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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE SONORA
DEPTO. DE BIOTECNOLOGÍA Y CIENCIAS ALIMENTARIAS
TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE
INGENIERA BIOTECNÓLOGA
PRESENTA
MARCIA IVETTE GALAVIZ ALVARADO
CD. OBREGÓN, SONORA. JUNIO DE 2005.
EFECTO DE DIFERENTES DOSIS DE UN BIOPREPARADO A BASE DE LA BACTERIA
Azotobacter chroococcum EN PARÁMETROS FISIOLÓGICOS DE PLANTA JOVEN DE MAÍZ (Zea mays) Y FRIJOL (Phaseolus
vulgaris) BAJO CONDICIONES DE INVERNADERO.
i
DEDICATORIAS A mis PAPÁS, por ser lo más valioso que tengo, por guiarme con pasos firmes y hacer de mí una persona segura para tomar mis decisiones, por brindarme su apoyo incondicional en cada momento de mi vida, por estar siempre conmigo en lo bueno y en lo malo, por que depositaron toda su confianza en mí mil gracias. Este es un regalo para ellos por ser tan buenos padres que Dios los bendiga siempre. A mis HERMANOS, por estar siempre conmigo ante las adversidades, por el gran apoyo que me han dado y por todo lo que hemos compartido juntos. A CARLOS, por ser parte de mi vida, ser una persona comprensiva y brindarme su apoyo en todo momento, por estar conmigo siempre que te necesito, muchas gracias. A mi FAMILIA, por darme su cariño y apoyo en cada etapa de mi vida, gracias.
ii
AGRADECIMIENTOS
A DIOS, por darme la oportunidad de estar en este mundo, por brindarme la salud y la fuerza necesaria para terminar mis estudios, y llegar a este momento tan importante en mi vida. A mis PAPÁS Lupito y Lupita, por darme su apoyo incondicional, por sus consejos y su comprensión, por brindarme las armas necesarias para culminar mis estudios, por transmitirme su fuerza y su confianza para lograr las cosas que me propongo y por estar siempre conmigo. Los quiero mucho. A mis HERMANOS, Cinthya y David, por ser tan buenos hermanos, por compartir muchas experiencias juntos, por su apoyo, gracias, los quiero. A mi NOVIO, Carlos, por su especial cariño y comprensión. Por el apoyo que me brinda siempre al compartir juntos momentos difíciles y gratos; por sus consejos y palabras de aliento cuando las necesito y sobre todo por transmitirme la fuerza para lograr las metas que me propongo en mi superación personal y profesional. Te quiero mucho mi amor. A mi FAMILIA, por ser tan unida y estar siempre al pendiente de mí, por apoyarme en cada momento de mi vida. Por ser tan buenos e inculcarme el valor de superación y lograr ser alguien de bien en esta vida. Muchas gracias. Los quiero mucho. A mi ASESOR DR. MARCO ANTONIO GUTIERREZ CORONADO, por su apoyo, sus consejos, por disponer de su tiempo y compartir sus conocimientos. Por ser una gran persona toda mi admiración y respeto, sinceramente y de todo corazón Muchas Gracias. A mis REVISORES, Lupita Aguilar, Maritza Arellano y Anacleto Félix, por su tiempo y dedicación que mostraron en todo momento. Por sus consejos y sugerencias, por contribuir en mi formación. Gracias. A mis AMIGOS, por ser personas especiales, por brindarme su amistad siempre. Gaby, Ricardo, Liliana, Edgar, Arely, Karina, Lilian, Keche, Bedoy, David, Maricarmen, Mario, por todos los momentos que hemos pasado juntos. Los quiero mucho.
iii
ÍNDICE
Pág. ÍNDICE iii
ÍNDICE DE CUADROS vi
ÍNDICE DE FIGURAS vii
ÍNDICE DE GRÁFICAS viii
RESUMEN x
I. INTRODUCCIÓN 1
1.1 Objetivo 3
1.2 Hipótesis 3
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 4
2.1 MAÍZ 4
2.1.1 Origen 4
2.1.2 Clasificación taxónomica 6
2.1.3 Descripción botánica 7
2.1.4 Valor nutricional 8
2.1.5 Importancia 10
2.1.6 Exigencias edafoclimáticas 12
2.2 FRIJOL 13
2.2.1 Origen 13
2.2.2 Clasificación taxónomica 14
2.2.3 Descripción botánica 14
2.2.4 Valor nutricional 15
2.2.5 Importancia 16
2.2.6 Exigencias edafoclimáticas 19
2.3 La fertilización biológica en una agricultura sostenible. 22
2.4 Género Azotobacter. 24
2.5 Procesos de fijación de nitrógeno. 27
iv
2.6 Producción de sustancias fisiológicamente activas producidas por
Azotobacter sp.
29
2.7 Rhizobac EstimuladorR. 31
III. MATERIALES Y MÉTODOS 33
3.1 Localización del experimento 33
3.2 Diseño experimental 33
3.3 Tratamientos 34
3.4 Fertilización mineral 35
3.5 Variables analizadas 37
3.5.1 Altura de la planta 37
3.5.2 Área foliar 37
3.5.3 Clorofila total 38
3.5.4 Longitud de raíz 38
3.5.5 Peso seco parte aérea 39
3.5.6 Peso seco de raíz 40
3.5.7 Peso volumétrico de raíz 41
3.5.8 Fitotoxicidad 41
IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 43
4.1. Maíz 43
4.1.1 Altura de la planta 43
4.1.2 Área foliar 45
4.1.3 Clorofila total 46
4.1.4 Longitud de raíz 47
4.1.5 Peso seco parte aérea 48
4.1.6 Peso seco de raíz 49
4.1.7 Peso volumétrico de raíz 51
4.1.8 Fitotoxicidad 52
4.2. Frijol 52
4.2.1 Altura de la planta 52
v
4.2.2 Área foliar 54
4.2.3 Clorofila total 55
4.2.4 Longitud de raíz 56
4.2.5 Peso seco parte aérea 57
4.2.6 Peso seco de raíz 58
4.2.7 Peso volumétrico de raíz 59
4.2.8 Fitotoxicidad 60
V. CONCLUSIONES 61
BIBLIOGRAFÍA 62
vi
ÍNDICE DE CUADROS
Pág. 1. Clasificación taxonómica del maíz. 6
2. Composición química de distintos tipos de maíz (100 g). 9
3. Información nutricional por cada 100 g de maíz blanco cocido. 9
4. Taxonomía del frijol. 14
5. Contenido promedio por cada 100 g de frijol. 16
6. Temperaturas críticas para frijol en las distintas fases de desarrollo. 21
7. Géneros de bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre. 25
8. Producción de vitaminas por A. chroococcum I-17. 29
9. Relación de aminoácidos totales producidos por A. chroococcum. 30
10. Producción de sustancias con actividad reguladora del crecimiento por A.
chroococcum I-17.
30
11. Análisis físico y bioquímico de A. chroococcum cepa I-17. 31
12. Composición de solución de macronutrientes. 36
13. Composición de la solución de micronutrientes. 36
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág. 1. Medición de altura de plantas de frijol. 37
2. Integrador de área foliar. 38
3. Spad 502 de Minolta. 38
4. Medición de longitud de raíz. 39
5. Horno con muestras. 39
6. Peso seco parte aérea. 40
7. Secado en horno. 40
8. Balanza analítica. 41
9. Peso volumétrico de raíz. 41
viii
ÍNDICE DE GRÁFICAS
Pág. 1. Efecto de dosis de Azotobacter chroococcum en la altura en plantas
jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 44
2. Efecto de las dosis de Azotobacter chroococcum en la tasa relativa de
crecimiento en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 45
3. Efecto de la aplicación de Azotobacter chroococcum en el área foliar de
plantas de maíz. 46
4. Efecto de dosis de Azotobacter chroococcum en el contenido de clorofila
total en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 47
5. Comportamiento de la aplicación de Azotobacter chroococcum en longitud
de raíz de plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 48
6. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
el peso seco de la parte aérea en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones
de invernadero.
49
7. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
el peso seco de la raíz en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de
invernadero.
50
8. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
el peso volumétrico de raíz de plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de
invernadero.
52
9. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
la altura de plantas de frijol bajo condiciones de invernadero. 53
10. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
la tasa relativa de crecimiento de plantas de frijol bajo condiciones de
invernadero.
54
11. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
el área foliar de plantas de frijol. 55
12. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
el contenido de clorofila total de plantas de frijol. 56
ix
13. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
la longitud de raíz en plantas jóvenes de frijol bajo condiciones de invernadero.
57
14. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
el peso seco de parte aérea de plantas jóvenes de frijol bajo condiciones de
invernadero.
58
15. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en
el peso seco de raíz en plantas jóvenes de frijol bajo condiciones de
invernadero.
59
16. Comportamiento de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter
chroococcum en el peso volumétrico de raíz en plantas jóvenes de frijol bajo
condiciones de invernadero.
60
x
RESUMEN
La fijación biológica del nitrógeno por los biofertilizantes contribuye al desarrollo
agrícola sustentable al ser técnicamente factible, proveer beneficios tangibles,
ambientalmente seguros y culturalmente aceptables; los únicos biofertilizantes
extensamente utilizados a nivel mundial son las bacterias de los géneros Rhizobium
y Bradyrhizobium que establecen la fijación simbiótica de nitrógeno atmosférico en
las leguminosas, sin embargo en Cuba se ha logrado demostrar el efecto
quimiotáxico de distintas cepas de Azotobacter chroococcum frente a los exudados
radicales de cebolla, tomate, yuca y plátano entre otros, que indican una mayor
eficiencia de fijación de nitrógeno además de sintetizar una gran variedad de
sustancias biológicamente activas como auxinas, giberelinas y citocininas entre las
más importantes, que estimulan la fotosíntesis, reducen la transpiración, lo que
favorece el desarrollo vegetal, rendimiento y calidad de los cultivos; por todo lo
anterior se llevó a cabo la siguiente investigación con el objetivo de determinar la
xi
dosis óptima de aplicación de la bacteria en plantas jóvenes de maíz y frijol bajo
condiciones de invernadero.
El ensayo experimental se llevó a cabo en el invernadero del Instituto Tecnológico de
Sonora. Se sembró maíz H-405 y frijol var. Mayocoba el 21 de mayo de 2004, en
vasos de unicel de 400 cc y se mantuvo por seis semanas. Los tratamientos
evaluados comprenden las siguientes dosificaciones de Azotobacter: 15 (T1), 30
(T2), 60 (T3), 120 (T4) y 240 l ha-1 (T5) y un testigo sin aplicación (T6); los
tratamientos se aplicaron en tres ocasiones una vez por semana después de la
aparición de la primera hoja verdadera. Se utilizó una solución nutritiva completa,
aplicándose ésta cada cinco días y los riegos se efectuaron según los requerimientos
del cultivo. El diseño experimental fue completamente al azar con diez repeticiones,
cada unidad experimental consistió en un vaso. Las variables evaluadas fueron: área
foliar y peso seco, longitud, peso volumétrico y peso seco de raíz, tasa relativa de
crecimiento de las plantas (TRC) y clorofila total (Spad 502 de Minolta).
La aplicación de Azotobacter chroococcum afectó de manera positiva en el desarrollo
integral de plantas jóvenes de maíz y frijol. La respuesta encontrada en el caso de
maíz fue seriamente estimulada en todos los parámetros valorados con la aplicación
de Azotobacter, encontrándose diferencias altamente significativas en todos los
casos, siendo el tratamiento 2 el que reportó la mejor respuesta, con un 26% de
incremento en el área foliar, el tratamiento 4 con un 122% para el peso seco de
hojas, con un 14% en longitud, con un 60% para el peso seco y un 2% para peso
volumétrico de raíz en el tratamiento 5.
