BIOFERTILIZANTES UNA ALTERNATIVA PARA EL MEJORAMIENTO DE

LA CALIDAD DE SUELOS DE LOS LLANOS ORIENTALES: EL CULTIVO Y

PROMOCIÓN DEL CRECIMIENTO DEL ÁRBOL NATIVO

YOPO (Anadenanthera peregrina) SUPLEMENTADO CON LA BACTERIA

BIOFERTILIZANTE Lysinibacillus sphaericus

AUTOR:

AMANDA NATALIA REY RODRÍGUEZ

DIRECTORA:

Ph.D., JENNY DUSSÁN GARZÓN

PROFESORA ASOCIADA

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

BOGOTA D.C., COLOMBIA

2020

BIOFERTILIZANTES UNA ALTERNATIVA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA

CALIDAD DE SUELOS DE LOS LLANOS ORIENTALES: EL CULTIVO Y

PROMOCIÓN DEL CRECIMIENTO DEL ÁRBOL NATIVO

YOPO (Anadenanthera peregrina) SUPLEMENTADO CON LA BACTERIA

BIOFERTILIZANTE Lysinibacillus sphaericus

AUTOR:

AMANDA NATALIA REY RODRÍGUEZ

DIRECTORA:

Ph.D., JENNY DUSSÁN GARZÓN

PROFESORA ASOCIADA

Monografía presentada como requisito para optar al título de:

Microbióloga

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

BOGOTA D.C., COLOMBIA

2020

TABLA DE CONTENIDOS

Agradecimientos

Resumen

1. Introducción.............................................................................................................. .....

2. Aplicación de los biofertilizantes en la agricultura .......................................................

3. Relación entre la planta y el organismo promotor del crecimiento ................................

4. Importancia de biofertilizantes en suelos deficientes en nutrientes ...........................

5. Planteamiento del Proyecto “Uso de Lysinibacillus sphaericus como fertilizante en

cultivos de Yopo” ...................................................................................................................

5.1. El cultivo de Yopo ......................................................................................................

5. 2. Descripción del suelo en los Llanos Orientales .........................................................

5.3. Lysinibacillus sphaericus como biofertilizante ..........................................................

6. Metodología………………………………………………………………………………

7. Resultados esperados...........................................................................................................

8. Conclusiones .............................................................................................................. .........

9. Bibliografía .........................................................................................................................

Palabras clave: Biofertilizantes, promoción del crecimiento, calidad de suelos,

Anadenanthera peregrina y Lysinibacillus sphaericus.

Agradecimientos

En primer lugar, quiero agradecer a todo el equipo del Centro de Investigaciones

Microbiológicas (CIMIC) por todo el apoyo brindado durante este proceso. Particularmente

quiero reconocer el esfuerzo y acompañamiento que me ofrecieron mis compañeros Mario

Pérez y Carlos Rodríguez, quienes desde el inicio de este proyecto estuvieron a mi lado al

tanto de cada paso. Asimismo, quiero agradecer a Carolina Páez y Carolina León, por estar

siempre atentas ante mis dudas e inquietudes durante el planteamiento del proyecto de

investigación. En especial, agradezco a mi directora Jenny Dussán, por creer y confiar en mí,

al permitirme ser parte del gran grupo de investigadores que conforman el CIMIC que está

bajo su dirección, por ser una gran maestra y consejera, y dirigir mi proyecto con tanta

paciencia, compresión y disposición.

También debo agradecer los grandes amigos y colegas que me deja esta experiencia y el paso

por la Universidad. Así como a todos los que de una u otra forma me ayudaron a culminar

esta etapa de mi formación profesional. Gracias a Camila Sierra y Harrinson Cortés que

además de ser unos grandes amigos, me ayudaron con sus siempre recibidas opiniones en

cuanto a la elaboración de este documento.

A mi madre le quiero agradecer todos sus esfuerzos ya que sin ellos no sería la persona que

soy hoy. Es mi ejemplo de mujer valiente, fuerte, tenaz y leal. Valoro cada palabra, esfuerzo

y amor incondicional a lo largo de toda mi vida. A mis abuelos y hermanas, agradezco cada

palabra de aliento y apoyo que me han brindado durante todos estos años. Aunque el camino

no haya sido fácil gracias a su amor e incondicionalidad, logré sobrellevar cada altibajo que

se presentó de la mejor manera.

Resumen

La agricultura basada en fertilización química ha traído consigo problemáticas ambientales

como la contaminación de suelos y cuerpos de agua. Los biofertilizantes se basan en la

aplicación de microorganismos vivos con capacidad de suplir nutrientes para el crecimiento

y desarrollo de las plantas incluso de una manera más eficiente que los agroquímicos. Por

tanto, los biofertilizantes son una alternativa prometedora para la fertilización de cultivos en

general. Este trabajo investigativo explica qué son y cómo es la relación de los biofertilizantes

con la planta, como es el caso de Lysinibacillus sphaericus, una bacteria fijadora de

nitrógeno, solubilizadora de fosfatos y productora de fitohormonas. Adicionalmente, se

propone un proyecto con el cultivo de Yopo (Anadenanthera peregrina) en los Llanos

Orientales de Colombia en el que se aplique a L. sphaericus como biofertilizante, el cual

además de optimizar el cultivo de A. peregrina traería consigo un mejoramiento en la calidad

nutricional de suelos bajos en nutrientes como los de la región de la Orinoquía.

