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"Azotobacter" y su aplicación en agricultura

La fijación biológica de nitrógeno por microorganismos del suelo provee a la planta de nitrógeno y esta proporciona a los microorganismos una fuente de carbono

ESPECIAL NUTRICIÓN VEGETAL

icono foto  azotobacter  y su aplicacion en agricultura
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1. Introducción
2. Características generales del género Azotobacter spp.
3. Aplicaciones del género Azotobacter spp.
4. Ventajas del uso del género Azotobacter spp.
5. Bibliografía

1. Introducción

En las últimas dos décadas se han introducido en nuestro país el uso de bacterias promotoras del crecimiento (BGPR), con el fin de obtener mayores rendimientos en los cultivos. De manera que han cobrado bastante importancia la utilización de estas bacterias rizosféricas, debido fundamentalmente al papel crucial que estas cumplen en la actividad fisiológica de las plantas. Entre ellas, las bacterias del género Azotobacter son las más utilizadas para la sustitución parcial de los abonos nitrogenadas y, en consecuencia, para la reducción de la emisión de lixiviados ricos en nitrógeno a los mares, que tantos problemas de contaminación generan.

En fresa, la bacteria aumenta del crecimiento de plántulas. Foto. David J.
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2. Características generales del género Azotobacter spp.

El primer miembro de este género fue descubierto a principios del siglo XX por el microbiólogo holandés M.W. Beijerinck y es este género el que de una forma más amplia ha sido utilizado en la agricultura. Las primeras aplicaciones de estas bacterias datan de 1902, alcanzando una amplia utilización durante las décadas de los 40, 50 y 60, particularmente en los países de Europa del Este (González y Lluch, 1992).

Las bacterias del género Azotobacter forman un grupo especial de microorganismos fijadores de nitrógeno de vida libre unicelulares que pueden fijar nitrógeno atmosférico en condiciones aerobias.

La fijación biológica de nitrógeno por microorganismos del suelo provee a la planta de nitrógeno y esta proporciona a los microorganismos una fuente de carbono disponible por los exudados.

La fijación de nitrógeno se produce por la actividad de una enzima denominada nitrogenasa que debe actuar siempre en condiciones de ausencia de oxígeno por ser rápidamente inhibida por este elemento. La mayoría de los microorganismos fijadores de nitrógeno o bien lo hacen formando grupos de células en los que se produce una especialización que permite la generación de microambientes anaerobios (caso de las cianobacterias), o bien lo hacen en condiciones de anaerobiosis. Las bacterias del género Azotobacter son capaces de generar este ambiente microanerobio mediante su alta tasa de respiración que consume el O2 en el entorno de la bacteria.

Las bacterias del género Azotobacter pertenecen a la familia Azotobacteriaceae. Son Gram negativas quimioorganotrófica y su morfología varía desde bacilos (forma de bastoncillo) hasta cocos (forma esférica). Son diazótrofas, es decir, que tienen la habilidad de convertir el dinitrógeno atmosférico (N2) a amonio (NH4+), mediante la acción de la enzima nitrogenasa. Se reproducen por fisión binaria que es típica de bacterias y que es una reproducción eficaz y rápida.

Las bacterias de este género tienen la capacidad de solubilizar fosfatos gracias a que liberan o excretan ácidos orgánicos (ácido oxálico, cítrico, glucónico y otros) que influyen fuertemente en la solubilización del fósforo poco soluble del suelo y su posterior utilización en la nutrición de la planta. También tienen la capacidad de sintetizar sustancias estimuladoras del crecimiento vegetal como aminoácidos, vitaminas, fosfolípidos, auxinas, giberelinas, citoquininas, etc; compuestos que son capaces de incrementar el vigor general de las plantas. Y, además, tienen la capacidad de sintetizar sustancias fungistáticas que inhiben el crecimiento de hongos como Fusarium, Alternaria, Penicillium y Rhizoctonia.

Fig:1: Crecimiento en placa Petri de PDA de "Fusarium" (der.) y "Alternaria" (izq.)
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Además de su importancia ecológica y fisiológica, el género Azotobacter es interesante por su capacidad de formar una estructura de reposo poco corriente, llamada ciste. Estos cistes muestran una respiración endógena insignificante y resisten la desecación, la deshidratación mecánica y la radiación ultravioleta. No son especialmente resistentes al calor y no están completamente en dormición porque oxidan rápidamente las fuentes de energía exógenas.

Entre las especies del género Azotobacter más utilizadas en la agricultura se encuentran Azotobacter chroococcum y Azotobacter vinelandii.