En el caso de frijol los resultados fueron los siguientes: en área foliar el tratamiento 1
incrementó un 24% esta variable, para el caso de peso seco de hojas, se observó un
incremento del 91% con el tratamiento 3, la longitud y el peso volumétrico de raíz se
vio estimulada en un 5% y 71% respectivamente con el tratamiento 5 y el peso seco
de raíz con un 318% con el tratamiento 4.
1
I. INTRODUCCIÓN
En términos generales la biotecnología estudia el uso de organismos vivos o de
compuestos obtenidos de organismos vivos para contar con productos de valor para
el hombre. Como tal, ha sido utilizada desde los comienzos de la historia en
actividades tales como la preparación del pan y de bebidas alcohólicas o el
mejoramiento de cultivos y de animales domésticos. Históricamente ésta implicaba el
uso de organismos para realizar una tarea o función. Si se acepta esta definición, la
biotecnología ha estado presente por mucho tiempo. Procesos como la producción
de cerveza, vino, queso y yogurt implican el uso de bacterias o levaduras con el fin
de convertir un producto natural en un producto de fermentación más apetecible
(Scriban, 1985).
En general, nuestros sistemas de agricultura dependen en muchos aspectos de las
actividades microbianas. Algunas de las aplicaciones más importantes de la
2
biotecnología vegetal son: resistencia a herbicidas, resistencia a plagas y
enfermedades, mejora de las propiedades organolépticas, resistencia a estrés
abióticos entre otras (Scriban, 1985). Un gran número de cosechas se debe al cultivo
de miembros de un grupo de plantas llamadas leguminosas, que viven en asociación
muy estrecha con bacterias específicas que forman estructuras en sus raíces
llamados nódulos. En estos nódulos radicales, el nitrógeno atmosférico (N2) se
convierte por fijación en compuestos nitrogenados que las plantas utilizan para
crecer. De este modo, las actividades de las bacterias contenidas en los nódulos de
las raíces reducen la necesidad de fertilizantes costosos para plantas (Madigan et al.,
2004).
El manejo de los biofertilizantes en la actualidad ha cobrado bastante auge dentro del
proceso de producción de cultivos de frutales y hortalizas, así como de granos y
oleaginosas, además de plantas aromáticas y especies, ello debido entre otras
causas a la bondad de que éstos repercuten en acciones positivas dentro del
desarrollo vegetal integrado de las plantas (Martínez y Dibut, 1995).
Las legumbres, son importantes nutritiva y económicamente por su presencia en los
alimentos de millones de personas de todo el mundo, ya que contienen proteínas y
son una valiosa fuente de energía. En los países de muy bajos ingresos, las
legumbres contribuyen con el 10 por ciento de las proteínas diarias y al 5 por ciento
del aporte energético de la alimentación de la población.
(http://www.agronegocios.gob.sv/tlc/news/docs/Frijol.pdf)
Hoy en día el maíz es el segundo cultivo del mundo por su producción, después del
trigo, mientras que el arroz ocupa el tercer lugar. Es el primer cereal en rendimiento
de grano por hectárea y es el segundo, después del trigo, en producción total. El
maíz es de gran importancia económica a nivel mundial ya sea como alimento
humano, como alimento para el ganado o como fuente de un gran número de
productos industriales.
(http://www.fao.org/documents/show_cdr.asp?url_file=/DOCREP/003/X7650S/x7650s02.htm)
3
El frijol es una leguminosa con grandes posibilidades para la alimentación humana,
por su doble aprovechamiento (de grano y de vaina) y por su aporte proteíco;
además una parte de su producción se comercializa congelada y en conserva;
aunque debe avanzar a través de la mejora genética y la adecuación de las técnicas
de cultivo.
(http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm)
Por todo lo anterior se llevo a cabo este experimento en el invernadero del Instituto
Tecnológico de Sonora, unidad Náinari; teniendo como objetivo evaluar la influencia
de la dosis de aplicación de un biopreparado de Azotobacter chroococcum sobre el
desarrollo de plantas jóvenes de maíz y frijol, bajo condiciones de invernadero.
1.1 Objetivo Evaluar la influencia de la dosis de aplicación de un biopreparado de Azotobacter
chroococcum sobre el desarrollo de plántulas de maíz y frijol bajo condiciones de
invernadero.
1.2 Hipótesis La aplicación de un biopreparado a base de la bacteria Azotobacter chroococcum en
plantas jóvenes de maíz y frijol estimula el desarrollo inicial de estos cultivos.
4
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1 MAÍZ
2.1.1 Origen.
Aunque se ha dicho y escrito mucho acerca del origen del maíz, todavía hay
discrepancias respecto a los detalles de su origen. Generalmente se considera que el
maíz fue una de las primeras plantas cultivadas por los agricultores hace entre 7 000
y 10 000 años. La evidencia más antigua del maíz como alimento humano proviene
de algunos lugares arqueológicos en México donde algunas pequeñas mazorcas de
maíz estimadas en mas de 5 000 años de antigüedad fueron encontradas en cuevas
de los habitantes primitivos (Wilkes, 1985).
5
La palabra “maíz” proviene de una lengua del Caribe; los españoles tomaron el
vocablo de un dialecto de la isla de Haití, cuyos aborígenes le llamaban “mahiz”. El
maíz o milpa, guarda muchos y grandes secretos sus frutos o granos significan:
moneda, religión, alimento (pan y vino), para grandes y dispersos conglomerados
humanos. Junto con el trigo y el arroz, constituye uno de los recursos naturales
renovables más relevantes en toda la historia de la humanidad; el grano posee
diversas intensidades de colores: blanco, amarillo, rojo, azul, morado, púrpura,
negro, variegado y pinto; una de sus principales ventajas es la amplia plasticidad.
Los botánicos la llaman gramínea o cereal. Los españoles, al principio de la
conquista lo llamaron ”Panizo”. Hasta mediados de 1700, en Europa se le dieron
muchas denominaciones: Panicum, Triticum frumentum, Milium indicum, Frumentum
asiaticum y Triticum indicum. Carlos Linneo lo describió y clasificó como del género
Zea y de la especie mays; los científicos en el mundo lo conocen como Zea mays L.
(Reyes, 1990).
El origen del maíz es, en cierta manera, misterioso, pues como nunca se pudo
encontrar un antecesor salvaje del cual haya podido originarse. El misterio se
acentúa porque no existe ninguna variedad de maíz que sea capaz de sobrevivir por
más de 2 ó 3 generaciones, a no ser que el hombre realice su cultivo. Una parte del
misterio de su origen se aclaró en 1954, cuando Barghoorn y col. (1954) informaron
haber identificado polen de maíz en estratos geológicos de 80,000 años de
antigüedad, en una perforación de 70 m realizada en la ciudad México (Evans, 1983).
En un primer momento, los taxónomos clasificaron los géneros Zea y Euchlaena -al
cual pertenecía el teocintle como dos géneros separados. Actualmente, en base a la
compatibilidad para la hibridación entre esos grupos de plantas y a estudios
citogenéticos, es generalmente aceptado que ambas pertenecen al género Zea
(Reeves y Mangelsdorf, 1942). El teocintle y el Tripsacum son ambos importantes
como posibles fuentes de características deseables para el mejoramiento del maíz.
6
El Tripsacum no tiene un valor económico directo mientras que el teocintle tiene
algún valor como fuente de forraje.
El cultivo tiene una capital importancia en todos los órdenes de la vida humana,
científica, tecnológica, social, económica y política. Su domesticación influyó de
manera determinante en el desarrollo de las culturas, las conquistas y colonizaciones
americanas. Por su gran diversidad de variedades y usos, la planta, grano o cultivo,
ha sido denomina con diversos nombres (Reyes, 1990).
2.1.2 Clasificación taxonómica.
La clasificación taxonómica del maíz, nos indica que pertenece a la familia de las
gramíneas (Cuadro 1).
Cuadro 1. Clasificación taxonómica del maíz.
CATEGORÍA EJEMPLO CARÁCTER DISTINTIVO Reino Vegetal Planta anual División o phylum Tracheophyta Sistema vascular Sub-división Pterapsidae Producción de flores Clase Angiosperma Semilla cubierta Sub-clase Monocotiledóneae Cotiledón único (Escutelum) Orden Graminales Tallos con nudos prominentes Familia Graminae Grano-cereal Tribu Maydeae Flores unisexuales Género Zea Único Especie Mays
Mexicana Perennis
Maíz común Teocintle anual Teocintle perenne
Raza Mas de 300 razas clasificadas; 30 en México
Adaptadas a regiones bien definidas. Ejemplo: Tuxpeño trópico; Chalqueño Mesa Central.
Variedades
Polinización libre V-7; Híbridos H-507
Clima frío; clima caliente húmedo
Líneas puras T2 Interviene en todos los híbridos de clima caliente húmedo de México.
Fuente: Reyes, 1990.
7
2.1.3 Descripción botánica.
A diferencia de los demás cereales, es una especie monoica, lo que significa que sus
inflorescencias, masculina y femenina, se ubican separadas dentro de una misma
planta; esto determina además que su polinización sea fundamentalmente cruzada.
La planta, de maíz presenta un tallo principal, que alcanza la superficie del suelo al
estado de quinta hoja; a partir de la sexta hoja se inicia un rápido crecimiento del tallo
en altura, el que se manifiesta especialmente a través de la elongación de los
internudos inferiores. Al estado de ocho hojas es posible apreciar a simple vista, en
el extremo apical del tallo, los primeros indicios de la panoja.
(http://www.agualtiplano.net/biodiversidad/cultivos/maiz1.htm)
La planta del maíz es de porte robusto de fácil desarrollo y de producción anual.
Semilla: El grano de maíz maduro está compuesto por tres partes principales, la
cubierta de la semilla o pericarpio, el endosperma amiláceo y el embrión (también
llamado germen), que llegará a ser una nueva planta. Cada una de estas partes tiene
una constitución hereditaria distinta: el pericarpio está formado totalmente por tejido
procedente de la planta madre, que produjo la semilla; el endosperma hereda dos
tercios de la planta madre y un tercio del padre, y el embrión recibe una contribución
igual de ambos padres (Aldrich y Leng, 1974).
Tallo: El tallo es simple erecto, de elevada longitud pudiendo alcanzar los 4 m de
altura, es robusto y sin ramificaciones. Por su aspecto recuerda al de una caña, no
presenta entrenudos y si una médula esponjosa si se realiza un corte transversal.
Inflorescencia: El maíz es de inflorescencia monoica con inflorescencia masculina y
femenina separada dentro de la misma planta. En cuanto a la inflorescencia
masculina presenta una panícula (vulgarmente denominadas espigón o penacho) de
coloración amarilla que posee una cantidad muy elevada de polen en el orden de 20
8
a 25 millones de granos de polen. En cada florecilla que compone la panícula se
presentan tres estambres donde se desarrolla el polen. En cambio, la inflorescencia
femenina marca un menor contenido en granos de polen, alrededor de los 800 o
1000 granos y se forman en unas estructuras vegetativas denominadas espádices
que se disponen de forma lateral.
Hojas: Las hojas son largas, de gran tamaño, lanceoladas, alternas, paralelinervias.
Se encuentran abrazadas al tallo y por el haz presenta vellosidades. Los extremos de
las hojas son muy afilados y cortantes.
Raíces: Las raíces son fasciculadas y su misión es la de aportar un perfecto anclaje
a la planta. En algunos casos sobresalen unos nudos de las raíces a nivel del suelo y
suele ocurrir en aquellas raíces secundarias o adventicias.
