de vida libre o establecer relaciones simbióticas con algunas plantas, son capaces de adaptarse, colonizar y persistir en la rizósfera de la planta y favorecer su crecimiento o desarrollo. Existen varios géneros bacterianos reconocidos como solubilizadores entre los que destacan Achromobacter, Acinetobacter, Aereobacter, Arthrobacter, Bradyrhizobium, Enterobacter, Flavobacterium, Klebsiella, Mesorhizobium, Ochrobactrum, Phyllobacterium, Rhodobacter, Sinorhizobium, Streptomyces, Thiobacillus y Ochrobactrum.
Reflexión final
Las PGPR representan una herramienta prometedora para el avance de una agricultura sostenible y productiva. Su capacidad para mejorar el crecimiento de las plantas de manera natural, de aumentar la resistencia a enfermedades y reducir la dependencia de agroquímicos podría ser clave en el manejo de los desafíos actuales de la agricultura, como la seguridad alimentaria y la sostenibilidad ambiental. Con la investigación y desarrollo continuos, el potencial de estos microorganismos para transformar la agricultura moderna es inmenso.
Referencias
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