La bacteria Azotobacter chroococcum es una bacteria que se encuentra comúnmente en suelos y aguas frescas. Es una bacteria Gram-negativa y aerobia que puede crecer en concentraciones bajas de oxígeno. Es quimioorganotrófica y utiliza azúcares, alcoholes y sales inorgánicas para crecer. Es fijadora de nitrógeno de vida libre que fija al menos 10mg de N2 por gramo de carbohidrato consumido y requiere de molibdeno para fijar nitrógeno, que puede ser parcialmente reemplazado por vanadio. Es catalasa positiva y utiliza nitrato, sales de amonio y ciertos aminoácidos como fuentes de nitrógeno. Su morfología varía desde bacilo hasta coco de 1,5 a 2,0 μm de diámetro con flagelos perítricos o laterales. Puede presentarse como una célula individual, como pares o formando agregados irregulares, y algunas veces formando cadenas de tamaño variable. Sufre un proceso de diferenciación para formar quistes resistentes a la desecación. En medios selectivos artificiales se observan colonias medianas redondeadas de color crema, convexas y de borde circular que al observarlo al trasluz es azuloso.

La bacteria Azotobacter vinelandii es un organismo unicelular Gram-negativo con forma de bacilo de gran tamaño de 1,5 a 2μm de diámetro que presentan motilidad por flagelos perítricos o laterales. Son aérobicos estrictos y pueden fijar nitrógeno de manera no simbiótica. El metabolismo de los compuestos de carbono es estrictamente oxidativo y raramente se producen ácidos u otros productos de fermentación. Todos sus miembros son fijadores de nitrógeno, pero pueden crecer también en medios que contengan formas sencillas de nitrógeno combinado como el amoniaco, urea y nitrato.

Las capacidades metabólicas y genéticas por las que las bacterias del género Azotobacter son objeto de estudio son principalmente porque:

  • Posee mecanismos de protección de la nitrogenasa.

  • Posee una alta capacidad respiratoria

  • Sufre un proceso de diferenciación morfológica para formar cistes resistentes a la desecación.

  • Tiene la capacidad de solubilizar fosfatos ya que libera o excreta ácidos orgánicos (ácido oxálico, cítrico, glucónico y otros) que influyen fuertemente en la solubilización del fósforo poco soluble del suelo.

  • Tiene la capacidad de sintetizar sustancias fungistáticas que inhiben el crecimiento de hongos como Fusarium, Alternaria, Penicillium y Rhizoctonia.

  • Estimula la germinación de semillas

  • Acelera el crecimiento de las plantas, como los procesos de floración, fructificación y producción de materia seca.

  • Provoca un mayor rendimiento de los cultivos, sobre todo de cereales, ya que acorta el ciclo vegetativo al provocar un inicio más precoz de la floración y maduración.

3. Aplicaciones del género Azotobacter spp.

Con el uso de productos a base de la bacteria Azotobacter se han obtenido resultados muy alentadores en casi todos los cultivos agrícolas de interés agroeconómico (González, et al., 1995; Ravelo et al., 2000; Terryat et al., 2002), y se ha acortado eficientemente el ciclo y el tiempo de cosecha de los mismos, incrementándose los rendimientos entre un 30 y un 50 %. (Dibut et al., 1993; Martínez-Viera, 2000).
Tiene un amplio rango de aplicación desde semillas, riego por goteo, microaspersión o aspersión hasta aplicación foliar.

PGPR Cultivo

Azotobacter sp.

Arroz (Oryza sativa L.)

Efecto Referencia

-Aumento del crecimiento de la planta
-de N y P en órganos de la planta

Torres et al., 2000

PGPR Cultivo

Azotobacter vinelandii

Sorgo (Sorghum vulgare L.)

Efecto Referencia

-Aumento del crecimiento de plántulas

Sashidar y Podil, 2009

PGPR Cultivo

Azotobacter sp.

Fresa (Fragaria vesca L.)

Efecto Referencia

-Aumento del crecimiento de plántulas

Umar et al., 2009

PGPR Cultivo

Azotobacter sp.

Pimiento (Capsicum annuum L.)

Efecto Referencia

-Aumento del crecimiento de la planta

Valverde et al., 2011

PGPR Cultivo

Azotobacter chroococcum

Tomate (Lycopersicon esculentum, Mill)

Efecto Referencia

-Estimula el crecimiento
-Aumento del contenido de nutrientes

Abd El-Raheem et al., 1988; Dibut et al., 1995

PGPR Cultivo

Azotobacter chroococcum

Trigo ()

Efecto Referencia

-Acción estimulante

Kumar et al., 2001

PGPR Cultivo

Azotobacter chroococcum

Café (Coffea arabica L.)