(http://www.infoagro.com/herbaceos/cereales/maiz.asp)
2.1.4 Valor nutricional. La composición química del grano de maíz es muy compleja. Reducida a un
esquema, contiene alrededor de un 10% de sustancias nitrogenadas; entre el 60 y el
70% de almidón y azúcares; y del 4 al 8% de materias grasas. El resto, hasta las 100
partes, es agua, celulosa, sustancias minerales, etc. (Cuadro 2 y 3).
9
Cuadro 2. Composición química de distintos tipos de maíz (100 g).
Concepto
Maíz blanco
Maíz amarillo
Cacahuacintle1 Energía (Kcal) 350 362 364
Proteínas (g) 8.3 7.9 11.7 Grasas (g) 4.8 4.7 4.7
Carbohidratos (g) 69.6 73 70.8
Calcio (mg) 159 158 159
Hierro (mg) 2.3 2.3 2.2
Tiamina (mg) 0.36 0.34 0.31 Riboflavina (mg) 0.06 0.08 0.24
Niacina (mg) 1.9 1.6 3.1
Cuadro 3. Información nutricional por cada 100 g de maíz blanco cocido.
CONCEPTO
CANTIDAD
Energía 123 cal
Proteínas 4 g
Hidratos de Carbono 25 g
Fibra 3 g
Grasas poliinsaturadas 2.5 g
Potasio 260 mg
Betacaroteno 240 mg
Magnesio 38 mg
Fuente: http://www.enbuenasmanos.com/ARTICULOS/muestra.asp?art=253
10
2.1.5 Importancia. El maíz cultivado es una planta completamente domesticada y el hombre y el maíz
han vivido y han evolucionado juntos desde tiempos remotos. El maíz no crece en
forma salvaje y no puede sobrevivir en la naturaleza, siendo completamente
dependiente de los cuidados del hombre (Wilkes, 1985).
Su importancia reside en su gran productividad, a causa de que puede cultivarse en
una amplia gama de condiciones ambientales. Se siembra, sin regarlo, en regiones
donde sólo llueve 25 cm, hasta otras cuya precipitación pluvial alcanza los 500cm;
también se halla desde el nivel del mar hasta altitudes de 4,000 m en los Andes
(Evans, 1983).
El maíz es una de las especies cultivadas más productivas. Es una planta con una
alta tasa de actividad fotosintética. Considerada individualmente, su tasa de
multiplicación es de 1:600-1000 (Aldritch, Scott y Leng, 1975). El maíz tiene el más
alto potencial para la producción de carbohidratos por unidad de superficie por día.
Fue el primer cereal a ser sometido a rápidas e importantes transformaciones
tecnológicas en su forma de cultivo, tal como se pone en evidencia en la bien
documentada historia del maíz híbrido en los Estados Unidos de América y
posteriormente en Europa. El éxito de la tecnología basada en la ciencia para el
cultivo del maíz ha estimulado una revolución agrícola generalizada en muchas
partes del mundo.
Hoy en día el maíz es el segundo cultivo del mundo por su producción, después del
trigo, mientras que el arroz ocupa el tercer lugar. Es el primer cereal en rendimiento
de grano por hectárea y es el segundo, después del trigo, en producción total. El
maíz es de gran importancia económica a nivel mundial ya sea como alimento
humano, como alimento para el ganado o como fuente de un gran número de
productos industriales. La diversidad de los ambientes bajo los cuales es cultivado el
maíz es mucho mayor que la de cualquier otro cultivo. Habiéndose originado y
evolucionado en la zona tropical como una planta de excelentes rendimientos, hoy
11
día se cultiva hasta los 58° de latitud norte en Canadá y en Rusia y hasta los 40° de
latitud sur en Argentina y Chile.
La mayor parte del maíz es cultivado a altitudes medias, pero se cultiva también por
debajo del nivel del mar en las planicies del Caspio y hasta los 3 800 msnm en la
cordillera de los Andes. Más aún, el cultivo continúa a expandirse a nuevas áreas y a
nuevos ambientes.
(http://www.fao.org/documents/show_cdr.asp?url_file=/DOCREP/003/X7650S/x7650s02.htm)
El maíz tropical se cultiva en 66 países y es de importancia económica en 61 de
ellos, cada uno de los cuales siembra mas de 50 000 hectáreas con un total de cerca
de 61,5 millones de hectáreas y una producción anual de 111 millones de toneladas
métricas. El rendimiento medio del maíz en los trópicos es de 1 800 kg ha-1
comparado con una media mundial de mas de 4 000 kg ha-1. El rendimiento medio
del maíz en las zonas templadas es de 7 000 kg ha-1 (CIMMYT, 1994).
El maíz tiene usos múltiples y variados. Es el único cereal que puede ser usado
como alimento en distintas etapas del desarrollo de la planta. Las espigas jóvenes
del maíz (maíz baby) cosechado antes de la floración de la planta es usado como
hortaliza. Las mazorcas tiernas de maíz dulce son un manjar refinado que se
consume de muchas formas. Las mazorcas verdes de maíz común también son
usadas en gran escala, asadas o hervidas, o consumidas en el estado de pasta
blanda en numerosos países. La planta de maíz, que está aún verde cuando se
cosechan las mazorcas baby o las mazorcas verdes, proporciona un buen forraje.
Es previsible que la demanda de maíz como alimento humano y animal crezca en las
próximas décadas en los países en desarrollo a una tasa mayor que la del trigo o del
arroz. Byerlee y Saad (1993) han hecho proyecciones en las que la tasa de
incremento de la demanda de maíz durante el período 1990-2005 se estima en 4,1%
año-1 en los países en desarrollo, comparado con una tasa global de 2,6% año-1.
12
2.1.6 Exigencias edafoclimáticas.
Temperatura
Para la siembra el maíz es necesaria una temperatura media del suelo de 10°C, y
que ella vaya en aumento. Para que la floración se desarrolle normalmente conviene
que la temperatura sea de 18°C, como mínimo.
(http://www.agualtiplano.net/biodiversidad/cultivos/maiz1.htm) Riegos El maíz es un cultivo exigente en agua en el orden de unos 5 mm al día.
Los riegos pueden realizarse por aspersión. El riego más empleado últimamente es
el riego por aspersión.
En la fase del crecimiento vegetativo es cuando más cantidad de agua se requiere y
se recomienda dar un riego unos 10 a 15 días antes de la floración. Durante la fase
de floración es el periodo más crítico porque de ella va a depender el cuajado y la
cantidad de producción obtenida por lo que se aconsejan riegos que mantengan la
humedad y permita una eficaz polinización. Por último, para el engrosamiento y
maduración de la mazorca se debe disminuir la cantidad de agua aplicada.
(http://www.infoagro.com/herbaceos/cereales/maiz2.asp)
Suelo El maíz tolera una amplia serie de terrenos, pero es importante que el suelo tenga
unas buenas características de retención. El cultivo tolera un pH entre 5.5 y 6.8 por lo
que se deben aplicar adecuados encalados si el pH es más bajo. La aplicación del
abonado final de preparación del suelo debe hacerse con la relación 1:2:2. Algunos
cultivadores aplican una proporción más alta de nitrógeno en el abonado de fondo
13
mientras que otros lo aplican en cobertera cuando las plantas son jóvenes
(Raymond, 1989).
2.2 FRIJOL
2.2.1 Origen.
Según Parsons, 1990, el frijol es un cultivo que se practica desde hace 4 000 años.
Se cree que sea nativo de la zona ubicada entre México y Guatemala. El Frijol es
originario de México y su nombre en Náhuatl es ETL. El frijol se conoce con los
nombres de fréjol, judía o alubia; pertenece a la familia de las leguminosas. La
característica principal de las leguminosas es que su fruto o semilla se presenta en
forma de vaina, y que es conocida como legumbre.
Existen múltiples variedades de frijol que se caracterizan por su tamaño, por su
forma, por el color de su semilla y por su tipo de crecimiento. En México existen
cerca de 70 variedades de frijol que se distribuyen en 7 grupos: negros, amarillos,
blancos, morados, bayos, pintos y moteados.
(http://www.obesidad.net/spanish2002/default.htm)
El frijol tiene la capacidad de fijar el nitrógeno del aire. La fijación de nitrógeno se
realiza, bajo condiciones apropiadas, por la presencia de ciertas simbióticas. Esta
capacidad se aprovecha, sobre todo, cuando se practican la rotación de cultivos y los
cultivos asociados.
En la actualidad, se cultivan infinidad de leguminosas tales como la alfalfa, el trébol,
el chícharo, el frijol de soya y el frijol ejotero. De todos ellos, los más importantes
para el consumo humano, en América Latina, son el frijol y el chícharo. El frijol se
cultiva principalmente con el fin de cosechar semilla seca y, en menor proporción,
para la producción en vaina, o sea, frijol ejotero (Parsons, 1990).
14
2.2.2 Clasificación taxonómica
El frijol pertenece al género Phaseolus. Este género comprende un amplio número
de especies que incluyen hierbas anuales, perennes, erectas y volubles. La especie
más importante hasta ahora es el frijol común. Por su amplia adaptación, el frijol es
en América uno de los cultivos hortícolas más comunes (Parsons, 1990).
En el género Phaseolus existen cuatro especies cultivadas. Phaseolus vulgaris L. es
la más cultivada en todo el mundo (cuadro 4), seguida por Ph. Lunatus L., judía de
Lima; Ph. Coccineus L., judía escarlata y Ph. Acutifolius A. Gray, judía tepari. Sin
embargo, en España sólo se utilizan las dos primeras, empleándose la judía de Lima
como grano seco (Sobrino y Sobrino, 1992).
Cuadro 4. Taxonomía del frijol.
Categoría Ejemplo
Familia Fabaceae
Subespecie Papilonaceae
Nombre científico Phaseolus vulgaris L
Fuente: http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm
2.2.3. Descripción botánica.
La planta cultivada se caracteriza por ser anual, produciendo una vegetación rápida,
floreciendo y fructificando muy pronto. El crecimiento puede ser determinado o
indeterminado; en el primer caso el tallo principal acaba en racimo floral, mientras
que en el segundo lo hace siempre en un ápice vegetativo, la planta es trepadora,
enroscándose el tallo a un soporte, en el sentido contrario a las agujas del reloj
(Sobrino y Sobrino, 1992).
Semillas de frijol. Existen infinidad de semillas que difieren en tamaño, forma y color.
15
Inflorescencia. Ésta aparece en forma de racimo. Nace en la axila de las hojas.
(Parsons, 1990).
Tallo. Es acanalado, rugoso y delgado, largo y voluble en las variedades de enrame,
corto y rígido en las enanas (Sobrino y Sobrino, 1992).
Hojas. Son las primeras dos especies de hojas de forma acorazonada, sencillas y
opuestas. Estas hojas son el resultado de la germinación epigea, o sea, cuando los
cotiledones salen a la superficie. Hojas verdaderas, estas hojas son pinnadas,
trifoliadas y pubescentes. Su tamaño varía de acuerdo con la variedad del frijol.
Sistema radicular. Es muy ligero y poco profundo y está constituido por una raíz
principal y gran número de raíces secundarias con elevado grado de ramificación.
(http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm)
2.2.4 Valor nutricional.
El frijol negro tienen un contenido elevado de proteína, carbohidratos y minerales,
poco contenido en lípidos, aunque es rico en ácido linoléico y su aporte calórico es
relativamente bajo. La composición del frijol negro (Phaseolus vulgaris) y el aporte de
micronutrientes a los requerimientos diarios de vitaminas y minerales por ración
promedio de frijol (70.5g) consumida. Como puede observarse, el frijol aporta el
134.4%, 19.1% y 15.9% de las cantidades diarias recomendadas de ácido fólico,
hierro y zinc respectivamente, nutrientes que generalmente se encuentran deficientes
en la población guatemalteca (Serrano y Goñi, 2004).
