Bacteria fijadora de nitrógeno Rhizobium: cómo apoya el crecimiento de las leguminosas y la fertilidad del suelo

Los rizobios son bacterias del suelo beneficiosas que establecen relaciones simbióticas con las plantas leguminosas y favorecen la fijación del nitrógeno atmosférico en formas asimilables por las plantas. Este es un proceso natural y uno de los más importantes desde el punto de vista biológico, especialmente en la nutrición de cultivos como la soja, la arveja, el garbanzo, la lenteja, la judía y otras leguminosas relacionadas con la nutrición nitrogenada. El género Rhizobium, junto con varios otros géneros y numerosas especies y cepas de estos microorganismos —como Rhizobium, Bradyrhizobium y Mesorhizobium—, se agrupan comúnmente bajo el término rizobacterias. Una de las ventajas de las asociaciones entre rizobios y bacterias fijadoras de nitrógeno es que las leguminosas pueden aprovechar una amplia reserva de nitrógeno atmosférico, en lugar de depender de aportes externos de este elemento.

La importancia clave de las bacterias rizobias se debe a su capacidad para establecer una relación específica con las raíces de las leguminosas compatibles. Cuando se completa esta asociación exitosa, las bacterias habitan en los nódulos radiculares, donde tiene lugar la fijación biológica del nitrógeno. La planta proporciona compuestos de carbono y energía provenientes de la fotosíntesis, mientras que la bacteria recibe el nitrógeno fijado, necesario para la planta huésped. Un ejemplo de este tipo de relación es el de bacterias simbióticas altamente especializadas que viven sobre las plantas. Esta relación biológica puede constituir un elemento clave en la gestión eficaz de los nutrientes para los agricultores, especialmente en sistemas de cultivo que requieren elevadas aplicaciones de nitrógeno.

La estrecha relación entre las leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrógeno se debe a que esta asociación puede aportar de manera natural nutrientes nitrogenados al cultivo. Sin embargo, dado que las especies cultivadas pertenecen a la familia de las leguminosas, no siempre es posible lograr una fijación eficaz del nitrógeno como se espera.

¿Qué bacterias permanecen en los nódulos radicales de las leguminosas?

La pregunta es: «¿Qué bacteria ha sido heredada de forma orgánica por las plantas leguminosas para vivir en sus nódulos radiculares, donde facilitan la fijación biológica del nitrógeno?». La respuesta es: un grupo de bacterias llamadas rizobios que han logrado reconocer e infectar a i 

 plantas compatibles de un huésped leguminoso.

El inicio de la asociación implica que las bacterias presentes en el entorno de la raíz responden a las señales químicas emitidas por la planta. En ocasiones, las bacterias logran infectar de manera muy coordinada y se adhieren a los pelos radicales compatibles. El pelo radical se enrolla alrededor de la bacteria, formando una zona de infección; a través de esta zona, las bacterias penetran en el tejido vegetal. Posteriormente, la planta desarrolla nódulos radiculares característicos de las leguminosas, que proporcionan un ambiente controlado en el cual los microorganismos pueden establecerse y crecer, llevando a cabo la fijación biológica del nitrógeno.

Una vez en estos nódulos, las bacterias rizobias pueden obtener carbohidratos y otros nutrientes del tejido vegetal. A su vez, proporcionan a las plantas nitrógeno fijado, el cual puede ser utilizado en la biosíntesis vegetal. Para que la nodulación sea exitosa —y, por ende, para que las bacterias prosperen en el nódulo— no basta con la mera presencia de bacterias en la zona próxima a la raíz; es necesario que se produzcan un reconocimiento eficaz, una infección adecuada, la formación de los nódulos y la continuación de la actividad metabólica dentro del nódulo. Los agricultores pueden evaluar esta relación examinando detenidamente las raíces y analizando la cantidad y la calidad de los nódulos.

¿Qué es la fijación simbiótica del nitrógeno?

Las personas suelen preguntar: ¿cómo fijan el nitrógeno las leguminosas? La respuesta radica en la “relación” biológica entre la leguminosa y los rizobios que habitan en los nódulos. La fijación atmosférica de nitrógeno se encuentra principalmente en forma de N₂ molecular, que es inutilizable para el crecimiento vegetal. Sin embargo, los rizobios producen una enzima llamada nitrogenasa, que transforma el gas N₂ en compuestos nitrogenados reducidos, los cuales ingresan al metabolismo del nitrógeno de la planta. Este proceso requiere una gran cantidad de energía, suministrada de manera indirecta por las plantas a través de la fotosíntesis, que descompone los carbohidratos.

