15. The Soil-Root Interface (Rhizosphere) in Relation to Mineral Nutrition HORST MARSCHNER De: Mineral Nutrition of Higher Plants. Second Edition.1995

15. La Interfase Raíz-Suelo (Rizosfera) en Relación a la Nutrición Mineral (Traducción)

SECCIONES 15.1. General 15.2 Concentración de iones en la rizosfera 15.3 pH y Potencial Redox en la Rizosfera

15.3.1 General 15.3.2 Fuentes de Suministro de Nitrógeno y pH Rizosférico 15.3.3 Estado Nutricional de las Plantas y el pH Rizosférico 15.3.4 Potencial Redox y Procesos Reductores

15.4 Rizodeposición y Exudados Radicales 15.4.1 Rizodeposición 15.4.2 Exudados Radicales

15.4.2.1 General 15.4.2.2 Mucílago y Mucigel 15.4.2.3 Exudados Radicales de Bajo Peso Molecular (LMW) 15.4.2.4 Exudados Radicales y Estado Nutricional de las Plantas 15.4.2.5 Ectoenzimas

15.5 Microorganismos Rizosféricos No Infecciosos 15.5.1 Colonización Radical 15.5.2 Rol en la Nutrición Mineral Vegetal 15.5.3 Exudados Radicales como Señales y Precursores de Fitohormonas

15.6 Micorrizas 15.6.1 General 15.6.2 Grupos, Morfología y Estructura de las Micorrizas 15.6.3 Infección Radical, Demanda de Fotosintatos, y Crecimiento de la

Planta hospedera 15.6.3.1 Infección Radical 15.6.3.2 Demanda de Fotosintatos 15.6.3.3 Crecimiento Radical y Caulinar de la Planta Hospedera

15.7 Rol de las Micorrizas en la Nutrición Mineral de sus Plantas Hospederas 15.7.1 Micorrizas Vesiculo-Arbusculares 15.7.2 Ectomicorrizas

15.8 Rol de las Micorrizas en la Tolerancia a Metales Pesados 15.9 Respuesta a la Micorrización 15.10 Otros Efectos Micorrícicos

15.10.1 Efectos Hormonales, Relaciones Planta Agua

15.10.2 Supresión de los Patógenos Radicales 15.11 Micorrizas: Implicaciones Prácticas Lista de figuras Lista de tablas

Micorrizas (no traducción)

Control Biológico de los Patógenos Radicales (traducción)

Biodiversidad y Funcionamiento del Ecosistema en los Suelos (traducción)

Desarrollos en el control biológico de fitopatógenos del suelo (traducción)

Exudación Radical Y Biología De La Rizosfera (traducción) N. del T.

15.1. General ←

Las condiciones en la rizosfera difieren en muchos aspectos de aquellas en el suelo alejado de la raíz, el llamado suelo no rizosférico. Las raíces no solo actúan como una demanda por nutrientes minerales transportados hacia la superficie radical por flujo másico y difusión. Además, ellas toman cualquiera iones ó agua preferentemente, lo que puede conducir al agotamiento ó acumulación de iones. Ellas también liberan H+ y HCO (y CO2) lo que cambia el pH, y ellas consumen ó liberan O2, lo que puede causar alteraciones en el potencial redox. Los exudados radicales de bajo peso molecular pueden movilizar los nutrientes minerales directa, ó indirectamente al proporcionar la energía para la actividad microbiana en la rizosfera. Estas modificaciones inducidas por la raíz son de crucial importancia para la nutrición mineral de las plantas. Aunque las propiedades químicas del suelo no rizosférico (e.g., el pH) son muy importantes para el crecimiento radical y la disponibilidad de nutrientes minerales, las condiciones en la rizosfera y el grado en el que las raíces pueden modificar estas condiciones juegan un rol muy decisivo en la toma de nutrientes minerales en general, y en particular la toma de micronutrientes. Las condiciones en la rizosfera son también de importancia para la adaptación de las plantas a suelos con condiciones químicas adversas, como sucede, por ejemplo, con los suelos minerales ácidos.

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En plantas cultivadas en el suelo la rizosfera se caracteriza por gradientes que se presentan ambos en dirección radial y longitudinal a lo largo de la raíz (Fig. 15.1). Los gradientes pueden existir para nutrientes minerales, pH, potencial redox y procesos reductores, exudados radicales y actividad microbiana. Estos gradientes son determinados por los factores químicos y físicos del suelo, y por factores de la planta como la especie, y el estado nutricional de la planta, y por la actividad microbiana en la rizosfera. Se ha hecho en la década pasada se han hecho muchos progresos para ganar un mejor entendimiento de estos procesos rizosféricos y en la siguiente discusión serán presentados algunos ejemplos de estos hallazgos.

Fig. 15.1 Gradientes en la interfase raíz-suelo (rizosfera). 15.2 Concentración de iones en la rizosfera ←

La concentración de un ion particular en la rizosfera puede ser inferior, superior ó similar

a la del suelo no rizosférico, dependiendo de la concentración en la solución del suelo no rizosférico, de la tasa de liberación del ion hacia la superficie radical, y su tasa de toma por la misma raíz. Los ejemplos del agotamiento de fosfatos y del potasio han sido dados en el Capítulo 13. En suelos bajos en potasio disponible esto puede conducir a la desagregación de partículas polimineralíticas de esquistos y a la acumulación hierro amorfo y oxihidratos de aluminio, indicativo de una realzada alteración del material del suelo en la interfase suelo–raíz. En ryegrass (Lollium multiflorum) el agotamiento en la concentración de potasio por debajo de 80 μм en la solución del suelo rizosférico realza en unos pocos días la liberación del potasio interlaminar y la concomitante transformación en la rizosfera de la mica tricoctaédrica en vermiculita. En la rizosfera de la colza (Brassica napus L.) el agotamiento de ambos potasio y magnesio, asociado con una disminución en el pH cerca a 4, incrementa no solo la liberación de potasio interlaminar sino también la del magnesio octaédrico y, de este modo, induce irreversibles transformaciones en las micas.

Por otro lado, una mayor toma de agua que de iones conduce a la acumulación de iones en la rizosfera. Esto puede predecirse a partir de cálculos en base a modelos de transporte de solutos por difusión y flujo másico hacia la superficie radical para aquellos iones que están presentes en altas concentraciones en la solución del suelo (Sección 13.2). Esta acumulación puede también demostrarse al separar cuidadosamente las raíces del suelo adherido flojamente (suelo rizosférico) y del suelo estrechamente adherido (suelo del rizoplano). De un modo más elegante, los compartimientos de la raíz y del suelo no rizosférico pueden separarse por mallas, permitiendo el análisis del suelo en distancias definidas desde la superficie radical. Se han dado ejemplos de estos para el agotamiento del potasio y del fósforo en el Capitulo 13. Usando una técnica similar, la acumulación de iones en la rizosfera puede también ser medida como se muestra en la Fig. 15.2 para calcio y magnesio. Después del crecimiento por dos meses en un suelo franco arenoso las concentraciones de calcio y magnesio en la rizosfera se incrementaron 2-3 veces comparando con el suelo no rizosférico. Si ó no los iones como el calcio se acumulan en la rizosfera depende de ambos del transporte por flujo másico (transpiración) hacia las raíces (Sección 13.2) y de la tasa de toma por las raíces. Las especies vegetales difieren en ambos aspectos. Por ejemplo, en ryegrass y lupino cultivados en el mismo suelo, el suministro de calcio por flujo másico fue de 2.8 y 8 mg Ca, respectivamente, pero la toma de calcio fue de 0.8 mg en ryegrass y 9.0 en lupino. De este modo, a pesar del suministro mucho mayor, el calcio se agoto en la rizosfera de lupino pero se acumuló en el caso del ryegrass.

Fig. 15.2 Acumulación del calcio y magnesio en el suelo rizosférico de plantas de cebada de dos meses de edad (Redibujado a partir de Youssef & Chino, 1987).

A concentraciones suficientemente altas de Ca2+ y SO en la solución del suelo,

puede demostrarse la precipitación de CaSO4 en la superficie radical. Tras un largo periodo en plantas cultivadas en el suelo, estas precipitaciones ocasionalmente pueden formar un manto sólido alrededor de las raíces (pedotúbulo) con diámetro de unos pocos milímetros ó aun más de 1 cm.

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En suelos calcáreos (e.g., rendzinas) pueden frecuentemente presentarse cantidades abundantes de raíces calcificadas en plantas herbáceas en las que los elementos calcita retienen la estructura de las células corticales originales. Se ha presentado evidencia de que estos elementos calcita citomórficos (~60-80μм) se forman mediante las actividades radicales y ciclos de acidificación de la rizosfera y precipitación del carbonato de calcio dentro de las células radicales. De acuerdo con esto las raíces calcificadas están circundadas por un rizocilindro descalcificado con una matriz de silico-aluminio. Este es un ejemplo interesante de importancia en la pedogénesis, ya que en ciertos lugares la fracción calcita citomórfica puede representar más de un cuarto de la masa de suelo.

La acumulación de sales de baja solubilidad en la rizosfera (e.g., CaCO3, CaSO4) puede ser bastante dañina para las plantas. Pero es diferente, sin embargo, en suelos salinos con altas concentraciones de sales solubles como el cloruro de sodio. Como se muestra en la Tabla 15.1 hay un gradiente de concentración para ambos cloruro y sodio desde el suelo no rizosférico hacia la superficie radical, y este gradiente se acentúa como la tasa de transpiración se incremente. Consecuentemente, la conductividad eléctrica del suelo se incrementa cerca de la superficie radical, específicamente a altas tasas de transpiración.

El incremento de la concentración de sales y del potencial osmótico de la solución del suelo disminuye la disponibilidad de agua a las plantas y puede deteriorar severamente las relaciones planta agua. En no halófitas (“excluders de sales”) cultivadas en suelos salinos en un periodo de cuatro días las concentraciones de sales en la solución del rizo-suelo pueden elevarse desde 50 a 300 mм. A altas concentraciones de sales las relaciones entre la tasa de transpiración y la acumulación de sales en la rizosfera no son lineales, indicando algo de difusión de regreso de los solutos desde la superficie radical, contrarrestando en parte la acumulación de sales. Tabla 15.1 Relación entre la toma de agua por unidad de longitud radical y acumulación de sodio y cloruro alrededor de raíces de maíz a

Cloruro (mg(100g)-1 suelo) Sodio (mg(100g)-1 suelo) Toma de agua (transpiración 100 ml cm-1) No rizosférico a Flojo b Cercano d No rizosférico a Flojo b Cercano d

Conductividad eléctrica, cercano d (mmho cm-1)

0.38 0.46 0.82 0.95

31 36 43 44

41 43 66 64

58 65 97

128

22 28 36 38

34 33 49 57

41 45 68 90

1.38 2.28 3.79 5.02

a En base a Sinha & Sough (1974)

b Suelo no rizosférico c Suelo flojamente adherido (suelo rizosférico) d Suelo estrechamente adherido (suelo rizoplano)

La acumulación de sales solubles en la superficie radical es importante para el

crecimiento vegetal y riego en suelos salinos. Las estimaciones sobre la reducción esperada del crecimiento en plantas cultivadas en suelos salinos están usualmente basadas en los cálculos a partir de concentraciones salinas en extractos saturados del suelo. La concentración de sales en la solución del suelo bajo condiciones de campo está estimada en dos a cuatros veces superior que la del extracto de saturación (pasta de suelo). Esto, sin

embargo, no refleja necesariamente la condición actual en la rizosfera donde el agua puede no estar disponible para las plantas durante largo antes de que se obtengan los niveles críticos de conductividad (ver Sección 16.6.3) en el suelo no rizosférico.

Las valores promedios para la rizosfera comparando con el suelo no rizosférico tampoco proporcionan una verdadera imagen de las relaciones de los nutrientes en la rizosfera ya que ignoran loas gradientes a lo largo del eje radical, por ejemplo, en las tasas de toma de elementos minerales y agua (Fig. 15.1). Las tasas de toma de nutrientes minerales pueden diferir mucho a lo largo del eje radical (Sección 2.6). Lo mismo es cierto para las tasas de toma de agua que son, por ejemplo, mucho mayores en raíces desnudas que en raíces cubiertas del maíz y otras plantas C4 (Sección 2.7), ó en especies perennes donde se presentan tasas mucho mayores en las zonas radicales apicales donde está incompleta la formación de endodérmis y exodérmis.

Los gradientes en las tasas de toma de iones a lo largo del eje radical son también importantes para la competencia y selectividad en la toma (Fig. 15.3). La fuerte depresión en la toma de magnesio por el potasio puede ser rápidamente demostrada en cultivos en solución nutritiva (Sección 2.5.3) sucediendo en plantas cultivadas en suelo siempre y cuando el potasio este alto en la rizosfera. El agotamiento del potasio en la solución del suelo de la rizosfera por debajo de 20 μм dobló la tasa de toma de magnesio en el ryegrass (Fig. 15.3). La prolongación radial de la zona de agotamiento del potasio desde las zonas apicales hacia las básales permite superiores tasas de toma de magnesio en las zonas basales. De este modo, la separación espacial de los iones en la rizosfera a lo largo del eje radical de las plantas cultivadas puede separar las limitaciones en la nutrición mineral de las plantas causadas por la competencia por los sitios de toma. Sin embargo, en suelos salinos con altas concentraciones de sodio, la toma preferencial del potasio en las zonas radicales apicales también incrementa la probabilidad de superiores tasas de toma de sodio en las zonas basales y de este modo, de disminuir la selectividad global en la toma K+/Ca2+.

Fig. 15.3 Curso de tiempo de la toma de magnesio en ryegrass al afectarse por la concentración de potasio en la solución del rizo-suelo (Seggewiss & Jungk, 1988).

15.3 pH y Potencial Redox en la Rizosfera ← 15.3.1 General ← El pH de la rizosfera puede diferir del pH del suelo no rizosférico por más de dos unidades, dependiendo de los factores planta y suelo. Las factores más importantes en los

cambios inducidos por la raíz en el pH rizosférico son el deterioro en la relación toma catión/anión y las correspondientes diferencias en la liberación neta de H+

y HCO (ú OH-), y en la excreción de ácidos orgánicos. Los ácidos orgánicos pueden también ser producidos por la actividad microbiana estimulada por la liberación de carbono orgánico desde las raíces, y por la producción de CO2 por las raíces y microorganismos rizosféricos. En suelos aireados, el CO2 por si mismo es de menor importancia en el pH rizosférico ya que este se difunde rápidamente desde las raíces a través de los poros llenos de aire. Es principalmente el CO2 disuelto en la solución del suelo (H+, HCO ) el que afecta el pH rizosférico ya que la movilidad de los H+

y HCO es relativamente baja en la solución del suelo.

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−3

−3

La capacidad buffer del suelo y el pH inicial del suelo (suelo no rizosférico) son los principales factores que determinan el grado en que las raíces vegetales pueden cambiar el pH rizosférico. La capacidad buffer del pH de los suelos no depende tanto del contenido de arcillas sino principalmente del pH y contenido de materia orgánica inicial; la capacidad buffer del pH es inferior a pH cercano a 6, y se incrementa a ambos valores de pH inferiores y superiores.

Suceden marcadas diferencias en el potencial redox rizosférico entre plantas cultivadas en suelos aireados y aquellas cultivadas en suelos sumergidos. En ambos casos, sin embargo, los cambios inducidos por la raíz en el potencial redox de la rizosfera pueden ser sustanciales y por lo tanto pueden también afectar la disponibilidad y toma de los nutrientes minerales. 15.3.2 Fuentes de Suministro de Nitrógeno y pH Rizosférico ← La forma de suministro de nitrógeno tiene la influencia más notoria en la relación toma catión/anión (Sección 2.5.3) y de este modo en el pH rizosférico ambos en especies anuales y perennes. El suministro de nitrato está correlacionado más con una tasa superior de liberación neta de HCO (ó consumo de H+) que con una excreción neta de H+, y con el suministro de amonio es lo contrario. En suelos neutros ó alcalinos la acidificación rizosférica en plantas alimentadas con amonio puede realzar la movilización de fosfatos de calcio escasamente solubles y por lo tanto favorecer la toma de fósforo, así como la toma de micronutrientes como el boro, hierro, manganeso y zinc (Tabla 15.2). Naturalmente, en suelos ácidos una ulterior disminución del pH no es muy efectiva en movilizar estos nutrientes minerales. En suelos ácidos el incremento en el pH inducido por el suministro de nitrato realza la toma de fósforo, presumiblemente mediante el intercambio con el HCO por los fosfatos adsorbidos a los óxidos de hierro y aluminio. De este modo varias pasturas cultivadas en suelos ácidos deficientes en fósforo se han encontrado estrechamente asociados el agotamiento del fósforo en la rizosfera y el incremento en el pH de la rizosfera.

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−3

Los valores promedio del pH rizosférico pueden ser engañosos y pueden resultar en conclusiones erróneas acerca de las relaciones de los nutrientes en la rizosfera. Por ejemplo, dentro del sistema radical de una planta individual, algunas veces pueden presentarse notables diferencias del pH excediendo dos unidades de pH entre las raíces primarias y laterales ó a lo largo del eje radical. Como se muestra en el ejemplo del abeto de Noruega (Fig. 15.4) en suelos ácidos el pH se ha incrementado en el ápice radical y disminuido en la zona subapical (extensión), independiente de la forma de nitrógeno en la solución del suelo. En contraste en las zonas radicales más basales sucedieron cambios esperados en el pH, es decir solamente un incremento del pH con el suministro del nitrato,

y una disminución cuando el amonio está presente simultáneamente a concentraciones cercanas de 500 μм. Ya que el amonio es usualmente tomado mucho más preferentemente que el nitrato (Sección 2.5.4), toma lugar una acidificación de la rizosfera a pesar de la presencia de concentraciones superiores de nitrato, particularmente a altos contenidos de agua en el suelo lo que facilita correspondientemente la difusión del NH . Es una característica común el pH superior en el ápice radical (Fig. 15.4) en plantas cultivadas en suelos ácidos y puede estar relacionado con la liberación de exudados radicales (ver abajo) ó en plantas alimentadas con nitrato con una alta actividad nitrato reductasa en las zonas apicales radicales.

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Tabla 15.2 Suministro de nitrógeno, pH rizosférico, y contenido caulinar de nutrientes minerales de fríjol (Phaseolus vulgaris L.) cultivado en un Luvisol (pH 6.8).

Contenidos en materia seca caulinar

(mg g-1) (μg g-1) Suministro de nitrógeno

pH rizosférico K P Fe Mn Zn

NO3-N NH4-N

7.3 5.4

13.6 14.0

1.5 2.9

130 200

60 70

34 49

Fig. 15.4 Influencia de la forma de nitrógeno incorporado a la solución del suelo en el pH del rizoplano a lo largo de raíces del abeto de Noruega de 4 años cultivado en un Luvisol a pH 4.5 (H2O). (Leisen et al., 1990)

Existen fuertes diferencias en el pH rizosférico entre las especies vegetales cultivadas en el mismo suelo y las suplidas con nitrógeno nitrato. El trigo negro y el garbanzo tienen un muy bajo pH rizosférico comparando, por ejemplo, con aquel del trigo ó del maíz. Estas diferencias genotípicas reflejan las diferencias en las relaciones toma catión/anión.

La leguminosas y plantas actinorrizas que logran su requerimiento de nitrógeno por fijación simbiótica de N2 en vez de por nutrición del nitrato, toman más cationes que aniones ya que lo que entra a la raíz son N2 neutros. Esta relación toma catión/anión de plantas fijadoras de N2 es de este modo bastante mayor y de ese modo también lo es la excreción neta de H+, aunque por unidad de nitrógeno asimilado es inferior contra plantas alimentadas con amonio (Sección 2.5.4). Las consecuencias de las diferentes relaciones toma catión-anión en alfalfa se reflejan en las diferencias en la acidez (liberación neta de H+) y alcalinidad (liberación neta de HCO ú OH-) y en el pH rizosférico (Tabla 15.3). La capacidad de las plantas para utilizar el fósforo a partir de la roca fosfatada es por lo

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tanto superior en plantas fijadoras de N2 que en plantas alimentadas con nitrato. En soya, las plantas fijadoras de N2 fueron también superiores en contenidos de hierro y manganeso que las plantas alimentadas con nitrato y no mostraron síntomas de deficiencia de hierro. Tabla 15.3 Efectos de las fuentes de nitrógeno en la acidez y alcalinidad generada por las raíces de alfalfa, en el pH del suelo, y en la utilización de la roca fosfatada a

Tratamiento Fuente

nitrógeno Roca

fosfatada Acidez

(meq g-1 peso seco) Alcalinidad

(meq g-1 peso seco) pH suelo

(H2O) Toma de fósforo (mg por maceta)

Desarrollo (g peso seco por maceta)

Nitrato Nitrato

N2 N2

- + - +

- -

0.5 1.4

1.1 0.8 - -

6.8 7.3 6.2 5.3

1 23 4

49

2.5 18.8 4.7 26.9

a De Aguilar S & van Diest (1981).

En suelos severamente deficientes en fósforo la utilización de roca fosfatada como una fuente de fósforo para leguminosas puede ser baja cuando la nodulación está limitada por deficiencia de fósforo (Sección 7.4.5). De este modo, el suministro inicial de fósforo soluble puede realzar la nodulación, la fijación de N2, y la acidificación de la rizosfera y por lo tanto el uso de roca fosfatada. En cultivos intercalados de leguminosas fijadoras de N2 con no leguminosas, la acidificación rizosférica de las leguminosas puede incrementar la toma de fósforo a partir de la roca fosfatada en las no leguminosas, por ejemplo, doblándola en plántulas de nogal negro intercalado con alfalfa. Los modelos de simulación para la predicción de la toma de fosfato por leguminosas cultivadas simbióticamente, particularmente cuando son suplidas con roca fosfatada, ó cultivadas en suelos con pH alcalino, tienen por lo tanto que considerar esta movilización del fósforo por la acidificación rizosférica, de lo contrario la toma real excederá por mucho la toma pronosticada.

Con el paso del tiempo, la fijación simbiótica del nitrógeno también afectara la acidificación del suelo no rizosférico y de este modo los requerimientos de cal (Sección 7.4). Un cultivo de alfalfa que fije N2 y que de una producción anual de materia seca caulinar de 10 t por hectárea producirá una acidez en el suelo equivalente a 600 kg CaCO3

por hectárea. En pasturas leguminosas que no son encaladas hay una notable correlación negativa entre la edad de la pastura y el pH del suelo. En suelos en que las leguminosas son cultivadas continuamente puede de este modo ser liberado el manganeso intercambiable del suelo hacia la solución del suelo incrementando el riesgo de toxicidad por manganeso en las plantas. En climas húmedos bajo pasturas leguminosas la pérdida del nitrógeno fijado simbióticamente en el sistema a través del lavado del nitrato y de una cantidad equivalente de cationes como magnesio y calcio contribuyen a la acidificación del suelo. Un impacto similar a largo plazo en la acidificación del suelo por la fijación de N2 puede observarse en ecosistemas forestales cuando el pH debajo del aliso rojo es comparado con el del abeto de Douglas, y en rotaciones de cultivos con una alta proporción de leguminosas. 15.3.3 Estado Nutricional de las Plantas y el pH Rizosférico ← Los cambios inducidos por la raíz en el pH rizosférico también están relacionados con el estado nutricional de las plantas. Los ejemplos son la acidificación de la rizosfera en algodón y otras dicotiledóneas bajo deficiencia de zinc, y en especies no gramíneas bajo deficiencia de hierro (Sección 2.5.6). En ambos casos el incremento en la liberación neta

de H+ está estrechamente relacionado a un incremento en la relación toma catión/anión. Bajo la deficiencia de hierro esta acidificación también sucede en plantas alimentadas con nitrato (Fig. 15.5), y en base al sistema radical como un todo, las tasas de liberación neta de H+

por unidad de peso radical están en un orden de magnitud similar a las plantas alimentadas con amonio suficientes en hierro. De nuevo, sin embargo, los valores promedio son engañosos ya que bajo deficiencia de hierro la realzada liberación neta de H+

está confinada a las zonas radicales apicales donde las tasas reales son casi ocho veces superiores que en las plantas alimentadas con amonio (Fig. 15.5). Esta acidificación altamente localizada puede permitir a las raíces disminuir el pH rizosférico en las zonas apicales aún en suelos calcáreos realzando la movilización del hierro (Sección 16.5.3).

Fig. 15.5 Acidificación de la rizosfera (indicado por el agar con bromocresol purple, arriba) y tasas de liberación neta de H+ por raíces de plantas intactas de girasol. (Modificado de Römheld et al., 1984). Tabla 15.4 Curso de tiempo en producción de materia seca, concentración de fósforo, y pH rizosférico y toma de iones en plantas de colza cultivadas en un suelo bajo en fósforo a

Edad de las plantas (d)

Peso seco (g por recipiente)

Concentración de fósforo en la solución del suelo rizosférico (μм)

pH rizosférico

Toma de cationes y aniones

b 0 7

14 20 28

- 0.16 0.89 1.89 3.69

5.17 2.56 0.82 1.40 2.47

6.1 6.3 6.5 5.3 4.3

- Cat < An Cat < An Cat > An Cat > An

a En base a Grinsted et al. (1982) y Hedley etl al. (1982).

b Nitrógeno suplido como Ca(NO3)2.

Por lo menos en dicotiledóneas la acidificación de la rizosfera es también un

difundido fenómeno de respuestas radicales a la deficiencia de fósforo como se muestra en un ejemplo para plantas de colza en la Tabla 15.4. Cuando las plantas de colza fueron cultivadas en un suelo deficiente en fósforo estuvo asociada una disminución en la concentración de fósforo en la solución del suelo rizosférico durante las primeras dos semanas con un incremento en el pH rizosférico. Después, se invirtió está relación. Los

cambios en el pH rizosférico estuvieron relacionados con la relación toma catión/anión, que se incrementó en las plantas más viejas, más probablemente debido a las inferiores tasas de toma de nitrato pero también por las superiores tasas de toma de calcio y magnesio. Se han encontrado respuestas similares en la relación toma catión/anión y acidificación rizosférica en plantas de girasol deficientes de fósforo. Sin embargo, hay creciente evidencia de que en muchos casos la acidificación rizosférica inducida por la deficiencia de fósforo es cualquiera exclusivamente, ó por lo menos en un alto grado causada por la excreción de ácidos orgánicos (Sección 15.4.2.3). 15.3.4 Potencial Redox y Procesos Reductores ← Como el contenido de agua se incremente, los potenciales redox tienden a disminuir hasta se obtienen los valores negativos de suelos sumergidos. La caída en el potencial redox está correlacionada con un rango de cambios en la solubilidad de nutrientes minerales (e.g., manganeso y hierro, ocasionalmente fósforo) y también con la acumulación de solutos orgánicos fitotóxicos (Sección 14.4.4). Las plantas adaptadas a suelos inundados y sumergidos (e.g., arroz anegado) mantienen altos potenciales redox en la rizosfera mediante el transporte de O2 desde el vástago a través del aerénquima hacia las raíces para liberar el O2 en la rizosfera (Sección 16.1). Esta oxidación de la rizosfera (Fig. 15.6) es esencial para disminuir la concentración de solutos orgánicos fitotóxicos (Sección 14.4) y el Fe2+

y Mn2+ presente en la solución del suelo no rizosférico de los suelos sumergidos.

Ambos el transporte de O2 a la raíces y la tasa de consumo de O2 en la raíces y particularmente en la rizosfera son afectados fuertemente por la nutrición mineral.

Fig. 15.6 Representación esquemática de raíces de arroz de aniego en suelo sumergido.

La distancia en que la zona de oxidación se extiende desde el rizoplano hacia el

suelo no rizosférico (Fig. 15.6) varia entre 1 y 4 mm, dependiendo del suministro de O2 y consumo de O2, y de la capacidad buffer redox del suelo. La distancia también varia a lo largo del eje de las raíces individuales. En arroz inundado, el potencial redox se incrementa abruptamente detrás del ápice radical, por ejemplo, desde -250 mV a cerca de +100mV, cayendo otra vez en las zonas más basales, y elevándose de nuevo en los sitios donde las raíces laterales penetran el cortex. Este patrón en el potencial redox a lo largo del eje radical puede estar relacionado con el patrón en la densidad poblacional de microorganismos rizosféricos (como los principales consumidores de O2) que es baja en el ápice y se incrementa abruptamente en las zonas básales antes de la emergencia de las raíces laterales.

En suelos aireados los potenciales redox promedio están en el rango de +500-700mV. Sin embargo, los suelos aireados no son homogéneos y se presenta un

mosaico de micrositios anaeróbicos que varían en espacio y tiempo. Tales micrositios son más probablemente mucho más abundantes en la rizosfera que en el suelo no rizosférico, y son particularmente importantes para la adquisición de manganeso (Sección 15.5) y hierro, y para perdidas gaseosas del nitrógeno (e.g., N2, N2O…). Como el potencial redox disminuya y la concentración de O2 caiga el nitrato es usado por los microorganismos como un aceptor alternativos de electrones, seguido por los óxidos de manganeso (Sección 16.4.1). Ya que el consumo de O2 es superior en la rizosfera comparando con el suelo no rizosférico, en suelos compactados mal aireados el riesgo de pérdida del nitrógeno por desnitrificación (ó nitrificación incompleta del nitrógeno amonio) es superior en un suelo sembrado que en un suelo no sembrado (Fig. 15.7). Las tasas de desnitrificación se elevan con las crecientes entradas de carbono orgánico a partir de las raíces en la rizosfera, como es particularmente el caso en plantas que sufren de deficiencia de potasio.

Fig. 15.7 Efecto de la porosidad llena de aíre y el crecimiento del trigo (sembrado) en la desnitrificación en un suelo chernozem (Corg:1.8%). (De acuerdo a Prade & Trolldenier, 1989).

La realzada actividad reductora en la superficie radical es una característica típica de las respuestas radicales a la deficiencia de hierro en dicotiledóneas y monocotiledóneas no gramíneas (Sección 2.5.6). Esta respuesta radical puede también conducir a la realzada reducción del hierro y manganeso en el suelo rizosférico cuando los reductantes (e.g., fenólicos) son liberados por raíces deficientes en hierro (Sección 16.4).