1. Introducción

Los biofertilizantes son productos biotecnológicos que contienen microorganismos vivos los

cuales crecen en medios líquidos o sólidos, capaces de incrementar la disponibilidad y

absorción de nutrientes por las plantas. Estos son aplicados a semillas, suelos o superficies

de plantas, colonizando así la rizosfera o el interior de estas promoviendo el crecimiento

vegetal (Vessey, 2003). Los microorganismos que pueden promover el crecimiento de las

plantas son agrupados en bacterias promotoras de crecimiento en plantas y hongos

promotores de crecimiento en plantas, PGPB y PGPF respectivamente (por sus siglas en

ingles), estos organismos pueden encontrarse formando asociaciones simbióticas con las

plantas o de forma libre (Vessey, 2003; Mahanty et. al, 2016). Algunos de los hongos que

han sido reportados como agentes solubilizadores de fosfatos son especies perteneciente a

géneros como Fusarium, Cylindrocarpon y Aspergillus (Posada et. al, 2012; Braz & Nahas,

2012). Sin embargo, estos organismos no son ideales para ser utilizados como

biofertilizantes, debido a que son responsables de importantes patologías en plantas como

pudrición de raíz, cuello y fruto, entre otras. Por su parte, los géneros bacterianos más

comunes que han sido reconocidos como PGPB son: Azotobacter, Rhizobium,

Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Paenibacillus, Azorhizobium, Acetobacter y Bacillus, se ha

reportado que pueden fijar nitrógeno, solubilizar minerales, producir sideróforos, sintetizar

auxinas y formar fitohormonas como ácido indolacético (Mahanty et. al, 2016). Además de

promover el crecimiento, algunos microorganismos también pueden brindar protección

contra fitopatógenos por medio de la producción de diferentes sustancias que pueden inhibir

o evitar la enfermedad (Vessey, 2003; Mahanty et. al, 2016).

Una de las plantas más apreciadas en los Llanos orientales colombianos, debido a sus

propiedades dendroenergéticas es Anadenanthera peregrina, comúnmente conocido como

Yopo, un árbol perteneciente a la familia de las leguminosas (Little & Marrero, 2001). Este

es usado como leña y carbón vegetal, motivo por lo cual en la cultura de los raizales de todos

los Llanos Orientales y específicamente en la gastronomía es muy apetecido (Murgueitio et.

al, 2016). Este árbol al ser nativo de los llanos de la cuenca del Orinoco en Colombia crece

en suelos franco-arcillosos a franco-arenosos y ácidos, a temperaturas medias de 25°C y

pluviosidad anual entre 1500 y 2500mm (Azuero & Useche, 2013). Los suelos de la región

de la Orinoquía se caracterizan por tener una textura franco-arenosa, ser ácidos y carecer de

materia orgánica y minerales esenciales para el crecimiento de las plantas, debido a la

temperatura y la constante precipitación que impiden su acumulación (Martínez, 1998). Por

el contrario, contienen gran cantidad de metales tóxicos para las plantas como hierro, éste

forma óxidos que cubren las raíces impidiendo la entrada de otros iones importantes

(Martínez, 1998).

Teniendo en cuenta lo anterior, este trabajo tiene como objetivo destacar el potencial

beneficio que trae el uso de fertilizantes biológicos en la agricultura. Además, se plantea un

proyecto específico para la implementación de biofertilizantes en cultivos de Yopo, así como

el mejoramiento de la calidad nutricional de suelos pobres como es el caso de los Lanos

Orientales de Colombia.

2. Aplicación de los biofertilizantes en la agricultura

El uso indiscriminado de fertilizantes químicos tiene consecuencias para la salud y el medio

ambiente. En general este tipo de fertilizantes contienen nitrógeno, fósforo y potasio; sin

embargo, pueden contener fracciones de metales pesados y radioisótopos (Loan et. al, 2018;

Lu et. al, 2015). El aumento en la concentración de metales pesados y fosfatos, así como de

nitratos contaminan cuerpos de agua superficiales y subterráneas por medio de drenaje,

lixiviación y/o flujo (Criss & Davisson, 2004; Farhadinejad et. al, 2014). A su vez las

fracciones de metales pesados como cadmio se acumulan en los suelos donde las plantas son

capaces de captarlos realizando así un proceso de fitorremediación (Lombi et. al, 2001). Esto

último, es un problema en cultivos agrícolas alimentarios pues estos elementos tóxicos

pueden llegar incluso al producto final, llegando de esta manera al cuerpo humano. Entre los

riesgos para la salud que pueden generar los fertilizantes químicos se encuentra el cáncer y

la metahemoglobinemia en bebés, el primero es debido a que las altas concentraciones de

nitratos en el cuerpo que llevan a la formación de nitrosaminas altamente cancerígenas

(Farhadinejad et. al, 2014). No obstante, no solo la salud humana puede verse afectada, sino

también la fauna que tiene contacto con los ambientes contaminados por actividades

antropogénicas.

Por otro lado, los fertilizantes biológicos están compuestos de microorganismos que

intervienen directa o indirectamente en el desarrollo y crecimiento vegetal, por medio de

diferentes formas como: aumento en la biodisponibilidad de nutrientes, crecimiento radicular

o inhibiendo la acción de fitopatógenos (Afanador, 2017). Entre las formas de aumento en la

disponibilidad de nutrientes se encuentra la fijación biológica de nitrógeno, solubilización de

fosfatos, potasio, zinc y otros minerales esenciales. El estudio realizado por Adesemoye y

colaboradores (2009) muestra el efecto sinérgico de rizobacterias promotores de crecimiento

de plantas (PGPR) con el uso de fertilizantes químicos en menores proporciones. Los

resultados mostraron que estos microorganismos tienen un efecto igual o superior al que

brindan los agroquímicos. Por lo tanto, se podría evitar el uso excesivo de estos químicos,

reduciendo así el impacto nocivo para la salud y el medio ambiente. No obstante, es claro

que lo ideal sería llegar al punto de hacer uso exclusivo de fertilizantes biológicos.