El frijol (Phaseolus vulgaris), en general, es conocido como la “carne de los pobres”
por sus cualidades nutricionales muy apreciadas; contiene un alto valor de hierro
(hasta 10,9 mg en la variedad caraota), proteínas (hasta 24,4 g en la variedad
mungo), calcio (hasta 243 mg en el frijol blanco), tiamina, riboflavina y niacina. Tiene
una alta concentración de lisina y brinda un buen aporte de carbohidratos, minerales
16
y vitaminas del complejo B10 (Cuadro 5).
(http://www.cidicco.hn/archivospdf/Boletin13.pdf )
Cuadro 5. Contenido promedio por cada 100 g de frijol.
Componente Unidad
Calorías 322 Kcal
Proteínas 21.8 g
Grasas 2.5 g
Carbohidratos 55.4 g
Tiamina 0.63 mg
Riboflavina 0.17 mg
Niacina 1.8 mg
Calcio 183 mg
Hierro 4.7 mg
Fuente: http://www.obesidad.net/spanish2002/default.htm
2.2.5 Importancia. A escala mundial, las leguminosas aportan, en términos de nutrición humana 22% de
proteínas, 32% de grasas y aceites y 7% de carbohidratos. En términos de nutrición
animal aportan 38% de proteínas, 16% de lípidos y 5% de carbohidratos. Su
producción mundial, con respecto a las leguminosas de grano, exceptuando la soja,
sobre un total de 72 millones de hectáreas producen 47 millones de toneladas, con
rendimientos de 650 kg ha-1 (FAO, 1995).
De todas las especies de leguminosas, el frijol común (Phaseolus vulgaris L.) es la
que mayor importancia tiene por su nivel de producción y de consumo que presenta
en el mundo. Esta constituye una fuente de alimentación proteica importante y
habitual para nuestra población. Este grano contiene alrededor de 20% de proteínas
de alta digestibilidad, constituidas por varios aminoácidos esenciales para el
17
metabolismo humano, entre ellos isoleucina, leucina, fenilalanina, metionina y
triptófano. Además, puede considerarse también como un alimento de alto valor
energético, ya que contiene de 45 a 70 % de carbohidratos totales. Por otra parte,
aporta cantidades importantes de minerales (Quintero, 2000).
El frijol se ha cultivado tradicionalmente en Cuba en pequeñas explotaciones
campesinas, lo que se mantiene hasta nuestros días, aunque con la estructura actual
de tenencia de la tierra su cultivo se ha extendido a áreas de autoconsumo de
organismos estatales de todo tipo. La siembra a escala comercial en granjas
especializadas, para venta a la población a través de la red comercial del Estado, es
prácticamente nula. El rendimiento promedio en nuestro país es relativamente bajo
(0.63 ton ha-1), comparado con Chile, Perú y Argentina, aunque similar o superior a
otros países de la región. Según Quintero (2000) esta especie es una de la más
susceptible de las leguminosas a las enfermedades y plagas, siendo atacada
fuertemente en los climas húmedos y calientes por varios hongos del complejo suelo-
raíz y por varios hongos, bacterias y virus de la parte aérea de la planta.
Este grano, dentro del grupo de las leguminosas, además de ser la más importante
para la alimentación humana a nivel mundial, es la de más baja capacidad de
nodulación y fijación de N2 atmosférico, por lo que en varias regiones se recurre a su
fertilización nitrogenada (Burdman et al., 2000). Está claro que aumentar la fijación
de N2 por esta leguminosa traería consigo una considerable reducción de insumos en
su producción, así como el aumento en sus rendimientos potenciales.
Las menestras o leguminosas de grano, de la cual forma parte el frijol; se han
constituido en un rubro muy dinámico en el sector exportaciones de nuestro país,
debido a ello su cultivo representa una importante alternativa de producción para
miles de agricultores de la Costa, Sierra y Selva; sin embargo, una serie de
limitaciones derivadas al escaso uso de tecnologías adecuadas hacen que no se
aproveche eficientemente las condiciones agro climáticas excepcionales que ofrecen
18
la Costa así como otras zonas de producción.
(http://www.monografias.com/trabajos4/elfrijol/elfrijol.shtml).
El cultivo del frijol en grano es considerado como un cultivo extensivo, mientras que
la judía verde se considera netamente hortícola. La superficie dedicada al cultivo de
la judía en grano se ha reducido en los últimos años (debido a los cambios
alimenticios de la sociedad y a su importación); los rendimientos se han mantenido
prácticamente constantes, ya que la producción total ha disminuido
considerablemente. En el caso de la judía verde, la reducción es también apreciable,
pero mucho menos importante cuantitativamente.
El frijol es una leguminosa con grandes posibilidades para la alimentación humana,
por su doble aprovechamiento (de grano y de vaina) y por su aporte proteíco;
además una parte de su producción se comercializa congelada y en conserva;
aunque debe avanzar a través de la mejora genética y la adecuación de las técnicas
de cultivo. Los países importadores de las cosechas españolas en judía verde son:
Francia, Alemania, Suiza y Reino Unido.
(http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm)
El frijol es la leguminosa más cultivada a nivel mundial. La producción mundial de
frijol, durante el 2002, fue de 17.89 millones de toneladas métricas. Los principales
productores de frijol seco, para el año antes mencionado, fueron Brasil, la India,
Myanmar, China, México, Estados Unidos, e Indonesia. Los Estados Unidos de
América (EEUU), fue el séptimo mayor productor, y cabe destacar a dos países
centroamericanos dentro de los 29 países con mayor producción mundial, Nicaragua
(N° 20) y Guatemala (N°29). Aunque, el primero dedica su producción principalmente
a frijol rojo, mientras que el otro, en frijol negro.
El cultivo del frijol en EEUU, es relativamente pequeño si se compara con el de otros
granos, tales como el trigo, el maíz e incluso el arroz. Sin embargo, en algunos
estados, el frijol se ha logrado convertir en una importante alternativa frente a cultivos
19
tradicionales. Por otra parte, el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos
(USDA) compra frijoles para utilizarlos en programas de nutrición infantil y de ayuda
alimentaria. Al igual que en el mercado internacional, el mercado del frijol en EEUU
está marcadamente segmentado. La producción tradicionalmente ha estado
orientada a la producción de frijoles pintos, la cual concentra cerca del 40% de la
producción nacional, los frijoles blancos cerca del 20%, mientras que los frijoles rojos
y negros representan aproximadamente el 9% y 7% respectivamente.
(http://www.agronegocios.gob.sv/tlc/news/docs/Frijol.pdf)
2.2.6 Exigencias edafoclimáticas.
Al planificar el tipo de cultivo, el productor debe tomar en consideración factores tales
como el clima, que incluye temperatura, humedad, luz y aire; y factores del suelo,
que envuelven su capacidad física para retener y proporcionar agua. Es necesario
observar también acidez, alcalinidad, fertilidad y cantidad de sustancias nocivas que
el suelo contenga (Parsons, 1990).
Clima.
El frijol es una especie muy sensible al frío, bastando 1 ó 2 grados bajo cero para su
destrucción, pero a pesar de ello se puede cultivar en las diversas zonas climáticas
de nuestro país si tenemos en cuenta que las siembras deben hacerse en épocas
cuya temperatura no baje del mínimo preciso para la nascencia, 10 ºC, y que no
existan riesgos de heladas tardías (Sobrino y Sobrino, 1992).
Suelo.
Aunque admite una amplia gama de suelos, los más indicados son los suelos ligeros,
de textura silíceo-limosa, con buen drenaje y ricos en materia orgánica. En suelos
fuertemente arcillosos y demasiado salinos vegeta deficientemente, siendo muy
sensible a los encharcamientos, de forma que un riego excesivo puede ser suficiente
20
para dañar el cultivo, quedando la planta de color pajizo y achaparrada. En suelos
calizos las plantas se vuelven cloróticas y achaparradas, así como un
embastecimiento de los frutos.
Los valores de pH óptimos oscilan entre 6 y 7.5; aunque en suelo enarenado se
desarrolla bien con valores de hasta 8,5. Es una de las especies hortícolas más
sensibles a la salinidad tanto del suelo como del agua de riego, sufriendo importantes
mermas en la cosecha. No obstante, el cultivo en enarenado y la aplicación del riego
localizado, pueden reducir bastante este problema, aunque con ciertas limitaciones.
Actualmente se están llevando a cabo cultivos de judía con aguas de 2 a 2,4
mmhos.cm-1 de CE, con concentraciones de sodio y cloruros de 8 meq.l-1 y 9 meq.l-1,
respectivamente, sin apreciarse disminución en las producciones. Para conseguir
estos resultados es necesario un aporte de calcio y de magnesio más elevado de lo
normal, así como mantener un nivel de humedad lo más constante posible.
http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm
Humedad
La humedad relativa óptima del aire en el invernadero durante la primera fase de
cultivo es del 60% al 65%, y posteriormente oscila entre el 65% y el 75%.
Humedades relativas muy elevadas favorecen el desarrollo de enfermedades aéreas
y dificultan la fecundación. Es importante que se mantenga sin excesivas
oscilaciones de humedad.
http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm Temperatura
Cuando la temperatura oscila entre 12-15ºC la vegetación es poco vigorosa y por
debajo de 15ºC la mayoría de los frutos quedan en forma de “ganchillo”. Por encima
de los 30ºC también aparecen deformaciones en las vainas y se produce el aborto de
flores (Cuadro 6).
21
Cuadro 6. Temperaturas críticas para frijol en las distintas fases de desarrollo.
Temperatura
(º C)
Óptima del suelo 15-20 Ambiente óptima de germinación 20-30 Mínima de germinación 10 Óptima durante el día 21-28 Óptima durante la noche 16-18 Máxima biológica 35-37 Mínima biológica 10-14 Mínima letal 0-2 Óptima de polinización 15-25
Fuente: http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm
Luminosidad
Es una planta de día corto, aunque en las condiciones de invernadero no le afecta la
duración del día. No obstante, la luminosidad condiciona la fotosíntesis, soportando
temperaturas más elevadas cuanto mayor es la luminosidad, siempre que la
humedad relativa sea adecuada.
(http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm)
Riegos
La mayoría de las experiencias sobre riego, según Raymond (1989) indican que la
falta de agua durante la floración y el desarrollo de las vainas afectan seriamente al
rendimiento. Todas las experiencias indican que el riego en estas dos épocas da el
máximo beneficio. Trabajos europeos muestran que riegos aplicados antes de la
floración solamente aumentan el desarrollo vegetativo. Sin embargo, los trabajos
realizados en Norteamérica sugieren que en condiciones de mayor aridez el riego
aplicado durante la etapa vegetativa también beneficia la producción.
El frijol, comúnmente llamado frijol es muy exigente en riegos en lo que se refiere a la
frecuencia, volumen y momento oportuno del riego que van a depender del estado
fenólogico de la planta así como del ambiente en que ésta se desarrolla (tipo de
22
suelo, condiciones climáticas, calidad del agua de riego, etc.). De dos a cuatro días
antes de sembrar conviene dar un riego para facilitar la siembra y la germinación de
las semillas. Después de la siembra el primer riego solo deberá darse después de la
nascencia de las plantas.
(http://www.infoagro.com/hortalizas/judia.htm)
2.3 La fertilización biológica en una agricultura sostenible. Uno de los mecanismos inmediatos para contrarrestar la baja fertilidad es el uso de
fertilizantes químicos; sin embargo, la aplicación de dosis altas de fertilizante es poco
recomendable, debido a las condiciones de escasa precipitación y a las restricciones
de capital que enfrentan los productores. Además en la zona árida y semiárida no es
conveniente fertilizar en el momento de la siembra, ya que esto favorece el desarrollo
de maleza, que interfiere en el establecimiento de los pastos (Loredo et al., 2004).