Efecto Referencia

-Aumento de la altura
-del diámetro del tallo
-masa seca aérea

Santana et al., 2003

PGPR Cultivo

Azotobacter chroococcum

Boniato (Ipomea batatas L.)

Efecto Referencia

-Aumento de los indicadores morfofisiológicos
-Aumento del rendimiento agrícola

Alarcón et al., 2008

4. Ventajas del uso del género Azotobacter spp.

  • Aceleran el crecimiento de las plantas al promover la floración, fructificación y producción de materia seca.

  • Permanecen vivas durante años en el suelo reproduciéndose y contribuyendo al enriquecimiento y regeneración del nitrógeno de forma ecológica y gradual, incluso en suelos con una alta concentración en sales.

  • Provocan un mayor rendimiento de los cultivos al acortar el ciclo vegetativo, ya que provocan un inicio más precoz de la floración y maduración.

  • Crean una barrera protectora contra hongos y bacterias patógenas en la raíz de la planta, por lo que las plantas crecen más sanas y fortalecidas.

  • Producen un mayor índice de germinación de semillas comparado con otros sistemas de abonado.

  • Son biodegradables sin ser tóxicos para humanos, animales y plantas.

  • Su empleo esta autorizado en agricultura ecológica, siendo una fuente de nitrógeno respetuosa con el medio ambiente.

  • Constituyen una alternativa natural a la contaminación causada por nitratos y nitritos.

  • Buena compatibilidad con otros productos, como ácidos húmicos, ác. Fúlvicos, Trichoderma, aminoácidos y extractos de plantas, y buena solubilidad en agua.

5. Bibliografía

  • Abd El-Raheem, R. et al., 1988. Synergistic Effect of Vesicular-Arbuscular-Mycorrhizas and Azotobacter chroococcum on the Growth and the Nutrient Contents of Tomato Plants. Phyton, 29(2):203-212.
  • Alarcón, A. et al., 2008. Efecto de la aplicación de Azotobacter chroococcum y Glomus sp. en el cultivo de boniato (Ipomea batatas L., Lam). Rev. electrónica Granma Ciencia (12-2).
  • Dibut, B., et al., 1990. Evaluación de cepas de Azotobacter chroococcum aislados de suelos de Cuba. I. Actividad estimuladora del crecimiento de plántulas de tomate. Ciencias de la Agricultura. pp. 11-16.
  • Dibut, B. et al., 1995. Producción de aminoácidos y citoquininas por una cepa cubana de Azotobacter chroococcum. Cultivos Tropicales, 16(1): 16-18.
  • González, J. et al., 1992. Biología del Nitrógeno. Interacción Planta Microorganismo. Ed. Rueda. Pp. 141-161.
  • González, R. et al., 1995. Efectividad de ocho cepas de Azotobacter spp. En la adaptación de vitroplantas de piña (Ananas comosus L. Merr) cv. Cayena lisa. Centro Agrícola. 3:68-75.
  • Kumar, V. et al., 2001. Establishment of Phosphate-solubilizing strains of Azotobacter chroococcum in the rhizosphere and their effect ow wheat cultivars under green house conditions. Microbiological Research, 156:87-93.
  • Martínez-Viera, R. et al., 1997. Acción estimuladora de Azotobacter chroococcum sobre el cultivo del tomate en el suelo Ferralítico Rojo. Agrotecnia de cuba, 27(1):23-26.
  • Santana, R.N., 2003. Efecto de dos biopreparados y micorriza en la estimulación de la germinación, el control de Rhizoctonia solani y el desarrollo de posturas de Coffea arabica L. Centro Agrícola, año 30, nº 2.
  • Sashidhar, B. y Podile, A.R., 2009. Transgenic expressions of glucose dehydrogenase in Azotobacter vinelandii enhances mineral phosphate solubilization and growth of sorghum seedlings. Microb. Biotechnol, 2(4):521-529.
  • Torres, M. et al., 2000. Aislamiento de enterobacterias, Azotobacter sp. y Pseudomonas sp. productores de ácido acético-3-indol y sideróforos de la rizosfera de arroz Colombiano. Revista latinoamericana de Microbiología, 42: 171-176.
  • Umar, I et al., 2009. Effect of Fym, Urea and Azotobacter on Growth, Yield and Quality of Strawberry cv. Chandler.Not. Bot. Hort. Agrobot. Cluj 37 (1) 139-143.
  • Valverde, F. et al., 2011. Utilización de bacterias fijadoras de nitrógeno (Azotobacter) y solubilizadoras de fosforo en el cultivo de Brócoli (Brassica oleraceae var. Legacy) en Otavalo. Tesis doctoral.

Autor: Dpto. Agronomía Infoagro


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