15.4 Rizodeposición y Exudados Radicales ← 15.4.1 Rizodeposición ← En promedio, 30-60% del carbono fotosintético neto es destinado a las raíces (Tabla 15.5) y de este carbono una proporción apreciable es liberada como carbono orgánico en la rizosfera. Esta liberación de carbono, también llamada rizodeposición, es altamente variable, para especies anuales es tanto como el 40% y para árboles forestales como el abeto de Douglas, son bastante comunes los valores mayores al 70%.

La rizodeposición es incrementada por varias formas de estrés como la impedancia mecánica, anaerobiosis, sequía, y deficiencia de nutrientes minerales. Por

consiguiente para una especie vegetal dada las tasas de rizodeposición varían mucho y pueden ser, por ejemplo, 2-4 veces superiores para plantas cultivadas en suelo que para plantas cultivadas en soluciones nutritivas. Los microorganismos de la rizosfera incrementan la rizodeposición, particularmente la fracción de bajo peso molecular (LMW). En un periodo de 3 semanas, las raíces de plántulas de trigo liberaron 7-13% de los fotosintatos netos cuando se cultivaron en ausencia de microorganismos y 18-25% cuando se cultivaron en presencia de microorganismos. Se ha presentado evidencia de que el efecto realzante de los microorganismos rizosféricos es principalmente causado no al incrementar la salida sino al disminuir la proporción de reabsorción (“recuperación”) de los exudados LMW por las raíces. En un estudio comprensivo usando sistemas sellados durante todo un periodo de crecimiento, Sauerbeck & Johnen (1976) encontraron la superior liberación de carbono orgánico por raíces de trigo cultivado en suelo durante el periodo de rápido crecimiento vegetativo. En la cosecha fueron medidas las subsiguientes cantidades de carbono (en gramos por maceta): raíz peso seco, 3.0; respiración radical, 1.9; exudación radical y rizodeposición, 7.6. En otras palabras, más del doble de carbono orgánico fue liberado en la rizosfera (rizodeposición) tal como quedo en el sistema radical en la cosecha. Se han obtenido datos similares con otras especies anuales. Tabla 15.5 Porcentaje de carbono fotosintético neto asignado a, y perdido por, raíces de especies vegetales anuales a

Porcentaje del carbono asignado perdido por las raíces Porcentaje destinado a las raíces Respiración (A) Rizodeposición (B) Total (A+B)

28-59 16-76 4-70 42-90 a Datos compilados a partir de literatura, en base a Lynch & Whipps (1990).

Fig. 15.8 Modelo del flujo del carbono en la rizosfera. LMW= bajo peso molecular. (Modificado de Warembourg & Billes, 1979)

Los principales componentes de la rizodeposición se muestran en la Fig. 15.8. Los exudados de bajo peso molecular (LMW) incluyen ácidos orgánicos, que pueden movilizar directamente a los nutrientes minerales en la rizosfera. Pueden también ser atribuidos algunos efectos directos en la movilización y ligamiento de nutrientes minerales al mucílago y a células y tejidos mudados que son principalmente un sustrato de carbono para los microorganismos rizosféricos, pero pueden volverse efectivos en la movilidad de nutrientes minerales como metabolitos de la actividad microbiana. Ciertos constituyentes de los exudados radicales LMW pueden también ser transformados por los microorganismos rizosféricos a compuestos fisiológicamente altamente activos (e.g.,

fitohormonas). La rizodeposición incluye a nutrientes minerales previamente tomados por la

planta. En plantas jóvenes de trigo, por ejemplo, esta contribuyó en 1-5% del fósforo y en plantas de trigo en base a todo su periodo de crecimiento, constituyó hasta el 18% del nitrógeno total en plantas con bajo nivel de nitrógeno y 33% en plantas con alto nivel de nitrógeno. En principio, la rizodeposición por raíces en crecimiento realza la tasa de recambio del carbono orgánico en la rizosfera (“efecto imprimación”), particularmente en plantas bien suplidas con nitrógeno. 15.4.2 Exudados Radicales ← 15.4.2.1 General ← Los exudados radicales comprenden solutos ambos de alto y bajo peso molecular liberados ó secretados por las raíces. Los componentes más importantes de los solutos de alto peso molecular son el mucílago y las ectoenzimas (Sección 15.4.2.4) y en la fracción de bajo peso molecular están los ácidos orgánicos, azúcares, fenólicos, y aminoácidos (incluyendo fitosideróforos). Los lisatos a partir de la autolisis de las células epidérmicas y corticales son incluidos en la categoría de exudados radicales. La exudación radical es afectada por varios factores endógenos y exógenos, y por las dinámicas de los nutrientes en la rizosfera y por la adquisición de nutrientes, pareciendo ser de particular importancia el estado nutricional de la planta y la impedancia mecánica del sustrato (Fig. 15.9).

Fig. 15.9 Representación esquemática de la exudación radical al afectarse por deficiencia de nutrientes minerales y por impedancia mecánica.

En plantas cereales cultivadas bajo condiciones estériles el 5% del peso seco radical apareció como exudados radicales cuando las plantas fueron cultivadas en solución nutritiva pero este valor se incrementó al 9% en un sustrato sólido (glass ballotini). Entre los dos sustratos en la exudación radical del maíz se encontraron diferencias correspondientes por un factor de tres para azúcares y vitaminas y una factor de diez para fenólicos en leguminosas. En principio, lo mismo es cierto para plantas

cultivadas en suelo (Fig. 15.9) y en particular cuando la impedancia mecánica se incrementa por la alta densidad aparente del suelo. El incremento en la densidad aparente del suelo desde 1.2 a 1.6 g cm-1 deprimió drásticamente la longitud radical del maíz, pero la asignación de los fotosintatos a las raíces permaneció similar (40% de la fotosíntesis neta) conduciendo a un incremento en el consumo de fotosintatos por unidad de longitud radical en un factor de dos.

La incrementada exudación radical como resultado de la impedancia mecánica tiene importantes implicaciones no solo en la dinámica de nutrientes sino también en la tolerancia de las plantas a las altas concentraciones de aluminio (Tabla 15.6). Mientras que en una solución nutritiva una concentración de solo 74 μм aluminio inhibió en gran parte la elongación radical, la misma concentración en una solución nutritiva filtrada en cultivo en arena no tuvo efecto. Aún al incrementar la concentración de aluminio cerca de diez veces (741 μм), en plantas cultivadas en cultivo en arena los efectos perjudiciales en el crecimiento radical fueron menos severos que aquellos a 74 μм en cultivo en agua (Tabla 15.6). Como se indicó por el contenido de elementos minerales de las zonas radicales apicales, la supresión de la toma de aluminio y la correspondientemente menor depresión en los contenidos de calcio y magnesio en las raíces fueron presumiblemente los factores responsables de la superior tolerancia al aluminio de las raíces cultivadas en el sustrato sólido, un efecto llevado a cabo por la superior exudación radical y una correspondiente disminución en la concentración de especies tóxicas de aluminio monomérico (Sección 16.3). Tabla 15.6 Influencia del aluminio en la longitud radical y el contenido de elementos minerales en las zonas radicales apicales (0-5 mm.) de soya cultivadas en solución nutritiva ó en cultivo en arena filtrado con la solución nutritiva a

Contenido de elementos minerales en las puntas radicales (mg g-1 peso seco)

Sustrato Longitud radical (cm. por planta) Al Ca Mg

Solución nutritiva Control (-Al) + 74 μм Al

Cultivo en arena Control (-Al) + 74 μм Al

189 39

114 50

<0.1 3.9

<0.1 0.9

0.69 0.36

1.56 1.22

1.37 0.47

1.39 1.02

a En base a Horst et al. (1990) 15.4.2.2 Mucílago y Mucigel ← Las superficies radicales, particularmente las zonas apicales, están cubiertas por materiales gelatinosos de alto peso molecular (mucílago), que consiste principalmente de polisacáridos que incluyen cerca de 20-50% de ácidos poliurónicos, dependiendo de la especie vegetal. Este material es secretado por las células de la caliptra y son también liberados por las células epidérmicas. La producción del mucílago está positivamente correlacionada con la tasa de crecimiento radical. En medio no estéril este también incluye las sustancias producidas por la degradación bacteriana de las paredes celulares. En plantas cultivadas en suelo el mucílago está usualmente invadido por microorganismos, y están embebidas en ambas partículas del suelo orgánicas e inorgánicas. Esta mezcla de material gelatinoso, microorganismos, y partículas del suelo es llamado mucigel.

El mucílago tiene una diversidad de funciones biológicas incluyendo la protección de las zonas radicales apicales de la desecación, lubricación de la raíz como se mueva a

través del suelo (Fig. 15.9), toma de iones (facilitación ó restricción), interacción con partículas del suelo, y mejoramiento del contacto suelo-raíz, especialmente en suelo seco, y causante de la agregación del suelo en la rizosfera. El mucílago del maíz puede incrementar la proporción de los agregados estables suelo-agua desde cerca de 2% a casi 40% y ciertamente contribuye a la correlación positiva entre la densidad de longitud radical y la proporción de agregados estables suelo-agua en plantas cultivadas en campo.

Bajo ciertas condiciones el estrecho contacto entre las partículas del suelo y la superficie radical vía mucílago (Fig. 15.9) puede ser de considerable importancia para la toma de nutrientes minerales. Esto aplica particularmente para los micronutrientes y el fósforo y también para metales pesados tóxicos y el aluminio. En esta zona de transición mal definida en la interfase suelo-raíz se llevan a cabo efectos que son diferentes de aquellos que suceden en la solución libre (“efecto bifásico”). Trabajadores han demostrado que en suelo deficiente de fósforo, las plantas toman el fósforo que no está en equilibrio con la solución del suelo pero que es movilizado hacia la interfase raíz-suelo presumiblemente vía desorción de fosfatos desde las superficies arcillosas mediante el componente ácido poligalacturónico del mucílago. La bifase afecta el suministro de solo una menor fracción del total de demanda de macronutrientes como el fósforo, pero no es el caso con micronutrientes como hierro. Como se muestra en la Tabla 15.7 las plantas de maíz cultivadas en arena cuarcítica con FeOOH toman suficiente hierro para el normal crecimiento y formación de clorofila. Este hierro fue movilizado en la interfase arena-raíz y no estuvo en equilibrio en la solución libre. Esto se indica por el contenido extremadamente bajo de hierro en las plantas cultivadas en una solución nutritiva en que el hierro fue suplido solo a la concentración en equilibrio que tenía la arena cuarcítica. Mas probablemente, en la arena cuarcítica el hierro fue movilizado en la capa mucigel de la interfase arena-raíz mediante las altas concentraciones localizadas de fitosideróforos en los exudados radicales de las plantas de maíz deficientes en hierro. Tabla 15.7 Efecto rizosférico del maíz en la utilización de FeOOH escasamente soluble a, b

Tratamiento Peso seco

(g(6 plantas) -1) Clorofila

(mg g--1 peso seco)

Contenido de 39Fe (μg g-1

peso seco) Arena + 39FeOOH Solución nutritiva

2.85 1.45

13.3 1.7 c

26 0.3

a En base a Azarabdji & Marschner (1979). b Las plantas fueron cultivadas en un sistema de cultivo de arena y agua conectado por una solución nutritiva en circulación sin hierro c Clorosis severa

Aunque en suelos secos se ha cuestionado el rol del mucílago de la caliptra como

un lubricante el mucigel puede ser de importancia en la toma de micronutientes desde suelos secos. Namblar (1976a) presentó evidencia de que las raíces cultivadas a través de una capa de suelo más seco que el punto de marchitez pueden tomar una cantidad significante de zinc, a condición de que las raíces tengan acceso al agua en algún otro sitio (e.g., en el subsuelo). En suelos secos la mayoría del mucílago es liberado en respuesta a la impedancia mecánica, y esto probablemente facilita el transporte de zinc a partir de las partículas de suelo dentro del mucigel hacia la membrana plasmática de las células radicales. El transporte de agua en las raíces desde el subsuelo y la liberación de agua en el seco suelo superficial (ascensión hidráulica) pueden estar involucrados en este efecto realzante.

El mucílago tiene una alta capacidad de complejación con metales pesados catiónicos (Pb > Cu > Cd) principalmente intercambiándolo con Ca2+. El ligamiento preferencial del plomo (Pb) puede ser un factor importante en su restringida toma por las

raíces. Puede demostrarse para el aluminio una restricción en su toma debida al mucílago (Tabla 15.8). En las zonas apicales de raíces en crecimiento, el mucílago es producido continuamente y puede representar más del 10% del peso seco en los 5 mm. apicales de las raíces de caupí. En raíces expuestas al aluminio una alta proporción del aluminio es enlazado específicamente al mucílago. En base al peso seco el mucílago contiene cerca de ocho veces más aluminio que el tejido radical (Tabla 15.8). Por consiguiente, la eliminación del mucílago conduce a un incremento en el contenido de aluminio en el tejido radical y a una severa inhibición de la extensión radical. El realce de la producción de mucílago por la impedancia mecánica es por lo tanto un principal factor que contribuye a la mucha mayor tolerancia al aluminio por las raíces cultivadas en sustratos sólidos comparando con soluciones nutritivas (Tabla 15.6). Tabla 15.8 Efecto del mucílago en el crecimiento y contenido de aluminio de raíces de caupí (cv. Tvu 354) cultivado en soluciones nutritivas con ó sin aluminio a

Contenido de Al en las puntas radicales Raíces Mucílago Raíces Mucílago

Tratamiento Mucílago

Crecimiento radical (cm d-1) (μg Al(25 puntas)-1) (mg Al g-1 peso seco)

-Al +Al c

+ - b + - b

6.3 5.9 4.8 2.1

- -

12.4 20.6

- -

16.6 3.6

- -

2.1 3.2

- -

16.6 14.5

a A partir de Horst et al. (1982) b Mucílago removido mecánicamente tres veces por día. c + 5mg Al l-1 15.4.2.3 Exudados Radicales de Bajo Peso Molecular (LMW) ← Los principales constituyentes de los exudados radicales LMW (Fig. 15.8) son los azúcares, ácidos orgánicos, aminoácidos, y fenólicos. Por lo general los azúcares y azúcares son los compuestos predominantes. Sin embargo, no solo varían las cantidades totales sino también las proporciones de estos compuestos entre especies vegetales y el estado nutricional de la planta. Es difícil de obtener datos precisos sobre los exudados radicales LMW ya que bajo condiciones no estériles, especialmente en soluciones nutritivas, los microorganismos pueden utilizar una gran parte de estos como fuente de carbono, y bajo condiciones estériles las cantidades liberadas son considerablemente inferiores.

En general, la exudación radical de compuestos LMW es superior en las zonas radicales apicales que en las basales. En el caso de azúcares y aminoácidos esto puede reflejarse en parte por su liberación por difusión desde las células y tejidos con altas concentraciones internas. En las zonas radicales apicales, los aminoácidos derivados del floema conducen a concentraciones elevadas de aminoácidos en el apoplasto y, a pesar de un efectivo mecanismo de recuperación por reabsorción mediante sistemas de toma enlazados a la membrana, no puede evitarse la liberación de aminoácidos en la solución externa. Los mismo probablemente es cierto para azúcares, mientras que para ácidos orgánicos, a altas tasas de exudación (e.g., bajo deficiencia de fósforo) la excreción está más probablemente acoplada con un cotransporte acoplado de H+

(Sección 2.4). Los azúcares solo tienen menores efectos directos en la movilización de nutrientes

minerales. En este aspecto los ácidos orgánicos, aminoácidos y fenólicos juegan un rol mucho más dominante. Algunas de las principales reacciones involucradas en la movilización de nutrientes minerales en la rizosfera debido a estos compuestos LMW son mostradas en la Fig. 15.10. La incrementada solubilidad del MnO2 debido a la exudación radical parece resultar principalmente por los ácidos orgánicos. Para un pH dado, los

exudados radicales del trigo disolvieron 10-50 veces más manganeso a partir del MnO2

que lo que hizo una solución buffer sola. El ácido málico es un componente importante de los exudados radicales. Durante la oxidación de 1 mol de ácido málico a CO2 en la superficie del MnO2, son liberadas 6 moles de Mn2+; la quelación del Mn2+

evita su reoxidación e incrementa la movilidad en el rizosfera del manganeso reducido (Fig. 15.10, A). Los fenólicos contribuyen a la realzada reducción del manganeso. Los ácidos orgánicos son de importancia general en la movilización en la rizosfera del Fe(III) escasamente soluble, y en respuesta a la deficiencia de hierro juegan un rol particularmente significante las incrementadas tasas de exudación radical de fenólicos y aminoácidos (fitosideróforos) (Sección 2.5.6).

Fig. 15.10 Representación esquemática de varios mecanismos en la rizosfera para la solubilización de compuestos inorgánicos escasamente solubles mediante exudados radicales en relación a la nutrición mineral de plantas (ver texto).

Los ácidos orgánicos, así como los fenólicos, en los exudados radicales son también importantes al traer fosfatos inorgánicos escasamente solubles a la solución. Los medios por los que los ácidos orgánicos movilizan el fosfato no están confinados a disminuir el pH rizosférico. El citrato, por ejemplo, desorbe los fosfatos a partir de superficies de sesquióxidos mediante intercambio aniónico (ligando). Por lo general, una combinación de ambos desorción y quelación del aluminio y hierro es responsable de la movilización de fosfatos a partir de fosfatos de hierro y/ó aluminio. Los ácidos cítrico y málico y los fenólicos, forman quelatos relativamente estables con el Fe(III) y aluminio, incrementando por lo tanto la solubilidad y la tasa de toma del fósforo. Como un efecto colateral de la quelación del aluminio se alivian los efectos dañinos en el crecimiento radical ejercidos por las altas concentraciones de aluminio monomérico.

En ciertas especies vegetales adaptadas a suelos minerales ácidos con disponibilidad extremadamente baja de fósforo, como Eucalyptus spp y plantas de te, este mecanismo es de gran importancia en la nutrición del fósforo. La alta eficiencia en estas especies vegetales es presumiblemente una respuesta a la deficiencia del fósforo (ver abajo). Los ácidos orgánicos no son los únicos de importancia en la movilización del fósforo del suelo, sino también para los micronutrientes. El hierro, zinc y manganeso en los suelos calcáreos se incrementan en disponibilidad cualquiera al disminuir el pH en la rizosfera, ó por la quelación de estos micronutrientes, y al disminuir la concentración de Ca2+

mediante la quelación y formación de sales escasamente solubles como el citrato de calcio (Fig. 15.10, D).

Los exudados radicales de bajo peso molecular también movilizan metales pesados como el cobre, plomo, y cadmio mediante la formación de complejos estables. Esto puede tener importantes consecuencias en las tasas de toma de metales pesados. Se ha demostrado que los exudados radicales de dos especies de tabaco y de maíz movilizan el cadmio desde los suelos en el orden (N. tabacum > N. rustica > Z. mays) lo que también refleja las diferencias en la toma de cadmio (“biodisponibilidad”) entre estas tres

especies vegetales.

15.4.

15.4.2.4 Exudados Radicales y Estado Nutricional de las Plantas ← Cuando las plantas están deficientes frecuentemente se incrementan las cantidades de exudados radicales LMW y se altera la composición de los exudados. Por ejemplo, bajo deficiencia de potasio en maíz las cantidades de exudados se incrementan y se cambia la proporción de azúcares y ácidos orgánicos a favor de los ácidos orgánicos. Bajo deficiencia de zinc en ambas dicotiledóneas y pastos se incrementan en los exudados radicales las cantidades de aminoácidos, azúcares, y fenólicos, pero el incremento en exudados radicales específicos en movilizar el zinc está confinado a los pastos. Los ejemplos dados abajo muestran el realce inducido por deficiencia, de exudados radicales, ó de compuestos en los exudados radicales, que son bastantes específicos para deficiencias nutricionales particulares y de especial importancia en el realce de la movilidad de nutrientes minerales en la rizosfera.

Se observa frecuentemente la realzada exudación radical de ácidos orgánicos bajo deficiencia de fósforo en dicotiledóneas en general y en leguminosas en particular. En alfalfa (Medicago sativa) aún bajo deficiencia latente de fósforo cuando el peso seco total aún no ha sido deprimido pero la relación peso seco raíz/vástago ha empezado a disminuir, se incrementa cerca del doble la exudación radical del ácido cítrico. Las especies leguminosas responden bastante contrariamente a la deficiencia de fósforo en términos del incremento en la exudación radical de ácidos orgánicos (Tabla 15.9). La exudación es muy alta en garbanzo y maní, pero baja en soya y moderada en fríjol gandul. Los principales compuestos son el ácido cítrico en garbanzo y ácido fumárico en maní. Se observaron diferencias mucho más pequeñas entre especies en el contenido de ácidos orgánicos en las raíces que en el contenido de ácidos orgánicos en los exudados radicales. Tabla 15.9 Exudación radical de ácidos orgánicos en especies leguminosas deficientes en fósforo a

Exudación (nmol g-1 peso fresco radical (12 h)-1) Especie Total b Malónico Fumárico Málico Cítrico

Soya Garbanzo

Maní Fríjol gandul

2.83 66.54 47.21 6.17

- 7.04

- 0.34

1.03 6.87

24.44 0.73

0.78 12.67 12.84 4.31

1.02 35.63 9.17 0.79

a En base a Ohwaki & Hirata (1992). b Incluyendo otros ácidos orgánicos.

La exudación relativamente baja de ácidos orgánicos en el fríjol gandul (Cajanus

cajan) contraste en algo con la sobresaliente capacidad de esta especie en la adquisición de fósforo a partir de Alfisols (pH bajo; dominando el Fe(III)-P). Esta alta capacidad es presumiblemente causada por otro ácido orgánico en los exudados radicales, es decir el ácido piscídico (ácido tartárico p-hidroxibencil):

El ácido piscídico es un fuerte quelatante del Fe(III) y, de este modo, moviliza los

fosfatos de hierro escasamente solubles, pero no es muy efectivo en traer a solución a los fosfatos de calcio escasamente solubles. El fríjol gandul es por lo tanto altamente

eficiente en fósforo cuando es cultivado en Alfisols pero no en Vertisols (alto pH, dominando el Ca-P).

En leguminosas cultivadas simbióticamente la acidificación puede de este modo ser causada por ambos una alta relación toma catión/anión (Tabla 15.3), y por la excreción de ácidos orgánicos, dependiendo la importancia relativa de ambos procesos que dependen del estado nutricional del fósforo en la planta.

En colza, la acidificación de la rizosfera en plantas deficientes en fósforo puede estar estrechamente relacionada con la relación toma catión/anión (Tabla 15.4), pero también con la realzada excreción neta de ácidos orgánicos (Tabla 15.10). Este realzada excreción esta principalmente confinada a las zonas radicales apicales y coincidió con los superiores contenidos de malato y citrato en las zonas radicales apicales de las plantas deficientes en fósforo. No son claras las razones para los diferentes mecanismos de acidificación de la rizosfera en colza (Tablas 15.4 y 15.10).

Tabla 15.10 Ácidos orgánicos en los exudados a partir de diferentes zonas radicales en plantas de colza (Brassica napus L.) cultivada por siete días sin ó con fósforo a

Ácidos orgánicos en exudados (nmol cm-1 raíz (2h)-1) Suministro de fósforo Zona radical Málico Cítrico

-P

+P

Apical Basal Apical Basal

0.87 0.20 0.15 0.03

0.27 0.13 0.06 0.03

a Basado en Hoffland et al. (1989b). Reimpreso con permiso de Kluwer Academic Publishers.

Tiene ventajas ecológicas una alta tasa de exudación local de ácidos orgánicos y otros solutos (e.g., fitosideróforos), así como de protones (Fig. 15.5). En suelos bien tamponados una declinación en el pH solo puede conseguirse mediante altas densidades de flujos de protones y ácidos orgánicos. Es más, los sitios de bajo pH localizado en la rizosfera pueden inhibir el crecimiento de microorganismos y por lo tanto evitar ó por lo menos restringir la degradación microbiana de los exudados. Este principio es casi realizado perfectamente en plantas enraizadas en cluster como varias especies arbóreas (e.g., Banksia spp.) y también en especies leguminosas anuales como Lupinus albus (Sección 14.4). Dentro de os cluster radicales (raíces proteoid) se hace posible una intensiva extracción en un volumen limitado del suelo mediante los exudados radicales que de otra manera se difundirían en un mayor volumen de suelo con la correspondiente dilución. Este efecto espacial de los exudados radicales dentro de las zonas radicales proteoid es lo opuesto a lo descrito para la adquisición de fósforo, ó potasio, en plantas sin formación de raíces en cluster donde a altas densidades de enraizamiento el traslape de las zonas de agotamiento disminuye su eficacia (Sección 13.3). Tabla 15. 11 pH del suelo y contenidos de citrato y micronutrientes en el suelo no rizosférico y el suelo rizosférico del lupino blanco (Lupinus albus L.) cultivado en un suelo deficiente en fósforo (23% CaCO3)a

Suelo no rizosférico Suelo rizosférico

(zona radical proteoid) pH (H2O) Citrato (µg g-1 suelo) DTPA extractable (µmol kg-1 suelo)

Hierro Manganeso Zinc

7.5 ND

34 44 2.8

4.8 47.7

251 222 16.8

a Dinkelaker et al. (1989), ND = no determinado. El ácido cítrico es el compuesto dominante en los exudados de las raíces proteoid

del lupino blanco y es efectivo en la movilización del fósforo a partir de ambos suelos

ácidos y calcáreos. La alta excreción local de ácido cítrico acidifica la rizosfera aún en suelos calcáreos (Tabla 15.11) y moviliza fosfatos de calcio escasamente solubles mediante la disolución y subsiguiente formación de citrato de calcio escasamente soluble en la rizosfera (Fig. 15.11).

Fig. 15. 11 Precipitación del citrato de calcio en la rizosfera de raíces proteoid de plantas Lupinus albus de 13 semanas de edad cultivadas en un Luvisol deficiente en fósforo; (a) zona radical proteoid; (b) detalles de (a) con partículas de citrato de calcio. (Dinkelaker et al., 1989.)

La acidificación localizada por ácido cítrico no solo moviliza en la rizosfera al

fósforo sino también al hierro, manganeso, y zinc (Tabla 15.11) e incrementa sus tasas de toma y contenido en las plantas. Cuando el lupino blanco ú otras especies vegetales formadoras de raíces proteoid son suplidas con fósforo soluble, se deprime la formación de raíces proteoid (Sección 14.4) y consecuentemente la excreción del ácido cítrico. En plantas como el lupino blanco los contenidos de fósforo pueden permanecer similares pero el de los micronutrientes disminuye, por ejemplo, el manganeso en el peso seco caulinar disminuyó desde 4970 µg g-1

a 833 µg g-1 y del zinc desde 30 µg g-1

a 16 µg g-1. Las cantidades de ácido cítrico liberadas en la rizosfera del lupino blanco (Tabla

15.11) se explicaron por 1 g. por planta, ó 23% de la fotosíntesis neta después de 13 semanas de crecimiento. Esto parece ser un alto costo para la adquisición de fósforo. Sin embargo, en vista de los beneficios (movilización no solo del fósforo sino también de otros nutrientes minerales), y el costo de las alternativas (asignación del 10-20% de la fotosíntesis neta a hongos en asociaciones micorrícicas VA, Sección 15.6.3); ó el incremento en el áreas radical superficial (Sección 14.4), esta estrategia de plantas con raíz proteoid parece ser bastante eficiente. Tabla 15.12 Peso seco y toma de fósforo del trigo (T. aestivum) y lupino blanco (L. albus) cultivados en cultivo mixto en un suelo deficiente en fósforo (pH 6.5) suplido con roca fosfatada y nitrógeno nitrato a

Peso seco (g. por maceta)

Toma de fósforo (mg. por maceta)

Sistemas radicales de ambas especies

Trigo Lupino Trigo Lupino Separados b

Entrecruzados 23.5 39.9

27.3 24.5

23.6 46.5

36.6 40.2

a En base a Horst & Waschkies (1987). b Sistemas radicales de ambas especies separados por una rejilla en acero inoxidable

Cuando se cultiva en un cultivo mixto en un suelo deficiente en fósforo suplido con roca fosfatada, el trigo puede beneficiarse del fósforo movilizado en la rizosfera del lupino blanco (Tabla 15.12), a condición de que los sistemas radicales de ambas especies

vegetales puedan entrecruzarse. De este modo, el lupino blanco es capaz no solo de movilizar fosfatos escasamente solubles para su propia demanda sino también de proporcionar fósforo adicional a otras especies vegetales como el trigo la que, a pesar de su mucha mayor densidad longitud radical (12.6 cm cm-3, comparando con 3.6 cm cm-3 en lupino) es mucho menos eficiente en fósforo.

También en la capa de suelo de raíces proteoid de plantaciones maduras de las Proteáceas como Banksia interifolia, las cantidades de ácidos orgánicos en el agua lavada son cerca de 10 veces superiores que en el suelo circundante, y el ácido cítrico representa cerca del 50% de los ácidos orgánicos totales.

Fig. 15.12 Movilización de micronutrientes a partir de un suelo calcáreo (Luvisol, 7% CaCO3) por exudados radicales de plantas de cebada suficientes (+Fe) y deficientes (-Fe) de hierro. (Treeby et al. 1989.)