El papel del rizobio en la fijación biológica del nitrógeno es, por lo tanto, muy específico. Este intercambio resulta de gran importancia en los sistemas de cultivo de leguminosas para la preparación de nitrógeno disponible a partir de la atmósfera. La planta aporta carbono y energía al simbionte bacteriano, mientras que las bacterias suministran nitrógeno fijado biológicamente al hospedador. La fijación biológica simbiótica del nitrógeno constituye una asociación natural eficiente entre plantas y microorganismos, basada en un intercambio mutuo. Asimismo, constituye la base de la fijación simbiótica (mutualista) del nitrógeno, de gran relevancia para la nutrición sostenible de los cultivos y la gestión agrícola de los nutrientes.

La importancia de Rhizobium en la fijación del nitrógeno y el ciclo del nitrógeno

El papel del rizobio en la fijación biológica del nitrógeno no se limita únicamente a la planta leguminosa individual; además, los procesos de fijación biológica del nitrógeno atmosférico constituyen un vínculo entre el cultivo y otras actividades del ciclo del nitrógeno en la agricultura. En estado fijo, el N₂ atmosférico se convierte en nitrógeno asimilable por las plantas dentro del sistema planta‑microbio.

En el caso de la producción industrial de fertilizantes, los compuestos reactivos de nitrógeno se obtienen mediante procesos industriales, mientras que, en el caso de la fijación atmosférica del nitrógeno, dichos compuestos se generan a partir de la actividad biológica. Bacterias especializadas presentes en los sistemas leguminosos pueden llevar a cabo este proceso gracias a la enzima nitrogenasa. Es importante señalar esta diferencia, ya que el nitrógeno aportado por la fijación biológica no se produce fuera del sistema de cultivo ni se transporta a la finca en forma de un fertilizante manufacturado.

Por lo tanto, la fijación biológica simbiótica del nitrógeno puede desempeñar un papel en un ciclo de nutrientes cada vez más autosuficiente dentro del sistema agrícola. Los residuos de las leguminosas pueden aportar nitrógeno orgánico al suelo, y un sistema de rotación que incluya leguminosas puede resultar beneficioso para los cultivos posteriores, siempre que se apliquen prácticas de manejo adecuadas. En consecuencia, el papel de las bacterias en el ciclo del nitrógeno es mucho más amplio que la mera colonización de las raíces: los microorganismos participan en transformaciones que influyen en el reciclaje del nitrógeno entre la materia orgánica del suelo, las formas minerales, las plantas y la atmósfera.

¿Cuál es la importancia de los inoculantes de leguminosas para los agricultores?

Los inoculantes de leguminosas resultan especialmente útiles cuando los agricultores no pueden asegurarse de que el suelo albergue poblaciones suficientes y compatibles de bacterias fijadoras de nitrógeno. Esto puede ocurrir en casos en los que una leguminosa no se ha cultivado en un terreno durante varios años, cuando las nuevas bacterias aún no se han establecido ni dispersado en el suelo, o cuando las bacterias naturales del suelo no son eficaces para la leguminosa a sembrar. En estas condiciones, la introducción selectiva del microorganismo adecuado puede aumentar la probabilidad de una nodulación exitosa.

Un inoculante de rizobios suele aplicarse sobre la semilla o en el área de siembra, o cerca de ella, según el sistema y el tipo de inoculante utilizado. El objetivo es establecer una población bacteriana adecuada en las proximidades de las raíces en desarrollo, en el momento en que puede producirse el reconocimiento y la infección entre la planta y el microorganismo. La selección específica para cada cultivo es fundamental, ya que cada leguminosa requiere su correspondiente asociado bacteriano. El hecho de que dos productos pertenezcan a la misma familia no implica que uno de ellos funcione bien en el otro cultivo.

La eficiencia de las bacterias rizobias para la planta en cuestión también se ve afectada por el tratamiento del inoculante antes de su aplicación. Se trata de microorganismos vivos que pueden sobrevivir o no, según los métodos de manipulación y almacenamiento, así como por la duración y las altas temperaturas durante la manipulación o posibles interacciones químicas con los tratamientos de semillas. Por último, las bacterias simbióticas actúan de manera óptima cuando se utilizan en cultivos compatibles y en condiciones de humedad y fertilidad del suelo adecuadas, junto con niveles apropiados de temperatura y pH.

Inoculante de rizobio para soja: ¿qué es necesario saber?

Los productores de plantas pueden evaluar la nodulación una vez que las plántulas han emergido y se han establecido, observando el sistema radicular. Al realizar la siembra, evite arrancar las raíces con demasiada fuerza y tenga cuidado de no desprender los nódulos de la raíz. Los nódulos sanos y activos presentan un color interno rosado o rojo debido a la leghemoglobina y a los procesos activos de fijación biológica del nitrógeno. Realizar un diagnóstico sencillo contando el número de nódulos no es suficiente; la ubicación, el desarrollo y el color interno de los nódulos proporcionan información adicional sobre la eficacia de la fijación biológica.

