Importancia de la Fijación Biológica de Nitrógeno en soja, arveja y vicia

Drs. (Ings. Agrs.) Carlos Fabián Piccinetti1, Alejandro Perticari2, Gabriel Prieto3 y Fernando Salvagiotti4 – 1 Laboratorio de Bacterias Promotoras del crecimiento Vegetal (IMYZA-CICVYA-INTA Castelar) –2 Agencia de Extensión Rural Concarán (EEA Mercedes-INTA, San Luis) –3 Agencia de Extensión Rural Arroyo Seco (EEA Oliveros-INTA, Santa Fe) –4 Estación Experimental Oliveros (INTA, Santa Fe) La fijación biológica […]
septiembre 2, 2022

Drs. (Ings. Agrs.) Carlos Fabián Piccinetti1, Alejandro Perticari2, Gabriel Prieto3 y Fernando Salvagiotti4

1 Laboratorio de Bacterias Promotoras del crecimiento Vegetal (IMYZA-CICVYA-INTA Castelar) –2 Agencia de Extensión Rural Concarán (EEA Mercedes-INTA, San Luis) –3 Agencia de Extensión Rural Arroyo Seco (EEA Oliveros-INTA, Santa Fe) –4 Estación Experimental Oliveros (INTA, Santa Fe)

La fijación biológica de nitrógeno (FBN) es un proceso presente en muchos entre los microorganismos que lo utiliza para su propia subsistencia. En los ecosistemas podemos encontrar diferentes tipos de interacciones entre plantas y microorganismos, como por ejemplo aquellas asociativas y endofíticas que aportan N a las plantas en cantidades variables para su crecimiento y su desarrollo.

Además, se encuentran las interacciones simbióticas, en donde la fijación de N cobra relevancia debido a que le permiten a las plantas vivir en ambientes con limitaciones en la disponibilidad de N, inclusive en ambientes sin N (por ejemplo, relaciones Nostoc-Azolla, Nostoc-Gunnera, Nostoc-Cicas, Rizobio-Leguminosas, Rizobio-Parasponia o Frankia-plantas actinorrícicas).

En los agroecosistemas las opciones de relaciones simbióticas entre los microorganismos y los cultivos se reduce en comparación a los ecosistemas naturales, debido a que la relación Rizobio-Leguminosas es la que predomina en los principales cultivos de grano o pasturas. Este aporte en el caso de soja tuvo que ser introducido en Argentina, es decir, una ganancia debido a que la soja es un cultivo exótico como así también sus rizobios específicos, a diferencia de arveja o de vicia que en nuestros suelos se encuentran sus rizobios específicos.

Actualmente, en los países sudamericanos (principalmente Argentina, Brasil y Uruguay), se utilizan para inocular soja cinco cepas élite pertenecientes a tres especies de Bradyrhizobium sp. (B. japonicum: E109 y SEMIA 5079; B. elkanii: SEMIA 587 y SEMIA 5019 y B. diazoefficiens: SEMIA 5080) y como principal activo de formulaciones de inoculantes.

En Argentina, luego de un largo proceso de selección de cepas entre 1980 y 1990, se realizaron experimentos para determinar las cepas más adecuadas según el ambiente de producción, por lo que se utilizaron diferentes cepas de referencia internacional. La selección de estás cepas introducidas se basó principalmente en la eficiencia para fijar N y con moderada competitividad infectiva. Por consiguiente, se seleccionaron las cepas E109 y SEMIA5079 (o CPAC 15, en Brasil) de B. japonicum, debido a que estas cepas tuvieron un comportamiento en rendimiento de grano y producción de biomasa mejor y estable en diferentes ambientes productivos. Sin embargo, actualmente la SEMIA 5080 (o CPAC 7, en Brasil) también se encuentra en algunas formulaciones.

Por el contrario, las cepas de B. elkanii no se destacaron en nuestros ambientes y tuvieron muy alta competitividad con moderada capacidad de fijación de N. La E109 es una derivada de USDA138 (colección de cepas INTA-IMYZA) perteneciente al serogrupo USDA6, mientras que SEMIA5079 es una derivada eficiente de SEMIA566 perteneciente al serogrupo USDA123. En cambio, SEMIA5080 es una variante natural de la cepa CB 1809 siendo ésta una derivada de la USDA 122.

