Development of formulations for the application of biofertilizers based on autochthonous microorganisms for high addedvalue crops

Resum

Para lograr la sostenibilidad en la agricultura, las nuevas estrategias se basan en el uso de biotecnologías que reduzcan la dependencia de los productos químicos. Tras una adecuada selección y formulación, los microorganismos pertenecientes al holobionte de la planta son útiles para estimular los procesos naturales de nutrición de las plantas (denominados Bioestimulantes Microbianos de la Planta, [BMP]); también pueden ser utilizados como bio-controladores, sustituyendo los insumos químicos convencionales y evitando sus problemas ambientales asociados. Los objetivos de este trabajo fueron: i) diseñar, producir, formular y evaluar en campo, inoculantes microbianos para ser usados como BMP en cultivos de alubia (Phaseolus vulgaris L.) y pimiento (Capsicum annuum L.) de Indicación Geográfica Protegida; ii) buscar explicación sobre el superior rendimiento en campo de los inoculantes diseñados, con el fin de establecer estrategias para el futuro desarrollo de BMP. Para cumplir con dichos objetivos, el diseño experimental incluyó los siguientes simbiontes y cultivos: i) endosimbionte rizobial (Rhizobium leguminosarum bv. phaseoli cepa LCS 0306, en adelante R) en un cultivo leguminoso (alubia blanca); ii) endófito no rizobio de nódulos de raíces de alubia (Pseudomonas brassicacearum subsp. neoaurantiaca cepa RVPB 2-2, en adelante P), y iii) endófito no rizobio (Bacillus siamensis cepa SCFB 3-1, en adelante B) en cultivos no leguminosos (pimiento). R se experimentó en cuatro ensayos de campo y produjo un aumento medio del rendimiento del 36% comparado con el control no inoculado y no fertilizado con Nitrógeno; el incremento del Nitrógeno derivado de la fijación (Ndfa) fue del 10%; todos los aumentos fueron estadísticamente significativos. La cepa autóctona R produjo un rendimiento similar al de la fertilización nitrogenada, y significativamente superior (24% y 22% respectivamente) que las cepas alóctonas Rhizobium phaseoli (ATCC 14482T) y Rhizobium etli (CFN 42T), ambas pertenecientes al sv. phaseoli. El Ndfa (%) también fue significativamente mayor con la cepa autóctona. Se probaron tres formulaciones diferentes, preparadas usando residuos de acuerdo con los principios de la Economía Circular, con la cepa R; y la formulación basada en un soporte compuesto por un 25% de perlita y un 75% de biochar de corteza de pino fue la mejor opción. El rendimiento superior de la cepa R se debió a una alta capacidad de fijación de Nitrógeno y una alta capacidad de competencia, ambas han sido explicadas desde el punto de vista de su genoma. Por un lado, la cepa R contiene los genes implicados en establecer una eficiente simbiosis con Phaseolus (el repertorio simbiótico de R. etli CFN42T). Por otro lado, R contiene genes que explican su capacidad de competencia, esto es, un amplio repertorio de sistemas de secreción y otros genes relacionados con la competencia de explotación (quimiotaxis y sistemas de transporte) y con la competencia de interferencia (compuestos bacterianos como bacteriocinas). El endófito autóctono P en consorcio con R aumentó el rendimiento en un 17% en comparación con la inoculación única con R. El microscopio confocal de barrido láser reveló que mientras que P y R colonizan el interior de los nódulos, R se localiza intracelularmente y P intercelularmente. Esta diferencia impide que las cepas compitan entre sí y podría ser una de las razones del aumento observado en el rendimiento de los cultivos. Además, la cepa P mejoró las propiedades promotoras del crecimiento de las plantas lo que también puede contribuir a explicar el aumento del rendimiento. Los ensayos de campo con pimiento inoculados con el endófito B y fertilizados con Nitrógeno mineral reducido (80% de las extracciones esperadas de la planta), produjeron un rendimiento significativamente mayor que el control no inoculado fertilizado con Nitrógeno reducido (31% de aumento) y que el control no inoculado fertilizado con Nitrógeno completo (34% de aumento). La formulación y el medio de cultivo para producir B se desarrollaron teniendo en cuenta las directrices del Plan de Acción sobre Economía Circular de la Comisión Europea y consistió en dos residuos: Digestato Anaerobio (DA) de residuos de alimentos y vegetales, y melaza de remolacha azucarera. La concentración óptima de ambos fue optimizada con la metodología de la superficie de respuesta y consistió en un 50% de DA (v:v) y un 2,3% de melaza (v:v).