Existe un tipo particular de exudación en especies gramíneas (Sección 2.5.6). En respuesta a la deficiencia de hierro, y también al retenimiento del suministro de zinc se incrementa la liberación de aminoácidos no proteinogénicos, los llamados fitosideróforos. Los exudados radicales de especies gramíneas como la cebada suficientes en hierro son capaces de movilizar el hierro y otros cationes micronutrientes a partir de suelos calcáreos (Fig. 15.12). La movilización del manganeso es mucho mayor que la de otros cationes, probablemente relacionado con la reducción del manganeso gracias a los ácidos orgánicos en los exudados. Comparando con plantas suficientes en hierro, los exudados radicales de plantas de cebada deficientes en hierro tienen una mucha mayor capacidad de movilización de micronutrientes (Fig. 15.12), lo que para el zinc y el cobre está en un rango similar a quelatantes sintéticos. La mucha mayor concentración de fitosideróforos en el exudado es responsable del incremento en la movilización de micronutrientes en plantas deficientes en hierro. De este modo, en especies gramíneas bajo deficiencia de hierro, como un efecto colateral se incrementa la solubilidad y movilidad de otros micronutrientes en la rizosfera. 15.4.2.5 Ectoenzimas ← En la mayoría de suelos agrícolas entre el 30 y 70% del fósforo total del suelo está presente en la materia orgánica del suelo (fósforo orgánico, Porg). En suelos forestales la proporción de Porg puede elevarse al 95%. En la rizosfera, parte de este Porg es movilizado desde, ó incorporado en, esta fracción por los microorganismos rizosféricos. La hidrólisis del Porg es mediada por la fosfatasa ácida radical, fosfatasa alcalina ó ácida fungosa, y la

fosfatasa alcalina bacteriana. Existe por lo tanto un notable gradiente en la actividad fosfatasa desde el suelo no rizosférico hacia la superficie radical como se muestra en la Fig. 15.13 para fosfatasa ácida.

Fig. 15.13 Actividad fosfatasa ácida en la rizosfera de diferentes especies vegetales cultivadas en un suelo franco limoso. (Tarafdar & Jungk, 1987).

Fig. 15.14 Actividad fosfatasa ácida y contenido de fósforo inorgánico (Pi) y orgánico (Porg) en la fracción extraíble con agua del suelo del rizoplano (RPS), suelo rizosférico (RS), y del suelo no rizosférico (BS) en una plantación del abeto de Noruega de 80 años de edad. (Häussling & Marschner, 1989).

Las fosfatasas son enzimas adaptativas y por consiguiente la actividad fosfatasa ácida radical se incrementa en respuesta a la deficiencia de fósforo. La fosfatasa ácida radical determinada in vivo es una ectoenzima secretada, ó liberada por las raíces, particularmente en las zonas apicales. Las diferencias en actividad fosfatasa ácida entre las tres especies mostrada en la Fig. 15.13 son por lo tanto no necesariamente típicas para las tres especies sino que probablemente relacionan las diferencias en el estado nutricional del fósforo en las plantas. En vista de la alta proporción de Porg en la solución del suelo no rizosférico (Sección 13.5) y el alto recambio del Porg en los microorganismos rizosféricos, es evidente la importancia de la alta actividad fosfatasa ácida radical para la adquisición del fósforo, particularmente cuando se cultivan en suelos bajos en fósforo. De acuerdo con este sugerido rol, del agotamiento total de fósforo en la rizosfera (reflejando

la toma por las raíces) la proporción explicada por la fracción Porg fue cerca del 50% ó aún mayor. En la rizosfera del abeto de Noruega (Fig. 15.14) el agotamiento del fósforo estuvo aún confinado a la fracción Porg y estrechamente correlacionado con la actividad fosfatasa ácida que, en estos sistemas radicales micorrícicos puede derivar de ambos raíces y hongo. En Pinus rigida la actividad es mucho superior en raíces no micorrizadas que en raíces colonizadas con el hongo ECM Pisolithus tinctorius.

Muchas otras enzimas están localizadas en el apoplasto radical, particularmente en las células epidérmicas de las zonas radicales apicales. Estas enzimas incluyen las polifenol oxidasas así como aquellas necesarias para la biosíntesis de la pared celular. Sin embargo, no es claro, su rol en la dinámica de nutrientes en la rizosfera y en la adquisición de nutrientes minerales. 15.5 Microorganismos Rizosféricos No Infecciosos ←15.5.1 Colonización Radical ← Ya que las raíces actúan como una fuente de carbono orgánico, la densidad poblacional de microorganismos, especialmente bacterias, es considerablemente mayor en la rizosfera que en el suelo no rizosférico. El relativo incremento en el número de microorganismos es expresado como una relación R/S, siendo R el número por gramo de suelo rizosférico y S en el suelo no rizosférico. Las relaciones varían enormemente, entre 5 y 50, dependiendo por ejemplo de la edad de la planta, especie vegetal, y del estado nutricional de la planta. En general, todos los factores endógenos y exógenos que afectan la rizodeposición y de este modo el abastecimiento de carbono orgánico tienen un impacto similar en la densidad poblacional en el rizoplano y en la rizosfera. La colonización radical por microorganismos no infecciosos no está confinada al rizoplano sino que toma lugar en una variable proporción también en el apoplasto del cortex (e.g., de A. brasilense, Sección 7.6). Para tales casos algunas veces se usa el termino “endorizosfera”, pero se considera más apropiado el termino “endófito bacteriano”.

Por lo general, en plantas cultivadas en suelo entre el 75% y más del 85% del suministro total de carbono orgánico para la actividad microbiana en la rizosfera está representado por células y tejidos de muda (Fig. 15.8). A pesar del alto suministro de compuestos carbono orgánico los microorganismos rizosféricos pueden estar limitados en nutrientes, particularmente de nitrógeno. Por lo tanto, en no leguminosas generalmente el número de bacterias rizosféricas se incremento con la fertilización nitrogenada, como también su actividad y tasa de recambio. La limitación en nitrógeno es probablemente también una razón principal de la drástica disminución en las tasas de recambio bacteriano en la rizosfera de colza desde 9.3 h en plantas de 6 días de edad hasta 160 h en plantas de 26 días de edad.

Para el crecimiento y fisiología de las raíces y las dinámicas de los nutrientes en la rizosfera no solo es importante el número total de microorganismo rizosféricos (bacterias, hongos) sino aún más son los tipos (especies, cepas) y sus características fisiológicas, por ejemplo, productores de fitohormonas, fijadores de N2, patógenos menores, y antagonistas. Diferentes especies vegetales conllevan una diferente microflora rizosférica ambos en número y en características fisiológicas. Esto también es cierto para un especie vegetal dada para diferentes zonas de las raíces, por ejemplo zonas de raíces cubiertas y desnudas de especies C4. Dentro de una especie vegetal dada la cantidad y forma del suministro de fertilización nitrogenada también alteran la microflora rizosférica. Por ejemplo, como el suministro de nitrógeno se incremente, se disminuye ambos el número y proporción de bacterias diazotrofas en el rizoplano de varios pastos, mientras que el número total de bacterias se incrementa. En trigo, dependiendo de si el nitrógeno es

suplido como amonio ó nitrato, hay un considerable cambio en la proporción de los patógenos (G. graminis) y antagonistas (Pseudomonas spp.) en la rizosfera.

Como se muestra esquemáticamente en la Fig. 15.15, en raíces de rápido crecimiento hay usualmente un abrupto gradiente de microorganismos del rizoplano y de la rizosfera desde las zonas apicales a las basales a lo largo del eje radical. En maíz, por ejemplo, del área superficial radical total, la superficie bacteriana cubre cerca del 4% en las zonas apicales, 7% en la zona de pelos radicales, y puede elevarse hasta 20% en las zonas basales.

Fig. 15.5 Presentación esquemática de la separación espacial de los exudados radicales LMW (e.g., fitosideróforos, ácidos orgánicos) y de la actividad microbiana en la rizosfera de plantas cultivadas en suelo.

Este gradiente de poblaciones microbianas a lo largo del eje radical tiene

importantes implicaciones en la eficiencia de los exudados radicales liberados en respuesta a la deficiencia, por ejemplo, para fitosideróforos bajo deficiencia de hierro (Fig. 15.15). Además, la liberación de fitosideróforos está confinada a un corto periodo de 2-8 h que ulteriormente incrementa su efectividad en la adquisición de hierro en la rizosfera. Todos los factores que favorecen una distribución más uniforme de los microorganismos rizosféricos a lo largo de las raíces por lo tanto disminuirán la efectividad de los fitosideróforos liberados por las raíces. El modelo de cálculos de la efectividad de los exudados radicales en la adquisición de nutrientes tiene que considerar esta separación espacial de la exudación radical y actividad microbiana. 15.5.2 Rol en la Nutrición Mineral Vegetal ← Los microorganismos rizosféricos no infecciosos pueden afectar la nutrición mineral vegetal a través de su influencia en: (a) el crecimiento, morfología y fisiología de las raíces; (b) la fisiología y desarrollo de las plantas; (c) la disponibilidad de nutrientes; y (d) los procesos de toma de nutrientes. Los puntos (a) y (b) fueron discutidos en el Capitulo 14, y algunos aspectos de (c) y (d) en las secciones previas de este capitulo. El rol de las bacterias rizosféricas fijadoras de N2 ha sido discutido extensamente en la Sección 7.5. En la ulterior discusión por lo tanto el principal énfasis estará en la evaluación de los varios aspectos en la nutrición mineral de plantas cultivadas en suelo.

Se acepta generalmente que los microorganismos rizosféricos pueden influir en la adquisición del fósforo, potasio, y en algún grado también del nitrógeno del suelo principalmente vía sus efectos en la morfología y fisiología radical. La relativa importancia de las bacterias diazotrofas en la nutrición del nitrógeno depende de la disponibilidad del nitrógeno en los suelos y de la especie vegetal; a alto suministro de

nitrógeno sus efectos en la adquisición de nitrógeno por las raíces son indirectos vía modificación de su crecimiento radical. Los microorganismos rizosféricos realzan la tasa de recambio del carbono, nitrógeno y fósforo orgánico, y de este modo el “reciclaje” de los nutrientes enlazados orgánicamente, pero es difícil esbozar conclusiones firmes sobre los efectos netos en la toma del nitrógeno (e.g., superior mineralización versus superior desnitrificación). Pueden esperarse efectos benéficos en la adquisición del fósforo y varios micronutrientes por las plantas a partir de microorganismos rizosféricos que, por ejemplo, usen los azúcares de los exudados radicales LMW ó usen las células y tejidos mudados como una fuente de carbono para la producción de quelatantes ú ácidos orgánicos que pueden actuar similar a los exudados radicales.

Fig. 15.16 Representación esquemática de varios mecanismos para la movilización e inmovilización del manganeso en la rizosfera. MO = microorganismos; MnOx = óxidos de Mn(III) + Mn(IV). (Marschner, 1988). Reimpreso con permiso de Kluwer Academic Publishers.

Hay extensa literatura de las llamadas bacterias disolventes de fosfato, y ha habido considerables especulaciones de si tales bacterias pueden permitir un incrementado uso del fósforo del suelo y de fertilizantes. Aunque tales bacterias son capaces de disolver fosfatos inorgánicos escasamente solubles (e.g., roca fosfatada), es cuestionable el si este mecanismo opera a alguna magnitud superior en la rizosfera. Estas bacterias tienen que competir con otros microorganismos rizosféricos por carbono orgánico como un sustrato de energía. Para ellas por lo tanto es difícil establecerse y mantenerse en altas cantidades en la rizosfera. La situación es diferente, sin embargo, para microorganismos como las micorrizas que reciben directamente los fotosintatos desde las células radicales (ver Sección 15.7).

Cuando un suministro grande de carbono orgánico a partir de las raíces se combina con una baja presión parcial de O2 en la rizosfera, la alta actividad microbiana puede incrementar la disponibilidad de manganeso. En suelos aireados con alto pH tal incremento debe ser beneficioso para la nutrición del manganeso en plantas, pero en general se hace crítico en suelos mal aireados, con bajo pH. En suelos sumergidos, se

realza la actividad microbiana en la rizosfera del arroz de aniego, por ejemplo, por la mayor exudación radical en plantas que sufren de deficiencia de potasio, fósforo ó calcio, con el correspondiente incremento en el riesgo de toxicidad por hierro (“bronceado”) en las plantas.

En el caso del manganeso el rol de los microorganismos rizosféricos es particularmente evidente, y también complejo (Fig. 15.16). La actividad microbiana es principalmente responsable de la oxidación del Mn2+

en el suelo no rizosférico y suelo rizosférico, y muchos patógenos del suelo son efectivos oxidantes del manganeso (Sección 11.4). Los microorganismos rizosféricos no solo inmovilizan (oxidan) sino también movilizan el manganeso (reducen los óxidos de manganeso), dependiendo de las condiciones, y esto puede ser favorable ó desfavorable para la nutrición del manganeso de las plantas. Particularmente en suelos calcáreos, en la rizosfera puede ser bastante alta la movilización de los óxidos de manganeso escasamente solubles siendo el resultado de ambas la actividad radical y microbiana (Fig. 15.16).

En suelos aireados los microorganismos rizosféricos pueden movilizar el manganeso mediante la reducción, favorecida por la excreción radical de protones (Mecanismo II) ó vía descomposición de células y tejidos mudados (Mecanismo IV). En contraste, las bacterias oxidantes de manganeso en la rizosfera pueden disminuir la disponibilidad del manganeso y por lo tanto cualquiera incrementar el riesgo de deficiencia de manganeso en suelos calcáreos aireados (Mecanismos V y VI), ó disminuir el riesgo de toxicidad por manganeso en suelos mal aireados, ó sumergidos (Mecanismo VII). 15.5.3 Exudados Radicales como Señales y Precursores de Fitohormonas ← Recientemente en las interacciones raíz vegetal-microbio los exudados radicales han atraído mucho interés no tanto en términos de fuente de carbono sino como “señales” de reconocimiento, ó como precursores para las producción de fitohormonas (Fig. 15.17). Particularmente para el funcionamiento como señales para los microorganismos del suelo se requieren de muy bajas concentraciones, y en muchos casos los componentes activos son flavonoides liberados por las raíces. Como una señal para la quimiotaxis de rizobios es suficiente una concentración tan baja como 10-9 м de luteolina, y a una concentración 10-6 м luteolina también estimula la expresión del gen nod. Otros flavonoides en los exudados radicales de leguminosas pueden simultáneamente actuar como supresores en ciertos hongos patogénicos. La quercetina también actúa como una señal para la germinación de esporas y el crecimiento de hongos micorrícicos VA, aunque para el crecimiento hifal las elevadas concentraciones de CO2 en la rizosfera son obviamente de mucha mayor importancia. Los exudados radicales de Pinus sylvestris realzan el crecimiento de hongos ectomicorrizas, y se ha identificado en los exudados uno de los compuestos que estimulan el crecimiento como el ácido palmítico.

Los exudados radicales específicos, sin embargo, no solo actúan como una señal para el establecimiento de las interacciones simbióticas sino también para el de plantas parasitas de flor (Fig. 15.17). En los exudados radicales de Sorghum bicolor una hidroquinona (sorgolactona) estimula fuertemente la germinación de Striga asiatica, y de este modo la formación de la interacción parasita.

Las células y el mucílago de la caliptra también parecen jugar un rol en el establecimiento de interacciones específicas raíz vegetal-microbio. El mucílago de la caliptra del maíz tiene una fuerte acción quimotáctica en las cepas de Azospirillum lipoferum aislado a partir del rizoplano del maíz pero no en cepas aisladas a partir del rizoplano del arroz. Durante la penetración radical en el suelo, las células de la caliptra

desprendidas vienen a contactar con las zonas radicales más basales, y las células de la caliptra parecen llevar rasgos específicos del hospedero hacia la rizosfera para el establecimiento de una característica flora bacteriana rizosférica, y para la supresión de ciertos patógenos del suelo. En Eucalyptus las células de la caliptra son fuertemente quimotácticas con el hongo ectomicorrícico Pisolithus tinctorius.

Fig. 15.17 Posible rol de ciertos exudados radicales de bajo peso molecular como “señales” ó como fuentes (precursores) en la producción de fitohormonas por microorganismos (MO) en la rizosfera.

Un número relativamente grande de típicas bacterias rizosféricas son efectivas productoras de fitohormonas como el IAA y la CYT. En concordancia con esto, en maíz cultivado en campo las concentraciones de IAA, CYT, y ABA, fueron varias veces mayores en la rizosfera comparando con el suelo no rizosférico, y las concentraciones en la rizosfera eran lo suficientemente altas para producir efectos morfogenéticos en las raíces. Son de clave importancia ciertos compuestos en los exudados radicales como fuente para la producción de fitohormonas en la rizosfera (Fig. 15.17). Los ejemplos son el realce de la producción de CYT y IAA en Azotobacter chroococcum suplido cualquiera con exudados radicales del maíz ó con adenina. La producción de etileno (C2H4) por los microorganismos rizosféricos, cualquiera hongos como Acremonium falciforme ó muchos otros hongos y bacterias del suelo, puede ser fuertemente realzada por el suministro de L-metionina como precursor. Estos varios precursores para la producción de fitohormonas son componentes de los exudados radicales ó de lisatos a partir de tejidos radicales en descomposición. Algunos de estos microorganismos también incrementan la producción de fitohormonas cuando son suplidos con ácidos orgánicos y azúcares.

En vista de estos efectos específicos de ciertos compuestos en los exudados radicales es evidente que la evaluación de la importancia de los exudados radicales en términos de cantidad, ó proporción de fotosintatos netos, es totalmente inadecuada particularmente con respecto a su impacto general en la nutrición mineral de las plantas.

15.6 Micorrizas ←

15.6.1 General ← Las micorrizas son las asociaciones más difundidas entre microorganismos y plantas superiores. Las raíces de la mayoría de plantas cultivadas en el suelo son usualmente micorrizadas En una base global las micorrizas se presentan en un 83% en dicotiledóneas y 79% en monocotiledóneas, y todas las gimnospermas son micorrizadas. Las plantas no micorrizadas se presentan en hábitats donde los suelos son cualquiera muy secos ó salinos, ó inundados (sumergidos), severamente perturbados (e.g., actividades de minado), ó donde la fertilidad del suelo es extremadamente alta ó extremadamente baja. Las micorrizas están ausentes bajo todas las condiciones ambientales en las Crucíferas y Quenopodiáceas, y también son bastante raras ó ausentes en muchos miembros de las Proteáceas ú otras típicas especies vegetales que formen raíces en cluster.

Por lo general el hongo es fuertemente ó completamente dependiente de la planta superior, mientras que la planta puede ó no se beneficiada. Solo en algunos casos (orquídeas) las micorrizas son esenciales. Las asociaciones micorrícicas son por lo tanto cualquiera mutualísticas, neutrales, ó parasíticas, dependiendo de las circunstancias. Por lo general domina el mutualismo y por lo tanto en la literatura el término simbiosis micorrícica es usado frecuentemente. Sin embargo, en este texto se prefiere el termino asociación por dos razones: no son raras las relaciones neutras ó parasíticas entre el hongo y la planta hospedera, y en contraste, por ejemplo, con la simbiosis Rhizobium en leguminosas, en las asociaciones micorrícicas la planta hospedera puede solamente regular a una muy limitada extensión el grado de infección radical, crecimiento y competencia por carbohidratos por el hongo. Para una revisión comprensiva el lector puede acudir a Alexander (1989), Brundrett (1991), Fitter (1991a), y Read (1991). 15.6.2 Grupos, Morfología y Estructura de las Micorrizas ← Hay dos grandes grupos de micorrizas de acuerdo a como el micelio fungoso se relaciona con la estructura radical, las endomicorrizas y las ectomicorrizas (Fig. 15.18). Endomicorrizas. El hongo vive dentro de las células corticales y también crece intercelularmente. Hay varios tipos distintos de endomicorrizas, las mejor conocidas son las micorrizas vesiculo-arbusculares (VAM), las ericoides, y las micorrizas orquidáceas.

Las VAM son por mucho las más abundantes de las endo- y ectomicorrizas. La VAM está caracterizada por la formación de estructuras de haustorios ramificados (arbúsculos) dentro de las células corticales y por un micelio que bien se extiende en el suelo circundante (hifas externas, micelio extraradical; Fig. 15.19). Los arbúsculos tiene corta vida, cerca de 10-12 días, y son los principales sitios de intercambio de solutos dentro del hospedero. Los hongos VAM pertenecen principalmente a cuatro géneros, Acaulaspora, Gigaspora, Glomus, y Sclerocystis. Se cree que Glomus es el género más abundante de los hongos del suelo. Muchos, pero no todos los hongos endomicorrícicos forman vesículas como órganos de almacenamiento ricos en lípidos (Fig. 15.18). Por lo tanto, en la literatura reciente en vez del término VAM también es usado el término AM (micorriza arbuscular) para las endomicorrizas.

Las micorrizas ericoides se presentan en Ericales, cualquiera como el tipo endomicorrícico, ó como el tipo ectendomicorrícico. El tipo endomicorrícico está caracterizado por espirales de hifas dentro de las células rizodérmicas (epidérmicas) infectadas. Cada célula es infectada solamente a través de la pared celular exterior, y las hifas individuales se extienden hacia el suelo como en el caso de las VAM. En el tipo

ectendomicorrícico una delgada capa de hifas externas puede también rodear a la raíz.

Fig. 15.18 Presentación esquemática de las principales características estructurales de las micorrizas vesiculo-arbusculares (VA) (izquierda) y de las ectomicorrizas (EC) (derecha). RM, rizomorfos.

Fig. 15.19 Sistemas radicales micorrizados. Superior: Raíz de papa cultivada en suelo con hifas extramatriciales del hongo VAM Glomus mosseae. Inferior: Pequeñas raíces ectomicorrizadas del abeto de Noruega cultivado en suelo. (Cortesía de G. Hahn)

Las ectomicorrizas se presentan principalmente en raíces de plantas leñosas y solo ocasionalmente en plantas herbáceas y gramíneas perennes. Las ectomicorrizas (ECM) son caracterizadas por dos características principales (Fig. 15.18), un manto entretejido de hifas alrededor de la superficie radical (cubierta fungosa, ó manto) e hifas que penetran el espacio radical intercelular del cortex formando una red de micelio fungoso, la red de Hartig, la cual envuelve las células corticales más ó menos totalmente e incrementa el área superficial en la interfase hongo-raíz similarmente al caso de las células de transferencia en plantas superiores. La mayoría de hongos ECM son Basidiomicetos, pero

relativamente muchos son Ascomicetos. En la mayoría de tipos ECM se producen hebras hifales ó rizomorfos que bien se extienden en el suelo circundante (Fig. 15.18). Los rizomorfos son órganos multihifales diferenciados con un diámetro de hasta 200 µm, y son importantes para el transporte de solutos en grandes distancias, mientras que el intercambio de solutos entre el hospedero y el hongo se lleva a cabo en la red de Hartig. Las ECM formadoras de manto pueden encerrar totalmente a pequeñas raíces micorrizadas (Fig. 15.19). Durante el rebrote de las raíces (e.g., en primavera) ambos la raíz hospedera y el tejido fungoso pueden crecer juntos lentamente, ó con un crecimiento más rápido de la raíz el ápice se abre paso a través del manto hifal.

Las ectomicorrizas son las más comunes en el hemisferio septentrional, especialmente en Pinaceae, Betulaceae, Fagaceae y Salicaceae. Sin embargo, las ECM pueden también presentarse en algunos bosques tropicales y subtropicales.

En muchas especies de árboles forestales se presentan simultáneamente ambas VAM y ECM, por ejemplo, en Salix y Populus ó Eucalyptus, y la proporción de ambos tipos parece depender de factores exógenos como el contenido de agua del suelo y la aireación, y de factores endógenos como la edad del árbol. A una escala global, la ECM es más abundante en bosques boreales y templados con un claro horizonte de humus superficial, y en ecosistemas limitados en nitrógeno, mientras que la VAM es más abundante en climas más calidos con suelos más secos, en praderas y en bosques caducifolios con alto recambio de material orgánico, y donde está limitado el suministro de fósforo. La VAM es usualmente la única forma de micorrizas en plantas de cultivo y praderas y en árboles frutales.

Además de las diferencias en la distribución, morfología y estructura (Fig. 15.18) hay otra principal diferente entre la ECM y la VAM. Mientras que la mayoría de hongos ECM pueden cultivarse en cultivo puro (in vitro) esto no es posible para hongos VAM. Por lo tanto, el conocimiento de la fisiología de los hongos VAM está basado en los estudios de las estructuras del hongo y de las funciones fungosas asociado con las raíces hospederas. 15.6.3 Infección Radical, Demanda de Fotosintatos, y Crecimiento de la Planta Hospedera← 15.6.3.1 Infección Radical ← La infección radical con micorrizas es iniciada cualquiera a partir de propágulos del suelo (esporas, residuos radicales) ó a partir de raíces vecinas de la misma ó de diferentes plantas y especies vegetales. La infección se realza por una preexistente red en el suelo, y por lo tanto las perturbaciones severas en el suelo (e.g., una tala intensa ó un riguroso mezclado del suelo) así como la labranza comparando con la no labranza, deprimen ó retrasan severamente la infección micorrícica.

Los exudados radicales de las plantas hospederas tienen una fuerte acción quimotáctica en los hongos ECM y VAM, y la efectividad de los flavonoides responsables en estos exudados radicales (Sección 15.5.3) es muy realzada por las elevadas concentraciones de CO2. Las bacterias rizosféricas no infecciosas pueden realzar ó suprimir la infección micorrícica. Se ha obtenido notable estimulación de la infección por VAM mediante la inoculación con Azospirillum y en el caso del hongo ECM Laccaria laccata con las llamadas “bacterias ayudantes de la micorrización”.

En plantas no hospederas de la VAM, por ejemplo los miembros de las Quenopodiáceas y Crucíferas, la incompatibilidad puede estar causada por la

composición de los exudados radicales, toxinas, ó por realzadas reacciones de defensa del hospedero contra la infección, como en la respuesta a patógenos. También en especies vegetales hospederas como el trébol rojo, son inducidas dos isoenzimas SOD por las infecciones VAM, presumiblemente como una respuesta a la infección y niveles elevados de O. Pueden estar involucrados los diferentes niveles de respuestas de la planta hospedera en las grandes diferencias varietales en la infección radical con VAM que se han encontrado en trigo y caupí variando entre cero y 18-30%. Hay algunas sospechas de que la selección de genotipos con alta resistencia a patógenos radicales puede también involucrar el riesgo de una simultánea selección contra la alta infección con VAM.

El suministro de nutrientes minerales puede realzar ó suprimir la infección y colonización radical con micorrizas. Se ha conseguido un notable realce de la infección radical en plántulas de Pinus echinata Mill. con el hongo ECM Pisolithus tinctorius mediante el suministro de boro a un nivel que excedió marcadamente la demanda de la planta hospedera, probablemente por la supresión de la reacción respuesta de la planta hospedera contra la invasión fungosa. A niveles extremadamente bajos de fósforo en el suelo las infecciones radicales son bajas con hongos VAM así como con hongos ECM (ver abajo), ya que el fósforo puede limitar el crecimiento del hongo en si mismo. Con un creciente suministro el crecimiento radical y la proporción de longitud radical infectada se incrementan hasta que se alcanza un suministro óptimo de fósforo y más allá de este nivel se deprime la tasa de infección a un grado variante, dependiendo de la especie VAM ó de la especie ECM y también de la especie hospedera. A alto suministro de fósforo pueden estar ó no correlacionados la disminución en la longitud radical infectada y en los carbohidratos solubles en las raíces. Las relaciones negativas entre la infección radical y el suministro de fósforo son probablemente más finamente reguladas por la planta hospedera como se indicó, por ejemplo, por un incremento de los puntos necróticos de infección radical ó por una drástica disminución de la quimiotaxis de los exudados radicales en el crecimiento hifal en plantas cultivadas con alto suministro de fósforo.

El alto suministro de nitrógeno también deprime la infección VAM y ECM, particularmente en combinación con altos niveles de fósforo y cuando el nitrógeno es suplido como amonio. En ECM particularmente la masa del micelio disminuye a alto suministro de nitrógeno. La disminución en el porcentaje de raíz infectada (VAM) ó en la proporción de puntas radicales ECM a alto suministro de fósforo ó nitrógeno es, sin embargo, no necesariamente una expresión de un mecanismo de regulación específico sino es frecuentemente el resultado de un realzado crecimiento radical mientras que el del hongo asociado se rezaga. La longitud total de raíz infectada con VAM ó el número de puntas radicales con ECM son frecuentemente un parámetro apropiado, pero para la evaluación de su efectividad en la adquisición de nutrientes, la cuantificación del micelio extraradical sería el parámetro más importante (ver abajo). 15.6.3.2 Demanda de Fotosintatos ← En raíces micorrizadas una proporción considerable de los fotosintatos netos asignados a las raíces es requerida para el crecimiento y mantenimiento del hongo. En plantas VAM la respiración “radical” puede ser 20-30% mayor que en plantas no micorrizadas, y el 87% de la mayor respiración puede atribuírsele al hongo. En pepino, de los fotosintatos netos 20% fueron asignados hacia lo subterráneo en plantas no micorrizadas y 43% en plantas VAM, y cerca de la mitad de esto fue respirado. En plantas altamente infectadas la biomasa fungosa VAM puede alcanzar el 20% de la biomasa radical, puede asumirse típicamente un 10%.

Estos costos en términos de fotosintatos no son relevantes en plantas con limitación de demanda, por ejemplo, cuando la capacidad de la fuente excede la demanda en plantas no micorrizadas, y las plantas micorrizadas pueden compensar la mayor demanda mediante un incremento en la tasa de fotosíntesis por unidad de área foliar. Las realzadas tasas de fotosíntesis en las plantas micorrizadas son por lo tanto frecuentemente una expresión de una mayor actividad demanda y no de un efecto estimulante específico por la asociación micorrícica. Los costos de los fotosintatos también tienen que ser comparados con los beneficios como la realzada toma de nutrientes como fósforo cuando este limita la fotosíntesis y el crecimiento en plantas no micorrizadas. Sin embargo, a pesar de su efecto beneficioso en el crecimiento general de la planta, por lo general en plantas hospederas micorrizadas el crecimiento radical (peso seco) es menos realzado ó aún es deprimido comparando con el crecimiento caulinar y la relación peso seco raíz/vástago se disminuye de un modo típico (Sección 15.6.3.3).

Fig. 15.20 Presentación esquemática de los efectos de la colonización micorrícica en la morfología radical y en la distribución de los microorganismos rizosféricos no infecciosos.

