Factores para la existencia de simbiosis b. japonicum - soja

¿Cuál es la simbiosis de las bacterias del nódulo y la soja? Un concepto o fenómeno que utilizan los científicos para asustar a los productores, lo que provoca una seria barrera en la comunicación entre ellos: los científicos sufren porque no se percibe su conocimiento, los agricultores necesitan respuestas prácticas concretas a sus interrogantes. Entonces, ¿qué es la simbiosis y qué factores influyen realmente en su aparición?

La simbiosis es un sistema biológico creado por plantas leguminosas y bacterias de nódulos, cuyo resultado de la interacción es la formación de nuevas estructuras morfológicas: nódulos de raíz. Estos últimos convierten el nitrógeno atmosférico en una forma disponible para las plantas; este es un proceso complejo de múltiples etapas que provoca profundos cambios fisiológicos y metabólicos en ambos socios.

Uno de los factores más importantes en la aparición de simbiosis es la presencia de bacterias nodulares en la rizósfera de las plantas. ¿Qué son estos microorganismos? Las bacterias fijadoras de nitrógeno del nódulo, o rizobios, son microorganismos del suelo capaces de llevar a cabo el proceso de fijación biológica del nitrógeno. La primera clasificación de los rizobios se desarrolló allá por los años 30 del siglo pasado, se basó en la capacidad de los microorganismos para entrar en una relación simbiótica con la planta huésped. Luego, solo se identificaron seis especies: Rhizobium meliloti, R. trifolii, R. phaseoli, R. lupini, R. leguminosarum, R. japonicum. 50 años después, se revisó la taxonomía de estos microorganismos y, de acuerdo con una serie de propiedades genéticas y morfofisiológicas, se identificó un nuevo género de rizobios, Bradyrhizobium, que se caracterizó por su baja tasa de crecimiento. Son los representantes de esta especie los microsimbiontes exclusivamente de las plantas de soja.

Este último, a su vez, se dividió en tres tipos de bacterias: Bradyrhizobium japonicum, B. elkanii, B. liaoningense.

El uso activo de inoculantes durante el cultivo de soja en diferentes países del mundo, incluida Ucrania, condujo a la formación de poblaciones de rizobios en los suelos que, como resultado de la libre existencia y la influencia de diversos factores abióticos, cambiaron su genotipo y adquirieron nuevos. propiedades.

Así, según los datos de los estudios de genética molecular, se distinguen varios grupos de cepas entre ellas, que difieren en sus propiedades, incluida la tasa de crecimiento. Hoy, se describen aislamientos con crecimiento intensivo que, a diferencia de los representantes clásicos, pueden aumentar la biomasa después de dos, no tres días y medio. Otra característica de tales cepas es una mayor competencia saprofita, es decir, la capacidad de las bacterias para sobrevivir en el suelo fuera del cuerpo de la planta huésped, y se ha establecido el hecho de la dominancia de estas cepas en el bulbo.

La colección de aislados útiles agronómicamente del Instituto de Agroecología y Gestión de la Naturaleza de la Academia Nacional de Ciencias de Ucrania incluye 72 representantes de bacterias del género Bradyrhizobium, entre las que se encuentran cepas, además de propiedades clásicamente estudiadas por microbiólogos (fijadoras de nitrógeno actividad, virulencia, competitividad, etc.), también se caracterizan por ser aquellos a los que se suele prestar menos atención. En particular, se observó que el tratamiento de semillas de soja con algunos aislados, además de la formación de burbujas, contribuyó a mejorar el desarrollo del sistema radicular: hubo un aumento de su longitud y peso, y la superficie específica El área de las raíces también aumentó. Además, se observó la influencia de la inoculación en el desarrollo de enfermedades de las plantas de soja, tanto de origen bacteriano como fúngico. Otro hecho interesante es que las plantas inoculadas con un grupo de cepas de Bradyrhizobium con un aparato simbiótico establecido pudieron resistir mejor las condiciones de estrés por pesticidas, así como la sequía y la acidez del suelo.

Aunque la mayoría de las cepas de Bradyrhizobium no echan raíces en el suelo y eclosionan ya en la próxima temporada de crecimiento, en nuestra colección hay aislados que pueden no solo formar una población densa, sino también aparecer en cantidades suficientes durante un largo período de tiempo. , en condiciones de laboratorio difieren en la intensidad de crecimiento, en un día y medio por delante de las cepas clásicas de rizobios de soja.