El nitrógeno es uno de los elementos más importantes para el crecimiento vegetal, sin

embargo, este no puede ser usado por las plantas hasta que no es transformado a formas

químicas en que puedan asimilarlo. La fijación biológica del nitrógeno (BNF por sus siglas

en inglés), es un proceso único de bacterias y arqueas que contienen el complejo enzimático

nitrogenasa, por medio del cual son capaces de transformar el nitrógeno atmosférico en

amonio (Pérez, Bolívar & Díaz, 2018; Mahanty et. al, 2016). La BNF es un proceso muy

sensible al oxígeno, por lo que los microorganismos han desarrollado diferentes mecanismos

como el desacoplamiento espacial (compartimentación o formación de células

especializadas), desacoplamiento temporal, consumo rápido del O2, o maximización de la

síntesis de nitrógeno y recambio (Stein & Klotz, 2016).

En cuanto al fósforo, aunque es un elemento que se encuentra en grandes cantidades debido

a que se tiene como reserva principal la corteza terrestre, la única forma en que pude ser

asimilado por las plantas es en sus formas solubles, ortofosfatos, los cuales son el fosfato

monobásico y fosfato dibásico (Mahanty et. al, 2016; Vessey, 2003). El proceso de

solubilización de este elemento se produce por la acción de ácido orgánicos sintetizados por

rizobacterias como el ácido glucónico y cítrico, los grupos hidroxilo y carboxilo de estos

ácidos, los cuales quelan los cationes unidos al fosfato convirtiéndolo de esta manera a su

forma soluble (Pandey et. al, 2019).

Teniendo en cuenta que la industrialización ha aumentado la contaminación por metales

pesados en los suelos y que el uso de agroquímicos agrava la situación, se ha reportado que

los biofertilizantes pueden ser agentes biorremediadores de metales pesados. Entre los

mecanismos de biorremediación de metales esta la biosorción por medio de la acumulación

extra o intracelular o precipitación de los metales (Ahalya, Ramachandra & Kanamadi, 2003;

Dary et. al, 2010), otro mecanismo es la producción de aminociclopropano-1-carboxilato

(ACC) desaminasa que regula los niveles de etileno, el cual es un componente que induce

estrés en la planta al encontrarse en un ambiente con alta concentración de metales pesados

(Mahanty et. al, 2016).

En vista de lo anterior, los biofertilizantes constituyen una alternativa para el desarrollo de

una agricultura sustentable. Pues además de ofrecer los mismos beneficios de los fertilizantes

químicos a las plantas, son amigables con el medio ambiente ya que estos no generan

contaminación a suelos ni cuerpos de agua. Por tanto, no habrá repercusiones para la salud

de humanos y animales, siempre y cuando se haga uso de los microorganismos adecuados

para tal fin.

3. Relación entre la planta y el organismo promotor de crecimiento

Las interacciones entre las PGPR y la planta son importantes debido a que aseguran una

mejora en la disponibilidad de nutrientes para esta última. Los organismos promotores de

crecimiento pueden estar presentes formando asociaciones con su planta hospedera o ser de

vida libre. Entre PGPR se encuentran los géneros Azotobacter, Acetobacter, Azospirillum,

Cyanobacteria de vida libre y Rhizobium y Bradyrhizobium como simbiontes (Afanador,

2017). Estos dos tipos de relaciones son establecidas y reguladas por una serie de reacciones

químicas y físicas. Las plantas modifican las propiedades físicas y químicas de la rizosfera,

estos cambios pueden afectar el establecimiento de una relación con las PGPR (Vessey,

2003). Entre los compuestos liberados por el sistema radicular de las plantas se encuentra los

de bajo peso molecular (azúcares, aminoácidos y metabolitos secundarios), los de alto peso

molecular (mucílago y proteínas) y volátiles (alcoholes y aldehídos) (Ortíz et. al, 2009).

Las PGPR a través de diversos procesos puede incrementar la productividad y crecimiento

de las plantas. Estos procesos incluyen la producción de fitohormonas como las auxinas y

citoquininas, involucradas en el desarrollo de raíces y brotes, así como del dominio apical

(Ortíz, et. al, 2009). La producción de las moléculas anteriormente descritas se da

principalmente en los brotes jóvenes y las raíces, y depende de las condiciones ambientales

y de la etapa de desarrollo de la planta (Ortíz, et. al, 2009). Varias rizobacterias producen

auxinas como el ácido indolacético (IAA) y el ácido indolburítico (IBA) (Ortíz, et. al, 2009).

El IAA es una de las más comúnmente producidas, es un importante inductor del crecimiento

vegetal controlando procesos fisiológicos como la elongación, división y diferenciación

celular, fototropismo, estimulación de la germinación y aumenta la tasa de desarrollo de

xilema y la raíz (Vega et. al, 2016; Mahanty et. al, 2016; Vessey, 2003).

Las plantas en condiciones de estrés debido a una baja disponibilidad de nutrientes como el

fosfato aumentan la producción de ácidos orgánicos, los cuales son señales de atracción o

fuentes de carbono para los microorganismos (Ortíz et. al, 2009). Paralelamente, las PGPR

también ofrecen grandes beneficios a las plantas como la protección mediante la supresión

de fitopatógenos, esto último se conoce como resistencia sistémica inducida (ISR) (Mahanty

et. al, 2016). Esta resistencia es inducida por la producción de diferentes compuestos como

ácido cianhídrico, lipopolisacáridos, sideróforos y sustancias volátiles (Pandey et. al, 2019;

Mahanty et. al, 2016). Estos mecanismos favorecen indirectamente el incremento en la

productividad y crecimiento de las plantas.