En general, en las asociaciones ECM la proporción del fotosintato asignado al hongo es considerablemente mayor que en las asociaciones VAM. Esto es cierto en particular para hongos ECM con un prolongado micelio extramatricial (Fig. 15.20). Un extendido micelio extramatricial es favorable para la adquisición de nutrientes pero también tiene una superior demanda por fotosintatos. En estudios con diferentes hongos ECM sobre su efecto en el crecimiento de plántulas de Pinus sylvestris cultivadas en un sustrato pobre en nutrientes se encontró una estrecha correlación negativa entre la biomasa fungosa y el crecimiento de la planta hospedera, lo que fue atribuido a ambos la mayor demanda de energía y también la mayor incorporación de nitrógeno hacia las estructuras fungosas y la correspondiente limitación de nitrógeno en la plantas hospedera.

En ecosistemas abeto de Douglas ECM cerca del 60-70% de los fotosintatos netos son asignados hacia abajo del suelo para el crecimiento de las raíz, micorrizas, y respiración. Ya que en las plantaciones forestales usualmente después de 15-20 años la biomasa de raíces finas permanece igual, y el incremento en biomasa bruta radical es relativamente pequeño, una alta proporción de los fotosintatos netos en las plantaciones forestales es asignada a las estructuras micorrícicas y a su recambio. Los estimados en las

proporciones del flujo de carbono a la ECM en plantaciones forestales varían entre 5 y 30% de los fotosintatos netos. De este modo el hongo ECM juega un rol importante en la importación del carbono hacia el suelo vía el micelio extramatricial, particularmente en vista de la alta tasa de recambio del carbono fungoso que es cerca de cinco veces mayor que la de los residuos vegetales.

La mayor entrada al suelo de carbono orgánico en plantas micorrizadas también tiene importantes consecuencias en el número, actividad y distribución de los microorganismos del suelo (Fig. 15.20). Más probablemente como un resultado del mayor agotamiento del carbono, se disminuye el número de bacterias en la rizosfera de las plantas VAM, mientras que su número y particularmente su actividad se incrementan a mayor distancia del rizoplano donde más carbono es proporcionado por el micelio extraradical, especialmente en plantas ECM. De este modo, en plantas micorrizadas se altera la interfase raíz-suelo y se forma una adicional ó nueva “micorizosfera”. Como la mayoría de plantas cultivadas en el suelo están micorrizadas, este micorizosfera quizá sea lo común, no la excepción, y alrededor de las hifas y micelio externo se forma una nueva interfase con el suelo, la “hifosfera”. El micelio externo puede no solo alterar la actividad microbiana del suelo sino también proporcionar un sustrato para la fauna del suelo como para los colémbolos apacentadores de hifas micorrícicas. También la estructura del suelo puede ser cambiada por las hifas extraradicales VAM al ligar microagregados en macroagregados estables, vía intermallado por las hifas ó producción de polisacáridos extracelulares. Tabla 15.13 Efectos de las diferentes especies VAM en bacterias y actinomicetos en el suelo rizosférico de Panicum maximum a

Poblaciones rizosféricas (cfu g-1 suelo) b

Tratamiento Bacteria (x106)

Fijadoras de N2 (x105)

Actinomicetos (x104)

Control (-VAM) Glomus fasciculatum Gigaspora margarita Acaulospora laevis

14.7 41.9 34.0 8.1

12.4 42.0 87.9 10.6

13.4 26.1 17.6 28.6

a En base a Cecilia & Bagyaraj (1987) b cfu. unidades formadoras de colonia.

La colonización micorrícica no solo altera la cantidad de microorganismos rizosféricos (Fig. 15.20) sino también su composición. En vista del rol de los microorganismos rizosféricos en la morfología y actividad radical (Sección 14.5) esta alteración tiene implicaciones en la adquisición de nutrientes minerales y en el crecimiento radical y también caulinar. Pero no es solo la colonización micorrícica por si misma lo que es importante sino también la especie micorrícica que altera diferentemente la microflora rizosférica (Tabla 15.13). Dependiendo de la especie VAM serán afectados a un diferente grado el número total de bacterias, bacterias diazotrofas, y actinomicetos. Los bajos números de bacterias rizosféricas en las plantas no micorrizadas son causados por la limitación en fósforo y el correspondientemente pobre crecimiento de la planta. 15.6.3.3 Crecimiento Radical y Caulinar de la Planta Hospedera ← La colonización micorrícica afecta de modo diferente el crecimiento radical y caulinar. En un sustrato pobre en nutrientes el micelio externo añade área superficial y comparando con plantas no micorrizadas, las plantas micorrizadas tienen más acceso a nutrientes limitantes del crecimiento, por ejemplo fósforo y nitrógeno (Fig. 15.20). Como una típica

respuesta al mayor suministro de nutrientes, el crecimiento caulinar es más realzado que el crecimiento radical conduciendo a una disminución en la relación peso seco raíz/vástago (Sección 14.7). A un estado nutricional dado en la planta hospedera, en plantas micorrizadas este cambio es más pronunciado ya que el hongo compite con las raíces por los fotosintatos. Este cambio es particularmente notable en leguminosas noduladas ya que el hongo VAM puede representar una demanda adicional de fotosintatos como los rizobios en nódulos funcionales.

Fig. 15.21 Presentación esquemática de los efectos del nivel de fósforo en el suelo y de la colonización radical con hongos VAM en el crecimiento radical y caulinar.

Si las micorrizas son cualquiera inefectivas en la distribución de los nutrientes, ó los nutrientes no son factores limitantes del crecimiento en plantas no micorrizadas –y están ausentes otros efectos benéficos de las micorrizas (Sección 15.10)- la micorrización deprime el crecimiento radical principalmente por la competición en demanda. Las condiciones ambientales desfavorables como el sombreo y la defoliación también deprimen el crecimiento micorrícico, pero a un menor grado que el de la raíz hospedera y, en leguminosas noduladas, que el peso del nódulo. El hongo micorrícico permanece como una fuerte demanda de fotosintatos independiente de su contribución al crecimiento de la planta hospedera. En la mayoría de casos hay por lo tanto un nivel óptimo de colonización radical micorrícica encima del cual las plantas no reciben beneficio por el hongo y pueden aún ser considerablemente deprimidas en el crecimiento por ambos VAM y ECM. Estas relaciones entre el crecimiento radical y caulinar al afectarse por la micorrización y el suministro de fósforo son resumidas esquemáticamente en la Fig. 15.21. En principio, la depresión del crecimiento puede predecirse cuando la colonización radical permanece alta a alto suministro de fósforo y hay una limitada capacidad fotosintética fuente para compensar los costos extra de la micorrización.

También están probablemente involucrados otros factores aparte de la competencia por fotosintatos en el deterioro del crecimiento radical en plantas micorrizadas. En plantas ECM más probablemente están involucrados efectos hormonales, por ejemplo, la inhibición del crecimiento por elongación de las pequeñas raíces laterales mediante la producción de IAA en el hongo invasor (Sección 15.10.1). En plantas VAM, por ejemplo, en Allium porum la infección con Glomus mosseae disminuyó la longitud radical total pero simultáneamente incrementó la ramificación y el número de raíces laterales por unidad de longitud radical, ó por planta. Sin embargo, las

raíces recién formadas eran más cortas y la actividad de sus meristemos apicales declinó rápidamente, lo que puede explicar la mayor tasa de ramificación en los sistemas radicales micorrizados. Las altas tasas de descarga desde el floema de fotosintatos y IAA en los sitios demanda de colonización VAM en las zonas radicales basales pueden explicar adecuadamente tales cambios en el patrón de enraizamiento tal como es conocido con un suministro localizado de fósforo en sistemas radicales no micorrizados (Sección 14.4.1). En vista del rol en la ramificación radical y en el número y actividad de los meristemos apicales, se esperan efectos de la colonización VAM en el equilibrio de las fitohormonas (Sección 15.10.1).

La disminución en la superficie radical y en la actividad radical así como en la relación peso seco raíz/vástago son, sin embargo, no necesariamente perjudiciales para el crecimiento caulinar y el desarrollo de la planta siempre y cuando el micelio externo del hongo micorrícico puede compensar completamente las funciones de la raíz en la toma de nutrientes y agua. 15.7 Rol de las Micorrizas en la Nutrición Mineral de sus Plantas Hospederas ← 15.7.1 Micorrizas Vesiculo-Arbusculares ← El más notorio efecto de realce del crecimiento por VAM se presenta por el mejorado suministro de nutrientes minerales de baja movilidad en la solución del suelo, predominantemente fósforo. Las hifas externas pueden absorber y translocar el fósforo hacia el hospedero desde el suelo exterior hacia la zona de agotamiento radical de las raíces no micorrizadas. En vista de la importancia clave, por ejemplo de la longitud de los pelos radicales en la zona de agotamiento del fósforo y en la adquisición del fósforo (Sección 13.2) se espera tal efecto realzante por la VAM. Por lo general en plantas micorrizadas la tasa de toma de fósforo por unidad de longitud radical es 2-3 mayor que en plantas no micorrizadas.

Fig. 15.22 Perfil de agotamiento del fósforo extractable con agua en el compartimiento radical (R), hifal (H), y del suelo no rizosférico en plantas de trébol blanco no micorrizadas (-VAM) y micorrizadas (Glomus mosseae, +VAM) cultivadas en un Luvisol (Li et al., 1991c.)

Una ejemplo de la diferente extensión de las zonas de agotamiento del fósforo en raíces micorrizadas y no micorrizadas es mostrado en la Fig. 15.22. Mediante la restricción de la extensión de la raíz hospedera por una red, y de la extensión hifal por una membrana, puede medirse la zona de agotamiento del fósforo en la interfase raíz-suelo,

en el compartimiento hifal, y en la interfase hifa-suelo. En plantas no micorrizadas la zona de agotamiento se extendió no más de 1 cm. desde el rizoplano pero en plantas micorrizadas el fósforo se agotó uniformemente en el compartimiento hifal (2 cm. desde el rizoplano). En la interfase hifa-suelo se formó una nueva zona de agotamiento, extendiéndose varios milímetros en el suelo no rizosférico. Del fósforo total las hifas contribuyeron entre 70 y 80% a las plantas micorrizadas. En trébol blanco micorrizado con grandes compartimientos hifales el fósforo se agotó uniformemente en más de 11 cm. desde el rizoplano.

En plantas VAM la toma del fósforo es normalmente a partir del mismo pool lábil del cual las raíces y de este modo, también las plantas no micorrizadas toman el fósforo, y el mayor beneficio para la planta hospedera se consigue con el suministro de fuentes de fósforo poco solubles, por ejemplo, el fosfato de hierro cristalino ó fuentes de fosfato orgánico escasamente solubles como el RNA ó el fitato. En suelos calcáreos las mayores tasas de respiración (producción de CO2) de las raíces micorrizadas comparando con las no micorrizadas incrementan la solubilidad de fosfatos de calcio escasamente solubles y pueden por lo tanto también incrementar la efectividad en la adquisición del fósforo.

La alta efectividad de las hifas VAM en la toma del fósforo no solo es causada por su pequeño diámetro y gran área superficial, sino también por la acumulación de polifosfatos (poli-P) en sus vacuolas donde prestan funciones de almacenamiento y en términos de energía como un alternativo al ATP. Los polifosfatos también están presumiblemente involucrados en el transporte de fosfatos por las hifas hacia la raíz infectada donde son hidrolizados en los arbúsculos y más probablemente transportados como fosfato inorgánico (Pi) a través de la membrana plasmática de la célula radical hospedera. El transporte de solutos en las hifas es bidireccional, carbohidratos versus fosfatos y otros elementos minerales, y la corriente plasmática es probablemente la fuerza conductora para este transporte, aunque en ectomicorrizas pueden también estar involucrados otros mecanismos (Sección 15.7.2).

Tabla 15.14 Efectos de las diferentes especies VAM (Glomus sp.) en la colonización radical, peso seco y toma del fósforo en Sorghum bicolor cultivado por 48 días a 25ºC a

Colonización radical Peso seco (g. por planta)

Especie VAM Porcentaje Longitud

(m. por planta) Caulinar Radical Contenido de P (mg por planta)

Control (-VAM) Gl. macrocarpum Gl. intraradices Gl. fasciculatum

0 58 27 18

0 189.5 7.1

19.2

0.46 5.27 0.45 1.10

0.25 5.77 0.32 0.87

0.29 5.86 0.30 0.74

a En base a Raju et al. (1990).

La efectividad de los hongos VAM en proporcionar fósforo a las plantas hospederas depende mucho de la especie de VAM (Tabla 15.14). Comparando con Gl. macrocarpum, la colonización radical de las otras dos especies no solo fue inferior sino que ellas no proporcionaron nada ó solo pequeñas cantidades de fósforo a la planta hospedera. Esta pobre efectividad no puede ser explicada apropiadamente por la menor colonización radical pero puede estar relacionada con el pobre desarrollo y actividad de las hifas externas, las bajas tasas de transporte hifal, y el pobre intercambio de solutos en la interfase arbúsculo-célula radical hospedera. Pueden aun presentarse diferencias comparables en la efectividad entre ecotipos de la misma especie VAM Glomus mosseae, por ejemplo. Estos ejemplos demuestran que el porcentaje de colonización radical sólo es un mal parámetro para la efectividad de las VAM en términos de adquisición del fósforo, también para otros nutrientes minerales.

El diámetro externo de las hifas externas VAM está en el rango de 1-12 µm, y existen grandes diferencias entre las especies VAM. También la longitud total de las hifas externas, que puede estar en el rango de 1-10 m cm-1

longitud raíz infectada, difiere mucho entre especie VAM así como la distribución de las hifas en el suelo y su tasa de toma del fósforo por unidad de longitud hifal. Solo es activa una proporción de las hifas externas, y esta proporción frecuentemente se declina con la distancia desde la superficie radical.

Similarmente a las raíces hospederas las hifas externas de los hongos VAM también poseen actividad fosfatasa ácida (Fig. 15.23) y, de este modo, también tienen acceso al fósforo enlazado orgánicamente en su “hifosfera”.

Fig. 15.23 Actividad fosfatasa ácida en la rizosfera de plantas de trigo micorrizadas y no micorrizadas. (Tarafdar & Marschner, 1994.)

En plantas VAM la toma y los contenidos de zinc y cobre son también usualmente

claramente mayores que en plantas no micorrizadas. La capacidad de las hifas externas para la entrega del cobre y del zinc es alta y puede explicar cerca del 50-60% de la toma total en trébol blanco y 25% en maíz (Fig. 15.24). Al variar el suministro de fósforo en el compartimiento hifal la relación molar del transporte P/Cu en la hifa puede variar en un factor cercano a 25, indicando que la toma hifal y/ó el transporte de ambos nutrientes minerales son regulados de manera separada.

De acuerdo con la alta capacidad de entrega hifal de zinc y cobre, por lo general en plantas VAM los contenidos caulinares no solo del fósforo sino también del zinc y del cobre son mayores comparando con las plantas no micorrizadas (Tabla 15.15). El creciente fósforo en el suelo está asociado con una disminución en la colonización VAM en las raíces, ó en la longitud y actividad hifal, y es usualmente compensado con la mayor toma del fósforo por la raíz. Esto no es necesariamente para el zinc y el cobre en suelos con bajos contenidos de estos micronutrientes: Consecuentemente, están los efectos depresivos de la aplicación de fertilizantes fosforados en el contenido vegetal de zinc y cobre, que son frecuentemente reportados en la literatura y que por mucho exceden los “efectos por dilución” por crecimiento indicando la importancia de la VAM en la adquisición del zinc y del cobre desde estos suelos (Tabla 15.15).

En contraste al zinc y al cobre los contenidos caulinares de manganeso son frecuentemente mucho menores en plantas VAM (Tabla 15.15). En trébol rojo hay una notable correlación negativa entre el porcentaje de colonización radical con VAM y el contenido radical y caulinar de manganeso.

Fig. 15.24 Contribución de las hifas extraradicales (Glomus mosseae) a la toma del fósforo, zinc y cobre en plantas de trébol blanco y maíz cultivadas en un Luvisol en cajas dividas en compartimientos. (Datos compilados de Kothart et al., 1991b y Li et al., 1991b). Tabla 15.15 Efecto del creciente suministro de fertilizante fosforado en el crecimiento caulinar y en los contenidos caulinares de nutrientes minerales en soya no micorrizada (NM) y micorrizada (M; Glomus fasciculatum) a

a En base a Lambert & Weidensaul (1991).

La disminución en la toma de manganeso en las plantas micorrizadas no solo sugiere una falta de toma y transporte sustancial del manganeso en las hifas externas sino un efecto adicional de la VAM en la adquisición del manganeso por las raíces. Es improbable, sin embargo, un efecto inhibidor directo, la disminución en los contenidos de manganeso es más probablemente causada por los cambios inducidos por la VAM en los microorganismos rizosféricos en general y una disminución en la población de reductores del manganeso en particular. Estas relaciones son mostradas esquemáticamente en la Fig. 15.25. En plantas de maíz VAM no solo los contenidos de manganeso caulinar y radical fueron menores comparando con plantas no micorrizadas sino también el número de bacterias reductoras de manganeso y la cantidad de manganeso intercambiable (Mn2+) en el suelo rizosférico. En trébol rojo, los menores contenidos caulinares y radicales de manganeso en las plantas micorrizadas estuvieron relacionados con los mayores números bacterias oxidantes del manganeso lo que pudo causar una depresión similar en la disponibilidad del manganeso rizosférico como con la disminución de bacterias reductoras de manganeso.

No se conoce mucho acerca del rol de la VAM en la toma de potasio, magnesio y azufre (Fig. 15.25). En Agropyron repens cerca del 10% del potasio total en las plantas micorrizadas era atribuido a la toma y entrega hifal. Aunque se ha demostrado transporte hifal para azufre y calcio usando radioisótopos, las cantidades transportadas son

Contenidos por g. materia seca caulinar Peso seco caulinar (g. por planta) P (mg) Cu (µg) Zn (µg) Mn (µg) Suministro de P

(mg kg-1 suelo) NM M NM M NM M NM M NM M 0 60

150 270

1.25 1.61 1.85 2.78

2.80 3.21 3.42 3.83

0.61 0.75 0.81 1.40

1.73 2.09 2.08 1.79

3.3 3.7 2.9 3.5

10.3 7.9 6.3 4.6

21 27 30 29

44 35 36 33

366 513 412 556

111 109 115 123

probablemente muy pequeñas, por lo menos para calcio como se indicó por los frecuentemente reportados menores contenidos caulinares de calcio de las plantas micorrizadas. Los menores contenidos de calcio en las plantas micorrizadas están probablemente relacionados con los cambios en la morfología y diferenciación radical, por ejemplo la realzada lignificación y suberificación de la endodérmis con la infección VAM. De acuerdo con esto en plantas micorrizadas de maíz los contenidos caulinares de silicio fue también inferior contra plantas no micorrizadas.

Fig. 15.25 Presentación esquemática de los componentes de la dinámica de nutrientes en y su adquisición desde la “hifosfera” de raíces endo- (VA-) micorrizadas y de componentes adicionales encontrados en las raíces ectomicorrizadas. (Marschner & Deññ, 1994). Reimpreso con permiso de Kluwer Academic Publishers.

Comparando con el fósforo, hay poca información acerca del rol de la VAM en la adquisición del nitrógeno –por lo menos en no leguminosas- aunque ambos ecosistemas naturales y agrícolas están frecuentemente limitados en nitrógeno, más que por fósforo. En apio cerca del 20% de la toma de nitrógeno total fue atribuible a la toma y entrega hifal a la planta hospedera, y en Agropyron repens esta proporción fue de cerca del 31%. Son muy probables altas tasas de transporte de nitrógeno reducido en las hifas en la forma de arginina y glutamina junto con los polifosfatos. Pero aún a una capacidad similar de toma y entrega –en una base molar- del fósforo, nitrógeno y potasio por las hifas, debido a la mucha mayor demanda total por la planta hospedera, la proporción del potasio y nitrógeno contribuidos por las hifas externas debe permanecer relativamente baja comparando con el fósforo.

Un gran problema en la evaluación y cuantificación del rol de la VAM en la nutrición mineral vegetal surge a partir de los simultáneos cambios en el crecimiento, y particularmente en la morfología y fisiología radical, llevados a cabo por lo colonización micorrícica. Como se resumió en la Tabla 15.16 para maíz, a similares pesos secos caulinar y radical el área superficial radical fue mucho menor en plantas micorrizadas comparando con plantas no micorrizadas. Ya que las plantas micorrizadas tienen una mayor área lamina foliar y también una mayor demanda por fotosintatos (y de este modo una menor resistencia estomatal) las tasas de transpiración fueron mayores y también las

tasas de toma de agua por unidad de longitud radical y las tasas de flujo másico hacia la superficie. El menor contenido caulinar de potasio en las plantas micorrizadas corresponde con la reducción en el área superficie radical y el relativamente bajo trasporte hifal del potasio. Los contenidos de fósforo, zinc y cobre son mucho mayores, que el del magnesio no afectado y el del calcio mucho menor. El contenido de manganeso es mucho menor en las plantas micorrizadas y corresponde con el mucho menor número de bacterias reductoras de manganeso en la rizosfera. Las cantidades de hierro y boro son menores en las plantas micorrizadas sugiriendo que por lo menos la toma y transporte hifal de estos dos micronutrientes es poco ó ausente. Tabla 15.16 Peso seco, relaciones hídricas y contenidos de nutrientes en maíz (Zea mays) no micorrizado y micorrizado (Gl. mosseae) cultivado en un suelo calcáreo con compartimientos para raíces e hifas a

Crecimiento y relaciones hídricas

Peso seco

(g. por planta) Longitud radical Pelos radicales

Caulinar Radical (m. por planta) No.

(por mm) Longitud

(µm) Transpiración

(l. por planta (42 d)-1) Toma de agua

((ml cm-1 raíz s-1) x 107) -VAM +VAM

20.0 22.8

4.8 4.6

619 367

35 25

347 235

3.40 4.08

0.61 1.34

Nutrientes minerales Contenidos en la materia seca caulinar (mg g-1) (µg g-1) K P Mg Ca Zn Cu Mn Fe B

Reductores de Mn

(105 g-1 suelo) -VAM +VAM

17 12

2.1 3.7

4.0 4.1

9.0 5.3

10 36

5.6 7.1

139 95

88 58

46 35

44.1 1.7

a Datos compilados de Kothari et al. (1990ª.b, 1991a). En leguminosas cultivadas en suelos deficientes en fósforo, la VAM realza la

nodulación, la fijación de N2 y el crecimiento de la planta hospedera (Tabla 15.17). En vista del alto requerimiento de fósforo para la nodulación se espera una alta dependencia con la VAM bajo estas condiciones. Sin embargo, la simbiosis Rhizobium impone una fuerte demanda por fotosintatos, y la colonización micorrícica añada una nueva demanda de tamaño similar. Esta competencia en demanda se refleja no solo en una disminución en la relación peso seco raíz/vástago sino también en una menor actividad nitrogenasa de los nódulos comparando con plantas no micorrizadas suficientes en fósforo. Tabla 15.17 Peso seco planta y contenido de fósforo en las hojas, número de nódulos y actividad nitrogenasa (ARA) en los nódulos de soya cultivada a bajo y alto suministro de fósforo a

Bajo P Alto P Bajo P + VAM b Peso seco caulinar (g.) Peso seco radical (g.) Contenido de P (mg. por planta) Nódulos (no. por planta) ARA (µmol C2H4 por planta h-1)

2.8 1.7 2.9 33 4.6

3.8 1.9 6.0 30

22.8

5.6 2.0 5.8 97 9.0

a Brown et al. (1988). b Glomus mosseae

La existencia de puentes hifales extraradicales VAM entre plantas individuales de la misma, ó diferentes especies vegetales en cultivos mixtos es una vía potencial para la transferencia de nutrientes entre las plantas. En principio, tal transferencia es también posible para el nitrógeno entre leguminosas y no leguminosas en un cultivo mixto, ó intercalado, como se muestra en la Fig. 15.26 para soya y maíz. Sin embargo, solo toma lugar una transferencia considerable de nitrógeno desde la leguminosa al maíz cuando la leguminosa es suplida con nitrógeno mineral, no cuando depende de la fijación de N2. En

vista de los altos costos de carbono para la fijación de N2, no es sorprendente que las leguminosas tengan mecanismos para evitar el drenado del nitrógeno fijado, vía hifas VAM, hacia la no leguminosa. También en soya cultivada en campo intercalada con maíz, fue insignificante la transferencia directa del nitrógeno fijado desde la soya al maíz vía hifas VAM. Los ligeros contenidos superiores de nitrógeno en el maíz micorrizado se presumen están relacionados con bajas actividades microbianas en la rizosfera y de este modo menos nitrógeno es secuestrado comparando con plantas no micorrizadas.

Fig. 15.26 Peso seco y toma de nitrógeno por plantas de maíz y soya cultivadas en el suelo micorrizadas con VA (Glomus mosseae) cualquiera sin nitrógeno (-N), con NH4NO3, ó nodulada (fijación de N2). (Basado en Bethlenfalvay et al., 1991)

En comunidades de especies silvestres existe la transferencia del fósforo vía hifas

VAM entre diferentes plantas individuales (e.g., grandes y pequeñas) pero es muy lenta y no es de importancia ecológica; esto parece ser diferente para el nitrógeno, particularmente desde raíces agonizantes a raíces a las raíces vivas de las plantas vecinas.

Hasta el momento la mayoría de los efectos realzantes de la VAM en el crecimiento y toma de nutrientes minerales en la planta hospedera se han obtenido bajo condiciones ambientales controladas, y usualmente optimizadas para el hongo. Los resultados demuestran el potencial de la asociación micorrícica para el crecimiento de la planta hospedera. Bajo condiciones de campo el logro de este potencial puede ser severamente restringido, por ejemplo, por los colémbolos del suelo apacentando en el micelio externo y de este modo disminuyendo el área superficial absorbente. Se muestra otra limitación en la Tabla 15.18. La supresión de la flora nativa VAM por la fumigación del suelo limitó la toma de fósforo y deprimió el peso seco caulinar hasta la floración. En la madurez, sin embargo, el peso seco caulinar fue similar en ambos tratamientos pero el desarrollo de la semilla y por lo tanto el índice de cosecha disminuyeron notablemente en las plantas con alta asociación micorrícica. Se sugirieron mediciones adicionales de que en las plantas con alta asociación micorrícica, el crecimiento caulinar más vigoroso en combinación con un sistema radical más superficial y una menor relación longitud radical/peso caulinar causaron un más severo estrés por sequía durante el crecimiento reproductivo.

Tabla 15.18 Efecto de la inoculación micorriza VA en el crecimiento caulinar, desarrollo semilla e índice cosecha en garbanzo cultivado en un suelo fumigado en campo en Siria septentrional a

Etapa floración Madurez Tratamiento Peso seco caulinar

(g. por planta) Contenido caulinar (mg P por planta)

Peso seco caulinar (g. por planta)

Desarrollo semilla (g. por planta)

Índice cosecha (%)

Baja infección VAM (suelo fumigado)

Alta infección VAM (reinoculado)

b

2.7

4.9

4.4

9.3

6.0

6.9

2.5

1.9

41

27

a Weber et al. (1993). b VAM nativa

15.7.2 Ectomicorrizas ← Con respecto a su rol en la nutrición mineral de su planta hospedera, los hongos ectomicorrícicos (ECM) tienen muchas características en común con los VAM. Además, hay algunas principales diferencias en términos de arreglos estructurales con las raíces y los mecanismos de adquisición de nutrientes (Fig. 15.25). En plantas ECM como el abeto de Noruega, más del 90% de las zonas apicales radicales pueden estar encerradas por un manto fungoso. Por otro lado, en algunas especies planifolias, como Eucalyptus, esta proporción no puede exceder el 40-50%. De este modo, dependiendo de la especie arbórea, y de la tasa de crecimiento radical y estación del año, puede presentarse una variada proporción del suministro radical de nutrientes minerales desde el suelo vía las hifas fungosas del micelio extraradical y del manto. Sin embargo, hay una amplia variación en el grosor del manto y en la resistencia hidráulica al flujo de solutos. El manto fungoso puede estar más ó menos sellado e impedir una ruta apoplástica de flujo de solutos y agua hacía el cortex radical, por ejemplo, en Eucalyptus con el hongo ECM Pisolithus tinctorius, mientras que se proporciona una ruta apoplástica sin ninguna restricción en Pinus sylvestris con el hongo ECM Suillus bovinus.

También la extensión del micelio extraradical varía mucho entre especies ECM, se ha encontrado un promedio de 1-3 m cm-1

longitud raíz infectada en plántulas de Salix. Sin embargo, en contraste con la VAM, en muchas especies fungosas ECM se forman rizomorfos (Fig. 15.25) y actúan como las principales rutas para el transporte bidireccional de solutos. Su gran diámetro (~100 µm) y secciones “huecas” en el centro pueden también permitir el rápido transporte apoplástico de solutos en algunas distancias, aunque también es común el transporte de solutos en los rizomorfos vía corriente plasmática y gradientes de concentración. Similarmente a la VAM, en hifas ECM se forman cantidades bastante grandes de polifosfatos, aún a limitado suministro externo de fósforo. En hifas ECM los polifosfatos están presentes en las vacuolas principalmente en forma soluble. En Pisolithus tinctorius las vacuolas son móviles y están interconectadas con elementos tubulares, y el transporte de solutos (incluyendo polifosfatos y cationes asociados) parece suceder mediante el movimiento peristáltico de célula a célula a lo largo de las hifas e independiente de la corriente plasmática.