En las últimas décadas, se ha investigado el papel de las bacterias de la rizosfera o
rizobacterias de diversas gramíneas como caña de azúcar (Boddey et al., 1995;
Arteaga, 1997), maíz (Seldin et al., 1998), trigo, sorgo (Baldini et al., 1986), cebada y
pastos tropicales (Döbereiner et al., 1995) citados por Loredo et al., 2004. Cuando
las bacterias se localizan en estructuras especializadas, como los nódulos en las
leguminosas, se establece una simbiosis mutualista estricta. En contraste, cuando
las rizobacterias aprovechan el microambiente favorable de la planta, sin formar
estructuras de nodo sobre la raíz, se habla entonces de una simbiosis asociativa
(Echegaray-Alemán, 1995).
Ciertos microorganismos del suelo pueden incrementar la disponibilidad de nutrientes
para las plantas, otros producen compuestos como vitaminas, hormonas y
antibióticos que contribuyen a la salud vegetal y a la obtención de altos rendimientos.
El hombre con el desarrollo tecnológico aplicó métodos microbiológicos para estudiar
estos microorganismos y utilizarlos posteriormente, bajo el nombre genérico de
23
biofertilizantes, en las prácticas agrícolas contemporáneas (Compagnoni, 1997;
Guet, 1997).
De acuerdo con la definición de Comité Internacional sobre Investigación Agrícola, la
Agricultura Sostenible consiste en el manejo exitoso de los recursos agrícolas para
satisfacer las necesidades humanas, mientras se mantiene la calidad del ambiente y
se conservan los recursos naturales (TAG CGIAR, 1988).
Los biofertilizantes pueden considerarse como biotecnologías “apropiables”, término
apropiado para las herramientas biotecnológicas que contribuyen al desarrollo
sustentable al ser técnicamente factibles dentro del nivel científico-técnico de un país
y que proveen beneficios tangibles a los destinatarios, son ambientalmente seguras y
socioeconómica y culturalmente aceptables (Izquierdo et al., 1995).
A partir de la década de los 40, millones de toneladas de nitrógeno sintético eran
suministrados a las producciones agrícolas anualmente, con el fin de aumentar sus
rendimientos potenciales. La alta demanda de alimentos fue otro factor determinante
de la sustitución de los fertilizantes nitrogenados por los procesos de fijación
biológica del N2. La “revolución verde” se convirtió en el punto sublime de la
producción y aplicación de los mencionados fertilizantes nitrogenados, trayendo
consigo el gasto incalculable de fuentes de energía natural para su producción y los
nefastos problemas que ha ocasionado en la ecología y el equilibrio ecológico.
Desde 1972, con la fundación de la Internacional Federation of Organic Agricultura
Movements (IFOAM) se estableció que la agricultura orgánica debía aumentar la
fertilidad de los suelos y su actividad microbiana e incrementar el reciclaje de los
nutrientes. En la década de los 90, los biofertilizantes se convirtieron en un punto
común de investigación teniendo en cuenta los serios problemas ambientales
causados con la aplicación irracional de los fertilizantes químicos.
(www.ecoweb.dk/ifoam)
24
2.4 Género Azotobacter.
Las bacterias aerobias de vida libre fijadoras de N2 más conocidas se encuentran
formando parte de las familias Azotobacteriaceae, Spirillaceae y Bacillaceae. Del
género Azotobacter se han descrito varias especies: Azotobacter chroococcum
(Beijerinck 1901), A. vinelandii (Lipman 1903), A. agilis (Beijerinck; Winograsky 1938)
y A. paspali (Döbereiner 1966); sin embargo no todas tienen características
perfectamente definidas (Martínez y Dibut, 1996; Mayea et al., 1998; Itzigsohn et al.,
2000).
Según González y Lluch (1992) los microorganismos del género Azotobacter se
describieron por primera vez por Beijerinck en 1901, desde este momento hasta
nuestros días, estas bacterias han llamado la atención de numerosos investigadores
por su importancia tanto teórica como práctica. La morfología de Azotobacter ha sido
y es, uno de los apartados de estudio más atractivo de este género bacteriano
(Cuadro 7).
Las bacterias del género Azotobacter forman un grupo especial de microorganismos
fijadores de nitrógeno por cuanto se trata de los únicos que son unicelulares y,
aparentemente, pueden fijar nitrógeno en condiciones aerobias. Existen varios tipos
de microorganismos que habitan fundamentalmente en el suelo y tienen la capacidad
de fijar nitrógeno aeróbicamente. El género Azotobacter comprende un grupo de
especies de bacilos grandes, Gram negativos, aerobios estrictos y fijadores de N2 sin
establecer simbiosis con plantas. La primera especie del género fue descubierta por
el microbiólogo holandés M. W. Beijerink a principios del siglo XX, utilizando cultivos
de enriquecimiento aeróbicos con N2 atmosférico como fuente de nitrógeno. La
mayoría de estas bacterias son alfa o gamma Proteobacteria (Madigan et al., 2004).
25
Cuadro 7. Géneros de bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre.
Género
Número de
especies
Grupo
fitogénico
Características
DNA (GC mol
%) Azotobacter 9 Gamma Bacilos grandes, producen
cistos; se encuentran principalmente en suelos neutros-alcalinos.
63-67
Azomonas 3 Gamma Bacilos grandes, sin cistos; principalmente acuáticos.
52-59
Azospirillum 4 Alfa Bacilos microaerofílicos; asociados con plantas.
69-71
Beijerinckia 4 Alfa Bacilo en forma de pera, con cuerpos lipídicos grandes en cada extremo; produce abundante material mucoide; habita en suelos ácidos.
54-59
Derxia 1 Alfa Bacilos, colonias rugosas. 64-73
Los requerimientos de microelementos son notables, el molibdeno (Mo) es esencial
para la mayoría de las cepas de este género, tanto cuando crecen sobre medios libre
de nitrógeno como cuando se desarrollan sobre nitratos, aunque las necesidades son
mayores en ausencia de nitrógeno combinado. Según Rodelas (2001), dentro del
grupo de los fijadores de vida libre el género Azotobacter presenta la capacidad de
fijar N2 atmosférico cuando en el suelo existen suficientes cantidades de materia
orgánica, ya que en suelos poco fértiles con escaso contenido de materia orgánica
no se obtiene efecto agronómico positivo.
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 lo hacen
en condiciones de anaerobiosis. Azotobacter es capaz de generar este ambiente
26
microaerobio mediante su alta tasa de respiración que consume el O2 en el entorno
de la bacteria.
(http://www.unavarra.es/genmic/curso%20microbiologia%20general/17-
bacterias%20gram-positivas%20aerobias.htm)
Las Bacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (BPCV) pueden ser de vida libre o
asociativas, anaerobias o anaerobias facultativas (Rodríguez, 1995). Las principales
especies bacterianas asociadas con gramíneas son Azospirillum lipoferum, A.
brasilense y A. amazonense (Döbereiner et al., 1995); Herbaspirillum seropedicae y
Acetobacter diazotophicus (Döbereiner y Day, 1975); Enterobacter aglomeran, E.
cloacae, Bacillus azotofixans, B. polymyxa y Alcalígenes faecalis (Boonjawat et al.,
1991), Klebsiella sp. ((Boonjawat et al., 1991; Palus et al., 1996) y bacterias de los
géneros Azotobacter y Pseudomonas (Bagwell et al., 1998) citados por Loredo et al.,
2004.
Las bacterias asociativas requieren nitrógeno combinado, en particular NH4, cuando
no están asociadas. Algunas bacterias de vida libre, como Clostridium y Azotobacter,
requieren vanadio debido a que poseen nitrogenasas alternas a la nitrogenasa que
contiene molibdeno y hierro (Robson et al., 1986). Además, las bacterias requieren
de un pH óptimo para su crecimiento (Mulder, 1975) y condiciones favorables de
humedad (Herman et al., 1994) citados por Loredo et al., 2004.
En las gramíneas, la composición cuantitativa y cualitativa de los microorganismos
en la rizosfera varía entre especies e incluso entre genotipos de la misma especie, lo
cual se atribuye principalmente a las variaciones intrínsecas de cada planta en
particular, en términos de la cantidad y calidad de los exudados radicales (Rengel,
1997).
Las bacterias de la rizosfera pueden ser de vida libre y colonizar temporalmente la
raíz, como Azotobacter y Beijerinckia, o bien, puede ser asociativa como
Azospirillum, Klebsiella, Alcaligenes y Campylobacter (Elmerich et al., 1992). De las
27
especies de Azotobacter, sólo A. paspali es considerada bacteria estrictamente
asociativa. Sus poblaciones se localizan en el mucílago que envuelve la superficie de
la raíz de Paspalum notatum y están incorporadas en las capas exteriores de la
corteza (Evans y Burris, 1992). A. chroococcum y A. vinelandii son bacterias de vida
libre, que pueden comportarse como asociativas cuando colonizan la raíz de las
gramíneas, o bien, se pueden desarrollar en suelo libre de raíces (Hill, 1992) citados
por Loredo et al., 2004.
Los restantes géneros de este grupo incluyen Azomonas, un género muy semejante
a Azotobacter, excepto que no forman cistos de resistencia y que son primariamente
acuáticos, Beijerinckia y Derxia; dos géneros que crecen bien en suelos ácidos y
Azospirillum, un espirilo fijador de nitrógeno que forma asociaciones simbióticas no
específicas con diversas plantas y en concreto con el maíz (Madigan et al., 2004).
2.5 Procesos de fijación de nitrógeno.
La fijación biológica de nitrógeno (FBN) es la reducción enzimática de nitrógeno
atmosférico (N2) a amonio (NH4). Este proceso es exclusivo de algunas bacterias,
denominadas bacterias diazotróficas. La FBN es una opción importante para la
recuperación de la fertilidad del suelo, en especial ahora cuando la aplicación de
fertilizantes es un procedimiento caro, que además, puede incrementar la
contaminación (Zahran, 1999) citado por Loredo et al., 2004.
La mayor parte de la investigación sobre FBN se ha realizado en la simbiosis entre
rizobios y leguminosas; sin embargo, desde el aislamiento de Clostridium
pasteurianum por Winogradsky en 1893 y Azotobacter chroococcum por Beijerinck
en 1901, se despertó el interés por el estudio de los microorganismos diazotróficos
de vida libre (Mulder, 1975) y es en las últimas décadas cuando se ha investigado la
FBN en bacterias asociadas a diversas gramíneas.
28
La FBN en un suelo, ocupado por gramíneas, depende del estado en el cual se
encuentra el nitrógeno en ese suelo y su relación con el estado y contenido de
carbono. Esto puede variar, si la gramínea se encuentra como unicultivo, si se ha
sembrado en rotación con una leguminosa (Fujita et al., 1992), o bien, si es perenne
y se encuentra asociada con leguminosas. Aun así, es muy difícil estimar en la
práctica la cantidad de nitrógeno fijado (Elgersma y Haaink, 1997) citados por Loredo
et al., 2004.
La nitrogenasa en el proceso de fijación; el N2 se reduce a amoníaco, que es
convertido a una forma orgánica. El proceso de reducción está catalizado por el
complejo enzimático nitrogenasa, que consta de dos proteínas distintas llamadas
dinitrogenasa y dinitrogenasa reductasa. Ambos componentes contienen hierro y la
dinitrogenasa contiene además molibdeno. En la dinitrogenasa, el hierro y el
molibdeno forman parte de un cofactor conocido como FeMo-co, que es el centro
donde se produce la reducción real del N2. La composición del FeMo-co es MoFe7S8
homocitrato y se presentan dos copias de FeMo-co por molécula de nitrogenasa
(Madigan et al., 2004).