Al probar cientos de combinaciones de diferentes aislados, logramos crear una composición efectiva que no solo tiene todas las propiedades beneficiosas características de un inoculante, sino que también tiene una serie de propiedades específicas, por ejemplo, un efecto sinérgico significativo entre bioagentes.

Antes de proceder a la consideración de los factores específicos que influyen en la formación de simbiosis, se debe enfatizar que la formación y el funcionamiento de las interacciones simbióticas entre las plantas de soja y las bacterias fijadoras de nitrógeno es un proceso bidireccional. Por lo tanto, la acción de cualquier factor externo debe ser considerada no solo desde la posición de influencia sobre las bacterias, como lo hacen ahora los industriales y muchos científicos, sino de manera compleja, es decir, por el efecto sobre ambos participantes en la simbiosis.

Un factor importante en la formación de relaciones simbióticas es el genotipo de la planta. Es él quien provoca la formación de burbujas, es responsable de su número y tamaño.

El mejoramiento solo de acuerdo con el tipo intensivo (obteniendo altos rendimientos, contenido de proteína, contenido de aceite) sin tener en cuenta propiedades adaptativas tales como la capacidad de simbiosis, resistencia a altas temperaturas, acidez del suelo, etc., conduce a una selección dirigida en agrobiocenosis. La consecuencia de esto es la aparición de razas de malas hierbas resistentes, y esto, a su vez, conduce a una necesidad progresiva de aplicación de herbicidas. Además, crece el número y el impacto negativo de plagas y fitopatógenos, además, existen especies que antes no eran características de las agrocenosis, en particular la soja. Por supuesto, esto requiere la introducción de una gran cantidad de insecticidas, acaricidas, fungicidas. Por lo tanto, para crear una simbiosis altamente efectiva, se requiere una constante selección y renovación tanto de las variedades vegetales como de las cepas de microorganismos, con base en los principios de su complementariedad.

Otro elemento de la selección dirigida es el uso de sustancias responsables de la formación de burbujas, lo que provoca una disminución en la actividad de las variedades para producir de forma independiente sustancias de señal, en particular flavonoides, y en rizobios, las señales correspondientes, por ejemplo, Nod-factor , "informa" a la planta sobre la presencia de estas bacterias en la zona radicular del suelo. Después de eso, la planta forma nódulos de raíz, donde las bacterias se "asientan" que se alimentan de sus nutrientes y debido a que convierten el nitrógeno en una forma disponible para el consumo del cultivo.

La creación y existencia de simbiosis implica la participación paso a paso de cada uno de los socios, pero el uso de sustancias "auxiliares" especiales puede conducir a una violación del programa establecido por la naturaleza, que ha estado funcionando con éxito durante decenas, incluso cientos de miles de años.

Desde un punto de vista económico, nos convertimos en rehenes de tales tecnologías, ya que podemos perder los genotipos tanto de plantas como de microorganismos capaces de crear de forma independiente una simbiosis efectiva.

Un factor importante que debe considerarse desde la perspectiva de ambos socios de la simbiosis es la acidez del suelo. Algunos productores creen erróneamente que la soja no se puede cultivar en suelos con un pH inferior a 5-5,5, ya que las bacterias del nódulo “no funcionan” con esa acidez. Sin embargo, los estudios modernos dicen lo contrario: en varios tipos de suelos, los rizobios se aíslan de las burbujas de las plantas leguminosas, que son tolerantes a valores de pH del suelo fuertemente ácidos (3) y alcalinos (8,5). Esto se explica por el hecho de que la capacidad de adaptación de las bacterias a las condiciones ambientales suele ser mayor que la de las plantas, ya que el rango de su existencia es mucho más amplio.

¿Qué está pasando realmente? En suelos con un pH inferior a 5,5, los compuestos de aluminio se hidrolizan para formar una forma tóxica de aluminio trivalente, cuya alta concentración es el principal factor limitante en la viabilidad de todas las plantas en el 67% de los suelos. El efecto tóxico es suprimir la división de las células de la raíz, su alargamiento y reducir la disponibilidad de macronutrientes.