“La mayoría de los trabajos que determinan la cantidad de N derivado de la FBN en condiciones de campo es la técnica de “abundancia natural de 15N””

En Argentina, para soja analizada con esta técnica fue determinado un aporte de la FBN promedio a nivel nacional del 60%, representando en promedio un aporte de 153 kg N ha-1 (Collino y col., 2015). Teniendo en cuenta que en Argentina se cosecharon alrededor de 16,5 mill de has en la campaña 21/22 el aporte desde la simbiosis rizobio-soja contribuyó con 2,52 mill de toneladas de N año-1. Estudios comparando la performance de la cepa E109 de Bradyrhizobium japonicum, seleccionada por el LBPCV-IMYZA, mostró una estabilidad en la performance en diferentes ambientes, mostrando mejoras en la FBN del 13,6% (+21 Kg N ha-1) del N derivado de la simbiosis respecto al cultivo sin inocular.

En cuanto a leguminosas de invierno como arveja y vicia, se determinó también en condiciones de campo aportes promedio entre 46 y 99 kg N ha-1, respectivamente (Enrico y col., 2020). Experimentos probando la respuesta a la inoculación con la cepa nativa D70 de Rhizobium leguminosarum vs viciae (seleccionada por el LBPCV-IMYZA) mostraron incrementos del 36 y 62% (23 y 70 kg N ha-1) del N derivado de la simbiosis respecto al cultivo sin inocular para arveja y vicia, respectivamente.

Las estimaciones de ambos cultivos a nivel país en la campaña 21/22 fue de aproximadamente 38,5 mil toneladas de N año-1. Dos ventajas adicionales de la simbiosis son que el N fijado está dentro de la planta, es decir, que es transferido desde el nódulo al resto de la planta (a diferencia que si fertilizamos con N) y el momento estratégico del año de la contribución según el cultivo utilizado.

Esta simbiosis, una contribución de la naturaleza para la producción, se le puede agregar valor mediante procesos de I+D+i (Investigación, Desarrollo e innovación). En el caso de la fijación biológica de N, se requieren dos grandes pasos: 1. Selección de las cepas con alta eficiencia simbiótica y 2. Inoculación de cultivos, evaluando el sistema de inoculación y las dosis óptimas. Luego esos ajustes son trasladados al sistema productivo utilizando formulados de inoculantes que mantienen a los rizobios vivos y fisiológicamente activos hasta su utilización. (Ver estudio de caso).

Estudio de un caso

En INTA-IMYZA se llevó adelante un proceso de selección de cepas nodulantes de arveja por eficiencia simbiótica sobre diferentes cultivares comerciales. Este proceso se inició evaluando 78 cepas/aislamientos de rizobios conservados en el cepario de colección LBPCV-IMYZA sobre cuatro cultivares (Facón, Manantiales, Pampa y Bicentenario) y en sustrato inerte estéril regado con solución nutritiva sin N.

Del total evaluado, sólo 25 cepas fueron capaces de nodular en todos los cultivares. Finalmente, se seleccionaron en total cinco cepas en cámara de cultivo por nodulación y producción de biomasa a los 25 días después de la siembra (DDS). Esas cepas luego fueron evaluadas en invernáculo durante el ciclo completo de la planta y con tres cultivares (Facón, Viper y Bicentenario). Las principales variables evaluadas en invernadero fueron nodulación, producción de biomasa y rendimiento, destacándose las cepas D156 y D70 (Figura 1).

Figura 1: Evaluaciones de variables relevantes durante el proceso de selección de cepas con alta eficiencia simbiótica en invernadero

En la etapa de campo, tres cepas (D70, D156 y D191) fueron evaluadas en dos cultivares (Facón y Viper) en la localidad de Rueda (Santa Fe). Las cepas D70 y D156 tuvieron alta eficiencia simbiótica mostrando el mismo comportamiento en términos de %FBN y N derivado de la FBN que el observado en el invernáculo.

La disponibilidad de nitrógeno regula los procesos que ocurren en los agroecosistemas y la relación simbiótica rizobio-leguminosas es un proceso central para la planificación de sistemas de producción sustentables y amigable con el ambiente.

En este sentido, el agregado de valor a procesos como el ejemplo descripto de la simbiosis rizobio-arveja mediante I+D+i, acompaña el crecimiento de la producción del cultivo para alcanzar rendimientos según el potencial del lote agrícola.

Bibliografía

Collino, D. J., Salvagiotti, F., Perticari, A., Piccinetti, C., Ovando, G., Urquiaga, S., & Racca, R. W. (2015). Biological nitrogen fixation in soybean in Argentina: relationships with crop, soil, and meteorological factors. Plant and Soil, 392(1), 239-252.

Enrico, J. M., Piccinetti, C. F., Barraco, M. R., Agosti, M. B., Eclesia, R. P., & Salvagiotti, F. (2020). Biological nitrogen fixation in field pea and vetch: Response to inoculation and residual effect on maize in the Pampean region. European Journal of Agronomy, 115, 126016.

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