Lo anterior explica el requerimiento de molibdeno (Mo) para la fijación biológica de
nitrógeno. No obstante, la observación de diversas clases de mutantes de A.
vinelandii, que tienen la capacidad de fijar N2 en un medio deficiente de Mo, indica
que esta bacteria tiene un sistema nitrogenasa alternativo (nitrogenasa dos). En este
sistema, la Mo-proteína de la nitrogenasa es sustituida por una vanadio-proteína
(Robson et al., 1986; Eady, et al., 1987). A. chroococcum posee las nitrogenasas
uno y dos (Pau et al., 1993). Estudios más recientes indican que A. vinelandii
contienen tres nitrogenasas genéticamente distintas. La nitrogenasa uno es
sintetizada en condiciones de suficiencia de molibdeno; la nitrogenasa dos se
expresa cuando el Mo ha sido reemplazado por el Va y la nitrogenasa tres se
expresa cuando el Mo y el Va son deficientes (Joerger et al., 1989) citados por
Loredo et al., 2004.
29
2.6 Producción de sustancias fisiológicamente activas por Azotobacter sp.
Desde el punto de vista histórico, Azotobacter es el género 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’s, particularmente en los países de Europa del Este (González y
Llunch, 1992).
La aplicación de la inoculación de esta bacteria ha sido positiva, observándose
incrementos en los rendimientos en diferentes cultivos, principalmente en cereales.
Estos resultados obtenidos con la inoculación de Azotobacter chroococcum no deben
atribuirse exclusivamente a la ganancia de N2 por las plantas, ya que estos
microorganismos en determinadas condiciones su efecto beneficioso se debe
fundamentalmente a la capacidad de solubilizar fosfatos y sintetizar sustancias
estimuladoras del crecimiento vegetal, tales como, vitaminas y hormonas vegetales
que intervienen directamente sobre el desarrollo de plantas (Gónzalez et al., 1992).
En el cuadro 8 se observan las vitaminas producidas por A. chroococcum y sus
respectivas concentraciones.
Cuadro 8. Producción de vitaminas por A. chroococcum I-17
Vitamina Concentración ug/100 ml
Tiamina 5.7
Riboflavina 44.0
Piridoxina 18.0
Ácido fólico 3.5
Fuente: (PROQUISA, 2003)
De este modo A. chroococcum sintetiza tiamina de 50-100 mg g-1 de sustancia
celular seca; ácido nicotínico de 200-600 mg g-1 de sustancia seca, ácido pantoténico
30
y biotina. El resto de los aminoácidos sintetizados se muestran en el cuadro 9 con
sus concentraciones.
Cuadro 9. Relación de aminoácidos totales producidos por A. chroococcum.
Aminoácido Concentración en proceso de fermentación (nmol/ml)
Ácido Aspártico 71.05 Serina 61.65 Glicina 127.35 Valina 38.70 Isoleucina 20.05 Ácido Glutámico 82.15 Ornitina 0.83 Lisina 9.40 Arginina 4.45 Treonina 58.80 Leucina 35.95 Fenilalanina 66.55 Prolina 60.60 Tirosina 2.87 Concentración Total 728.90
Fuente: PROQUISA, 2003.
Las fitohormonas que produce A. chroococcum son: ácido indolacético (AIA); ácido
giberélico y citoquininas (Rodelas, 2001). El cuadro 10 indica las sustancias con
actividad reguladora producidas por esta bacteria.
Cuadro 10. Producción de sustancias con actividad reguladora del crecimiento por A. chroococcum I-17.
Tipo de sustancia reguladora Actividad (ug/l) Auxínica (Eq. a AIA) Giberélica (Eq. a A3G) Citoquinínica (F.q. a Kinetina)
14.47 30.20 12.50
Fuente: (PROQUISA, 2003).
Además de los compuestos mencionados, estas bacterias son capaces de sintetizar
sustancias fungistáticas que, al inhibir el crecimiento de los hongos fitopatógenos del
suelo, promueven indirectamente el desarrollo de las plantas, especialmente en las
etapas tempranas del cultivo. Estos compuestos tienen acción sobre hongos
31
pertenecientes a los géneros Fusarium, Alternaria, Penicillium y Rhizoctonia,
variando su acción antagónica con la cepa bacteriana utilizada. Mediante su acción
conjunta, estas sustancias son capaces de estimular la germinación de las semillas y
acelerar el crecimiento de las plantas siempre y cuando sea adecuada la
concentración de organismos en la rizosfera de las plantas (Mayea et al., 1998;
Rodelas, 2001).
2.7 Rhizobac EstimuladorR.
El sistema Rhizo-BacEstimuladorR (Rizobacterias Estimuladoras del Crecimiento
Vegetal) de Proquisa consiste en un biopreparado que contiene la cepa I-12 de
Azotobacter chroococcum, con una concentración de 1x1010 UFC / ml, el cual trabaja
como inductor fisiológico de la raíz, acelerando la exudación de nutrimentos para una
rápida y prolongada colonización de Rhizo-BacEstimuladorR .
El mayor beneficio de la aplicación de Rhizo-BacEstimuladorR, se debe a su
capacidad para sintetizar sustancias biológicamente activas, lo que permite a la
planta un mayor ajuste en los factores estresantes del medio ambiente, logrando con
ello un óptimo desarrollo vegetativo (cuadro 11). Esta cepa ha demostrado ser
altamente efectiva en hortalizas y crucíferas debido a la factibilidad de asociación a
las raíces de estas especies vegetales (PROQUISA, 2003).
Cuadro 11. Análisis físico y bioquímico de A. chroococcum cepa I-17.
ANÁLISIS FÍSICO pH 6.5-7.5 Olor Fétido Forma Líquido Color Ambar oscuro Densidad 1.00 – 1.03 g/cm3 a 20 ºC
ANÁLISIS BIOQUÍMICO Azotobacter chroococcum 1x1010 UFC / ml
Fuente: PROQUISA, 2003.
32
Forma de acción
Las formas dormantes de Azotobacter al entrar en contacto con el suelo, germinan
produciendo colonias de células activas. Estas células crecen y se multiplican
activamente utilizando las fuentes de carbón que son exudadas masivamente debido
a la acción fisiológica de Exu-RootR. El aspecto más importante de A. chroococcum
es la síntesis de sustancias promotoras del desarrollo de las plantas tales como:
vitaminas (cuadro 10), aminoácidos (cuadro 11) y fitohormonas (cuadro 12) las
cuales tienen un efecto determinante en el desarrollo del cultivo (PROQUISA, 2003).
33
III. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1 Localización del experimento.
El ensayo se llevó a cabo en el invernadero del Instituto Tecnológico de Sonora,
unidad Náinari, ubicado en la calle Antonio caso s/n colonia Villa Itson, en Ciudad
Obregón, Sonora.
3.2 Diseño experimental.
La investigación se realizó bajo un diseño experimental simple, completamente al
azar, constó de 6 tratamientos y 10 repeticiones cada uno, resultando un total de 60
unidades experimentales por cultivo. Los análisis estadísticos (análisis de varianza y
comparación de medias) se efectuaron con la ayuda del programa estadístico Nuevo
León 1994.
34
Los cultivos fueron maíz H-405 y frijol var. Mayocoba; la siembra se efectúo el día 21
de mayo de 2004 en vasos de unicel con capacidad de 400 cc, adicionándole
sustrato SUNSHINE 3 en la porción correspondiente a una tercera parte de la
capacidad del vaso. Se colocaron dos semillas por vaso respectivamente para cada
tratamiento. Una vez sembrados los cultivos, se regó de manera periódica
cumpliendo con los requerimientos de agua; después de emergencia se seleccionó la
mejor planta dejando una por vaso, indicando ser la más apropiada para el
experimento.
3.3 Tratamientos
Los tratamientos aplicados comprenden las siguientes dosificaciones:
T1: Azotobacter chroococcum 15 l/ha
T2: Azotobacter chroococcum 30 l/ha
T3: Azotobacter chroococcum 60 l/ha
T4: Azotobacter chroococcum 120 l/ha
T5: Azotobacter chroococcum 240 l/ha
T6: Testigo (sin aplicación).
Cada tratamiento repartido en tres aplicaciones una vez por semana durante tres
ocasiones después de la aparición de la primera hoja verdadera y posteriormente
cada semana. Se aplicaron de forma directa sin diluir, haciendo uso de una
micropipeta, calculando la dosificación en base al número de plantas que se tienen
en una hectárea y su proporción a las plantas por tratamiento y repetición.
Para los cultivos de maíz y frijol se obtienen 80,000 plantas por hectárea.
35
Ejemplo del cálculo:
Tratamiento 1 = 15 l/Ha 15,000ml --- 80,000 plantas x Ha
X --- 1 planta
X = .187ml
Este mismo procedimiento se siguió para el resto de los tratamientos, excepto el
tratamiento 6 que representa el testigo sin aplicación.
El biopreparado aplicado fue Azotobacter chroococcum con una cepa especial para
granos (Cepa I-17 a 1x1010 UFC / ml). Su nombre comercial es Rhizobac
Estimulador. Éste se aplicó en tres ocasiones una vez por semana después de la
aparición de la primera hoja verdadera. Se cuidó el desarrollo de los cultivos por
espacio de seis semanas, en cuanto a sanidad. Los riegos se aplicaron en base a los
requerimientos de las plantas.
3.4 Fertilización mineral.
La fertilización se llevó a cabo con solución nutritiva completa, es decir compuesta
por macronutrientes y micronutrientes, se aplicó cada diez días, por dos ocasiones.
La solución nutritiva compuesta por los macronutrientes, se pesan y se disuelven en
el orden que se indica en el cuadro 12. A esta solución se le ajusta el pH a un valor
de 5.5, agregando en pequeñas cantidades el ácido sulfúrico.
36
Cuadro 12. Composición de solución de macronutrientes.
Fuente
8 l solución nutritiva
(cantidad en g)
MAP (12-61-00) 2.356
Sulfato de Mg 3.6
Nitrato de Ca 3.6
Multi K (12-2-43) 6.2
Super Nitrato (31-5-00) 0.92
Los micronutrientes están contenidos en la solución madre, los cuales se pesan y
disuelven en el orden que indica el cuadro 13.
Cuadro 13. Composición de la solución de micronutrientes.
Fuente
15 ml de solución madre (cantidad en g)
Sulfato ferroso 0.75
Sulfato de magnesio 0.3
Ácido bórico 0.42
Sulfato de cobre 0.03
Sulfato de zinc 0.03
Después de preparar las soluciones, se mezclan al momento en que se van a utilizar,
debido a que estas soluciones tienen diferentes concentraciones. Se fertilizó a las
plántulas dos ocasiones después de la primera hoja verdadera, se les adicionó
aproximadamente 60 ml de la solución a cada vaso.
37
3.5 Variables analizadas 3.5.1 Altura de la planta En esta variable, se midió con cinta métrica graduada (cm) cada una de las plantas
debido al gran crecimiento que presentaron (Figura 1); se realizó desde el primer día
y cada cinco días, hasta el final del experimento (6 semanas) para después
determinar la tasa relativa de crecimiento (TRC) en cm día-1.
Af -Ai
T.R.C. = ---------------------- (cm día-1)
T
Donde:
T.R.C. = Tasa Relativa de Crecimiento Ai = Altura inicial
Af = Altura final
T = Tiempo
Figura 1. Medición de altura de plantas de frijol.
3.5.2 Área foliar
Después de que se completó el tiempo de los tratamientos, se levantó el
experimento. Se determinó cortando la parte aérea de cada planta para
posteriormente realizar la medición con el integrador de área foliar (cm2) ADC AM
200 (Figura 2).
38
Figura 2. Integrador de área foliar.
3.5.3 Clorofila total
Esta variable se valoró con el SPAD 502 de Minolta (unidades de clorofila), la cual
se medía entre las 11:00 a.m. y 14:00 p.m. debido a la intensidad de los rayos del
sol, lo que favorece el proceso de fotosíntesis; se llevo a cabo después de la
segunda aplicación de tratamiento diariamente durante cinco días (Figura 3).