4. Importancia de los biofertilizantes en suelos deficientes en nutrientes

Como se ha dicho anteriormente, los biofertilizantes traen consigo muchos beneficios para

la biodisponibilidad de nutrientes para las plantas. Es claro que la calidad de los suelos está

directamente relacionada con la diversidad de microorganismos, así como con los procesos

microbianos que tienen lugar en él. En este sentido, es indispensable aumentar la calidad

nutricional de suelos naturalmente deficientes, ya que se podría explotar aún más la

producción agrícola de las plantas que son capaces de resistir a esas condiciones nativas del

suelo o incluso llegar a cosechar otros productos que, con las condiciones propias del suelo,

no se desarrollarían. El aumento en las concentraciones de nitrógeno y fósforo son factores

importantes para los cultivos, de tal forma que los biofertilizantes son capaces de incrementar

estos nutrientes e incluso suministrar otros como zinc, potasio y magnesio (Lata & Surendra,

2019). Un estudio realizado por Aguirre, Santana & Dussán (2019) reportó un aumento en

las concentraciones de amonio, nitratos y fosfato, así como la producción de ácido

indolacético en la replantación de un suelo afectado por un incendio forestal. Es fundamental

tener presente que las altas temperaturas afectan las propiedades físicas (porosidad y la

estabilidad de agregados), químicas (reducción en la disponibilidad de nutrientes, debido a

la volatilización de nitrógeno y fósforo) y biológicas (reducción de la diversidad microbiana,

en términos de riqueza y abundancia, esta abundancia referida como cantidad de biomasa

microbiana que compone el suelo). Este último factor puede tener consecuencias y llevar a

la esterilización de los suelos debido a una erradicación total de las poblaciones microbianas

que en él habitan (Aguirre, Santana & Dussán, 2019). Estudios como estos muestra el gran

potencial que tiene las PGPR en la recuperación de la calidad nutricional de suelos

impactados negativamente, así como la de suelos intrínsecamente deficientes.

5. Planteamiento del Proyecto “Uso de fertilizante biológico en el cultivo de Yopo”

La presente investigación pretende plantear un proyecto en el cual se haga uso de

Lysinibacillus sphaericus, una bacteria promotora del crecimiento en plantas para ser

implementada en cultivos de Yopo en los Llanos Orientales colombianos. En primer lugar,

se hablará de la importancia de este cultivo, seguido se hará una descripción general de las

características de los suelos de la Orinoquía colombiana. Finalmente, se expone el potencial

que posee L. sphaericus como biofertilizante.

5.1. El cultivo de Yopo

Anadenanthera peregrina comúnmente conocido como Yopo, es un árbol

perteneciente a la familia Leguminosae, subfamilia Mimosaceae, se distribuye en

Suramérica y las Antillas. Se caracteriza por poseer hojas bipinnadas, flores de color

amarillo a blanco pequeñas que se disponen en racimos (Little & Marrero, 2001). Esta

especie al ser nativa de la Orinoquia colombiana es capaz de crecer en suelos franco-

arcillosos a franco-arenosos y ácidos, a temperaturas medias de 25°C y pluviosidad

anual entre 1500 y 2500mm (Azuero & Useche, 2013). Requiere suelos franco-

arcillosos a franco-arenosos y soporta suelos ácidos a neutros. Prefiere los suelos

profundos y bien drenados; tolera las inundaciones temporales y la salinidad, y crece

bien en zonas aluviales (Murgueitio et. al, 2016).

A. peregrina es usada como carbón vegetal, leña y madera, esto último gracias a que

tiene gran densidad, resistencia y durabilidad es empleada en la elaboración de pisos

y tienen un gran valor decorativo (Mota et. al, 2017). Además, su corteza contiene un

alto contenido de tanino usado mucho en la industria de las curtiembres y tintura,

especialmente para tratar las pieles de animales en el proceso de elaboración de cueros

(Mota et al, 2017; Little & Marrero, 2001). Por otro lado, las semillas de Yopo son

usadas en rituales religiosos por diferentes comunidades amerindias, debido a que

estas contienen alcaloides y otros metabolitos con efectos narcóticos (Altschul, 1972).

También, es usado en medicina tradicional para tratar infecciones respiratorias y

gastrointestinales, esto ha generado interés en el estudio de su potencial medicinal

(Mota et al, 2017; Little & Marrero, 2001). Entre otros usos dados al Yopo se

encuentra la elaboración de cercas vivas o barreras rompevientos en sistemas

silvopastoriles y agroforestales para la protección de cuencas o de manera ornamental

(Azuero & Useche, 2013).

El Yopo es muy apreciado por sus propiedades dendroenergéticas como leña y carbón

vegetal, debido a que conserva muy bien el calor por lo que es empleado en los

asaderos de carne en los Llanos orientales de Colombia pues, según expertos es el

Yopo quien le da la textura, color y sabor a la tradicional Mamona (Murgueitio et. al,

2016; Moreno, 2009). Además, A. peregrina al ser incinerado no genera humo, esta

característica trae beneficios tanto ecológicos como para la salud de quienes lo

consumen. Sin embargo, en el 2009 la alta demanda produjo una reducción

significativa en la población de esta especie, lo que por poco genera el cierre de 180

asaderos en el Meta (Moreno, 2009). La deforestación de esta especie puede llegar a

afectar la gastronomía tradicional, así como las fuentes hídricas de la región ya que

este sirve como protector de cuencas. Por lo anterior, la Corporación para el

Desarrollo Sostenible del Área de Manejo Especial la Macarena (Cormacarena) junto

a otras entidades ambientales realizaron la reforestación de varias hectáreas de Yopo,

todo con el fin de preservar reservas forestales fundamentales para abastecer de agua

a los habitantes de la zona y a su vez controlar el consumo de esta madera en asaderos

y restaurantes (Moreno, 2009).