Existen notables similaridades entre VAM y ECM no solo en su importancia para la nutrición del fósforo en la planta hospedera sino también en las tasas de entrada del fósforo y respuesta al creciente suministro externo de fósforo. A bajo suministro externo la infección ECM estimula fuertemente el crecimiento de la planta hospedera mediante la realzada adquisición de fósforo, y a alto suministro externo desaparece esta estimulo (Tabla 15.19). En este caso, el alto suministro de fósforo suprimió fuertemente la colonización micorrícica y por lo tanto evitó la depresión en el crecimiento de plantas

micorrizadas a alto suministro de fósforo, lo que sucede frecuentemente en otras asociaciones ECM-planta hospedera. Tabla 15.19 Crecimiento, toma de fósforo y longitud de raíz micorrizada en plántulas de Eucalyptus diversicolor inoculadas con Laccaria laccata a

Tratamiento (mg P kg-1 suelo)

ECM +/-

Peso seco (g. por planta)

Contenido de P (mg. por planta)

Toma de P (mg g-1

raíz fina) Longitud raíz ECM

(m. por planta) 0

8

16

32

- + - + - + - +

0.09 0.16 0.32 2.22 2.46 3.46 8.58 8.69

0.02 0.07 1.73 2.41 2.03 4.26

10.56 11.57

0.38 0.74 0.58 2.17 1.42 2.14 3.75 3.59

- 0.25

- 4.10

- 4.71

- 0.90

a En base a Bougher et al. (1990). Son escasos los datos cuantitativos sobre la entrega de nutrientes minerales como

potasio, magnesio ó de micronutrientes vía el micelio externo de la ECM hacía la planta hospedera, excepto para el zinc (ver abajo). Sin embargo, puede asumirse que hay el potencial suficiente para proporcionar todos estos nutrientes minerales en cantidades que pueden cubrir por lo menos una gran proporción de la demanda de la planta hospedera para su crecimiento.

Esta bien establecida la presencia de fosfatasa ácida como ectoenzima de los hongos ECM (Fig. 15.25), siendo su actividad alta a lo largo de todo el micelio externo y en la superficie de las raíces con manto. Ya que los hongos VAM también poseen fosfatasa ácida como ectoenzima (Fig. 15.23), la capacidad de uso del Porg no es por lo tanto única para ECM sino que es una propiedad común de los sistemas radicales de plantas micorrizadas así como de no micorrizadas. Algunos hongos ericoides como Hymenoscyphus ericae producen sideróforos y por lo tanto incrementa la adquisición de hierro y el contenido caulinar de hierro de la planta hospedera (Calluna vulgaris) cuando se cultiva en sustratos con bajos contenidos de hierro incluyendo suelos calcáreos. Por lo tanto se incrementa la tolerancia de este especie vegetal calcífuga a la “clorosis inducida por cal”. La producción de sideróforos está probablemente también involucrada en la realzada alteración de la goetita por el hongo ECM Suillus granulus.

En contraste a los hongos VAM, varios hongos ECM tienen una considerable capacidad de producir y excretar ácidos orgánicos, Estos ácidos, y quizás los sideróforos, son factores que presumiblemente contribuyen en la realzada alteración de las micas en el sustrato de plantas de pino ECM comparando con no micorrizadas. Algunos hongos ECM como Paxillus involutus liberan grandes cantidades de ácido oxálico, particularmente cuando es suplido con nitrógeno nitrato. El ácido oxálico disuelve fosfatos de calcio escasamente solubles, y por ejemplo cuando las plántulas de Eucalyptus son cultivadas en suelos calcáreos, grandes cantidades de cristales de oxalato de calcio cubren el micelio extramatricial y el manto fungoso de las raíces micorrizadas. Se sugieren la producción de sideróforos para la adquisición de hierro y de ácido oxálico para traer los fosfatos de calcio a solución, y precipitar el oxalato de calcio para restringir la toma de calcio como mecanismos coordinados mediante los que ciertos hongos ECM juegan un rol clave en la adaptación de su planta hospedera a los suelos calcáreos. Sin embargo, las raíces no micorrizadas, por ejemplo del abeto de Noruega, también forman cantidades considerables de oxalato de calcio en el apoplasto del cortex (Sección 2.2.1).

Similarmente a su planta hospedera, los hongos ECM prefieren el amonio comparando con el nitrato como fuente de nitrógeno. Consecuentemente, cuando son

suplidos ambos amonio y nitrato (e.g., NH4NO3) los hongos ECM acidifican su sustrato similarmente a las raíces hospederas (Sección 8.2.4). No hay mucha capacidad de almacenamiento para el nitrato en los hongos ECM. Sin embargo, un número de hongos ECM puede reducir eficientemente el nitrato, y su actividad nitrato reductasa está en un orden similar de magnitud de aquella en plantas superiores, y estos hongos incrementan su pH del sustrato cuando son suplidos con nitrógeno nitrato. Por lo tanto, en árboles ECM como las especies de pinos no hay grandes diferencias en la toma y asimilación del nitrógeno entre las partes micorrizadas y no micorrizadas del sistema radical.

Después de la toma del amonio, ó reducción del nitrato, en las células del micelio extramatricial y del manto fungoso, el amonio es incorporado en glutamato y glutamina por la acción de la glutamato deshidrogenasa (GDH) y de la glutamina sintasa (GS), respectivamente (Fig. 15.27). Este rol clave de la GDH en los hongos ECM contrasta con las plantas superiores donde la asimilación del amonio sucede vía el ciclo de la glutamato sintasa involucrando la acción de la GS y la glutamato sintasa (GOGAT; Fig. 8.9) y donde la GDH juega un rol menor, excepto a muy altas concentraciones de amoniaco (Sección 8.2). En la hifa extramatricial de la ECM, después de la incorporación del amoniaco en la glutamina, toma lugar su transporte al manto (Fig. 15.27). En el manto y en la red de Hartig la GOGAT puede también volverse importante en la asimilación del amonio en algunas ECM.

Fig. 15.27 Esquema propuesto para la asimilación del nitrógeno en ectomicorriza del abeto de Noruega y para la localización de enzimas asimiladoras del nitrógeno en las células fungosas y hospederas. GCH, glutamato deshidrogenasa; GS, glutamina sintasa; GOGAT, glutamato sintasa. (Chalet et al., 1991).

No es clara la magnitud a la que el nitrógeno inorgánico es asimilado en las

células fungosas ó pasa el manto para ser asimilado en las células radicales hospederas y puede depender de las relativas actividades enzimáticas, del suministro de carbohidratos, y del grosor del manto.

Como una peculiaridad, y de particular importancia ecológica, algunos hongos ericoides y ECM producen proteinasas ácidas como ectoenzimas y por lo tanto proporcionan acceso a la planta hospedera a fuentes complejas de nitrógeno orgánico como proteínas (Fig. 15.25). Ya que las plantas hospederas por si mismas tienen poco ó ningún acceso a estos recursos su asociado fungoso puede jugar un rol crucial en el crecimiento de la planta hospedera en sustratos con nitrógeno orgánico complejo. Como se muestra en la Tabla 15.20, en contraste con las plántulas de pino no micorrizadas, las plántulas en asociación con el hongo ECM Suillus bovinus pueden utilizar rápidamente el nitrógeno a partir de fuentes proteicas, similarmente a las plantas proveídas con nitrógeno amonio. Sin embargo, la Tabla 15.20 también muestra que la capacidad del hongo ECM para el uso del nitrógeno proteico está confinada a ciertas especies. El número de aquellas

especies fungosas ECM que tienen acceso a la proteína como fuente de nitrógeno parece ser relativamente pequeño, Paxillus involutus parece ser otro candidato. Tabla 15.20 Contenido de nitrógeno en plántulas de Pinus contorta cualquiera no micorrizadas ó infectadas con Suillus bovinus, y Pisolithus tinctorius y suplidas con amonio ó proteína como fuente de nitrógeno a

N-NH4 N-Proteína Tratamiento Contenido de Nitrógeno (mg. por planta)

b No micorrizada Suillus bovinus Pisolithus tinctorius

3.66 4.05 3.27

1.14 3.20 1.30

a En base a Abuzinadah et al. (1986). b Contenido seminal y nitrógeno inicial: 1.6 mg N por matraz.

La mayor proporción de las ECM, comparando con las VAM, en bosques caducifolios pobres en ambos fósforo y nitrógeno, y la dominancia de la ECM en ecosistemas forestales coníferos del hemisferio septentrional con nitrógeno como el nutriente más limitante (a menos que la entrada atmosférica sea alta, Sección 4.4.2) puede estar causalmente relacionada con la capacidad de algunas ECM de utilizar nitrógeno orgánico complejo. Tal capacidad es importante para acortar y cerrar el ciclo del nitrógeno minimizando de este modo las perdidas de nitrógeno desde el suelo por lavado, y perdidas gaseosas, y simultáneamente al disminuir la competencia por nitrógeno contra otros microorganismos del suelo. 15.8 Rol de las Micorrizas en la Tolerancia a Metales Pesados ← Un número relativamente grande de hongos ECM son efectivos en incrementar la tolerancia a metales pesados de su planta hospedera. Por ejemplo en plántulas de abedul la tolerancia a las altas concentraciones de níquel en el sustrato se incrementó por la inoculación con el hongo ECM Lactarius rufus ó Scleroderma flavidum, ó la tolerancia a las altas concentraciones de zinc en el sustrato por la inoculación con Paxillus involutus. En plántulas de Pinus banksiana, puede incrementarse la tolerancia a varios metales pesados (plomo, níquel, zinc) por Suillus luteus a bajas e intermedias, pero no a altas concentraciones externas que son dañinas directamente para el hongo. En todos estos ejemplos el incremento en la tolerancia a metales pesados se consiguió al secuestrar los metales pesados en las estructuras fungosas, cualquiera del micelio extramatricial ó en el manto (Fig. 15.25) y por lo tanto disminuyendo la concentración de los metales pesados en la solución del suelo que circunda a la raíz hospedera, en las raíces, y particularmente en el tejido caulinar. Como la mayoría de metales pesados, y también el aluminio, ejercen su influencia tóxica al dañar las zonas radicales apicales, es evidente los efectos protectores de la ECM formadora de manto.

Puede presentarse el ligamiento preferencial de los metales pesados en el mucílago de la superficie hifal, en las paredes celulares hifales, ó en las vacuolas presumiblemente asociado con los gránulos poli-P ó los gránulos altos en nitrógeno pero bajos en fósforo. La capacidad de ligamiento específico de los metales pesados del micelio extramatricial, y su masa, son por lo tanto componentes importantes que determinan la efectividad de la retención de los metales pesados en la ECM.

Como se muestra en la Tabla 15.21, Paxillus involutus tiene una alta capacidad de retención de zinc en su micelio y por lo tanto disminuyo efectivamente el contenido de zinc en la planta hospedera, comparando con plantas no micorrizadas. En contraste, a pesar de una similar biomasa fungosa, Thelephora terrestris retuvo difícilmente el zinc en

sus estructuras, y aún ulteriormente incrementó el contenido de zinc en la planta hospedera. Este y muchos otros ejemplos en la literatura demuestran que no es posible generalizar lo concerniente a incrementos en la tolerancia a metales pesados en plantas ECM. En hongos ECM con alta capacidad de retención de zinc esta propiedad es también retenida en el rango de baja concentración, i.e., no es un mecanismo específico según la demanda de la planta hospedera por zinc. En contraste, en algunos hongos micorrícicos ericoides la transferencia del hierro a la planta hospedera parece tener alguna concordancia con la demanda de la planta hospedera por hierro. Tabla 15.21 Contenidos radicales y caulinares de zinc en plántulas de Pinus sylvestris no micorrizadas y ectomicorrizadas suplidas con altas concentraciones de zinc a

Zinc caulinar Tratamiento (hongo)

Peso seco caulinar (g. por planta) (mg. por planta) (µg g-1

peso seco) Biomasa fungosa (% de raíces cortas)

Contenido de Zn en raíces cortas

(µg g-1 peso seco)

No micorrizada Paxillus involutus Thelephora terrestris

16.2 14.3 16.2

3.19 1.52 3.89

197 106 240

- 54 66

273 708 309

a En base a Colpaert & Van Assche (1992). Algunos hongos ECM pueden también incrementar la tolerancia al aluminio de la

planta hospedera. Por ejemplo, en Pinus rigida aún a 50 µм aluminio en el sustrato se reduce el crecimiento y hay un marcado incremento en el contenido de aluminio en las aciculas, mientras que en plantas micorrizadas (Pisolithus tinctorius) aún a 200 µм aluminio no es afectado el crecimiento y el contenido de aluminio en las aciculas permanece relativamente bajo. El efecto mejorador de la ECM en P. rigida fue llevado a cabo en parte por la mejorada nutrición del fósforo de la planta hospedera. En otros casos pueden estar involucrados el ligamiento del aluminio a las estructuras fungosas, y particularmente la complejación con el aluminio, y por lo tanto la desintoxicación en la interfase hongo-hospedero y en el cortex radical. Por lo tanto, la falta de diferencias en la distribución del aluminio entre los tejidos radicales no micorrizados y ECM no son necesariamente indicios de inefectividad de la ECM en la desintoxicación por aluminio.

En contraste a la ECM hay solo unos pocos reportes sobre el efecto de la VAM en la tolerancia a los metales pesados en la planta hospedera. En vista de las principales diferencias en el tamaño y arreglo estructural del micelio extraradical de los dos tipos de micorrizas (Fig. 15.25), y del mecanismo principal de la ECM en la tolerancia a metales pesados, son excepciones los correspondientes efectos directos mejoradores por la VAM. Sin embargo, pueden suceder efectos indirectos, por ejemplo, al mejorar el estado nutricional del fósforo y el crecimiento de la planta hospedera en un suelo con deficiencia en fósforo y alto en metales pesados ó aluminio, i.e., por un efecto de dilución. Un efecto más específico es el alivio de la toxicidad por manganeso mediante la depresión de la toma de manganeso (ver arriba). Pueden también jugar un papel los efectos adicionales de la VAM en incrementar la tolerancia de los tejidos contra las altas concentraciones de manganeso.

Por otro lado, la VAM puede realzar la toxicidad por zinc en la planta hospedera. La alta efectividad de la VAM en la adquisición y entrega del zinc a la planta hospedera es también retenida cuando las plantas son cultivadas a alto suministro externo de zinc. Sin embargo, se retuvo más cadmio en las raíces de plantas VAM conduciendo a un incremento en la relación de selectividad Zn/Cd en la transferencia al vástago, comparando con plantas no micorrizadas. El incremento en la tolerancia al cobre en plantas infectadas con VAM está probablemente relacionada con una alta retención del cobre en el micelio fungoso intraradical en las raíces hospederas.

15.9 Respuesta a la Micorrización ← Un principal efecto beneficioso de la micorrización en el crecimiento de la planta hospedera es llevado a cabo por el incremento en el área superficial subterránea combinada (raíces y micorrizas) para la adquisición de nutrientes. El efecto beneficioso de las micorrizas es por lo tanto de especial importancia para aquellas plantas que tienen un sistema radical grueso y pobremente ramificado, y simultáneamente carecen de mecanismos específicos de respuesta radical como, por ejemplo, plantas enraizadas en cluster para la deficiencia del fósforo (Sección 15.3 y 15.4). Los efectos benéficos de las micorrizas en el crecimiento de la planta hospedera son comúnmente estimados cono dependencia micorrícica, pero en la mayoría de casos el término respuesta a la micorrización puede ser más apropiado.

En vista de la abundancia de suelos con bajo fósforo y el rol particular de la VAM en realzar la adquisición de fósforo, la mayoría de estudios hasta ahora sobre la respuesta a la micorrización se han enfocado en VAM y fósforo. Como en la mayoría de suelos las raíces son infectadas con VAM nativa, los estudios sobre la respuesta a la micorrización requieren la esterilización del suelo (fumigación, vapor) y la reinoculación con la microflora nativa del suelo (MF), excepto la VAM, y la reinoculación con ambas MF y VAM. El crecimiento respuesta de las plantas es luego usado como un parámetro de respuesta a la micorrización. Los resultados mostrados en la Tabla 15.22 representan el rango de respuestas a la micorrización de cultivos cultivados en suelos bajos en fósforo. La eliminación de la VAM mediante la fumigación del suelo provocó tres clases de crecimiento respuesta. (a) La zanahoria y el puerro crecieron muy pobremente; se restauro el crecimiento al nivel cercano de crecimiento en el suelo no fumigado después de la reinoculación con VAM. (b) El tomate y el trigo exhibieron poco ó insignificante crecimiento respuesta a pesar de las altas dosis de infección. (c) En col, como en especies vegetales no micorrícicas (miembro de las Crucíferas) la fumigación incrementó el crecimiento vegetal y la inoculación con VAM no tuvo ulterior efecto. El realce del crecimiento en col por la fumigación se debió presumiblemente a la eliminación de patógenos del suelo, y omisión de la reinoculación con MF nativa junto con la VAM.

Tabla 15.22 Efecto de la supresión y reintroducción de hongos VAM en el crecimiento de las plantas a

Tratamiento al suelo b Especie vegetal No fumigado Fumigado Fumigado – Reinoculado Zanahoria Puerro Tomate Trigo Col

8.5 (61) 4.4 (50) 4.1 (61) 2.0 (63) 11.9 (0)

0.4 (0) 0.4 (0) 2.5 (0) 1.7 (0)

14.2 (0)

7.4 (60) 4.0 (67) 5.1 (90) 2.1 (79) 13.6 (0)

a Crecimiento vegetal expresado en una base peso seco como gramo por maceta. A partir de Plenchette et al. (1983). b Los valores en paréntesis indican la colonización radical (porcentaje de raíz total) con el hongo VAM.

Los resultados en la Tabla 15.22 también sugieren que uno no debe esperar una

gran estimulación en el crecimiento mediante la inoculación en plantas cultivadas en campo a menos que se hayan dañado los hongos VAM nativos, por ejemplo, por fungicidas. Sin embargo, en Oxisols severamente deficientes en fósforo en los trópicos, se puede conseguir un realce en el crecimiento de varios cultivos mediante la inoculación con VAM aún sin la esterilización del suelo.

Los sistemas radicales gruesos son particularmente abundantes en muchas especies leñosas, y en cultivos como la yuca (Manihot esculentum). Consecuentemente,

en plantas de yuca no micorrizadas el nivel crítico de deficiencia del fósforo extractable del suelo es 190 mg, comparando con solo 15 mg. en plantas micorrizadas (Fig. 15.28).

Fig. 15.28 Relación entre el peso seco de los cogollos de yuca inoculada (con VAM ●―●) y no inoculada (○---○) y el nivel de fósforo extractable (método de análisis de suelo, Bray II) en suelo esterilizado. Las flechas indican los niveles críticos de fósforo que corresponden al 95% del máximo desarrollo. (Redibujado de Howeler et al., 1982a)

La importancia de la morfología radical para la respuesta a la micorrización en

diferentes especies vegetales es mostrada en la Fig. 19.29. En el pasto con área superficial grande la respuesta a la micorrización es ausente aún a niveles extremadamente bajos de fósforo en el suelo. En contraste en leguminosas con ambos raíces cortas y pelos radicales cortos la respuesta a la micorrización es alta. Al usar cinco especies de pastos se encontró una relación inversa entre la longitud del pelo radical y la dependencia a la micorrización. En varias especies leguminosas esta relación inversa entre la longitud del pelo radical y la respuesta a la micorrización es también indicada en el número de nódulos.

Parece que también hay una diferencia típica en la respuesta a la VAM entre especies de pastos C3 y C4. Pastos C3 de temporada fría tiene sistemas radicales altamente fibrosos mientras que los pastos C4 de temporada calida tienen sistemas radicales más gruesos. En pastos C4, pero no en pastos C3, hay un fuerte crecimiento respuesta positivo cualquiera a la fertilización fosforada ó a la inoculación con VAM. Sin embargo, en pastos C4 también existen grandes diferencias entre especies en la respuesta a la VAM.

Hay una tendencia de que los ancestros silvestres de una especie vegetal dado son menos sensibles a la VAM que los cultivares, por ejemplo, en avena y tomate, parcialmente debido a las diferencias en la morfología radical y en la relación peso seco raíz/vástago, pero también en la tasa de crecimiento y crecimiento potencial. Las diferencias inherentes en los últimos parámetros son frecuentemente descuidadas en las comparaciones entre especies en la respuesta a la VAM. El tamaño de la semilla, y de este modo las reservas seminales en fósforo, así como en otros nutrientes, es otro factor importante para la respuesta a la VAM. En una comparación de 15 especies silvestres cultivadas en un suelo deficiente en fósforo se ha encontrado una clara correlación negativa entre la respuesta a la VAM y el tamaño de la semilla.

Hay algunas indicaciones de que la dependencia a la VAM en una especie dada difiere de si es cultivada en plantaciones puras ó mixtas con otras especies vegetales. Las leguminosas como Medicago sativa y Phaseolus vulgaris parecen ser más competitivas en plantaciones mixtas cuando son inoculadas con VAM. Esto puede atribuirse al mejorado estado nutricional del fósforo de las leguminosas ó, como se observo en plantaciones mixtas de no leguminosas, a la expresión de un incremento general en el

“fitness” en VAM.

Fig. 15.29 Relación entre la morfología radical y los beneficios de la micorrización (Glomus sp.) en la adquisición de fósforo para dos especies de pastos. (Basado en Schweiger, 1994)

Existe una absoluta dependencia micorrícica en orquídeas (Sección 5.7.2), y muchas especies arbóreas leñosas y forestales son altamente sensibles a las micorrizas, un ejemplo para ECM se ha dado en la Tabla 15.19. Lo mismo es cierto para plantas micorrizadas con ericoides como Calluna. En muchos ecosistemas naturales la dependencia en las micorrizas ECM ó ericoides puede principalmente ser una cuestión de disponibilidad de nitrógeno y no tanto de fósforo, pero son escasos los estudios sistemáticos en el tema. En árboles forestales la dependencia a ECM puede también depender de la edad de la planta. En plantaciones forestales las hifas ECM pueden actuar como un conducto para la transferencia de fotosintatos desde plantas de pisos superiores a aquellas sombreadas por estas plantas, i.e., se ejerce alguna clase de influencia de semillero para el establecimiento de la plántula. 15.10 Otros Efectos Micorrícicos ← 15.10.1 Efectos Hormonales, Relaciones Planta Agua ← Las micorrizas pueden también alterar el crecimiento y desarrollo de la planta hospedera a través de efectos directos e indirectos en el balance hormonal y en las relaciones planta agua. En la Sección 14.5 se han descrito los efectos hormonales de microorganismos rizosféricos no infecciosos, y se han dado algunos ejemplos de la producción de fitohormonas por hongos ECM. Los típicos cambios morfológicos de las cortas raíces ECM (reducción ó cese del crecimiento por elongación, ó ramificación) son llevados a cabo por la producción de IAA y C2H4 por ciertos hongos ECM. El realce del crecimiento elongación caulinar de las plántulas del pino con ECM (Pisolithus tinctorius) estuvo estrechamente relacionado con la producción de IAA del hongo asociado. Sin embargo, no todos los hongos ECM producen hormonas, y bastante frecuentemente existen pobres ó sin correlaciones entre la capacidad de un hongo ECM de producir una hormona dada y el efecto realzante del hongo en el crecimiento de la planta hospedera. Por ejemplo, en

Pinus taeda la inoculación con Pisolithus tinctorius realza el crecimiento caulinar e incrementa el contenido de CYT en las aciculas, aunque este hongo no produce CYT, mientras que la inoculación con el productor de CYT Suillus punctipes ni afecta el crecimiento caulinar ni el contenido de CYT en las aciculas. De este modo, dependiendo de la especie fungosa ECM, las hormonas producidas por esta especie, ó su efecto en la síntesis de las fitohormonas, el balance hormonal alterado en las plantas puede, ó no, jugar un rol en los efectos realzantes de los hongos ECM en el crecimiento de la planta hospedera.

Hay también reportes de mayores contenidos de CYT en las plantas inoculadas con VAM, por ejemplo en lino y en cítricos. En maíz la inoculación con VAM incrementó los contenidos radicales y caulinares de ABA dos veces comparando con las plantas no micorrizadas. Sin embargo, en todos estos casos el incremento en los contenidos de hormonas en las plantas (por unidad de peso fresco ó seco) estuvo asociado con los notables efectos realzantes del crecimiento por la inoculación con VAM, la mayoría probablemente vía el mejorado estado nutricional del fósforo de las plantas hospederas. Ya que el estado nutricional del fósforo también afecta los contenidos de fitohormonas en plantas no micorrizadas (Sección 5.6.4), es más probable que la inoculación con VAM afecta indirectamente los contenidos de fitohormonas.

La colonización micorrícica puede también afectar directamente ó indirectamente las relaciones planta agua. Esta documentado el realce del suministro de agua a la planta hospedera para hongos ECM que forman micelio extramatricial y rizomorfos extensos. Los rizomorfos son muy adecuados para el rápido y sustancial transporte de agua hacia la planta hospedera. De acuerdo con esto en Pinus pinaster se han encontrado relaciones positivas entre el diámetro de los rizomorfos del hongo, el potencial hídrico del xilema, y la velocidad de recuperación de la planta hospedera después del estrés por sequía.

También se ha observado un incremento en la tolerancia al estrés por sequía en plantas VAM comparando con plantas no micorrizadas. Las diferencias en el estado nutricional del fósforo de las plantas (Sección 8.4.6) pueden explicar en parte este efecto. Sin embargo, en plantas con comparables estados nutricionales del fósforo y similar tamaño del vástago, el estado hídrico de la planta puede también diferir entre las plantas VAM y las no micorrizadas. En vista de los efectos de la VAM en la morfología radical (ramificación radical, número de meristemos apicales) y en la anatomía radical (e.g., lignificación) los cambios en el balance hídrico de la planta pueden ser indirectamente la consecuencia de los cambios hormonales y estructurales en la planta hospedera.

Se ha observado transporte de agua en las hifas VAM extraradicales hacia la planta hospedera. Sin embargo, el pequeño diámetro de las hifas (~2-14 µm) puede requerir un irreal alto flujo másico de agua hacia las raíces a fin de hacer una contribución considerable a la demanda transpiracional de la planta hospedera. Tal flujo másico de agua tampoco se puede reconciliar con la necesidad del trasporte bidireccional de solutos en la hifa. Puede también mostrarse experimentalmente (Fig. 15.30) que a pesar del severo estrés hídrico de la planta hospedera no hay un sustancial transporte de agua desde los compartimientos hifales a través de las hifas hacia la planta hospedera cuando se omite un contacto directo con el suelo en la interfase raíz-compartimiento hifal. A pesar de la falta de un significante transporte de agua, la toma hifal desde el compartimiento exterior explico 49% del fósforo total y 35% del nitrógeno total tomado por las plantas micorrizadas.

La más intensa extracción del agua del suelo, frecuentemente observada en plantas VAM comparando con plantas no micorrizadas, es más probablemente un efecto indirecto llevado a cabo por los cambios en la estructura del suelo por las hifas extraradicales incrementando por lo tanto la conductividad hidráulica insaturada del

suelo. Tales cambios en la estructura del suelo presumiblemente también contribuyen al incremento en el transporte del agua en plántulas de árboles ECM.

Fig. 15.30 Efecto de retener el suministro de agua en la conductancia estomatal y en el contenido suelo agua en el compartimiento hifal en Agropyron repens micorrizada (Glomus mosseae) en una maceta. (E. George et al., 1992) 15.10.2 Supresión de los Patógenos Radicales ← Hay una larga lista de ejemplos en la supresión de patógenos radicales fungosos y bacterianos del suelo mediante la inoculación con micorrizas. VAM en particular. Por ejemplo, la inoculación con hongos VAM incrementa la resistencia del tomate a Fusarium oxysporum, de Casuarina a Fusarium vesicubesum, y del tomate a Pseudomonas syringae. El efecto supresor de la VAM también es evidente en los casos de “enfermedad del suelo” ó “enfermedad de la resiembra”, donde patógenos menores ó microorganismos deletéreos del suelo pueden dañar el crecimiento y actividad radical. Un ejemplo de tal efecto supresor es mostrado en la Tabla 15.23. El crecimiento en plántulas de uva fue pobre en suelo con enfermedad de la resiembra pero pudo ser mejorado considerablemente mediante la inoculación con VAM lo que también elevó el nivel de colonización radical con VAM a aquel en el suelo control (sin enfermedad de resiembra). La supresión de Pseudomonas fluorescens mediante la inoculación con VAM fue presumiblemente un principal factor responsable del mejorado crecimiento de la planta en el suelo con la enfermedad de la resiembra. La esterilización del suelo fue, sin embargo, más efectiva que la inoculación con VAM ya que restauro el crecimiento de la planta al nivel del suelo control.

En el cinturón de trigo septentrional de Australia se ha encontrado que la infección radical del trigo con la pudrición radical común (Bipolares sorokiniana) esta inversamente relacionada con la colonización radical con VAM. Las diferencias en la colonización radical fueron causadas por las alteraciones en el potencial de infección de VAM en los suelos vía la longitud de los periodos en barbecho, ó por las relaciones entre las plantas VAM hospederas/no hospederas en la rotación del cultivo.

En varios casos, la supresión de los patógenos radicales por VAM puede atribuirse al mejorado estado nutricional del fósforo de las plantas hospederas. Esto puede también ser cierto para el estado nutricional del zinc y cobre. Sin embargo, en muchos casos están involucradas interacciones específicas, incluyendo cambios en la exudación radical y en la microflora rizosférica (ver arriba), ó en la fisiología radical del hospedero (reacciones de defensa) y en la anatomía como la lignificación y suberización del tejido radical.

En ciertos casos el hongo VAM puede ser parasito, no solo en términos de un drenado del carbono sin un retorno de los efectos benéficos, sino al dañar directamente a

las raíces. En tabaco, se conoce que la enfermedad del enanismo es controlada mediante la fumigación del suelo. Pueden obtenerse los mismos síntomas y depresión del crecimiento mediante la inoculación con Glomus macrocarpum, y la severidad de los síntomas está correlacionada con el grado de colonización radical con este hongo VAM. La enfermedad del enanismo es menos perjudicial en plantas inoculadas con Glomus macrocarpum, y es ausente en plantas inoculadas con Glomus fasciculatum. También se han encontrado efectos menos benéficos ó aún perjudiciales por ciertas especies de Glomus en cultivos en los que proliferan preferentemente después de una historia de cultivo para monocultivos a largo plazo de maíz ó soya. Tabla 15.23 Efecto de la inoculación con Glomus mosseae en el crecimiento y número de bacterias en el rizoplano en esquejes de uva (Vitis vinifera) cultivados en suelos sin (control) ó con la “enfermedad de la resiembra” (RPD) a

Peso por planta No. bacteria g-1 peso fresco radical Tratamiento al suelo Caulinar

(g. peso fresco) Radical

(g. peso fresco)

Raíz colonizada por VAM

(%) Total x 107 Pseud. b x 103

Control - VAM +VAM

RPD - VAM

+VAM

6.3 6.2

1.3 2.3

10.1 12.5

3.6 7.8

33 39

21 34

3.2 3.7

4.4 3.2

0.18 0.16

5.88 0.71

a Waschkies et al. (1994) b Pseudomonas fluorescens

Está bien documentada la protección de la planta hospedera contra patógenos radicales por ciertos hongos ECM, un ejemplo es dado en la Tabla 15.24 para Paxillus involutus. El hongo ECM puede suprimir efectivamente los efectos dañinos de Fusarium oxysporum en el crecimiento de la plántula. Esta supresión se consigue mediante la producción de ácido oxálico por Paxillus involutus, y la producción del ácido oxálico por el hongo ECM es realzada por los exudados radicales de Pinus resinosa. Tabla 15.24 Supresión de patógenos radicales en plántulas de Pinus resinosa por Paxillus involutus a

Longitud (cm. por planta) Tratamiento Mortalidad en plántulas (%) Caulinar Radical

Control + Paxillus involutus + Fusarium oxysporum + Paxillus involutus + Fusarium oxysporum

0 0

50 20

3.0 3.0 1.5 2.5

2.3 2.5 0.6 1.5

a En base a Chakravartry et al. (1991).