El bajo pH del suelo afecta negativamente no tanto a los rizobios como a la permeabilidad de las membranas celulares de las plantas, como resultado de lo cual las bacterias no pueden penetrar en el interior. Para las vesículas, el período sensible al pH es el comienzo del proceso infeccioso, y la etapa de unión de los rizobios a los pelos radiculares es la más vulnerable. Se interrumpe el intercambio de señales entre la planta huésped y el microsimbionte. Hay una disminución en la secreción de flavonoides por parte de las plantas, lo que afecta la síntesis de las señales bacterianas correspondientes. Una disminución en la señalización conduce al bloqueo de fases como la deformación y torsión del cabello de la raíz.

Tanto las plantas como los rizobios son vulnerables a las altas temperaturas en las etapas iniciales de la ontogenia y el establecimiento de la simbiosis. En el futuro, incluso a altas temperaturas, 30 ... 35 ° C, el proceso de formación de burbujas continúa. Sin embargo, la fijación de nitrógeno no ocurre bajo tales condiciones. Las plantas se alimentan principalmente por el consumo de nitrógeno mineral, por lo que su presencia en el suelo en el óptimo fisiológico asegurará la formación de plantas de soja de alto rendimiento. En tales condiciones, la alimentación foliar de las plantas de soja con bajas dosis de nitrógeno adquiere especial atención y eficiencia.

Los rizobios contenidos en el suelo son generalmente resistentes a períodos cortos de sequía. La falta de humedad afecta negativamente principalmente al organismo vegetal. El efecto adverso se manifiesta en la interrupción de los procesos de fotosíntesis, lo que conduce a una deficiencia de carbohidratos. Se ponen en marcha mecanismos de conservación y todos los nutrientes se gastan en la construcción y desarrollo del sistema radicular, es decir, nuevas raíces para “buscar” agua.

Así, la falta de hidratos de carbono en la planta reduce la actividad del nivel de fijación de nitrógeno, lo que provoca procesos necróticos en los nódulos. Después de la normalización del metabolismo del agua en una planta que ha sucumbido a la influencia del estrés por sequía, los nódulos viejos ya no recuperan sus funciones. Al mismo tiempo, se forman nuevos nódulos más pequeños en las raíces periféricas del sistema radicular, cuyo nivel de fijación de nitrógeno es significativamente menor que aquellos que han perdido viabilidad.

Otro factor que influye en el proceso de simbiosis y que, por cierto, genera la mayor discusión, es el uso de pesticidas. Los científicos de nuestro instituto estudiaron una serie de pesticidas en términos de su efecto sobre los rizobios, el proceso de creación y funcionamiento de la simbiosis y sobre las plantas de soja en general.

Por ejemplo, los herbicidas a base de glifosato generalmente no afectan a las bacterias. Su supresión ocurre solo a altas concentraciones de la sustancia activa, sin embargo, se observa inhibición de la actividad de la nitrogenasa, especialmente con falta de humedad.

Los bioagentes del preparado Rizoactiv fueron tolerantes a los plaguicidas a base de acetoclor, sin embargo, se notó una ligera disminución en el número de burbujas que, sin embargo, no afectó la productividad de la planta.

Es difícil sacar conclusiones inequívocas sobre el efecto negativo de los pesticidas en la simbiosis, ya que en algunas condiciones se observa un efecto nocivo, mientras que en otras no se manifiesta en absoluto. Sin duda, ofrecemos pruebas de cada fármaco que planee utilizar en las tecnologías de cultivo de soja en nuestro laboratorio acreditado.
En este artículo, hemos abordado el tema de la simbiosis de las bacterias del nódulo y las plantas de soja, ya que es su divulgación la que brinda respuestas a las preguntas que se han planteado repetidamente en el proceso de comunicación y cooperación activa con los fabricantes en seminarios, expediciones de investigación y directamente en los campos de nuestros clientes. Esperamos que el conocimiento obtenido sea de utilidad para los productores agrícolas a la hora de cultivar soja y contribuya a obtener rendimientos altos y sostenibles.

Y. Chabanyuk, Dr. S.-G. Ciencias, Jefe del Departamento de Agroecología y Bioseguridad,

I. Brovko, Jefe del Laboratorio de Ecología de Microorganismos,

Instituto de Agroecología y Manejo de la Naturaleza NAAS

Información para la cita

Factores para la existencia de simbiosisb. japonicum - soja / Ya. Chabanyuk, I. Brovko // Proposición. - 2017. - Nº 3. - págs. 36-37