5.2. Descripción del suelo en los Llanos Orientales

Los suelos de los Llanos Orientales se caracterizan por tener una textura franco-

arenosa, ser altamente ácidos con pH menores a 5,5 y baja capacidad de intercambio

catiónico (CIC) (Rivera & Amézquita, 2013). Asimismo, carecen de materia orgánica

debido a que la temperatura y la constante precipitación de la región impiden su

acumulación y poseen una fertilidad química baja (Rivera & Amézquita, 2013;

Martínez, 1998). Los suelos de la sabana de los Llanos Orientales son pobres en

nutrientes como calcio, magnesio, potasio, boro y zinc, todos estos cationes son

fundamentales en diversos procesos enzimáticos esenciales para la planta (Martínez,

1998). El fósforo, un elemento esencial en el crecimiento vegetal, es escaso en estos

suelos ya que forma complejos con otros elementos presentes en el suelo, esto impide

la asimilación de este elemento por parte de las plantas (Martínez, 1998). Por el

contrario, metales como el cobre y el aluminio se encuentran en cantidades medias,

este último puede llegar a ser tóxico para las plantas, además de inmovilizar el fósforo

puede impedir la absorción de otros cationes importantes para la planta. Por su parte,

el hierro también tóxico para las plantas debido a la formación óxidos de hierro que

cubren las raíces impidiendo la entrada de iones importantes, se encuentra en mayor

proporción (Martínez, 1998).

El sellamiento y encostramiento superficial hacen parte de los problemas físicos que

poseen los suelos de los Llanos Orientales, estos disminuyen drásticamente la

velocidad de infiltración del agua causando que estos suelos no tengan capacidad de

almacenamiento hídrico, además favorecen la producción de escorrentía provocando

suelos secos (Rivera & Amézquita, 2013). Asimismo, poseen alta densidad aparente,

endurecimiento del suelo durante temporadas de sequía y compactación, esta última

se debe a la aplicación de presiones en el suelo alterando las propiedades volumétricas

del suelo (Blanco-Sepúlveda, 2009). Lo anterior, afecta el crecimiento y desarrollo

de las plantas ya que disminuye la obtención de nutrientes, intercambio hídrico y

aireación (Cueto et al, 2009). A su vez, presenta un bajo espesor en el horizonte A, el

cual se caracteriza por ser rico en materia orgánica, así como una alta susceptibilidad

a la erosión y baja estabilidad estructural (Rivera & Amézquita, 2013).

5.3. Lysinibacillus sphaericus como biofertilizante

Lysinibacillus sphaericus es un bacilo esporulado gram positivo, conocido por su

actividad larvicida y tolerancia a metales pesados (Lozano & Dussán, 2002;

Velásquez & Dussán, 2009). Además, es una bacteria fijadora de nitrógeno,

nitrificante, productora e inductora de la producción de fitohormonas como ácido

salicílico y ácido indolacético lo que mejora diversos factores en las plantas (Martínez

& Dussán, 2017). Asimismo, este microorganismo expresa y sintetiza una serie de

enzimas de importancia en la solubilización del fósforo orgánico e inorgánico

acomplejado a metales como aluminio, así los radicales ortofosfatos formados son

asimilables con una alta eficiencia por las plantas (Fig. 1) (Aguirre, Santana &

Dussán, 2019). La disponibilidad de elementos como el nitrógeno y fósforo son

determinantes en el crecimiento de las plantas; ya que, el primero es esencial para la

fertilidad del suelo y el segundo favorece la formación de semillas, el desarrollo

radicular y la maduración de los cultivos (Rincón & Gutiérrez, 2012). Se ha reportado

que L. sphaericus genera un aumento en la longitud del brote, longitud de la raíz, área

foliar y número de hojas en plantas de Canavalia ensiformis (Martínez & Dussán,

2017), por lo que es considerada una bacteria promotora del crecimiento de plantas.

Figura 1. Mecanismos de Lysinibacillus sphaericus para la promoción del

crecimiento de plantas.

Adicionalmente, los estudios de Pérez et al, 2019, mostraron la gran capacidad que

tiene L. sphaericus como potenciador de nutrientes, promotor del crecimiento

vegetal, y degradador por la vía C-P liasa del herbicida Glifosato en cultivo de papa

criolla en la Sabana de Bogotá. Esta bacteria eco-amigable juega un papel importante

en la recuperación de suelos pobres en nutrientes ya que aumenta los niveles de

fósforo libre y nitrógeno, así como la producción de ácido indolacético promoviendo

de esta forma el crecimiento vegetal en cultivos de Alnus acumminnata var

acumminnata (Aguirre, Santana & Dussán, 2019). Por otro lado, se ha encontrado a

L. sphaericus como endófito en cultivos de arroz cumpliendo funciones como fijador

de nitrógeno, productor de fitohormonas (ácido indolacético y ácido giberélico) y

citoquininas (Shabanamol et al, 2018). Además, se ha evaluado su gran potencial

como controlador biológico de hongos fitopatógenos gracias a su capacidad de

producir sideróforos, ácido cianhídrico y enzimas hidrolíticas, las cuales causan

daños en la estructura fúngica (Naureen et al, 2017). El estudio realizado por

Shabanamol et al (2018) reportó una inhibición del 72.43% en el crecimiento de

Rhizoctonia solani en presencia de L. sphaericus con respecto al control, se

observaron daños en la estructura hifal como engrosamiento de la pared y

deformaciones en las hifas próximas a la bacteria en comparación al control, en el

que las hifas tenían una apariencia normal. Lo anterior no solo confirma el gran

potencial que tiene L. sphaericus como biofertilizante sino también como controlador

de agentes infecciosos importantes en cultivos como el arroz.

6. Metodología

6.1. Análisis del área de estudio

Se tomaría una muestra de 2 kg de tierra; 1kg de esta se dispondrá para el análisis

fisicoquímico del suelo. Con el kg restante se realizará el análisis microbiológico del

suelo, se tomarán 100g y mezclarán con 100mL de agua destilada estéril en un

Erlenmeyer, este se lleva a 100 rpm a 30°C durante 1hora, se decantar por

aproximadamente 30 minutos. Se realizarán diluciones seriadas de la muestra, que

posteriormente serán sembradas en PCA a 30°C por 24h. Para la determinación de

microorganismos esporulados se llevará a cabo por choque térmico a 90°C durante

20 min.