Figura 3. Spad 502 de Minolta.
3.5.4 Longitud de raíz Esta variable se valoró con cinta métrica graduada (cm). La raíz se lavó con agua
completamente hasta eliminar la mayoría del sustrato y se midió (Figura 4).
39
Figura 4. Medición de longitud de raíz.
3.5.5 Peso seco parte aérea Se tomó toda la parte aérea que consistían en hojas y tallos y se guardaron en
bolsas de papel debidamente etiquetadas para cada tratamiento y número de
repetición, posteriormente se introdujeron en un horno a 70 ºC por 48 horas (Figura
5) y una vez secada se pesó en balanza analítica (Figura 6).
Figura 5. Horno con muestras.
40
Figura 6. Peso seco parte aérea.
3.5.6 Peso seco de raíz
Se tomaron las raíces del grupo de plantas por cada tratamiento y se guardaron en
bolsas adecuadamente etiquetadas, y se colocaron al horno a 65 ºC por 48 horas
(Figura 7). La raíz seca se peso en una balanza analítica (Figura 8) obteniendo
resultados en gramos.
Figura 7. Secado en horno.
41
Figura 8. Balanza analítica.
3.5.7 Peso volumétrico de raíz
Para determinar esta variable, se introdujeron las raíces de cada cultivo debidamente
cortadas y lavadas en una probeta graduada y se midió el nivel de agua desplazado
por la raíz en ml (Figura 9).
Figura 9. Peso volumétrico de raíz.
3.5.8 Fitoxicidad Se determinó desde la primera aplicación, hasta días después de la última, valorando
tejido necrosado o indicios del mismo, en hojas, tallos, ramas y raíces, en una escala
del 1 al 5, siendo 1 sin daño, 2 con daño inicial del 5%, 3 con daño aparente de más
42
del 5% al 25%, 4 daño fuerte de más del 25% al 50% y 5 con plantas en inicio de
senescencia, con daños por arriba del 50%.
43
I V. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
De acuerdo a las variables evaluadas en cada uno de los cultivos se obtuvieron los
siguientes resultados para maíz y frijol.
4.1 Maíz 4.1.1 Altura de la planta La altura final de la planta (Gráfica 1), no mostró efecto alguno por la aplicación de
las dosis del biopreparado a base de la bacteria Azotobacter chroococcum, ello
debido al corto tiempo de medición de las mismas. Para la altura se obtuvo una
respuesta menor en todos los casos con respecto al testigo que obtuvo una altura
final de 19 cm; siendo el tratamiento 5 el que presentó el valor más alto alcanzando
los 16 cm. Para la TRC (Gráfica 2) los tratamientos que la incrementaron fueron el 3
y 5 con un 20% y 13% respectivamente por encima de él, resultando valores de 0.63
44
y 0.58 cm / día. Ello debido a la estimulación del desarrollo en general por parte de la
acción de la bacteria.
Según Gonzalez y Llunch, 1992; la aplicación práctica de la inoculación de este
diazotrófo ha sido positiva, observándose notables incrementos en los rendimientos
en diferentes cultivos, principalmente en cereales. Estos resultados obtenidos,
especialmente con la inoculación de Azotobacter chroococcum y Azospirillum
brasilense, no deben atribuirse exclusivamente a la ganancia de N2 por las plantas,
ya que estos microorganismos en determinadas condiciones su efecto beneficioso se
debe fundamentalmente a la capacidad de solubilizar fosfatos y sintetizar sustancias
estimuladoras del crecimiento vegetal, tales como, vitaminas y hormonas vegetales
que intervienen directamente sobre el desarrollo de las plantas.
ALTURA DE PLANTA DE MAÍZ
0
5
10
15
20
25
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
ALT
UR
A (c
m)
Dìa 1Dia 2Dia 3
Gráfica 1. Efecto de dosis de Azotobacter chroococcum en la altura en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero.
45
TASA RELATIVA DE CRECIMIENTO DEL MAÍZ
ABCABABCABCC
00.20.40.60.8
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
TRC
(cm
día
-1)
Gráfica 2. Efecto de las dosis de Azotobacter chroococcum en la tasa relativa de crecimiento en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 4.1.2 Área foliar Esta variable se vio seriamente estimulada por Azotobacter chroococcum,
observándose un incremento en el tamaño de las hojas; en los 5 tratamientos se
encontraron diferencias significativas respecto al testigo. Los tratamientos estuvieron
por arriba del valor final del testigo que fue de 606.9 cm2 siendo estadísticamente
iguales entre ellos, pero en el tratamiento 2 (30 l/Ha) se obtuvo el mayor resultado
como se muestra en la gráfica 3, donde se presentó un valor de 768.2 cm2
representando un 26% mas que el testigo. Los valores de los demás tratamientos
fueron para el tratamiento 1un valor de 712.8 cm2, para el 3 fue 724.9 cm2, para el 4
se obtuvo el valor menor de 687.4 cm2 pero superior al del testigo y para el 5 resultó
un valor de 720.8 cm2. Azotobacter chroococcum, estimula de manera directa el área
foliar por efecto indirecto en la liberación de biomoléculas y hormonas del tipo de las
auxinas, giberelinas y citocininas, además de ciertas vitaminas.
Los principales efectos de las bacterias promotoras del crecimiento sobre las
gramíneas se han asociado con efectos en la emergencia, en el desarrollo de la raíz
46
y efectos en el rendimiento. En Azospirillum, los cambios favorables en las plantas,
en general, se han atribuido a cambios en la absorción de NO3, NH4, PO4, K y Fe, lo
cual incrementa la acumulación de minerales en hojas y tallos, según Bashan et al.,
(1996) citado por Loredo et al., 1998.
ÁREA FOLIAR DEL MAÍZ
A A A AB AB
0100200300400500600700800900
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
ÁR
EA F
OLI
AR
(cm2 )
Gráfica 3. Efecto de la aplicación de Azotobacter chroococcum en el área foliar de plantas de maíz. 4.1.3 Clorofila total En esta variable los valores encontrados durante el experimento no resultaron
estadísticamente significativos para ningún tratamiento con respecto al testigo, es
decir, la aplicación del biopreparado no afectó de manera positiva ni negativa; sin
embargo las lecturas del segundo día de medición se puede observar en la gráfica 4,
que para todos los tratamientos fueron los valores más altos superando el valor del
testigo, oscilando entre 30 y 35 unidades de clorofila aproximadamente.
Rentería (1998) citado por Peñuelas (2004), reporta que las mediciones de clorofila
en el rábano y champiñón, bajo condiciones del Valle del Yaqui, no se encontraron
47
diferencias significativas entre las medias, pero si se nota un incremento que se
mantiene entre 48%, lo cual refleja que si no se incrementa el contenido total de
clorofila, al menos no disminuye conforme pasa el tiempo, sino que más bien se
mantiene constante.
MEDICION DE CLOROFILA DEL MAÍZ
010203040
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
UNID
ADES
DE
C
LORO
FILA
(Spa
d 50
2 de
Min
olta
)
DIA 1DIA 2DIA 3DIA 4
Gráfica 4. Efecto de dosis de Azotobacter chroococcum en el contenido de clorofila total en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 4.1.4 Longitud de raíz La respuesta del maíz en este parámetro fue positiva ya que estos microorganismos
estimularon el crecimiento de la raíz originado por la capacidad que tienen de
producir sustancias promotoras del crecimiento vegetal, sobre todo del tipo auxínico,
asociadas a un mejor desarrollo de raíces, encontrándose diferencias significativas
estadísticamente, donde los tratamientos 1, 2 y 3 tuvieron el mismo efecto y los
tratamientos 4, 5 presentaron el comportamiento del testigo e igual de bueno que él,
pero se observa claramente que el tratamiento 4 es el mejor con un 14% mayor que
el resultado del testigo, representando un valor de 70.7cm de largo (Gráfica 5).
Los incrementos en la nodulación y la fijación de N2 son originados por la capacidad
que tiene el género Azotobacter de producir fitohormonas y vitaminas, tales como,
48
ácido indolacético, ácido giberélico, citoquininas , tiamina, ácido pantoténico, ácido
nicotínico y biotina, las cuales intervienen directamente en el desarrollo vegetal y trae
consigo un alargamiento y acondicionamiento de la raíz para facilitar la infección por
Rhizobium y la posterior nodulación (González et al., 1992).
LONGITUD DE RAÍZ DEL MAÍZ
CBC BC
A AB AB
01020304050607080
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
LON
GIT
UD
(cm
)
Gráfica 5. Comportamiento de la aplicación de Azotobacter chroococcum en longitud de raíz de plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 4.1.5 Peso seco parte aérea En esta variable se encontraron los siguientes resultados, el tratamiento que
presentó mejor respuesta fue el 4 (120 l/Ha) con un 122.72% por encima del testigo
con un valor de 4.9 g (gráfica 6). Al encontrar mayores área foliares, directamente se
observan mayores pesos secos, sin embargo, a pesar de obtener mayor área foliar,
no se mantuvo la tendencia en peso seco, donde los tratamientos 1, 2, 3 y 5 tuvieron
estadísticamente la misma respuesta que el testigo, obteniéndose valores que
oscilan entre 2.3 y 3.6 g.
Hammad (1998), en estudios realizados sobre la eficiencia de la fijación de N2 y la
susceptibilidad a bacteriófagos de Azotobacter chroococcum libre y encapsulado con
49
alginato, en condiciones controladas (in vitro) y bajo condiciones de campo (in vivo),
demostró que en condiciones in vitro, las células encapsuladas exhibieron mayor
actividad del sistema nitrogenasa que en la forma libre. El sistema de encapsulación
ofreció una mayor protección a las bacterias contra sus fagos. Bajo condiciones de
campo, la inoculación de plantas de maíz (Zea mays, cv Giza-2) con células
encapsuladas, incrementó marcadamente la población de Azotobacter chroococcum
en la rizosfera y en el rizoplano, así como incrementó significativamente el porcentaje
de nitrógeno y el peso seco de las plantas en comparación con los tratamientos
inoculados con células libres.
PESO SECO PARTE AÉREA DEL MAÍZ
BC
AB
A
C
B
BC
0
1
2
3
4
5
6
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
PESO
SEC
O (g
)
Gráfica 6. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en el peso seco de la parte aérea en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 4.1.6 Peso seco de raíz Se sabe que al obtener mayores longitudes de raíz, mayores serán el peso seco y el
peso volumétrico de la misma; por lo tanto si se presentó está linealidad con los
tratamientos. La respuesta encontrada en esta variable fue positiva, al inocular con el
género Azotobacter chroococcum (Gráfica 7), los tratamientos 4 y 5 fueron los
50
mejores con un 60% y 46% superior al testigo, obteniendo valores en peso seco de
1.06 g y 0.97 g respectivamente.
El resto de los tratamientos obtuvieron el mismo comportamiento del testigo, es decir
no encontraron diferencias significativas, resultando los siguientes valores para el
tratamiento 1 0.62 g, para el 2 0.7g y para el 3 0.65 g, donde el testigo obtuvo un
peso seco de 0.66g.
Uno de los efectos más importantes es la modificación de la morfología de la raíz,
que incluye una fitoestimulación de este órgano y un incremento significativo en la
formación de pelos radicales. La modificación de la morfología de los pelos radicales
debida a las sustancias promotoras del crecimiento, favorece la permeabilidad de la
raíz a ciertos iones. (Chalk, 1991).
PESO SECO RAÍZ DE MAÍZ
BB B
AA
B
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l / Ha)
PESO
SEC
O (g
)
Gráfica 7. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en el peso seco de la raíz en plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero.