En ECM los mecanismos para la protección de las plantas hospederas son más diversos que en VAM. Además de mejorar el estado de la nutrición mineral, los cambios en la exudación radical y en la microflora rizosférica no infecciosa, en ECM el manto fungoso puede también actuar como una barrera mecánica, ó el hongo puede producir compuestos fenólicos con fuertes efectos inhibidores en varios hongos patogénicos.

15.11 Micorrizas: Implicaciones Prácticas ← Aunque las plantas superiores pueden beneficiarse de sus micorrizas asociadas en la mayoría de casos al mejorar su estado nutricional, del fósforo en particular, pueden presentarse otros efectos benéficos y no deben ser pasados por alto. Los diversos efectos benéficos de las micorrizas pueden ser rápidamente demostrados bajo condiciones

ambientales controladas. Se han dado ejemplos de estos potenciales efectos benéficos en las secciones precedentes. Para la predicción de los efectos esperados a partir de la inoculación con VAM ó ECM se requiere por lo menos considerar la especie ó cepa fungosa. La principal limitación para las predicciones, es sin embargo, nuestro pobre conocimiento del funcionamiento de las asociaciones bajo condiciones de campo. Se requieren estudios más sistemáticos, por ejemplo, en comparaciones entre especies vegetales micorrícicas y especies no hospedera bajo condiciones de campo y en comunidades vegetales a fin de evaluar más precisamente la importancia relativa de los varios efectos potenciales benéficos de las micorrizas en sus plantas hospederas bajo condiciones ecológicas dadas.

A pesar de las limitaciones de arriba hay ciertas áreas donde es factible inocular con micorrizas a un nivel comercial. Muchas plantas hortícolas, y la mayoría de árboles frutales y árboles forestales son primero establecidas en camas ó mantenidas durante el desarrollo inicial en viveros antes del transplante al campo. La inoculación de los árboles forestales con ECM en los viveros puede disminuir sustancialmente el impacto por el transplante e incrementar la sobrevivencia y tasa de crecimiento en campo. Lo mismo es cierto para VAM en la reforestación de sitios de explotación minera ó para la producción de plántulas de árboles frutales en viveros.

Para tal tecnología el uso de hongos ECM no es muy complicado y muchos de ellos pueden ser rápidamente multiplicados en cultivo puro. Esto es diferente, sin embargo, para hongos VAM, particularmente con respecto a la inoculación de plantas cultivadas en campo. La inoculación con VAM de plantas cultivadas en campo es bastante limitada por razones técnicas, y también no es muy prometedora en la mayoría de casos. Las limitaciones son: la falta ó dificultades en la producción del inóculo libre de patógenos en suficientes cantidades; el pobre conocimiento de las interacciones específicas planta hospedara (especie, cultivar) / hongo VAM (especie, cepa); competencia con hongos VAM nativos; esterilización del suelo a gran escala ni es posible ni es recomendada por obvias razones.

Hasta ahora, son escasos los resultados que muestran una clara respuesta desarrollo a la inoculación con hongos VAM en suelos no esterilizados. Para hacer uso de los efectos benéficos de la VAM en los cultivos parece ser más prometedor bajo la mayoría de circunstancias manipular el potencial de infección del VAM nativo indirectamente mediante el manejo del suelo y la rotación de cultivos. Estos esfuerzos merecen más atención por razones económicas en sistemas de producción de baja entrada, y por razones ecológicas en ambos sistemas de producción de baja y alta entrada. Para una revisión comprensiva de las posibilidades y limitaciones de usar las VAM en agrosistemas tropicales el lector es dirigido a Sieverding (1991).

La colonización micorrícica por si misma, y cualquier cambio marcado en la colonización radical VAM en plantas cultivadas en campo tienen implicaciones en el análisis del suelo y en los modelos de simulación de nutrientes minerales disponibles a la planta, del fósforo en particular. Las pobres correlaciones entre el análisis químico del suelo del fósforo y la respuesta vegetal al suministro de fósforo se encuentran frecuentemente en parte debido a las diferencias en la colonización radical VAM. La subestimación por los modelos de simulación de toma de fósforo por las plantas en suelos bajos en fósforo (Sección 13.6) es ciertamente en parte debida a la alta contribución de la VAM a la entrega de fósforo a partir del exterior del rizo-cilindro de las raíces hospederas.

N. del T. Se puede generalizar acerca de que cada oración escrita por el autor viene acompañada de una referencia que la respalda, estas no se anotaron, para mayor seguridad leer libro original. Igualmente todas las siglas siguen en el idioma original. Para la Primera Sección prestaron colaboración los Hermanos Gonzalez, Gracias! マルシネルさま！！！！ Esto puede tener enormes catastróficas, por lo tanto, no comer cuento…. Ir a la fuente directa…, gracias. Pido disculpas por que a pesar de tener una mala calidad de copias, además de las palabras, se decidió publicas por aquello de las pautas…

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Lista De Figuras ←

Fig. 15.1 Gradientes en la interfase raíz-suelo (rizosfera). Fig. 15.2 Acumulación del calcio y magnesio en el suelo rizosférico de plantas de cebada de dos meses de edad (Redibujado a partir de Youssef & Chino, 1987). Fig. 15.3 Curso de tiempo de la toma de magnesio en ryegrass al afectarse por la concentración de potasio en la solución del rizo-suelo (Seggewiss & Jungk, 1988). Fig. 15.4 Influencia de la forma de nitrógeno incorporado a la solución del suelo en el Ph del rizoplano a lo largo de raíces del abeto de Noruega de 4 años cultivado en un Luvisol a Ph 4.5 (H2O). ( cadem et al., 1990) Fig. 15.5 Acidificación de la rizosfera (indicado por el agar con bromocresol purple, arriba) y tasas de liberación neta de H+ por raíces de plantas intactas de girasol. (Modificado de Römheld et al., 1984). Fig. 15.6 Representación esquemática de raíces de arroz de aniego en suelo sumergido. Fig. 15.7 Efecto de la porosidad llena de aíre y el crecimiento del trigo (sembrado) en la desnitrificación en un suelo chernozem (Corg:1.8%). (De acuerdo a Prade & Trolldenier, 1989). Fig. 15.8 Modelo del flujo del carbono en la rizosfera. LMW= bajo peso molecular. (Modificado de Warembourg & Billes, 1979) Fig. 15.9 Representación esquemática de la exudación radical al afectarse por deficiencia de nutrientes minerales y por impedancia mecánica. Fig. 15.10 Representación esquemática de varios mecanismos en la rizosfera para la solubilización de compuestos inorgánicos escasamente solubles mediante exudados radicales en relación a la nutrición mineral de plantas (ver texto). Fig. 15. 11 Precipitación del citrato de calcio en la rizosfera de raíces proteoid de plantas Lupinus albus de 13 semanas de edad cultivadas en un Luvisol deficiente en fósforo; (a) zona radical proteoid; (b) detalles de (a) con partículas de citrato de calcio. (Dinkelaker et al., 1989.) Fig. 15.12 Movilización de micronutrientes a partir de un suelo calcáreo (Luvisol, 7% CaCO3) por exudados radicales de plantas de cebada suficientes (+Fe) y deficientes (-Fe) de hierro. (Treeby et al. 1989.) Fig. 15.13 Actividad fosfatasa ácida en la rizosfera de diferentes especies vegetales cultivadas en un suelo franco limoso. (Tarafdar & Jungk, 1987). Fig. 15.14 Actividad fosfatasa ácida y contenido de fósforo inorgánico (Pi) y orgánico (Porg) en la fracción extraíble con agua del suelo del rizoplano (RPS), suelo rizosférico (RS), y del suelo no rizosférico (BS) en una plantación del abeto de Noruega de 80 años de edad. (Häussling & Marschner, 1989). Fig. 15.15 Presentación esquemática de la separación espacial de los exudados radicales LMW (e.g., fitosideróforos, ácidos orgánicos) y de la actividad microbiana en la rizosfera de plantas cultivadas en suelo. Fig. 15.16 Representación esquemática de varios mecanismos para la movilización e inmovilización del manganeso en la rizosfera. MO = microorganismos; MnOx = óxidos de Mn(III) + Mn(IV). (Marschner, 1988). Reimpreso con permiso de Kluwer cademia Publishers. Fig. 15.17 Posible rol de ciertos exudados radicales de bajo peso molecular como “señales” ó como fuentes (precursores) en la producción de fitohormonas por microorganismos (MO) en la rizosfera. Fig. 15.18 Presentación esquemática de las principales características estructurales de las micorrizas vesiculo-arbusculares (VA) (izquierda) y de las ectomicorrizas (EC) (derecha). RM, rizomorfos. Fig. 15.19 Sistemas radicales micorrizados. Superior: Raíz de papa cultivada en suelo con hifas extramatriciales del hongo VAM Glomus mosseae. Inferior: Pequeñas raíces ectomicorrizadas del abeto de Noruega cultivado en suelo. (Cortesía de G. Hahn) Fig. 15.20 Presentación esquemática de los efectos de la colonización micorrícica en la morfología radical y en la distribución de los microorganismos rizosféricos no infecciosos. Fig. 15.21 Presentación esquemática de los efectos del nivel de fósforo en el suelo y de la colonización radical con hongos VAM en el crecimiento radical y caulinar. Fig. 15.22 Perfil de agotamiento del fósforo extractable con agua en el compartimiento radical ®, hifal (H), y del suelo no rizosférico en plantas de trébol blanco no micorrizadas (-VAM) y micorrizadas (Glomus mosseae, +VAM) cultivadas en un Luvisol (Li et al., 1991c.) Fig. 15.23 Actividad fosfatasa ácida en la rizosfera de plantas de trigo micorrizadas y no micorrizadas. (Tarafdar & Marschner, 1994.) Fig. 15.24 Contribución de las hifas extraradicales (Glomus mosseae) a la toma del fósforo, zinc y cobre en plantas de trébol blanco y maíz cultivadas en un Luvisol en cajas dividas en compartimientos. (Datos compilados de Kothart et al., 1991b y Li et al., 1991b).

Fig. 15.25 Presentación esquemática de los componentes de la dinámica de nutrientes en y su adquisición desde la “hifosfera” de raíces endo- (VA-) micorrizadas y de componentes adicionales encontrados en las raíces ectomicorrizadas. (Marschner & Deññ, 1994). Reimpreso con permiso de Kluwer cademia Publishers. Fig. 15.26 Peso seco y toma de nitrógeno por plantas de maíz y soya cultivadas en el suelo micorrizadas con VA (Glomus mosseae) cualquiera sin nitrógeno (-N), con NH4NO3, ó nodulada (fijación de N2). (Basado en Bethlenfalvay et al., 1991) Fig. 15.27 Esquema propuesto para la asimilación del nitrógeno en ectomicorriza del abeto de Noruega y para la localización de enzimas asimiladoras del nitrógeno en las células fungosas y hospederas. GCH, glutamato deshidrogenasa; GS, glutamina sintasa; GOGAT, glutamato sintasa. (Chalet et al., 1991). Fig. 15.28 Relación entre el peso seco de los cogollos de yuca inoculada (con VAM ●―●) y no inoculada (○---○) y el nivel de fósforo extractable (método de análisis de suelo, Bray II) en suelo esterilizado. Las flechas indican los niveles críticos de fósforo que corresponden al 95% del máximo desarrollo. (Redibujado de Howeler et al., 1982ª) Fig. 15.29 Relación entre la morfología radical y los beneficios de la micorrización (Glomus sp.) en la adquisición de fósforo para dos especies de pastos. (Basado en Schweiger, 1994) Fig. 15.30 Efecto de retener el suministro de agua en la conductancia estomatal y en el contenido suelo agua en el compartimiento hifal en Agropyron repens micorrizada (Glomus mosseae) en una maceta. (E. George et al., 1992)

Lista De Tablas

← Tabla 15.1 Relación entre la toma de agua por unidad de longitud radical y acumulación de sodio y cloruro alrededor de raíces de maíz a

Tabla 15.2 Suministro de nitrógeno, pH rizosférico, y contenido caulinar de nutrientes minerales de fríjol (Phaseolus vulgaris L.) cultivado en un Luvisol (pH 6.8). Tabla 15.3 Efectos de las fuentes de nitrógeno en la acidez y alcalinidad generada por las raíces de alfalfa, en el pH del suelo, y en la utilización de la roca fosfatada a Tabla 15.4 Curso de tiempo en producción de materia seca, concentración de fósforo, y pH rizosférico y toma de iones en plantas de colza cultivadas en un suelo bajo en fósforo a Tabla 15.5 Porcentaje de carbono fotosintético neto asignado a, y perdido por, raíces de especies vegetales anuales a Tabla 15.6 Influencia del aluminio en la longitud radical y el contenido de elementos minerales en las zonas radicales apicales (0-5 mm.) de soya cultivadas en solución nutritiva ó en cultivo en arena filtrado con la solución nutritiva a

Tabla 15.7 Efecto rizosférico del maíz en la utilización de FeOOH escasamente soluble a, b Tabla 15.8 Efecto del mucílago en el crecimiento y contenido de aluminio de raíces de caupí (cv. Tvu 354) cultivado en soluciones nutritivas con ó sin aluminio a Tabla 15.9 Exudación radical de ácidos orgánicos en especies leguminosas deficientes en fósforo. Tabla 15.10 Ácidos orgánicos en los exudados a partir de diferentes zonas radicales en plantas de colza (Brassica napus L.) cultivada por siete días sin ó con fósforo a Tabla 15. 11 pH del suelo y contenidos de citrato y micronutrientes en el suelo no rizosférico y el suelo rizosférico del lupino blanco (Lupinus albus L.) cultivado en un suelo deficiente en fósforo (23% CaCO3)a Tabla 15.12 Peso seco y toma de fósforo del trigo (T. aestivum) y lupino blanco (L. albus) cultivados en cultivo mixto en un suelo deficiente en fósforo (pH 6.5) suplido con roca fosfatada y nitrógeno nitrato a Tabla 15.13 Efectos de las diferentes especies VAM en bacterias y actinomicetos en el suelo rizosférico de Panicum maximum a

Tabla 15.14 Efectos de las diferentes especies VAM (Glomus sp.) en la colonización radical, peso seco y toma del fósforo en Sorghum bicolor cultivado por 48 días a 25ºC a Tabla 15.15 Efecto del creciente suministro de fertilizante fosforado en el crecimiento caulinar y en los contenidos caulinares de nutrientes minerales en soya no micorrizada (NM) y micorrizada (M; Glomus fasciculatum) a Tabla 15.16 Peso seco, relaciones hídricas y contenidos de nutrientes en maíz (Zea mays) no micorrizado y micorrizado (Gl. mosseae) cultivado en un suelo calcáreo con compartimientos para raíces e hifas a Tabla 15.17 Peso seco planta y contenido de fósforo en las hojas, número de nódulos y actividad nitrogenasa (ARA) en los nódulos de soya cultivada a bajo y alto suministro de fósforo a Tabla 15.18 Efecto de la inoculación micorriza VA en el crecimiento caulinar, desarrollo semilla e índice cosecha en garbanzo cultivado en un suelo fumigado en campo en Siria septentrional a Tabla 15.19 Crecimiento, toma de fósforo y longitud de raíz micorrizada en plántulas de Eucalyptus diversicolor inoculadas con Laccaria laccata a Tabla 15.20 Contenido de nitrógeno en plántulas de Pinus contorta cualquiera no micorrizadas ó infectadas con Suillus bovinus, y Pisolithus tinctorius y suplidas con amonio ó proteína como fuente de nitrógeno a Tabla 15.21 Contenidos radicales y caulinares de zinc en plántulas de Pinus sylvestris no micorrizadas y ectomicorrizadas suplidas con altas concentraciones de zinc a Tabla 15.22 Efecto de la supresión y reintroducción de hongos VAM en el crecimiento de las plantas a

Tabla 15.23 Efecto de la inoculación con Glomus mosseae en el crecimiento y número de bacterias en el rizoplano en esquejes de uva (Vitis vinifera) cultivados en suelos sin (control) ó con la “enfermedad de la resiembra” (RPD) a Tabla 15.24 Supresión de patógenos radicales en plántulas de Pinus resinosa por Paxillus involutus a

Micorrizas (no traducción) Azcón-G., C. y J.M. Barea. 1980. Micorrizas. Investigación y Ciencia 47: 8–16.

←Concepción Azcón-G. de Aguilar y José-Miguel Barca Agosto de 1980. Estas simbiosis hongo-planta desempeñan un importante papel en ecología y

nutrición vegetal. Formadas por la mayoría de las plantas existentes, comienza a estudiarse su aplicabilidad en agricultura como fertilizante microbiano.

Hace unos 400 millones de años las plantas comenzaron a colonizar la superficie

terrestre, hecho éste importante en a evolución de los seres vivos. Mediante su capacidad fotosintética los vegetales transforman la energía solar en energía química utilizable por otros organismos. Para llevar a cabo tal actividad, aquellas primeras plantas requerirían, como las actuales, una serie de nutrientes que deberían captar de la atmósfera (anhídrido carbónico) y del suelo (agua, nitrógeno, fósforo, azufre, potasio. manganeso, hierro, etcétera).

Mayoritariamente se acepa que las plantas se originaron a partir de las algas verdes. El tránsito de éstas, desde su hábitat acuático a ambientes secos, y la evolución en ellos a plantas con raíces, antecesoras de los actuales vegetales superiores, fue en efecto punto crucial en la historia de la vida sobre la Tierra. Sin lugar a dudas, el hambre y la sed, las dos grandes y eternas dificultades de la existencia sobre nuestro planeta, incidieron de forma decisiva en los primeros pasos de la evolución de los vegetales. La opinión común sostiene que la colonización de aquel suelo, seco y pobre, por las algas fue posible gracias a que éstas se asociaron con microorganismos, lo cual permitió que pudieran captar sus alimentos minerales. De un lado, hongos microscópicos formaron las primeras micorrizas, simbiosis especializadas en la captación de fósforo, y de otro, las “plantas” se asociaron con microorganismos fijadores de nitrógeno molecular (N2) atmosférico.

Las micorrizas son simbiosis mutualísticas entre .hongos y raíces de plantas superiores. Salvo en contadas excepciones, la planta suministra al hongo fuentes de carbono procedentes del producto de la fotosíntesis, además de un nicho ecológico protegido de los fenómenos de antagonismo microbiano en la rizosfera. Por su parte, el hongo ayuda a la planta a absorber sus nutrientes minerales del suelo. Se sabe que tas hifas del hongo que se desarrollan en la raíz y emergen de ella desempeñan un importante papel en la translocación hacia la planta de iones fosfato por lo que, en suelos con un contenido bajo en fósforo asimilable, caso generalizado en la mayoría de los suelos agrícolas, las micorrizas representan una contribución fundamental para la economía nutritiva de la planta. (En los hongos. se llama hifa a cada uno de los elementos filamentosos que constituyen su aparato vegetativo, el micelio).

Debido a la amplia distribución de las micorrizas puede afirmarse que las plantas cuando crecen en condiciones naturales son en su mayoría organismos dobles. en el sentido de que el órgano a través del cual absorben agua y nutrientes esta constituido por la raíz propiamente dicha y una hongo que vive simbióticamente con ella.

Las micorrizas se han venido clasificando, en base a su estructura y morfología,

en dos grandes grupos: ectotróficas y endotróficas. En las primeras se incluían micorrizas en las cuales el hongo, normalmente de micelio tabicado, forma un auténtico manto de hifas que rodea la raíz. El desarrollo del hongo en el interior de la corteza es intercelular, dando aspecto de red (red de Hartig). En las endotróficas, sin embargo, el hongo no forma manto sobre la raíz, y las hifas penetran en el interior de las células de la corteza. No

obstante, hoy día se sabe que los hongos formadores de endomicorrizas están muy distanciados taxonómica y fisiológicamente, por lo que ha sido necesario modificar esta clasificación y subdividir a las antiguas micorrizas endotróficas en varios grupos. Sin lugar a dudas, las más extendidas son las de tipo vesículo-arbuscular (VA), ya que esta simbiosis se encuentra en todos los climas que permiten el desarrollo vegetal sobre el planeta y la forman la mayoría de las plantas de interés agrícola e industrial.

ECTOMICORRIZAS o micorrizas formadoras de manto. Se caracterizan porque el hongo que las origina se

desarrolla en la superficie de la raíz formando un auténtico manto de hilas que la cubren. En el Interior de la raíz (corteza) el hongo se desarrolla intercelularmente constituyendo la red de Hartig, tal como se observa en este esquema de un corte transversal de una ectomicorriza. Aproximadamente un 3% de las plantas superiores forman este tipo de micorrizas, siendo la mayoría especies de interés forestal, entre tas cuales merece la pena destacar: pino, abeto, abedul, haya, roble, eucaliptos, etcétera.

Las micorrizas vesiculo-arbusculares se conocen desde el siglo pasado, pero a

pesar del interés ecológico que se deriva de su casi omnipresencia, no se les prestó demasiada atención. En los últimos 15 a 20 años, y ante la evidencia de la repercusión de esta simbiosis en nutrición vegetal, se inició un movimiento de investigación cada vez más intenso sobre el tema.

Se han descrito micorrizas VA en todos los continentes, salvo en la Antártida. Se han encontrado en Briofitas, Pteridofitas, Gimnospermas y Angiospermas. Mientras que sólo un 3 por ciento aproximadamente de las fanerógamas tienen micorrizas formadoras de manto, la gran mayoría de las especies restantes poseen micorrizas VA. Las familias de plantas en las que no se han encontrado micorrizas VA son las siguientes: a) Pinaceae, Betulaceae y Fagaceae (forman micorrizas con manto); b) Orchidaceae y Ericaceae (forman sus tipos específicos de micorrizas); c) ciertas familias que han sido descritas como no micorrizables, tales como Chenopodiaceae, Cruciferae, Fumariaceae, Cyperaceae, Commelinaceae, Urticaceae y Poligonaceae. No obstante, algunas especies de estas familias se han definido recientemente como micorrizables y no sería ilógico pensar que plantas supuestamente no micorrizables en condiciones normales puedan serlo en otras condiciones de cultivo. Existen también ciertos grupos de plantas que

tienen tanto micorrizas formadoras de manto como micorrizas VA; tal es el caso de Salicaceae, Juglandaceae, Tiliaceae, Mirtaceae, Caesalpinaceae, Juniperus, Chama cyparis y Quercus.

MICORRIZAS VESJCULO-ARBUSCULARES: constituyen el tipo de micorrizas más ampliamente

distribuido en la naturaleza. ya que las forman, aproximadamente, el 96% de las plantas existentes sobre la tierra, entre las que se encuentran especies de gran interés agrícola e industrial. No forman manto externo de hifas y se desarrollan en el interior de la raíz, ínter e intracelularmente, dando lugar a los elementos morfológicos típicos de esta infección: los arbúsculos, y las vesículas. En el esquema se muestra un corte longitudinal de una micorriza VA, en el cual se aprecian los mencionados elementos.

Aunque la ausencia de manto de micelio externo dificulta el reconocimiento de las

micorrizas VA, utilizando una técnica de clarificación y tinción podemos adentramos en su morfología a través del examen microscópico consiguiente. En contraste con lo que sucede en las micorrizas formadoras de manto, la infección VA origina pocos cambios morfológicos en la raíz.

La infección se desarrolla a partir de las clamidosporas (esporas de resistencia formadas por el hongo) ó bien a partir del micelio originado en una raíz previamente infectada. Las clamidosporas, que resisten condiciones adversas en el suelo, tales como el calor y la sequía, germinan cuando las circunstancias son favorables, pero los tubos de germinación producidos mueren a no ser que encuentren una raíz huésped y penetren con éxito en ella. En este caso, el tubo de germinación, o la hifa infectiva, forma un apresorio sobre la superficie de la raíz, produciéndose así la penetración del hongo, que tiene lugar normalmente entre dos células epidérmicas (en botánica, apresorio es la protuberancia o

intumescencia formada en una hifa o en el tubo germinal de una espora fúngica, destinada generalmente a adherirse al huésped durante la primera fase de la infección). A continuación, la hifa invasora se ramifica intercelularmente de forma rápida, en la corteza de la raíz, sin invadir endodermis, tejidos vasculares ni meristemos.

Poco tiempo después de iniciada la infección se desarrollan los arbúsculos mediante ramificación dicotómica repetida de hifas intracelulares, hasta la formación de hifas de menos de 0.2 micrómetros de diámetro. Cuando se forma un arbúsculo, el almidón de la célula invadida desaparece, al tiempo que el núcleo se alarga y divide. Los arbúsculos son digeridos rápidamente y su contenido, adsorbido por el huésped. Después de que los arbúsculos son digeridos, los núcleos vuelven a su tamaño normal y el almidón suele reaparecer.

Posteriormente a los arbúsculos se forman las vesículas, que son estructuras ovoides que contienen material lipídico. Estas son órganos de reserva, y, en algunos casos, su pared gruesa las asemeja a clamidosporas. Se forman intra o intercelularmente y tanto fuera como dentro de la raíz. El desarrollo de la infección en el interior de la corteza está acompañado por un crecimiento exterior de las hifas, estableciéndose posteriores puntos de entrada. Las hifas que emergen de la raíz se extienden por el suelo varios centímetros, dando lugar al micelio externo, que constituye el sistema de absorción de nutrientes. Este consta de una red tridimensional de hifas: unas, de 8-30 micrómetros de diámetro que son consideradas la base permanente del micelio y, otras, más delgadas (2-7 μm), de posible función rizoidal, más efímeras que las anteriores. Sobre el micelio externo se forman grandes esporas vegetativas que van madurando hasta convertirse en clamidosporas; determinadas especies desarrollan también esporocarpos.

La relación entre el hongo y el hospedero en las relaciones de la micorriza vesiculo-arbuscular.

Continuamente se forman nuevos arbúsculos y los viejos se vuelven senescentes durante la relación. El parecido anatómico de las infecciones VA hizo pensar que la mayoría de ellas

estaban causadas por el mismo hongo; de hecho, hasta la revisión de Mosse en 1973 se aceptaba que los endofitos VA pertenecían en su mayoría al género Endogone, del cual se habían descrito diversidad de tipos o razas. De acuerdo con las clasificaciones clásicas,

todas las especies de Endogone formaban esporocarpos, pero ante el descubrimiento de esporas de resistencia ectocárpicas unidas al micelio externo de raíces micorrizadas se planteó la necesidad de revisar taxonomía de estos hongos. En este sentido, se llevaron a cabo una serie de investigaciones que han permitido encuadrar actualmente a los hongos VA en la familia Endogonaceae de los Mucorales (ficomicetos), agrupados en cuatro géneros: Glomus, Sclerocystis, Gigaspora y Acaulospora, ninguno de los cuales ha podido ser aislado en cultivo puro.

Tipos de Micorrizas

Denominación Clásica

Denominación Actual Características Plantas Huésped Hongos que la forma

Ecotróficas Formadoras de manto -forman manto que cubre la raíz -hifas sólo intercelulares que forman la red de Hartig -Hongo de micelio septado

Betulaceae Fagaceae Pinaceae Eucaliptus

Agaricaceae Boletaceae y otros

Vesiculo-arbusculares (VA)

-Desarrollo mayoritario del hongo dentro de la raíz -Hifas externas no formadoras de manto -Micelio no septado, salvo en hifas viejas -Hifas inter e intracelulares: las intercelulares no forman red de Hartig, la intracelulares forman arbúsculos y vesículas

Se han encontrado en la mayoría de las plantas que viven sobre la corteza terrestre

Ficomicetos microscópicos pertenecientes a la familia Endogonaceae

Ericoides -Rudimento de manto -Hifas inter e intracelulares: las intracelulares forman masas compactas que pueden ser lisadas ó digeridas. -No se forman vesículas ni arbúsculos

Ericaceae Epacridaceae Empetraceae

Ascomicetos

Ar

Ericáceas

Arbutoides -Forman manto -Hifas intra e intercelulares: las intercelulares no forman red de Hartig.

Ericaceae Pyrolaceae Monotropaceae

Boletus

Endotróficas (ectendotróficas)

Orquidáceas -La planta huésped tiene un periodo de su ciclo de vida heterótrofo durante el cual para sobrevivir, necesita ser infectada por un hongo micorrícico. -La infección del huésped por el hongo puede evolucionar a micorriza ó parasitismo

Orchidaceae Basidiomicetos

EXISTEN DIVERSOS TIPOS de micorrizas que difieren en sus características morfológicas y en su significado ecológico. En las micorrizas formadoras de manto, vesículo-arbusculares y ericáceas, el hongo ayuda a la planta a obtener sus nutrientes minerales del suelo y, a cambio, la planta cede al hongo hidratos de carbono. La relación planta-hongo en estos casos se considera una simbiosis mutualísitica. Las micorrizas de las orquídeas presentan unas características diferentes, por lo que han sido objeto de especial interés. Las micorrizas son heterótrofas en algún periodo de su ciclo de vida y, durante este, se muestran totalmente dependientes de las micorrizas, obteniendo hidratos de carbono de otras plantas vecinas por medio del hongo.