6.2. Tratamiento de semillas y plántulas de A. peregrina

Algunas semillas de A. peregrina serán impregnadas con L. sphaericus (SL) a un

título de 109 UFC/mL. Las semillas serán dispuestas en semilleros con turba para

iniciar el proceso de germinación. Una parte de las plántulas provenientes de las

semillas no impregnadas se les aplica la bacteria (PL) a la misma concentración a la

que se impregnarán las semillas, las restantes serán usadas como control (C).

6.3. Determinación de Nutrientes y Título bacteriano

Se tomará 40g de cada tratamiento para la medición de amonio, nitratos y fosfatos

haciendo uso de kits comerciales Merck Test refs. 114752 (0.010–3.00 mg/L NH4),

109713 (0.4–110.7 mg/L NO3) y 114848 (0.0057–11.46 mg/L PO4),

respectivamente. El titulo bacteriano se determinará cada 20 días durante los primeros

meses del cultivo, se realizarán diluciones seriadas y siembra en Agar Nutritivo a

30°C por 24h. El título de esporas se determinará por choque térmico (90°C por 20

min).

6.4. Producción de Ácido Indolacético y Promoción del crecimiento de la planta

La determinación de la producción de ácido indolacético (AIA) se implementará

siguiendo el protocolo de Sarwar et al. No se adicionará triptófano debido a que L.

sphaericus tiene el operón triptófano y es capaz de producir AIA in vitro sin la adición

del triptófano en el medio. La producción de AIA será determinada en un primer

tamizaje cualitativo usando el reactivo de Salkowski, donde un viraje rosado es

positivo para la producción de esta auxina. La medición cuantitativa se realizará por

espectrofotometría a 530nm. En cuanto al crecimiento se evaluará el porcentaje de

germinación, longitud del brote, longitud de la raíz, área foliar, masa de la raíz y peso

seco. Estos parámetros serán medidos para todos los individuos a los 30, 60 y 90 días.

7. Resultados esperados

Basados en los resultados obtenidos por Aguirre, Santana & Dussán (2019) se espera un

aumento en la concentración de amonio, nitratos y fosfatos en los tratamientos a los que se

aplicará L. sphaericus. En la figura 2 se observa un aumento significativo en la concentración

de diferentes nutrientes en los tratamientos que contienen a Lysinibacillus sphaericus con

respecto al control.

Figura 2. Concentración de nutrientes. Amonio (A), Nitratos (B) y Fósforo (C). SL

y PL corresponden a los tratamientos con Lysinibacillus y C al control. Adaptado de

Lysinibacillus sphaericus as a Nutrient Enhancer during Fire-Impacted Soil

Replantation (Aguirre, Santana & Dussán, 2019).

Los resultados esperados para las concentraciones de amonio y nitratos son respaldados por

el estudio de Aguirre, Santana & Dussán (2019), el cual mostró la capacidad de L. sphaericus

de fijar nitrógeno atmosférico y convertirlo en formas más asimilables para las plantas como

amonio y nitrato. De igual manera, el estudio realizado por Martínez & Dussán (2017) apoya

estos resultados, ya que este también encontró un aumento significativo de los nitratos en el

suelo de estudio 60 días después de haber iniciado la investigación. Por su parte, para la

concentración de fosfatos se espera un aumento considerable en los tratamientos con

presencia de L. sphaericus (Fig. 2), Aguirre, Santana & Dussán (2019), obtuvieron una

concentración de fósforo libre en todos los tratamientos con diferencias significativas en el

tiempo de estudio. Sin embargo, los tratamientos que contaban con la presencia de L.

sphaericus tuvieron una mayor concentración de este nutriente, los autores sugieren que este

aumento está relacionado con un aumento del título bacteriano en estos dos tratamientos (Fig.

3). Teniendo en cuenta el papel que cumple L. sphaericus en la solubilización de este

nutriente, gracias a la síntesis de ácidos orgánicos que acidifican el medio generando la

liberación del fósforo en formas solubles y disponibles para que las plantas lo adsorban

(Aguirre, Santana & Dussán, 2019). El aumento de todos estos nutrientes en el suelo no solo

traería beneficios para el Yopo (en este caso particular) sino para la salud del suelo, ya que

los suelos de los Llanos Orientales tienen un déficit nutricional.

Figura 3. Título bacteriano por tratamiento. GB y B corresponden a los tratamientos

con Lysinibacillus sphaericus, G al tratamiento sin adición del microorganismo y C

al control. Tomado de Lysinibacillus sphaericus as a Nutrient Enhancer during Fire-

Impacted Soil Replantation (Aguirre, Santana & Dussán, 2019).

En cuanto a la producción de ácido indolacético esta también tuvo aumentos significativos a

la semana 9 y 12 del estudio en comparación de los tratamientos en los que la bacteria estaba

ausente (Fig. 4). La producción de esta auxina estimula el crecimiento de diferentes

parámetros en la planta (Fig. 5) como la longitud del brote y la raíz, así como el aumento en

el número de hojas y el área foliar.

Figura 4. Producción de Ácido Indolacético. GB y B corresponden a los

tratamientos con Lysinibacillus sphaericus, G al tratamiento sin adición del

microorganismo y C al control. Tomado de Lysinibacillus sphaericus as a Nutrient

Enhancer during Fire-Impacted Soil Replantation (Aguirre, Santana & Dussán,

2019)

Todos los parámetros de crecimiento vegetal medidos en el estudio de Martínez & Dussán

(2017) mostraron diferencias significativas respecto al control en plantas de Canavalia

ensiformis (Fig. 5). Este mismo comportamiento se espera en las plantas de Yopo en donde

el crecimiento significativo de la raíz permita una mayor captación de nutrientes, los cuales

estarán más disponibles gracias a la acción de L. sphaericus (Fig. 6). Asimismo, la mayor

producción de fitohormonas que promueven el crecimiento vegetal trae consigo un mayor

número de hojas, así como una mayor área foliar optimizando de esta forma cultivos tan

importantes, pero poco estudiados como el de Yopo.

