Suavización de los efectos de la sequía

 

Los microorganismos son esenciales para un buen desarrollo de las plantas. La productividad de los cultivos vegetales está a menudo limitada por la disponibilidad de los nutrientes del suelo. La zona de encuentro entre las raíces de las plantas y los suelos es lo que se denomina rizosfera, y es allí donde se produce el flujo de carbono orgánico desde la raíz que alimenta a los microorganismos, los cuales a su vez proporcionan otros nutrientes a la planta.

En los países mediterráneos y muchos otros con períodos secos abundan las tierras dedicadas a la agricultura que sufren de falta de agua con cierta asiduidad. Más del 50% del globo es considerado árido o semi-árido.  Las evidencias experimentales muestran que muchos microorganismos ayudan a mejorar el crecimiento de las plantas en condiciones de sequía. Algunos de estos procesos están siendo elucidados.

El cambio climático en marcha va a provocar un aumento en la frecuencia y severidad de los episodios de sequía en algodón (Gossypium hirsutum L.), soja (Glycine max L.), y maíz (Zea mays L.) con lo que se espera un aumento en las áreas cultivadas de estos y otros vegetales primordiales para la humanidad 12.

Algunos de las principales interacciones beneficiosas descubiertas entre las plantas y los microorganismos se describen a continuación.

– Producción de polisacáridos.

Pseudomonas spp.  puede sobrevivir bajo condiciones de estrés por la producción de un exo-polisacárido (EPS) que la protege de la sequía al aumentar la retención del agua y regular la difusión de las fuentes de carbono orgánico 13. El exopolisacárido aumenta la cantidad relativa de suelo unido a la raíz. Este suelo es fundamental para que la planta pueda tomar agua y nutrientes. Se han descrito casos similares en Rhizobium 1 y en Bacillus y Paenibacillus 16.

– Regulación de la producción de hormonas vegetales.

El estrés hídrico ha sido asociado a la producción de etileno en las plantas la cual es responsable de la inhibición de crecimiento 11. El etileno es una hormona vegetal considerada de “estrés” ya que se produce bajo numerosas condiciones de estrés tanto bióticas como abióticas 17. Este se forma mediante el precursor ácido aminociclopropano-1-carboxílico (ACC).Las bacterias promotoras de crecimiento de las plantas que contienen ACC-desaminasa podrían hacer disminuir la concentración de etileno pues se ha observado que la inoculación de las plantas con estas bacterias conteniendo esta enzima, indujeron mayor crecimiento vegetal al mitigar el efecto adverso de la sequía 9, 10, 16, 19.

También se ha reportado que cepas de Azospirillum brasilense incrementan el contenido en agua de las hojas por la producción de la hormona ABA (ácido abcísico) 4,5. Estas cepas de Azospirillum presentan actividad ACC-desaminasa y correlaciona con una mayor toma de agua proveniente de zonas más profundas por parte de la planta 3, así como con un incremento en la eficiencia del uso del agua en guisantes, así como confiere resistencia a la sequía en tomate y pimiento 20.

 

– Producción de compuestos osmoactivos.

Bajo condiciones de sequía las bacterias acumulan solutos como prolina y azúcares que las protegen. La acumulación de solutos compatibles como prolina, glicina, betaína y trehalosa incrementan la termo tolerancia de las enzimas, disminuye su desnaturalización térmica y ayuda a mantener la integridad de la membrana celular 3,6,14,18.

 

– Regulación genética de la planta

Por otro lado, la sequedad también puede crear condiciones fisicoquímicas y biológicas en los suelos que resultan desfavorables para las actividades de las plantas. Paenibacillus polymyxa confiere tolerancia a la sequía por la inducción de un gen sensible, el de la respuesta temprana a la deshidratación (early response dehydration 15 (ERD15)) en Arabidopsis thaliana 15.

 

– Combinación de características

También se ha encontrado que la inoculación con Pseudomonas, Bacillus y Mycobacterium promueve el crecimiento en el maíz 7 y alivia el efecto adverso de la deficiencia de agua en el trigo 8. Otros autores describen unas cepas de Azospirillum que promueven el crecimiento del trigo en condiciones de estrés hídrico. Dichas cepas presentan una combinación de características como fijación de nitrógeno, producción de auxinas, solubilización de fosfato, actividad ACC-desaminasa y producción de sideróforos.

 

En resumen, el campo de investigación de la interacción de los microorganismos con plantas se encuentra en un momento de gran dinamismo y evolución y todo apunta a que en los próximos años aumentará significativamente la aplicación de microorganismos en la mejora de cultivos de gran importancia económica, como el trigo, maíz,…

 

Bibliografía

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  2. A. Belimov, I. C. Dodd, N. Hontzeas, J. C. Theobald, V. I. Safronova, and W. J. Davies, ‘Rhizosphere Bacteria Containing 1-Aminocyclopropane-1-Carboxylate Deaminase Increase Yield of Plants Grown in Drying Soil Via Both Local and Systemic Hormone Signalling’, New Phytol., 181 (2009), 413-23.
  3. Bérard, M. Ben Sassi, A. Kaisermann, and P. Renault, ‘Soil Microbial Community Responses to Heat Wave Components: Drought and High Temperature’, Clim. Res., 66 (2015), 243-64.
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  5. C. Cohen, R. Bottini, M. Pontin, F. J. Berli, D. Moreno, H. Boccanlandro, C. N. Travaglia, and P. N. Piccoli, ‘Azospirillum Brasilense Ameliorates the Response of Arabidopsis Thaliana to Drought Mainly Via Enhancement of Aba Levels’, Physiol Plant, 153 (2015), 79-90.
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  20. A. Zahir, A. Munir, H. N. Asghar, B. Shaharoona, and M. Arshad, ‘Effectiveness of Rhizobacteria Containing Acc Deaminase for Growth Promotion of Peas (Pisum Sativum) under Drought Conditions’, J. Microbiol. Biotechnol., 18 (2008), 958-63.

 

Francisco Romero Millán

Responsable del Departamento de Bacteriología