Los hongos que forman micorrizas VA tienen un espectro de huéspedes

extremadamente amplio, lo que obliga a catalogarlos con inespecíficos. Pero si se registran diferencias en el grado de susceptibilidad del huésped y en la adaptabilidad de! hongo a determinadas condiciones. La existencia, por ejemplo, de hongos más adaptados a especies forestales y otros a cultivos agrícolas es un hecho comprobado; así mismo, se sabe que el pH de un suelo es un factor determinante de la presencia y efectividad de ciertos tipos de esporas. Esto parece indicar que sí hay marcadas diferencias en la facilidad e intensidad con que los endofitos infectan, se desarrollan y operan en distintos huéspedes y bajo diferentes condiciones ecológicas. Estas consideraciones permiten concluir que existe cierta especificidad en micorrizas VA, en términos de efectividad de

la simbiosis, aunque ésta parece depender más de la interacción con un tipo de suelo y condiciones de cultivo que no de un huésped particular.

El potencial infectivo de un suelo viene determinado por la cantidad de esporas presentes y por la intensidad de la infección de las raíces que contiene. Se sabe que tales parámetros están influenciados por las condiciones ambientales. La mayoría de las esporas y de las raíces micorrizadas se encuentran en la capa superficial del suelo, lo que quizá sea simplemente reflejo de una mayor densidad de raíces en la capa arable de los suelos, aunque no se debe olvidar que la escasez de oxígeno molecular en capas más profundas puede ser el factor condicionante.

Las micorrizas VA estimulan el crecimiento, desarrollo y nutrición de las plantas, especialmente en suelos de baja y moderada fertilidad. Los estudios llevados a cabo han puesto de manifiesto que dichos efectos se deben a que la micorriza mejora sustancialmente la absorción de nutrientes y agua por la planta y que el principal nutriente implicado es el fósforo.

Se sabe que la mayor parte de los suelos naturales tienen un bajo contenido de fosfato asimilable, e incluso la mayoría de los suelos arables productivos necesitan un aporte considerable de fertilizante fosforado para mantener su fertilidad. En efecto, el 96-99& del fósforo de un suelo está integrado en compuestos orgánicos ó inorgánicos insolubles. De otro lado, se conoce que el ritmo de absorción de los iones fosfato por la planta es superior al de desplazamiento de dichos iones desde el suelo no rizosferico hacia la raíz. Ello condiciona que se forme una zona de agotamiento del elemento en la rizosfera. Esta zona de agotamiento, que ha podido ser puesta de manifiesto por autoradiografía, es la base que justifica que el PO sea factor limitante del crecimiento de las plantas en gran número de suelos. Efectivamente, el desplazamiento del ion fosfato hacia la raíz tiene lugar por difusión; en su camino hacia la planta se fija fácilmente a arcillas y coloides del suelo por medio de combinaciones insolubles con calcio, hierro ó aluminio.

34−

Los mecanismos propuestos para explicar la mayor capacidad de absorción de

fósforo por plantas micorrizadas están basados en las siguientes causas: a) que la micorrización induzca cambios morfológicos en la planta; b) que la micorrización induzca cambios fisiológicos, lo que provocaría un incremento de la capacidad de la superficie de la raíz de la planta para absorber fósforo; c) que la micorrización proporcione una superficie de absorción adicional (hifas del hongo), ó más eficaz; d) que las hifas ó las raíces micorrizadas tengan capacidad para solubilizar fuentes de fósforo no disponibles para raíces no infectadas y e) que la raíz micorrizada tenga más longevidad que la que no lo está.

La posibilidad d) ha sido objeto de especial investigación y controversia. De un lado, muchos experimentos indican que las plantas micorrizadas crecen mejor que las no micorrizadas en suelos enriquecidos con formas difícilmente solubles de fósforo, tales como apatito, fitato y fosfatos de Ca, Al ó Fe. De otro lado, en micorrizas formadoras de manto, se ha descrito la presencia de fosfatasas de superficie. Todo esto hizo pensar en una posible solubilización de fosfatos por las hifas de las micorrizas VA. Sin embargo, ensayos con fósforo radiactivo (P32) pusieron de manifiesto que, tanto las plantas micorrizadas como las no micorrizadas, tomaban el fósforo de la misma fuente: el depósito “pool” lábil de fosfato soluble. La absorción más eficiente por las raíces micorrizadas causa que se estimule la disociación química del fosfato insoluble para reponer el soluble, que están captando las hifas de la micorriza, y mantener así el equilibrio fosfato insoluble-fosfato soluble. Ello puede justificar la respuesta de las plantas micorrizadas a la adición de fosfato de roca. No obstante, es aconsejable continuar

la investigación sobre la posible utilización de formas no asimilables de fosfato por las micorrizas VA, en ciertos suelos o condiciones todavía por estudiar..

La eficacia de las raíces en la absorción de fosfatos se ha valorado midiendo la cantidad de P32 captado por unidad de longitud de raíz. Se ha estimado que este parámetro es cuatro veces mayor para las raíces micorrizadas que para las no micorrizadas, lo que quiere decir que las raíces micorrizadas absorben los fosfatos mucho más eficazmente que las que no lo están Las explicaciones basadas solamente en cambios morfológicos de la raíz (hipótesis a) no justifican ese considerable incremento en la eficacia, máxime cuando se conoce que los cambios morfológicos que aparentemente originan las micorrizas VA son insignificantes. Por otra parte, las razones basadas en suponer una mayor longevidad de las raíces micorrizadas no parecen aceptables, si se tiene en cuenta que las raíces no micorrizadas son capaces de absorber fósforo durante largos periodos de tiempo.

HONGOS CAUSANTES DE LAS MICORRIZAS VA originan escasos cambios morfológicos en la raíz;

para detectar su presencia, se procede a la clarificación de los tejidos radicales y a la posterior tinción de las estructuras fúngicas, lo que permite observar los elementos típicas de la simbiosis VA. Las fotografías muestran un aspecto general da la infección VA en una raíz de Medicago sativa (alfalfa), así como detalles más concretos de vesículas.

La hipótesis c), a saber, que la micorrización proporcione una superficie de

absorción adicional, se considera hoy día la más acertada. En efecto, se acepta que el papel fundamental de las micorrizas estriba en que las hifas externas del hongo extienden el campo de absorción de la planta más lejos de la zona de agotamiento que rodea la raíz de tal manera que la red de hifas externas permite a la raíz incrementar su superficie de absorción y explorar un volumen de suelo superior al que pueden utilizar las plantas no micorrizadas. Esto parece estar confirmado por ciertos trabajos en los cuales se detectó captación de P32 por raíces micorrizadas, cuando se colocó el isótopo a una distancia no accesible a raíces no micorrizadas. Concretamente, se ha encontrado que las hifas de Glomus pueden extender la zona de captación de fosfato hasta, al menos, siete centímetros de la superficie de la raíz. No hay que olvidar, además, que un centímetro de raíz micorrizada puede tener hasta 80 centímetros de hifas externas.

Utilizando P32 se ha puesto de manifiesto que el incremento en la captación de fosfato por las hifas depende más de su posición, longitud y número, que de alguna propiedad especial de su superficie que agilice la captación. Estas apreciaciones parecen descartar la hipótesis b): la micorrización no induciría pues cambios fisiológicos que justifiquen la mayor absorción de fósforo.

De otro lado, se ha calculado que el flujo de fosfato en el interior de las hifas es del

orden de 10-8 a 10-9 moles por cm2 por seg-1, habiéndose propuesto varios mecanismos para tratar de explicarlo. Diversas observaciones indican la existencia de ciclosis o

corrientes protoplasmáticas bidireccionales en el interior de la hifa, aceptándose que éstas desempeñan un papel importante en la traslocación del fosfato.

Este modelo de traslocación ha podido ser completado gracias a trabajos histológicos, en los cuales se ha puesto de manifiesto la existencia de gránulos de polifosfato en las vacuolas de hifas y arbúsculos, particularmente cuando la infección está en sus estadios jóvenes y vigorosos. Basándose en estas observaciones, se ha propuesto que el ion fosfato se trasloca como gránulos de polifosfato, que se van depositando en las vacuolas incrementando su tamaño ó disminuyéndolo a medida que se van utilizando. La operatividad de este mecanismo esta asegurada con la existencia de polifosfatasas ácidas, y sobre todo alcalinas, localizadas en las vacuolas de arbúsculos maduros e hifas intercelulares, descrita por varios autores.

En cuanto, a la transferencia de fosfatos del hongo al huésped, se acepta, desde hace tiempo, que tiene lugar en los arbúsculos, los cuales degeneran y son digeridos, liberándose el fósforo que contienen. Observaciones a nivel estructural confirman este hecho; se ha visto así que los arbúsculos se van formando y degenerando, calculándoseles una vida media de 7 a 11 días. No hay que descartar, sin embargo. la posibilidad de que ocurra una transferencia de fosfato, y otros materiales, a través de los plasmalemas fúngico y del huésped. En efecto, la transferencia puede tener lugar en otras partes del micelio interno y no sólo en los arbúsculos (intracelulares). Existen varias razones para pensar así; de hecho, en micorrizas formadoras de manto, hay intercambio de fosfato sin que ocurra la penetración intracelular del micelio. Asimismo, se han detectado respuestas a la infección VA antes de la formación de arbúsculos. Se puede concluir, pues, que el sitio fundamental de transferencia es el arbúsculo, pero puede que no lo sea exclusivamente.

Por otro lado, está demostrado que los carbohidratos procedentes del fotosintato de la planta son transferidos al hongo, y que llegan hasta su micelio externo. Aunque no se conoce el mecanismo de la transferencia, se acepta que ésta tiene también lugar en los arbúsculos.

Finalmente, cabe considerar que se han llevado a cabo muchos trabajos para determinar si las micorrizas favorecen la captación de otros nutrientes. En algunos de tales trabajos, parece indicarse la captación de Zn, S, K, y Ca por micorrizas VA. Sin embargo, existen contradicciones para estos y otros nutrientes, por lo que no se pueden generalizar estas apreciaciones. Probablemente, lo que ocurra sea que, por constituir el fósforo un factor limitante del crecimiento, las plantas micorrizadas están más equilibradas fisiológicamente, lo que puede condicionar una mejor absorción de otros nutrientes. De igual modo, se sugirió que las micorrizas VA estimulaban la captación de agua, lo que resultaría de gran importancia ecológica en suelos áridos, pero luego se puso en cuestión el fenómeno y necesita más estudio antes de elaborar conclusiones definitivas.

LA FORMA DE RESISTENCIA de los bongos VA es la espora (clamidospora). La forma, contenido, color y

modo de unión a la hifa de sustentación son los criterios usados en la diferenciación de las distintos géneros y especies de la familia Endogonaceae, a la que pertenecen los bongos microscópicos responsables de estas micorrizas. Algunas especies forman esporocarpos, en cuyo interior se encuentran las esporas. En la fotografía superior se muestra la espora de tipo “yellow vacuolate” (de vacuolas amarillas) que corresponde al género Glomus mosseae, integrada en un esporocarpo perteneciente a la misma espacie.

Diversos factores ecológicos pueden afectar el desarrollo y actividad de las

micorrizas. La luz es un factor fundamental en la infección VA. En plantas colocadas en ligera penumbra, la infección no sufre alteraciones de relieve. Por el contrario, cuando se las somete a grandes sombras, la infección se reduce drásticamente y la producción de esporas baja en un 80%. Igualmente, las bajas temperaturas reducen también la infección y la producción de esporas.

El .porcentaje de infección y el número de esporas se reducen, por lo general, cuando se aplican fertilizantes fosforados y nitrogenados. Podemos afirmar que las micorrizas VA son más persistentes en suelos de baja y moderada fertilidad, aunque existan abundantes excepciones a tal generalización. Interesa, en este sentido, profundizar algo más en el efecto del P0 , en particular sobre la micorrización. Adiciones crecientes de este nutriente reducen la infección, así como la formación de esporocarpos. Se ha podido demostrar, mediante ensayos en los que se aplica foliarmente fosfato soluble, que la concentración del ion dentro de la planta tiene más influencia en la reducción de la infección que el existente en el suelo.

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Ciertas observaciones han sugerido que las diferencias en el grado de infección asociadas con la fertilidad del suelo están relacionadas con el ritmo de crecimiento de la raíz. Algunos autores opinan que las raíces vigorosas en crecimiento activo son difícilmente infectadas, y concluyen que cualquier factor que cause un crecimiento lento de la raíz, o que reduzca la proporción de tejido radical en crecimiento activo, tiende a incrementar la infección. Puesto que se sabe que las auxinas y el etileno, fundamentalmente, y la acción combinada de éstas con citoquininas y giberelinas controlan la formación y desarrollo de las raíces, es lógico pensar que estas sustancias hormonales intervienen de una manera destacada en la formación de micorrizas VA, hecho que ha podido ser demostrado en nuestro laboratorio.

En las micorrizas formadoras de manto se ha demostrado que los hongos que las originan producen auxinas, y que éstas son rápidamente absorbidas por las raíces de las plantas huéspedes, originándose cambios morfológicos que facilitan el establecimiento de la simbiosis. De otro lado, también se ha puesto de manifiesto que estos hongos

producen citoquininas y giberelinas, sin que se sepa exactamente la función de éstas en el proceso de infección.

La posibilidad de llevar a cabo estas investigaciones en hongos VA ha entrañado problemas que arrancan de la dificultad de desarrollar estos hongos en cultivo puro. No obstante, utilizando técnicas puestas a punto por nosotros que permiten un crecimiento inicial del hongo, hemos comprobado la producción de auxinas, giberelinas y citoquininas por éstos.

Varios trabajos experimentales han apuntado la existencia de interacciones entre hongos de las micorrizas y otros microorganismos de la rizosfera. Hay que tener en cuenta que los exudados radicales de las plantas micorrizadas difieren de los de las no micorrizadas, no sólo porque cambia el estado nutricional de la planta huésped, sino también debido a la gran cantidad de tejido del hongo presente en la raíz micorrizada que puede afectar más directamente a los exudados. En el caso de las micorrizas formadoras de manto, se sabe que éstas inducen cambios cualitativos y cuantitativos en la microflora del suelo; a su vez, se ha descrito que Azotobacter y otros microorganismos afectan de una manera positiva la formación de esta simbiosis. Tal efecto se debe, probablemente, a las sustancias extracelulares que los microorganismos liberan, entre las cuales pueden desempeñar un importante papel las fitohormonas, cuya producción es un fenómeno común de los microorganismos de la rizosfera. Igualmente, se ha señalado un efecto beneficioso de Pseudomonas sp. en el establecimiento de las micorrizas VA, así como la cooperación entre los hongos VA y bacterias solubilizadoras de fosfatos en cuanto a sus efectos sobre el crecimiento y nutrición de las plantas y también en el establecimiento de la simbiosis. De igual forma se han sugerido interacciones entre Azotobacter y hongos VA.

Desde el punto de vista de su repercusión en agricultura, las interacciones entre hongos VA y Rhizobium sp. evidencian un enorme interés, en concreto por sus efectos sobre el crecimiento y nutrición de leguminosas. Nuestros estudios han puesto de manifiesto la existencia de interacciones de dichos microorganismos, no sólo a nivel nutritivo, sino también a nivel de los mecanismos que intervienen en la formación d- estas simbiosis con las plantas. Finalmente, cabe señalar, aunque sólo sea de paso, la influencia negativa que sobre la micorrización parecen ejercer ciertos compuestos normalmente usados en agricultura como son los pesticidas.

Se entiende por micotrofismo la alimentación por medio de hongos. En este

sentido, se dice que ciertas especies son más “micotróficas” que otras cuando obtienen más beneficio de las micorrizas. La dependencia de las micorrizas se define como “el grado en que una planta depende de la condición de estar micorrizada para producir su máximo crecimiento y rendimiento a un nivel dado de fertilidad del suelo”. En un extremo de esta graduación están las plantas no micorrizables, absolutamente no dependientes de las micorrizas, y en el otro se sitúan ciertas variedades de Citrus que son “altamente micorriza-dependientes”, ya que ni siquiera una fertilidad elevada les proporciona los beneficios de la micorrización. La mayoría de las plantas se encuentran entre estos extremos, y para cada especie y situación se supone la existencia de un nivel de fertilidad (fundamente de fosfato asimilable) al cual crecen igual las plantas micorrizadas que las que no lo están.

DINÁMICA DEL DESARROLLO DE LA INFECCION VA en una planta hospedadora adecuada. Aunque

con peculiaridades y matices propios de las especies implicadas y factores ecológicos controlantes, se caracteriza por seguir un modelo en 3 fases: fase lag, en la que tiene lugar la germinación de las esporas y comienza la colonización de las raíces por las hifas; a continuación, sigue una fase de desarrollo intensivo de la infección, y, por último, se llega a la fase de constancia en la cual no varia la proporción entre raíces micorrizadas y no micorrizadas. En la gráfica se muestra la dinámica del proceso de Infección en raíces de Medicago sativa por el hongo de la endomicorriza Glomus mosseae.

Generalmente, las plantas con alta demanda de fósforo (como las leguminosas) ó

pobre sistema radical (cebolla, patata) responden mejor a la micorrización. Se ha indicado que la capacidad de las plantas para crecer en suelos que tienen muy poco fósforo disponible puede depender del desarrollo de los pelos radicales; así, plantas con pocos ó cortos pelos radicales dependerán más de la formación de micorrizas que las dotadas con pelos bien desarrollados. Al parecer, sin embargo, se hallan implicados otros factores, además de la cantidad y tamaño de los pelos, pues plantas como Paspalum notatum y Centrosema pubescens, con largos pelos radicales, no toman eficientemente el fósforo del suelo, a no ser que estén micorrizadas.

EL. FOSFORO ES UN NUTRIENTE FUNDAMENTAL para el crecimiento vegetal ya que forma parle de

moléculas de gran importancia en la economía celular, como son los ácidos nucleicos, así como de los compuestos encargados de la captación, almacenamiento, y transferencia de la energía, el ATP, por ejemplo. Este elemento nutritivo es factor limitante del crecimiento de las plantas en la mayoría de los suelos, al encontrarse formando parle de fosfatos orgánicos ó minerales insolubles no utilizables por el vegetal. En el ciclo del fósforo en la naturaleza, según indica el esquema, se aprecia que los microorganismos del suelo intervienen en la solubilización y mineralización de fosfatos, aunque hoy se admite que la acción mis decisiva es la que realiza un grupo muy especial de microorganismos: los hongos que forman las micorrizas, cuyas hifas canalizan el fósforo desde el suelo hasta la planta.

Como se indicó anteriormente, la colonización de la superficie terrestre por las

plantas tuvo lugar hace unos 400 millones de años, entre el Silúrico y el Devónico. La planta fósil más antigua que ha podido ser estudiada pertenece al genero Rhinia y data de hace unos 370 millones de años. Se han obtenido microfotografías de las “raíces” de esta planta en las cuales se aprecia claramente la presencia de una formación fúngica en su interior de gran similitud con las actuales especies de Glomus. Algunos autores consideran que en ciertos casos tales asociaciones hongo-“raíz” eran ya micorrizas.

Es muy probable que las primeras plantas que evolucionaron y se establecieron en un ecosistema terrestre encontraron un suelo ya colonizado por poblaciones microbianas, entre las cuales posiblemente hubiera cianobacterias y bacterias fijadoras de N2. Por esta razón es probable que no fuera el nitrógeno el factor limitante, sino el fósforo tal como ocurre actualmente en la colonización de nuevos hábitats. En tales condiciones cualquier asociación planta-microorganismo que mejorara la extracción del fósforo del medio se seleccionaría y perpetuaría. Se ha sugerido que ahí podría radicar el origen de las micorrizas VA. El micotrofismo por tanto, no es un proceso nuevo, sino que nació por la aparición de plantas con raíces.

Se acepta comúnmente que las plantas vasculares se originaron a partir de las algas verdes. En este sentido, se ha propuesto una hipótesis según la cual para que el alga semiacuática pudiera superar los problemas de desecación y nutrición que suponía el paso a un hábitat terrestre, debieron asociarse simbióticamente con un hongo acuático. De

acuerdo a esta hipótesis, las plantas serían el producto de tal simbiosis, la cual permitiría la colonización de la tierra durante el Silúrico y el Devónico. La conclusión de esta hipótesis es taxativa: las plantas terrestres nunca tuvieron independencia, porque si la hubieran tenido jamás hubieran colonizado la tierra. La simbiosis fue posiblemente, de tipo endotrófico, modelo de asociación mantenida hoy día por casi todas las plantas en forma de micorrizas VA. Diremos pues, que las micorrizas se originaron prácticamente con las plantas, permitieron su evolución y a su vez evolucionaron con ellas y con ellas se han perpetuado.

Hoy se reconoce que los microorganismos que viven en el suelo desarrollan en su

hábitat natural actividades de gran interés por su repercusión directa en el crecimiento y nutrición de las plantas, e, indirectamente, en la nutrición de los animales.

Es un hecho incuestionable que la necesidad de incrementar la calidad y cantidad de las cosechas agrícolas ante la creciente demanda de alimentos, condiciona el progresivo agotamiento de los suelos, lo que, a su vez, induce a aumentar el consumo de fertilizantes químicos, de elevado costo. Estos hechos han animado a investigar la posibilidad de manipular las poblaciones de microorganismos que habitan en el suelo y que intervienen en los ciclos de los nutrientes, con el fin de mejorar el contenido de formas asimilables por las plantas cultivadas. La idea, lógicamente es incrementar la producción vegetal y reducir el consumo de fertilizantes de elevado precio y contaminantes, a la larga, de los ecosistemas.

Actualmente, la atención se ha centrado en el estudio de microorganismos capaces de formar asociaciones simbióticas mutualísticas con las plantas. Así, éstas se benefician directamente de la acción de los microorganismos, que, a su vez, encuentran en la planta un nicho ecológico protegido y fuentes de carbono asimilable. Tal es el caso de la simbiosis Rhizobium-leguminosa que, como se sabe, representa un importante aporte de nitrógeno a esas plantas y, a través de ellos a la biosfera.

Igualmente, se hallan en estudio las posibilidades de utilizar las micorrizas como fertilizantes biológicos. En este sentido, se han llevado a cabo ensayos, generalmente en invernadero, en los que se ha puesto de manifiesto la ventaja de la inoculación con hongos formadores de micorrizas VA. Aunque, estos hongos se encuentran de modo natural en los suelos, puede ocurrir debido a diversas circunstancias tales como empleo abusivo de fertilizantes químicos, productos fitosanitarios, etc, que falten, escaseen, o incluso que, existiendo en número adecuado sean poco efectivos. Es en estos casos que se espera que la introducción de endofitos VA muestre especial eficacia, por lo que en la mayoría de los ensayos llevados a cabo en suelos naturales se han usado esterilizantes para eliminar los endofitos nativos. No obstante se han descrito algunos ensayos en campo sobre suelo no tratado, en los cuales se obtuvieron incrementos de hasta un 150% en la cosecha como respuesta a los tratamientos con endofitos introducidos frente a los que sólo poseían los nativos del suelo en cuestión.

Sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en el caso de la simbiosis Rhizobium-leguminosa, en la cual el N2 fijado procede de la atmosfera, la micorrizas mejorar la captación por la planta del fósforo ya existente en el suelo, por lo cual, a no ser que se adicione dicho elemento, se producirá un empobrecimiento en fosfato del medio. Esto quiere decir que las micorrizas no pueden sustituir de forma total a los fertilizantes químicos, sino que ambos tipos de fertilizantes deben usarse conjuntamente de suerte que la adición de fósforo asegure el mantenimiento del nivel de dicho elemento en el suelo y no inhiba el proceso de micorrización, sino que, por el contrario, coopere con la micorrizas para conseguir una producción vegetal óptima.

HIFAS EXTERNAS del hongo de la micorriza. Debido a su longitud y distribución, permiten a la planta

explorar un volumen de suelo superior al que pueden utilizar las plantas no micorrizadas, aumentando su campo de absorción de fósforo, 1o que reviste gran interés en la nutrición vegetal.

Ello puede alcanzarse de dos maneras distintas. Consiste la primera en la

aplicación de fosfatos que, aunque difícilmente solubles, son más baratos, como por ejemplo el fosfato de roca. Se sabe que éste no inhibe la formación ni los efectos de las micorrizas y que incluso puede mejorar la actividad de éstas, ya que aunque las plantas micorrizadas no pueden captarlo directamente, la absorción más eficiente del fósforo soluble por parte de las hifas del hongo estimula la disociación química del fosfato insoluble para reponer el soluble que se está consumiendo y mantener así el equilibrio. La otra posibilidad consiste en aplicar formas solubles de fosfato, si bien en una cantidad y momento tales que no inhiban la constitución de la simbiosis. Aunque las dosis elevadas afectan negativamente el desarrollo de las micorrizas, dosis más bajas pueden no ser perjudiciales, y hasta cooperar con ellas, consiguiéndose así mejores resultados.

Cualquiera de estas dos posibilidades es válida para mantener un nivel adecuado de fosfato en el suelo y permitir que las plantas se beneficien de los efectos de la micorrización. La elección de una de estas formas va a depender de las características del suelo (capacidad fijadora de fosfato, pH, etcétera) y de la planta a utilizar. Por ello, cuando se quiera llevar a cabo un ensayo de fertilización biológica en campo, debe desarrollarse antes una investigación que permita establecer la necesidad de inocular, seleccionar los microorganismos adecuados y estudiar su interacción con los fertilizantes químicos. Siguiendo estas pautas, nosotros hemos llevado a cabo una serie de investigaciones sobre el tema. Hemos utilizado leguminosas por ser estas plantas capaces de formar los dos tipos mencionados de simbiosis con microorganismos.

Se pretendía estudiar las posibilidades de practicar con éxito unos ensayos de fertilización biológica en los suelos relativamente fértiles de la Vega de Granada. Se trata de suelos neutro-alcalinos y fuertemente fijadores de fósforo. Esta circunstancia, unida al hecho de que reciben considerables cantidades de fertilizantes fosforados, hace que el contenido en fósforo total sea muy elevado, y, bajo, el fósforo asimilable. Los ensayos previos llevados a cabo en invernadero pusieron de manifiesto que la introducción de hongos de la micorriza VA mejoraba el crecimiento, nutrición y nodulación de las plantas.

RHIZOBIUM Y EL HONGO DE LA MICORRIZA VA (Glomus mosseae) capaces, respectivamente, de

fijar (N2) atmosférico y de captar fósforo para la planta, se aplicaron como “fertilizantes biológicos” a Medicago sativa (alfalfa) crecida en condiciones naturales. Las plantas respondieron a la inoculación del hongo de la micorriza y, más aún, a la aplicación del doble inóculo, pero sólo hubo respuesta positiva a la introducción del microorganismo Rhizobium cuando el suelo poseía cierto nivel de fosfato asimilable, o un nivel de micorrización adecuado, caso del ensayo registrado en la ilustración de la derecha. Estos experimentos de fertilización biológica en campo fueron desarrollados por los autores de este artículo.

Los endofitos VA introducidos cooperaron de modo activo Con los indígenas. En

concreto, se estimó que la micorrización provocaba un 160%, aproximadamente, de incremento de cosecha, siendo los hongos VA introducidos responsables de un 100% y, los nativos, del 60% restante. Desde el punto de vista práctico, cabe destacar que la micorrización tuvo un efecto similar al de la dosis de fosfato soluble correspondiente a la empleada por los agricultores de la región.

De todo lo que antecede se dedujo la posibilidad de llevar a cabo con éxito ensayos de inoculación en campo con Rhizobium y hongos de la micorriza. Los ensayos se desarrollaron en parcelas distintas del suelo en cuestión, que diferían en algunas propiedades químicas, como el contenido en fósforo asimilable (17,6 partes por millón [ppm] en la parcela b frente a 9,2 ppm en la a). Al mismo tiempo, se procedió al recuento de esporas de los hongos VA; se evidenció que ambas parcelas poseían un número bajo de esporas, pero que la parcela b contenía tres veces más (75 ±9.3) que la a (24 ±0.7). La especie de hongo VA predominante fue Glomus mosseae, por lo que se utilizó este microorganismo como inoculante. Por otro lado, es obvio que por ser la alfalfa (Medicago sativa) la planta a utilizar en los ensayos, tenía que emplearse Rhizobium meliloti como especie capaz de nodular y fijar nitrógeno en simbiosis con esta planta.

De los resultados de los ensayos de campo se dedujeron las siguientes conclusiones: 1) La inoculación con Glomus fue eficaz en todas las situaciones estudiadas. 2) La inoculación con solo Rhizobium no fue eficaz en la parcela a debido, probablemente, a que el fósforo actuó de factor limitante del crecimiento y la nodulación de las plantas, ya que si hubo respuesta cuando se inocularon las plantas con el hongo de la micorriza. En la

parcela b, sin embargo, hubo respuesta ante la aplicación de Rhizobium, ya que el nivel de fósforo soluble en el suelo era superior y, además, el número superior de esporas de hongos VA nativos permitiría un mayor grado de micorrización de las plantas con respecto a las de la parcela a. 3) En todos los casos, la inoculación de Rhizobium + Glomus mostró gran eficacia incrementando la cosecha en, aproximadamente, un 200% sobre los testigos.

Corno se apuntó anteriormente, es más probable que la introducción de endofitos VA tenga éxito en suelos de baja fertilidad, pero nuestros estudios indican que la micorrización también puede se aconsejable en suelos relativamente fértiles, como los usados en estos ensayos. Conviene añadir que en los experimentos de campo no se adicionaron fertilizantes químicos y que las labores fueron practicadas por los agricultores en su forma tradicional.

Es evidente que los resultados obtenidos muestran unas perspectivas alentadoras.

Sin embargo, aún se necesita mucha más investigación en este sentido para generalizar los resultados.

Por un lado, hay que estudiar, en cada caso concreto, diversos aspectos de la ecología de las micorrizas que permitan establecer más bases científicas de la inoculación. Por otro, mientras que la obtención de inoculantes de Rhizobium es un proceso rutinario e industrializable, el conseguir inóculo masivo de micorriza muestra actualmente muchas dificultades, ya que el hongo, simbionte obligado, no crece en cultivo puro, por lo que debe multiplicarse en las raíces de la planta hospedadora. La producción de inóculo por este método, además de ser cara y lenta para poder usarla con fines comerciales, tiene el peligro de contaminación por hongos patógenos que pueden desarrollarse a la vez que el hongo de la micorriza. Habrá que esperar, pues, al desarrollo de nuevos métodos de producción de inóculo.