Figura 5. Parámetros de crecimiento de la planta Canavalia ensiformis. Longitud de

la raíz y el brote (A), número de hojas (B) y área foliar (C). Tomado de

Lysinibacillus sphaericus plant growth promoter bacteria and lead phytoremediation

enhancer with Canavalia ensiformis (Martínez & Dussán, 2017).

Figura 6. Promoción del crecimiento de A. peregrina gracias a la adición de

Lysinibacillus sphaericus.

8. Conclusiones

Los biofertilizantes constituyen una alternativa con grandes ventajas sobre los fertilizantes

químicos no solo por ser un producto biotecnológico amigable con el medio ambiente, sino

por la promoción de crecimiento en las plantas. Esto último puede ser directamente por medio

del aumento en la biodisponibilidad de nutrientes para la absorción de la planta, e

indirectamente gracias a mecanismos que estimulan la resistencia sistémica inducida en las

plantas e inhiben la acción de fitopatógenos. L. sphaericus es una bacteria considerada como

promotora del crecimiento en plantas, es capaz de ampliar la disponibilidad de nutrientes

como amonio, nitratos y fosfatos en formas asimilables para las plantas. Esta bacteria también

estimula y produce fitohormonas que promueven el crecimiento radicular, foliar, entre otros

parámetros importantes en el crecimiento vegetal.

El Yopo, aunque es un árbol muy apreciado en los Llanos Orientales carece de estudios, por

tanto, el proyecto que se plantea en el presente documento traería consigo una optimización

de cultivos maderables de gran valor como el mencionado anteriormente, gracias a la

implementación de biofertilizantes como L. sphaericus. De igual manera, mejoraría la

calidad nutricional de los suelos de la Orinoquía Colombiana, teniendo en cuenta que estos

se caracterizan por poseer una baja fertilidad química.

9. Bibliografía

Adesemoye, A. O., Torbert, H. A., & Kloepper, J. W. (2009). Plant growth-promoting

rhizobacteria allow reduced application rates of chemical fertilizers. Microbial

Ecology, 58(4), 921-929.

Afanador, L. N. (2017). Biofertilizers: concepts, benefits and its application in

Colombia. Ingeciencia, 2(1), 65-76.

Aguirre-Monroy, A. M., Santana-Martínez, J. C., & Dussán, J. (2019). Lysinibacillus

sphaericus as a Nutrient Enhancer during Fire-Impacted Soil Replantation. Applied and

Environmental Soil Science, 2019, 1-8.

Ahalya, N., Ramachandra, T. V., & Kanamadi, R. D. (2003). Biosorption of heavy

metals. Research Journal of Chemistry and Environment, 7(4), 71-79.

Altschul, S. (1972). The genus Anadenanthera in amerindian cultures. Cambridge: Botanical

Museum, Harvard University,1-71.

Azuero Ramirez, S. A., & Useche Triviño, F. (2013). YOPO (Anadenanthera peregrina),

ACACIA (Acacia mangium Wild) y MELINA (Melina arborea) tres especies arbóreas

propicias para los sistemas silvopastoriles en el piedemonte llanero. Universidad Abierta y a

Distancia (UNAD), 30-36.

Blanco-Sepúlveda, R. (2009). La relación entre la densidad aparente y la resistencia mecánica

como indicadores de la compactación del suelo. Agrociencia, 43(3), 231-239.

Braz, R. R., & Nahas, E. (2012). Synergistic action of both Aspergillus niger and

Burkholderia cepacea in co-culture increases phosphate solubilization in growth

medium. FEMS Microbiology Letters, 332(1), 84-90.

Criss, R., Davisson, M. (2004). Fertilizers, water quality and human health. Environmental

Health Perspectives, 112(10): A536–A536.

Cueto, O. G., Coronel, C. E. I., & Suárez, M. H. (2009). Análisis de los factores que provocan

compactación del suelo agrícola. Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 18(2), 57-63.

Dary, M., Chamber-Pérez, M. A., Palomares, A. J., & Pajuelo, E. (2010). “In situ”

phytostabilisation of heavy metal polluted soils using Lupinus luteus inoculated with metal

resistant plant-growth promoting rhizobacteria. Journal of Hazardous Materials, 177(1-3),

323-330.

Farhadinejad, T., Khakzad, A., Jafari, M., Shoaee, Z., Khosrotehrani, K., Nobari, R., &

Shahrokhi, V. (2014). The study of environmental effects of chemical fertilizers and domestic

sewage on water quality of Taft region, Central Iran. Arabian Journal of Geosciences, 7(1),

221-229.

Lata, R., & Gond, S. K. (2019). Plant growth-promoting microbes for abiotic stress tolerance

in plants. In Role of Plant Growth Promoting Microorganisms in Sustainable Agriculture

and Nanotechnology, (pp. 89-105). Ed. Woodhead Publishing-Elsevier.

Little, E. L., Wadsworth, F. H., & Marrero, J. (2001). Árboles comunes de Puerto Rico y Las

Islas Vírgenes. En Árboles comunes de Puerto Rico y Las Islas Vírgenes (pp. 167-169).

Editorial de la Universidad de Puerto Rico.

Loan, T. T. H., Ba, V. N., Bang, N. V. T., Thy, T. H. N., Hong, H. T. Y., & Huy, N. Q.