Así, la elección de inoculante de rizobio para soja Debe determinarse a la luz de las experiencias de campo de años anteriores, los ciclos de rotación, los factores edáficos y el manejo del inoculante. Los inoculantes para leguminosas resultan más beneficiosos cuando proporcionan un inoculante microbiano adecuado y eficaz en condiciones que favorezcan su establecimiento.

¿Cuáles podrían ser los factores implicados en la nodulación de Rhizobium y en la fijación de N2?

Un inoculante no es lo único que se necesita para lograr una fijación simbiótica eficaz del nitrógeno. Factores que van más allá de la luz y la humedad —como el pH y la temperatura del suelo, así como la disponibilidad de nutrientes y el desarrollo del sistema radicular— también pueden influir en la supervivencia bacteriana en el suelo, en la infección y en la formación de nódulos.

Las cepas de bacterias rizobias también pueden diferir en su desempeño en función de su compatibilidad y competitividad entre cepas. La cepa bacteriana debe ser capaz de reconocer el cultivo huésped y establecer una interacción eficaz con él. Los microorganismos introducidos pueden resultar útiles de un campo a otro y, además, pueden competir con los microorganismos nativos ya presentes en el suelo. Por ello, es importante tener en cuenta el historial del cultivo, especialmente al decidir si realizar o no la inoculación, teniendo en cuenta las condiciones locales del suelo.

El papel del rizobio en la fijación biológica de nitrógeno también puede verse influido por el stock de nitrógeno fácilmente disponible en el suelo. En condiciones en las que existe abundante nitrógeno mineral, las leguminosas pueden no estar tan incentivadas a invertir en la fijación biológica de nitrógeno, puesto que ya pueden obtenerlo del suelo. Por ello, cuando el objetivo es favorecer una nodulación productiva, se prefiere aplicar tasas excesivas de nitrógeno en lugar de tasas equilibradas. La interacción entre las leguminosas y las bacterias fijadoras de nitrógeno resulta óptima cuando tanto la raíz como las bacterias, así como el entorno edáfico que las rodea, se apoyan mutuamente, en lugar de que haya un exceso en uno de los componentes o una debilidad en el otro.

¿Cómo ayuda Novobac RHIZON en la gestión de las leguminosas?

El inoculante de rizobios para leguminosas RHIZON de Novobac es un inoculante microbiano para leguminosas destinado a promover asociaciones rizobiales beneficiosas con cultivos eficaces y compatibles. El resultado deseado al utilizar dicho inoculante para un agricultor es aportar al suelo un inoculante que realmente logre una buena colonización radicular, fijación biológica de nitrógeno y producción de nódulos. Por lo tanto, debe considerarse en el contexto de un programa integral de nutrición de los cultivos y manejo del suelo.

Se exige a los agricultores que tengan en cuenta la compatibilidad entre cultivos, el momento de la aplicación, las condiciones de almacenamiento y las siembras al aplicar productos de bacterias fijadoras de nitrógeno del género Rhizobium. Cuando la fertilidad del suelo está gravemente limitada, las raíces están dañadas y/o las condiciones para el establecimiento del cultivo son deficientes, la inoculación resultará ineficaz si se aplica. La adecuada disponibilidad de humedad, la gestión de una fertilidad equilibrada y la evitación de prácticas que afecten la supervivencia de los microorganismos pueden contribuir a crear un entorno óptimo para la asociación entre la planta y el microbio.

El objetivo principal de un inoculante de rizobios es garantizar un buen establecimiento microbiótico, no sustituir una adecuada gestión de la fertilidad del suelo. De igual modo, los inoculantes para leguminosas deben seleccionarse en función del cultivo y de la asociación bacteriana que éste requiera. Si se aplican correctamente como parte de un enfoque integrado de manejo de nutrientes, el inoculante adecuado puede potenciar los procesos biológicos y agronómicos que hacen de las leguminosas herramientas tan importantes en la producción sostenible de cultivos.

Si los agricultores consideran el uso de leguminosas y bacterias fijadoras de nitrógeno, la principal atención deberá centrarse en integrar la inoculación dentro de un sistema productivo integral. El resultado depende de la compatibilidad microbiana con el cultivo, de las prácticas de siembra, de las condiciones del suelo y de una nutrición adecuada. Por consiguiente, todos estos factores favorecen el crecimiento vegetal y contribuyen a la eficiencia en el aprovechamiento de la fijación biológica simbiótica del nitrógeno como fuente de nitrógeno para el desarrollo de los cultivos y para la sostenibilidad del sistema agrícola.

Referencia:

• Smith, R. S. «Formulación y aplicación de inoculantes para leguminosas». Canadian Journal of Microbiology 38.6 (1992): 485-492.
• Albareda, Marta, et al. «Alternativas a la turba como soporte para los inoculantes de rizobios: formulaciones sólidas y líquidas». Soil Biology and Biochemistry 40.11 (2008): 2771-2779.