51
4.1.7 Peso volumétrico de raíz Los resultados obtenidos fueron favorables, obteniéndose diferencias significativas,
los tratamientos 2, 4, y 5 presentaron el mismo comportamiento estadísticamente
que el testigo, es decir, obtuvieron el mismo efecto al suministrar la dosis del
biopreparado; siendo el tratamiento 5 el que obtuvo un mayor valor de 18.4 cm3 con
una diferencia significativa de 2% más que el testigo, como lo muestra la gráfica 8; y
en los tratamientos 2 y 4 se encontraron valores de 16 y 18.4 cm3 respectivamente.
Los tratamientos 1 y 3 no percibieron estimulo, obteniéndose valores de 29 y 14%
por debajo del testigo teniendo valores de 12.8 y 14.5 cm3.
Azotobacter chroococcum produce ácido indol-3-acético (AIA) a partir del triptofano,
el cual es exudado por la raíz de las plantas y puede sintetizar auxinas, giberelinas y
citoquininas, cuando se cultiva en un medio libre de nitrógeno y se adicionan
exudados de raíces de maíz (Martinez et al., 1988). El AIA, sintetizado por una
bacteria que está adherida a la superficie de la semilla, o bien, a la raíz de una planta
en vías de desarrollo, es tomado por la planta y junto con el AIA endógeno de la
planta puede estimular la división y alargamiento de la célula, o bien, promover la
síntesis de ácido 1-amino-ciclopropano-1-carboxílico (ACC) sintasa.
52
PESO VOLUMÉTRICO DE RAÍZ DEL MAÍZ
AAA
BCAB
C
02468
101214161820
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l / Ha)
PESO
VO
LUM
ÉTR
ICO
(c
m3 )
Gráfica 8. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en el peso volumétrico de raíz de plantas jóvenes de maíz bajo condiciones de invernadero. 4.1.8 Fitotoxicidad
Durante el desarrollo del experimento ninguna dosificación del biopreparado que
contenía los microorganismos afectó el desarrollo vegetal integrado del maíz, por lo
que no se presentaron daños en ninguna parte de las plantas.
4.2 Frijol 4.2.1 Altura de planta
En la altura como se observa en la gráfica 9, se obtuvo un valor promedio de 41 cm
aproximadamente representando esto un incremento en el crecimiento de las plantas
durante el desarrollo del experimento, sin embargo no se presentó diferencia
significativa entre cada tratamiento. La estimulación del área foliar es directa e
indirecta por la acción de la bacteria.
53
En la gráfica 10 se muestra la tasa relativa de crecimiento la cual se vió estimulada
por todos los tratamientos significativamente, siendo el 2 el que aumentó en un 36%
el crecimiento con un valor de 0.8925 cm día-1; para los tratamientos restantes se
obtuvieron valores que oscilan entre 0.8067 y 0.86 cm día-1 aproximadamente,
indicando esto que todos lo tratamientos superaron la respuesta del testigo que tuvo
un valor final de 0.6538 cm/día.
Al inocular Azotobacter chroococcum en pasto Panicum maximum Tang (1995) no
encontró resultados favorables en cuanto a crecimiento vegetal y tampoco se obtuvo
efecto sobre el crecimiento de Cenchrus ciliaris, cuando se inoculó con la misma
bacteria.
ALTURA DE PLANTA DEL FRIJOL
0
10
20
30
40
50
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
ALT
UR
A (c
m)
Día 1Día 2Día 3
Gráfica 9. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en la altura de plantas de frijol bajo condiciones de invernadero.
54
TASA RELATVA DE CRECIMIENTO DEL FRIJOL
A A A A AB
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
TRC
(cm
día
-1)
Gráfica 10. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en la tasa relativa de crecimiento de plantas de frijol bajo condiciones de invernadero. 4.2.2 Área foliar Para el área foliar se presenta un comportamiento favorable ya que se vio estimulada
por la inoculación de estos microorganismos, incrementándose el área foliar y el
número de hojas (Gráfica 11). Con respecto a los tratamientos 1 y 2 los cuales
presentaron diferencia significativa estadísticamente obteniendo valores como: 883.9
y 838.2 cm2 respectivamente; siendo el 1 el que incrementó esta variable con un 24%
superior al testigo. En cambio los tratamientos 3, 4 y 5 su respuesta fue similar
estadísticamente a la del testigo siendo para él un valor de 711.8 cm2, y para los
tratamientos se encontraron los siguientes 706.1, 699.1 y 793.4 cm2
respectivamente.
Estudio realizados en lechuga por Vargas et al., (2001), muestran que los efectos
más sobresalientes de algunas cepas bacterianas sugieren que posiblemente existió
un sinergismo entre el hospedante y los simbiontes, lo que permitió mejor absorción
de elementos esenciales, como el N y el P encontrados en la planta, los cuales
55
probablemente junto con las fitohormonas, que excretan las raíces tienen acción
fisiológica, provocaron el mayor desarrollo de la parte aérea del cultivo.
AREA FOLIAR DEL FRIJOL
A ABBC C
ABC BC
0
200
400
600
800
1000
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
AR
EA F
OLI
AR
(cm
2)
Gráfica 11. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en el área foliar de plantas de frijol. 4.2.3 Clorofila total La clorofila total en frijol, presentó valores menores al maíz oscilando éstos entre 20
y 30 unidades de clorofila. No hubo diferencias significativas entre tratamientos; el
comportamiento que se obtuvo fue similar entre ellos. La incorporación de
Azotobacter chroococcum no tuvo efecto sobre el desarrollo del cultivo (Gráfica 12).
A niveles de clorofila altos, Rodríguez (1989) citado por Encinas (2005), comenta que
el nivel de nitrógeno es alto, por lo que favorece a un mayor vigor vegetativo,
manifestado por aumento de velocidad de crecimiento, aumento de volumen y peso,
mayor producción de hojas de buena sanidad y calidad.
56
MEDICIÓN DE CLOROFILA DEL FRIJOL
0
20
40
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
UNID
ADES
DE
CLO
ROFI
LA
(Spa
d de
M
inol
ta)
Día 1Día 2Día 3Día 4
Gráfica 12. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en el contenido de clorofila total de plantas de frijol. 4.2.4 Longitud de raíz La longitud se vio estimulada por la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter
chroococcum, el tratamiento 5 (240 l/Ha) en un 5% mayor que el testigo pesar de
presentar estadísticamente el mismo comportamiento, con un valor de 30.3cm de
largo. El tratamiento 1 tuvo un 33.45% de crecimiento menor que el testigo (Gráfica
13). Ello debido a la liberación de auxinas principalmente.
Reddy et al., (1999) citado por Gauthereau (2004), comentan que al contar con
mayores longitudes de raíz da por consecuencia mayores pesos volumétricos y
secos, situación que no se dio en este caso por ser muy corto el tiempo en que se
llevó a cabo el experimento.
57
LONGITUD DE RAÍZ DEL FRIJOL
AAABBB
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
LON
GIT
UD
DE
RA
ÍZ (c
m)
Gráfica 13. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en la longitud de raíz en plantas jóvenes de frijol bajo condiciones de invernadero. 4.2.5 Peso seco parte aérea Para el peso seco de las hojas (Gráfica 14), se observó un incremento del 91% con
el tratamiento 3 (60 l/Ha) con diferencias significativas el cual fue el que presentó
mayor estimulo, correspondiéndole un valor de 4.4 g en peso. El resto de los
tratamientos con respecto al testigo no presentaron diferencia significativa siendo su
respuesta similar.
Estos resultados no son los esperados ya que al tener más área foliar se incrementa
de manera proporcional el peso seco; aumentos aún más considerables se
encontraron al inocular semillas de tomate, ya que se aumentó hasta en 52% la
materia seca de las plantas completas debido a que se aprovecha la capacidad de
suministrar hasta el 50% de los requerimientos de las plantas mediante la fijación
biológica por las bacterias (Martínez et al., 1996; Dibut et al., 1996).
58
PESO SECO AÉREO DEL FRIJOL
B B
A
B B B
0
1
2
3
4
5
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
PESO
SEC
O
AÉR
EO (g
)
Gráfica 14. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en el peso seco de parte aérea de plantas jóvenes de frijol bajo condiciones de invernadero. 4.2.6 Peso seco de raíz En esta variable se incrementó con un 218% superior al testigo con el tratamiento 4
con un valor de 3.5 g, lo que indica un gran estimulo ocasionado por los
microorganismos en el desarrollo de la raíz; al igual que los tratamientos 3 y 5 con
valores de 1.9 y 2.7 g. En los tratamientos 1 y 2 se observó la misma respuesta que
el testigo, obteniendo valores de 1.1 y 0.9 g respectivamente.
El género Azotobacter es capaz de solubilizar fosfatos, haciéndolos asimilables tanto
para las plantas como para los microorganismos rizosféricos, y de este modo
contribuyen a crear las condiciones favorables para una buena nodulación por
Rhizobium. Las condiciones de baja disponibilidad de fósforo reduce la fijación del N2
por efectos específicos en la iniciación y crecimiento del nódulo y la actividad
nitrogenasa (González y Lluch, 1992).
59
PESO SECO DE RAÍZ DEL FRIJOL
D D
BC
A
AB
CD
00.5
11.5
22.5
33.5
4
1 2 3 4 5 6TRATAMIENTOS (l/Ha)
PESO
SEC
O (g
)
Gráfica 15. Efecto de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en el peso seco de raíz en plantas jóvenes de frijol bajo condiciones de invernadero. 4.2.7 Peso volumétrico de raíz En el peso volumétrico de las raíces se obtuvieron los siguientes resultados: el
tratamiento 5 estimuló con un 71% más que el testigo, obteniendo un valor de 31.7
cm3 y con diferencias altamente significativas. Los tratamientos 1, 2, 3, y 4
presentaron un comportamiento similar al del testigo con los siguientes valores: 15.5,
13, 25.4 y 22.6 cm3 donde el testigo tuvo un valor de 18.5 cm3.
Es de suponerse que el resultado de peso volumétrico de raíz está dado por su peso
y su crecimiento longitudinal. El contar con mayores longitudes de raíz da por
consecuencia mayores pesos volumétricos y secos, situación que si se dio en este
caso (Reddy et al., 1999).
60
PESO VOLUMÉTRICO DE RAÍZ DEL FRIJOL
CDD
ABBC
A
BCD
0
5
10
15
20
25
30
35
1 2 3 4 5 6
TRATAMIENTOS (l/Ha)
PESO
VO
LUM
ÉTR
ICO
(c
m3 )
Gráfica 16. Comportamiento de la aplicación de diferentes dosis de Azotobacter chroococcum en el peso volumétrico de raíz en plantas jóvenes de frijol bajo condiciones de invernadero. 4.2.8 Fitotoxicidad
No se presentaron daños en ninguna planta durante el desarrollo del experimento,
los microorganismos contenidos en el biopreparado no afectaron el desarrollo vegetal
integrado del frijol.
61
V. CONCLUSIONES
La aplicación del biopreparado a base de la bacteria Azotobacter chroococcum
estimuló en todos los parámetros fisiológicos valorados, en el caso del maíz se
encontraron diferencias significativas en todos los casos, y para el frijol el
comportamiento fue similar al maíz. Por lo tanto se detecta en general una influencia
marcada en el desarrollo inicial de las plantas de ambos cultivos por efecto de la
aplicación de dicho microorganismo.
Según las dosis aplicadas de Azotobacter chroococcum la tendencia del tratamiento
4 (240 l Ha-1) en el cultivo de maíz fue el que presentó mejores resultados.
Para el cultivo de frijol, se puede determinar que el tratamiento 5 (240 l Ha-1) en
particular, es el que estimuló positivamente, aunque todos tuvieron un resultado
favorable en las variables, en comparación con el testigo empleado.
62
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