(2018). Natural radioactivity and radiological health hazard assessment of chemical

fertilizers in Viet Nam. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, 316(1), 111-117.

Lombi, E., Zhao, F. J., Dunham, S. J., & McGrath, S. P. (2001). Phytoremediation of heavy

metal–contaminated soils. Journal of Environmental Quality, 30(6), 1919-1926.

Lozano, L. C., & Dussán, J. (2002). Diferenciación de aislamientos colombianos de Bacillus

sphaericus. Actualidades Biológicas, 24(77), 113-121.

Lu, Y., Song, S., Wang, R., Liu, Z., Meng, J., Sweetman, A. J., Jenkins, A., Ferrier, R. C.,

Hong, L., Luo, W., & Wang, T. (2015). Impacts of soil and water pollution on food safety

and health risks in China. Environment International, 77, 5-15.

Mahanty, T., Bhattacharjee, S., Goswami, M., Bhattacharyya, P., Das, B., Ghosh, A., &

Tribedi, P. (2016). Biofertilizers: A potential approach for sustainable agriculture

development. Environmental Science and Pollution Research International, 24(4), 3315-

3335.

Martínez, A. (1998). El cultivo del plátano en los Llanos Orientales. Manual Instruccional-

Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (Colombia). no. 01.

Martínez, S. A., & Dussán, J. (2017). Lysinibacillus sphaericus plant growth promoter

bacteria and lead phytoremediation enhancer with Canavalia ensiformis. Environmental

Progress & Sustainable Energy, 37(1), 276–282.

Moreno, R. (2009). Se acaba el toque secreto de la mamona. El Espectador,

Articulo impreso 118580. Recuperado de

https://www.elespectador.com/impreso/nacional/articuloimpreso118580-se-acaba-el-toque-

secreto-de-mamona

Mota, G. S., Sartori, C. J., Miranda, I., Quilho, T., Mori, F. A., & Pereira, H. (2017). Bark

anatomy, chemical composition and ethanol-water extract composition of Anadenanthera

peregrina and Anadenanthera colubrina. PloS One, 12(12), 1-14.

Murgueitio, E., Galindo, W., Chará, J., & Uribe, F. (2016). Establecimiento y manejo de

sistemas silvopastoriles intensivos con Leucaena. Editorial CIPAV, Cali, Colombia.

Naureen, Z., Rehman, N. U., Hussain, H., Hussain, J., Gilani, S. A., Al Housni, S. K.,

Mabood, F., Khan, A. L., Farooq, S., Abbas, G., & Harrasi, A. A. (2017). Exploring the

potentials of Lysinibacillus sphaericus ZA9 for plant growth promotion and biocontrol

activities against phytopathogenic fungi. Frontiers in Microbiology, 8, 1477.

Ortíz-Castro, R., Contreras-Cornejo, H. A., Macías-Rodríguez, L., & López-Bucio, J. (2009).

The role of microbial signals in plant growth and development. Plant Signaling &

Behavior, 4(8), 701-712.

Pandey, A., Tripathi, A., Srivastava, P., Choudhary, K. K., & Dikshit, A. (2019). Plant

growth-promoting microorganisms in sustainable agriculture. In Role of Plant Growth

Promoting Microorganisms in Sustainable Agriculture and Nanotechnology (pp. 1-19). Ed.

Woodhead Publishing-Elsevier.

Pérez, L., Bolívar, H., & Díaz, A. Biofertilizantes en Colombia (2018). Universidad Simón

Bolívar (Colombia), 6, 179- 195.

Pérez, M.E., Melo, C., Jiménez, E., & Dussán, J. (2019). Glyphosate Biorremediation

throught the Sarcine Oxidase Pathway Mediated by Lysinibacillus sphaericus in Soils

Cultivated with Patatoes. Agriculture, 9, 217-231.

Posada, R., Sánchez de Prager, M., Sieverding, E., Aguilar Dorantes, K., & Heredia-Abarca,

G. P. (2012). Relaciones entre los hongos filamentosos y solubilizadores de fosfatos con

algunas variables edáficas y el manejo de cafetales. Revista de Biología Tropical, 60(3),

1075-1096.

Rincón, L. E. C., & Gutiérrez, F. A. A. (2012). Dinámica del ciclo del nitrógeno y fósforo en

suelos. Revista Colombiana de Biotecnología, 14(1), 285-295.

Rivera, M., & Amézquita, E. (2013). Caracterización Biofísica de Sistemas en Monocultivo

y en Rotación en Oxisoles de los Llanos Orientales de Colombia. Sistemas Agropastoriles,

69.

Sarwar, M., Arshad, M., Martens, D. A., & Frankenberger, W. T. (1992). Tryptophan-

dependent biosynthesis of auxins in soil. Plant and Soil, 147(2), 207-215.

Shabanamol, S., Divya, K., George, T. K., Rishad, K. S., Sreekumar, T. S., & Jisha, M. S.

(2018). Characterization and in planta nitrogen fixation of plant growth promoting

endophytic diazotrophic Lysinibacillus sphaericus isolated from rice (Oryza

sativa). Physiological and Molecular Plant Pathology, 102, 46-54.

Stein, L. Y., & Klotz, M. G. (2016). The nitrogen cycle. Current Biology, 26(3), R94-R98.

Vega-Celedón, P., Canchignia Martínez, H., González, M., & Seeger, M. (2016).

Biosynthesis of indole-3-acetic acid and plant growth promoting by bacteria. Cultivos

Tropicales, 37, 33-39.

Velásquez, L., & Dussan, J. (2009). Biosorption and bioaccumulation of heavy metals on

dead and living biomass of Bacillus sphaericus. Journal of Hazardous Materials, 167(1-3),

713-716.

Vessey, J. K. (2003). Plant growth promoting rhizobacteria as biofertilizers. Plant and

Soil, 255(2), 571-586.