Control Biológico de los Patógenos Radicales (traducción) R.G. Linderman. USDA.Agricultura Research Service, Horticultural Crops Research Laboratory, Corvallis, OR 97330 USA. 1994. ← Las enfermedades radicales del suelo limitan frecuentemente el crecimiento y sobrevivencia de las plantas cultivadas. El primer nivel de defensa contra tales enfermedades ha sido la aplicación de plaguicidas químicos comercializados para el control de enfermedades radicales. Sin embargo, el uso de plaguicidas químicos no siempre se factible económicamente. Además, el número y disponibilidad de tales químicos ha menguado en los últimos años debido al riesgo en la salud humana y el alto costo para el registro y re-registro. Esto ha forzado la búsqueda de alternativas viables, incluyendo prácticas culturales mejoradas y control biológico. Son disponibles pocos agentes de biocontrol para los cultivadores, pero para su mayoría, la tecnología para su desarrollo y aplicación está en su infancia. Hay necesidad de desarrollar mejoradas estrategias de manejo para hallar y caracterizar agentes de biocontrol efectivos para su aplicación a nivel de finca y/o para explotar el control biológico potencial de los antagonistas residentes en el suelo.

Control Biológico de los patógenos de la planta. Las dos principales vías de

manejo de las enfermedades vegetales son (a) reducir la cantidad y eficacia del inoculo inicial del patógeno, y (b) reducir la tasa de desarrollo de la enfermedad. Todas las técnicas, prácticas, y estrategias usadas para el control de las enfermedades del suelo implementan uno ó ambos de estos principios. Varían las oportunidades para aplicar diferentes prácticas de manejo para reducir las enfermedades del suelo de los cultivos, dependiendo del cultivo y de cómo se cultiva. La combinación de las oportunidades disponibles de manejo para los agricultores que cultivan en campo puede ser muy diferente de aquellos cultivos cultivados en contenedores ó en viveros bajo condiciones más controladas. Además, las oportunidades para los cultivos anuales son diferentes de aquellas para cultivos perennes, tanto leñosos ó herbáceos, y tanto cultivados por unos pocos ó muchos años.

El control biológico de los patógenos vegetales que causan enfermedades radicales es el uso de uno ó más procesos biológicos para minimizar la densidad del inóculo del patógeno ó para reducir sus actividades productoras de la enfermedad. El control biológico de las enfermedades radicales es usualmente el resultado de las actividades de bacterias, actinomicetos, ó hongos que viven y funcionan en ó cerca de las raíces en el suelo rizosférico. Estos microorganismos pueden ser residentes en el suelo ó en el medio antes de la siembra, ó pueden ser introducidos en ó después de la siembra. Ellos pueden inhibir los patógenos radicales mediante la antibiosis (producción de químicos antibióticos), por parasitismo (ataque directo y muerte de la hifa ó espora del patógeno), ó por competencia con los patógenos por espacio ó nutrientes, algunas veces mediante la producción de químicos como los sideróforos que ligan nutrientes (como el hierro) necesarios para el patógeno para sus actividades causantes de la enfermedad.

Los microorganismos que suprimen los patógenos radicales fungosos se presentan en cualquier parte en el suelo y en materiales orgánicos, pero sus números pueden ser insuficientes para suprimir completamente a los patógenos en el momento y lugar donde la infección inicial se presente. La estrategia en la investigación del biocontrol es encontrar antagonistas efectivos y aplicarlos luego en altos números en el sitio potencial de infección antes de que el patógeno ingrese. Algunos suelos ó medios de cultivo son

naturalmente altos en números de antagonistas que pueden suprimir las enfermedades; otros pueden tener pocos ó ninguno y necesitan ser enmendados con microbios selectos. Una aproximación más directa, sin embargo, es inocular los propagulos vegetales antes ó cuando son sembrados, i.e., inocular en semilla, en el transplante de la plántula, en esqueje enraizado ó no enraizado, en bulbos, etc. Si los microorganismos introducidos pueden establecerse ellos mismos en las superficies de la planta, ellos estarán en su sitio para bloquear al patógeno y evitar la infección.

Encontrar Antagonistas Candidatos. Se presentan bacterias y hongos

antagonistas en cualquier parte. La clave es desarrollar estrategias para encontrar y caracterizar estos organismos usando principios que son fundamentalmente lógicos y que están sustentados a partir de algunos ejemplos exitosos de biocontrol. Las bacterias, actinomicetos, y hongos pueden ser aislados a partir de suelos ó componentes de medios para macetas (turba, compostas, etc.) mediante extractos del suelo por dilución en placas y la aspersión superficial de las placas con esporas de los patógenos prueba. Las colonias bacterianas que muestren una zona de inhibición del patógeno pueden luego ser aisladas y ulteriormente experimentadas en otros medios, a diferentes temperaturas, y contra varios otros patógenos. Las bacterias que prometan necesitan ser estudiadas ulteriormente para caracterizar su modo de actividad y su eficacia en invernadero y en pruebas en campo, aplicados individualmente ó en combinaciones con otras bacterias ó con hongos micorrícicos. Nuestros estudios indican que el número y capacidad inhibidora de los antagonistas se incrementan en el suelo de la rizosfera (comparando con el suelo no rizosférico), especialmente en presencia de micorrizas. Una vez que los microbios candidato son identificados en estos experimentos de cultivo en laboratorio, ellos deben ser ulteriormente evaluados y caracterizados por su habilidad para suprimir la enfermedad actual en el tejido de la planta.

Caracterizando los Antagonistas Candidatos. Muchas bacterias tienen más de un

mecanismo para inhibir los patógenos fungosos. Algunas veces la misma bacteria puede producir antibióticos específicos, sideróforos quelatantes de Fe, e inhibidores volátiles, uno ó todos de los cuales pueden contribuir a la supresión del patógeno radical. La mayoría de los investigadores usan ensayos en plántulas contra el patógeno de la podredumbre negra de la raíz, Thielaviopsis basicola; el difundido patógeno radical Phytophthora cinnamomi; y el frecuentemente encontrado Pythium damping-off ó patógeno de la podredumbre de la raíz. Una proporción relativamente baja de los antagonistas identificados a partir de pruebas in vitro muestran actividad en la prevención de la enfermedad de la plántula, y el grado de protección varía desde alto a bajo. Nosotros buscamos mejorar las estrategias para identificar antagonistas efectivos mediante (a) la simulación de las condiciones bajo las que el agente de control biológico debe funcionar en el sistema de producción comercial, y (b) la introducción del agente al sistema radical antes del momento en que la planta sería en realidad expuesta al patógeno. Para la mayoría de enfermedades de la pudrición radical, el patógeno se presenta en el suelo ó en el medio de siembra y no se presenta en la semilla ú otros propágulos de la planta. Por otro lado, algunos propágulos de la planta pueden estar contaminados ó ya infectados por patógenos radicales ó de bulbos en el momento de la siembra. Con la enfermedad Cylindrocladium de las azaleas y miniroses, los esquejes pueden estar contaminados con esporas del patógeno y necesitan ser tratados con químicos ó agentes biológicos en ó antes del momento de insertarlos en las camas de propagación. En cualquier caso, la introducción y establecimiento de los antagonistas microbianos en los propágulos de la

planta parece ser el momento más lógico de aplicación. El organismo debe mantenerse si mismo en números suficientes en la planta en el sitio de infección para producir metabolitos que inhiban el desarrollo del patógeno.

El antagonismo por un agente de biocontrol bacteriano puede ser críticamente afectado por la temperatura, humedad, y disponibilidad del sustrato. El último puede ser limitado, dependiendo del propágalo de la planta que es inoculado, y de este modo el microbio necesitará de enmienda nutricional en el inóculo.

Muchas rizobacterias producen inhibidores volátiles, con sustratos apropiados dados, y se han identificado los volátiles como gas amoníaco (NH3), así como otros. En nuestros experimentos, estas bacterias han sido altamente efectivas en inhibir muchos patógenos radicales que son altamente sensibles al NH3, especialmente Phytophthora y Pythium (ambos en el crecimiento vegetativo y en la producción de zoosporas). Otras rizobacterias antagonistas no son productoras fuertes de inhibidores volátiles, pero producen otras sustancias no volátiles que inhiben en gran parte muchos patógenos en los experimentos en laboratorio. Si son inoculadas en las raíces de plántulas en transplante antes de la exposición al patógeno, algunas son altamente efectivas en evitar la enfermedad radical. Por ejemplo, nuestros experimentos han mostrado que algunos antagonistas pueden proteger las raíces de petunia de la infección del patógeno de la podredumbre negra de la raíz, T. basicola, si son aplicados antes de la exposición al patógeno. Similarmente, la inoculación de transplantes de boca de dragón antes de la exposición del patógeno radical, P. cinnamomi, identifico a algunos antagonistas muy efectivos aunque la mayoría de bacterias candidatas que eran antagonistas in vitro eran inefectivas en los experimentos con las plantas.

Realzando el crecimiento de la planta y el biocontrol en la micorrizosfera. El mas

conocido fenómeno de realce del crecimiento mediante la inoculación de microbios es aquel de las micorrizas, la casi universal relación simbiótica que se presente entre las raíces vegetales y los hongos habitantes del suelo. El hecho de que estos hongos puedan tener bajas ó inefectivas poblaciones en suelos agrícolas degradados, ó están ausentes de medios de macetas sin suelo, y el bien conocido crecimiento respuesta de las plantas inoculadas con ellos, especialmente cuando las plantas están bajo alguna clase de estrés ambiental, sugieren la necesidad de inocularlos en los sistemas de producción de cultivos. El tipo más común de micorrizas en las plantas de cultivo agrícola son las micorrizas VA, mientras que algunas principales especies arbóreas forman ectomicorrizas. Las micorrizas VA se forman por hongos que colonizan el cortex radical y establecer un contacto directo entre la membrana citoplásmica de la célula vegetal hospedera y la pared celular fungosa. En este sitio, los nutrientes de carbono producidos por la planta en la fotosíntesis, y los nutrientes vegetales absorbidos del suelo por el hongo simbionte, son intercambiados. Las plantas con micorrizas tienen en gran parte alterada su fisiología, en gran parte debido a la incrementada toma de nutrientes minerales, especialmente de elementos como P, Cu, y Zn que son menos disponibles para la planta debido a su reducida movilidad en el suelo. Ya que esta simbiosis resulta en un reducido estrés por nutrientes, y también en otros reducidos estreses ambientales como la sequía del suelo, ella pueden beneficiar le crecimiento de la planta. Este establecimiento inicial en el proceso de crecimiento de las plantas es importante.

Ya que los hongos micorrícicos son componentes importantes de la rizosfera en el suelo, es lógico que ellos puedan afectar la incidencia y severidad de las enfermedades radicales. Su efecto en las enfermedades radicales pueden ser mediante (a) la realzada nutrición, (b) competición por los fotosintatos del hospedero y sitios de infección, (c) cambios morfológicos en las raíces y tejidos radicales, (d) cambios en los constituyentes

químicos de los tejidos de la planta, (e) reducción del estrés abiótico, (f) barrera de protección física mediante el manto de los hongos ectomicorrícicos, y (g) cambios microbianos en las poblaciones de los antagonistas microbianos en la rizosfera.

Nosotros enfatizamos en el último mecanismo debido a que parece lógico que las micorrizas y sus rizobacterias asociadas funcionan en tándem en los ecosistemas naturales. Nosotros hemos demostrado que el nivel de antagonismo bacteriano para los patógenos radicales se incrementa más en presencia de micorrizas que en su ausencia. La formación de micorrizas parece incrementar las clases de antagonistas bacterianos y su capacidad para inhibir a los patógenos comparando con plantas no micorrizadas. Nuestra meta es identificar combinaciones compatibles de micorrizas y rizobacterias antagonistas para inocular plantas en la fase inicial de propagación.

Además de los efectos en el crecimiento a partir de la inoculación con hongos micorrícicos, nosotros hemos observado el realce del crecimiento vegetal resultante de la inoculación con bacterias antagónicas en ausencia de patógenos conocidos, un fenómeno también reportado por otros investigadores. En estos estudios, hemos inoculado plantas, usualmente plántulas, con una suspensión de células ó bacterias antagónicas. En algunos casos, hemos incubado las bacterias en las raíces vegetales por algún tiempo antes de enfrentar las plantas con el patógeno radical. En otros casos, hemos inoculado plantas con bacterias solas para comparar el crecimiento con aquel de plantas también enfrentadas con el patógeno. En cualquier caso, varías semanas después de inocular con las bacterias, observamos un crecimiento mejorado comparando con los controles no inoculados. Parece no haber duda de que estas bacterias se cultivan en las raíces de las plantas prueba, y producen algunos metabolitos en ese lugar que estimulan el crecimiento más allá de aquel en plantas control no inoculadas. Frecuentemente hay considerable variación en el grado de respuesta de las plantas replica dado el mismo tratamiento, y también alguna aparente especificidad entre las bacterias y especies vegetales. Indudablemente, las condiciones de crecimiento también influencian la magnitud de la respuesta. Mientras que los mecanismos para el realce del crecimiento permanecen en controversia, es razonable esperar que la inoculación con tales bacterias pueda tener beneficios más allá del control biológico de los patógenos radicales.

Se han propuesto varios mecanismos en la literatura para el realce del crecimiento de la planta por los antagonistas bacterianos: (a) supresión de microbios deletéreos que producen toxinas que limitan el crecimiento de la planta – su supresión mediante el antagonista inoculado permite a la planta crecer más hacia su potencial genético; (b) producción por el antagonista de sustancias reguladoras del crecimiento (fitohormonas) que estimulan directamente el crecimiento vegetal; (c) incrementada disponibilidad de nutrientes que pueden ser limitantes del crecimiento vegetal; y (d) cambios inducidos en la composición microbiana de la rizosfera que favorecen a los microbios promotores del crecimiento.

Conclusiones. Es clara que los hongos micorrícicos y las rizobacterias

antagónicas pueden encontrarse e introducirse en sistemas de propagación de plantas de cultivo, en las raíces de transplantes, ó en la vecindad inmediata de las raíces emergentes. Estos microbios pueden crecer y mantenerse ellos mismos en un estado simbiótico ó en la superficie de la planta donde ellos funcionan reduciendo la reacción de la planta a varios estreses fisiológicos así como bloqueando el ingreso de patógenos. Las bacterias antagónicas hacen estos por varios medios como la producción de inhibidores volátiles y no volátiles que evitan que se desarrolle el patógeno. Por mecanismos desconocidos, ellas también pueden realzar el crecimiento vegetal, aún en ausencia de patógenos conocidos. Si vamos a manejar las enfermedades radicales mediante la introducción de estos

microorganismos de la rizosfera, parece esencial la inoculación temprana del medio de crecimiento ó de los propágulos de la planta (semillas, raíces de plántulas en transplante, de esquejes enraizados ó no enraizados, bulbos ó cormos). Quizás la inoculación en combinaciones de bacterias, ó en combinaciones de bacterias con hongos micorrícicos, estará más cerca de simular las condiciones naturales donde el estrés ambiental es minimizado y las enfermedades son eliminadas biológicamente.

Biodiversidad y Funcionamiento del Ecosistema en los Suelos (traducción) Brussaard L,et al.1997. Biodiversity and ecosystem functioning in soil. Ambio 26: 563–570. ← Revisamos el actual conocimiento en la biodiversidad en suelos, su rol en los procesos del ecosistema, su importancia para los propósitos de la humanidad, y su elasticidad contra el estés y perturbación. El número de especies existentes es bastamente superior que el número descrito, aún a nivel del taxón macroscópicamente visible, y en gran parte faltan síntesis biogeográficas. Es imperioso un mayor esfuerzo en la taxonomía y entrenamiento de una nueva generación de sistemáticos. Esto esfuerzo tiene que enfocarse en los grupos de organismos del suelo que, para lo mejor de nuestro conocimiento, jueguen roles en el funcionamiento del ecosistema. Para identificar tales grupos, se reconocen esferas de influencia (SOI) de la biota del suelo –como la biota radical, los trituradores de materia orgánica y los bioperturbadores del suelo- que presumiblemente controlan los procesos del ecosistema, por ejemplo, a través de las interacciones con las plantas. Dentro de estas SOI, se reconocen grupos funcionales de organismos del suelo. Las cuestiones de investigación de mayor urgencia son la asignación de especies a los grupos funcionales y la determinación de redundancias de especies dentro de los grupos funcionales. Estas prioridades son la consecuencia de la necesidad de tratar la extensión de cualquier pérdida en el funcionamiento de los suelos, asociadas con agricultura intensiva, perturbación forestales, contaminación del ambiente, y el cambio ambiental global. La biota del suelo que se considera en el presente que está en mayor riesgo son los grupos funcionales pobres en especies entre la macrofauna trituradora de la materia orgánica, bioperturbadores del suelo, bacterias especializadas como las nitrificadoras y fijadoras de nitrógeno, y los hongos formadores de micorrizas. Se necesita una aproximación experimental que trate estas prioridades en la investigación, usando experimentos en campo a gran y corta escala y métodos modernos de geoestadística y sistemas de información geográfica. Introducción Mucha de la biosfera terrestre reside en el suelo, es en gran parte inadvertida por el biólogo profesional y el profano. Esto es irónico debido a que el suelo proporciona el sustrato físico para virtualmente todas las actividades humanas, e.g., agricultura, construcciones, transporte; proporciona recursos para uso industrial y manejo de desperdicios; y es central en los ciclos de los elementos sin lo cual la agricultura no sería posible. Los organismos del suelo no solo son habitantes del suelo, ellos son parte del suelo, influenciando fuertemente propiedades del suelo como la hidrología, aireación, y composición gaseosa, todas las cuales son esenciales para la producción primaria y la descomposición de los residuos orgánicos y materiales de desperdicio.

Mientras los suelos han sido ampliamente estudiados y clasificados en términos de sus características físicas y químicas, el conocimiento de la biota del suelo se quedo bastante atrás. Esto se debe en parte a la falta de reconocimiento del rol de la biota en la determinación de las propiedades físicas y químicas y en la producción potencial de los suelos, y en parte debido a la desconcertante biodiversidad de los organismos del suelo y las resultantes dificultades taxonómicas enfrentadas en la identificación de los habitantes

del suelo. En sistemas agrícolas de alta entrada, la importancia de los microorganismos del suelo ha sido frecuentemente descuidada, ya que la manipulación física del suelo, la supresión de enfermedades y plagas, y el suministro de nutrientes han sido crecientemente proporcionados por las entradas humanas en vez de por procesos naturales. Sin embargo, el actual cambio hacia el uso sostenible de la tierra, en particular la agricultura y silvicultura sostenibles, y el creciente reconocimiento del rol esencial de la biota mundial como el sistema que soporta la vida en el planeta tierra, han revivido el interés en la biodiversidad del suelo como un bien a conservar, para entender y manejar sabiamente en términos de su contribución a los servicios del ecosistema.

El objetivo de este documento es revisar el conocimiento de la diversidad en la biota del suelo y su rol en el funcionamiento del ecosistema, e identificar áreas clave para ulterior investigación.

Aunque la diversidad de los organismos del suelo es meritoria conservarla y estudiarla en su propio derecho, sus roles funcionales ofrecen un útil marco para hacer este esfuerzo más significativo. Nosotros definiremos primero los roles funcionales en una forma utilitarista como servicios del ecosistema. Luego tendremos una visión más cercana de lo que queremos decir por biodiversidad del suelo, enfatizándose en las esferas de influencia (2; en los sistemas biológicos de regulación 3) de la biota del suelo y las varias formas de reunir especies en clases por tamaño y grupos funcionales. Subsiguientemente, relacionamos la biodiversidad del suelo con los procesos del ecosistema. Finalmente, trataremos el tema de las brechas de conocimiento y que necesitamos averiguar a fin de relacionar la biodiversidad del suelo con el funcionamiento del ecosistema y los servicios al ecosistema. Servicios del Ecosistema de la Biota del Suelo La biota del suelo proporciona un número de servicios al ecosistema que son usados por la sociedad para sus propios propósitos.

Descomposición de la materia orgánica. Cuando se define simplemente como la mineralización del carbono, el 90% de la descomposición es llevado a cabo por microorganismos como las bacterias y hongos. Esta es en gran parte facilitada por animales del suelo como los ácaros, miriápodos, lombrices y termitas que trituran los residuos y dispersan los propagulos microbianos. Ellos juntos son llamados descomponedores. La comunidad de descomponedores del suelo se usa para manejar desperdicios y la purificación del suelo contaminado.

El ciclaje de nutrientes está estrechamente asociado con la descomposición de la materia orgánica. Otra vez, los microorganismos son los que hacen el trabajo, pero la tasa a la que el proceso opera es determinada por los pequeños apacentadores como los protozoos y nematodos, mientras que los animales más grandes realzan el proceso en los “club nocturnos ó puntos calientes” como en los intestinos y excrementos. El ciclaje de nutrientes por la biota del suelo es esencial para todas las formas de agricultura y silvicultura. La ciclaje eficiente de nutrientes en la tierra es también esencial para la calidad del agua. Están involucrados grupos específicos de bacterias del suelo en las transformaciones autotróficas de elementos, i.e., ellos no dependen de la materia orgánica como fuente de alimento.

Bioperturbación. Las raíces vegetales, hormigas, ácaros, lombrices, y cualquier macrofauna del suelo crean canales, poros, agregados y montículos que influyen profundamente en el transporte de los gases y del agua en el suelo. Al hacer esto ellos crean ó modifican los microhábitats de otros organismos del suelo más pequeños. Ellos son esenciales para mantener la estructura del suelo en la agricultura y silvicultura. Es

algunas veces usada la introducción de bioperturbadores para realzar la descomposición de contaminantes orgánicos en el suelo.

Supresión de enfermedades y plagas del suelo. En ecosistemas naturales las explosiones de enfermedades y plagas del suelo son relativamente raras, mientras que ellas son comunes en la agricultura. Se asume ampliamente que la poca diversidad de especies vegetales representa a agroecosistemas vulnerables a organismos dañinos del suelo, pero pueden ser múltiples las causas del antagonismo contra plagas y enfermedades en sistemas más ricos en especies, Es enorme el uso potencial de tal antagonismo en la agricultura y silvicultura, pero este tema es pobremente estudiado.

Los organismos del suelo –y, por lo tanto, los suelos como un todo- son afectados por las perturbaciones inducidas por humanos como las practicas agrícolas, deforestación, contaminación y cambio global del ambiente, con muchas consecuencias negativas incluyendo: (i) perdida del potencial de producción agrícola y forestal, (ii) perdida del potencial de limpieza de los materiales de desperdicio, (iii) perturbación ó alteración de los ciclos globales de elementos, (iv) retroalimentación de las corrientes del gas invernadero, y (v) degradación del terreno, incluyendo la erosión y desertificación (ver Fig. 1, Tabla 1). Tabla 1. Organismos del suelo discutidos en este documento.

Biota Especies descritas que habitan el suelo

Síntesis de biogeografía global

Referencias

Microorganismos Bacterias y archaea Hongos Amfungi Hongos ectomicorrícicos Microfauna Protozoos Ciliados Nematodos Mesofauna Ácaros Colémbolos Enquitreidos Macrofauna Insectos herbívoros de raíces Termitas Hormigas Lombrices

3200

16-35000 200

10000

1500 400

5000

30000 6500 >800

40000 2000 8800 3627

no no no no no no no si no no si si si

Biodiversidad en el suelo La Tabla 1 resume nuestro actual conocimiento acera de la riqueza de especies y distribución de taxones de los organismos del suelo. El concepto especie es problemático para bacterias y archaea. Actualmente, las especies son definidas como “genomas independientes” que se establecen por cultivo y modernos métodos moleculares. Pero aún de los grupos relativamente bien estudiados de invertebrados del suelo, no conocemos el número existente de especies, ya que el número descrito está aún creciendo rápidamente, en muchos grupos como virus, levaduras, algas, oomycetes, chytridiomycetes, dictyostelids, myxomicetes, cianobacterias, tardígrados, miriápodos, seudosescorpiones, arañas, protura, diplura, paurópodos, sinfilos, rotíferos, isopodos, gastropoda, turbellaria, áfidos, y quilópodos, hay poco conocimiento ó un desequilibrio en nuestro conocimiento de las especies tropicales y templadas. Todos estos merecen mucho más esfuerzo en el establecimiento de su diversidad y roles funcionales en el dominio suelo.

Fig. 1. Un esquema empírico de la descomposición en los suelos (compilado por D.E. Bignell). Procesos en el Ecosistema que Involucran la Biota del Suelo Las relaciones del sitio juegan un rol importante en las interacciones biológicas en el suelo, debido a que el hábitat está compuesto de poros de diferente tamaño, interconectados por cadenas de varios tamaños. A pesar del hecho de que los bioperturbadores crean ellos mismos los poros, la biota del suelo puede ser significativamente subdividida en clases por tamaño: microflora (e.g., archaea, bacterias y hongos) y microfauna (e.g., protozoos y nemátodos), que miden <200μm en diámetro; mesofauna (e.g., ácaros, colémbolos, y enquitreidos), que miden 100 μm – 2mm en diámetro; y la macrofauna (e.g., lombriz de tierra, isópodos y diplópodos), que miden >2mm en diámetro. Estas clases por tamaño son, por ejemplo, usadas para expresar el rol de la biota del suelo en el más importante proceso biológico del suelo, la descomposición de la materia orgánica (Fig. 1).

En las ulteriores asignaciones de roles funcionales a los organismos del suelo, nosotros reconocimos un número de hábitats del suelo, que actúan como esferas de influencia de la biota en el suelo. Una SOI tal en el suelo es la rizosfera ó la zona radical con biota radical, comprendida por organismos que son benéficos para la planta, como los

hongos formados de micorrizas, rizobios, y rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal; ó perjudiciales, como las plagas y enfermedades del suelo. Los organismos que se alimentan de hojas (alimentadores foliares) están incluidos en la Fig. 2 reconociendo retroalimentaciones cuantitativamente importantes, mediadas por la planta, entre los herbívoros subterráneos y superficiales. Otra SOI es aquella de los descomponedores, que consiste de la meso- y macrofauna que tritura la materia orgánica (también llamados transformadores del litter, comminuters ó trituradores), y los microorganismos que son responsables de la mayor parte de transformación bioquímica de la materia orgánica, que conduce a la mineralización de nutrientes y a los procesos complementarios de humificación (Fig. 2). La tercera SOI de importancia involucra a los organismos que directa ó indirectamente modulan la disponibilidad de de los recursos (como el espacio físico y el alimento) para otras especies, causando cambios en el estado físico del suelo: los bioperturbadores ó ingenieros del ecosistema. Las lombrices, hormigas y termitas caen en esta categoría. Aunque a escalas espaciales más pequeñas todos los organismos que transformen las condiciones físicas de sus hábitats pueden ser llamados (micro-) ingenieros. La Fig. 2 indica que hay directas retroalimentaciones entre la biota radical y las plantas, mientras que las interacciones entre los descomponedores y las plantas son indirectas (a través de la solución del suelo, siguiente a la mineralización de los nutrientes, indicadas por la “química del suelo” en la Fig. 2) como aquellas entre los bioperturbadores y las plantas (a través de la alteración física del suelo, indicadas por la “física del suelo” en la Fig. 2). A su vez, los depredadores y parásitos pueden afectar todas las otras especies y, por lo tanto, no son indicados separadamente en la Fig. 2.

Fig. 2. Diagrama conceptual de una red de interacción, que muestra las principales esferas de influencia de la biota en el suelo, que interaccionan con las plantas de mantera directa (flechas continuas) ó de manera indirecta (flechas tramadas).

Aunque nosotros podemos considerar la diversidad de la biota del suelo en unas pocas clases por tamaño y esferas de influencia, para apreciar completamente la diversidad de los organismos del suelo y para entender los efectos del estrés y perturbaciones inducidos por el hombre, reconocemos que dentro de estos amplios grupos se presentan vastas diferencias en la historia de vida, fisiología, preferencias alimenticias, modo de alimentación y microhábitat. Estos son criterios para el ulterior reconocimiento de los “grupos funcionales”. Aunque los grupos funcionales pueden consistir de organismos de diferentes taxa, raramente es el caso cuando los criterios son aplicados rigurosamente. Por ejemplo, los nemátodos bacterívoros y protozoos difieren de acuerdo a por lo menos dos criterios y, por lo tanto, se ubican usualmente en diferentes grupos funcionales. Por la misma razón los nemátodos que se alimentan de bacterias y hongos se consideran separadamente en términos funcionales. En los casos donde los

grupos funcionales están comprendidos en taxa superiores, como bacterias, esto refleja principalmente nuestra falta de conocimiento para subdivisiones significativas. La Fig. 3 es un ejemplo de una cadena alimenticia en el suelo (“cadena alimenticia de microdepredadores” en 3), comprendida de grupos funcionales.

Figura 3. Red alimenticia en el suelo con grupos funcionales.

La Tabla 2 resume los roles funcionales de los principales grupos taxonómicos de los organismos del suelo. Como se indico arriba, estos grupos pueden ser organizados en grupos funcionales, de acuerdo al proceso en el ecosistema en que uno este interesado. Abajo complementamos las Tablas 1 y 2 con información acerca de la biodiversidad y roles de estos grupos en los procesos del ecosistema. Bacterias y Archaea Los microbiólogos del suelo se enfocaron originalmente en estudios de cultivos puros de bacterias que participan en los diferentes procesos biogeoquímicos. Por los últimos 25 años, el enfoque se ha cambiado hacía la medición de los procesos sin mucho interés en los organismos responsables, pero pronto se entendió que la diversidad de estos organismos era mucho mayor que la previamente reconocida, y que quizás solo 1% de las bacterias podían ser cultivadas. Las nuevas herramientas moléculas proporcionaron detecciones más confiables de tipos desconocidos no cultivados y proporcionaron una mejor diferenciación de los géneros, especies y ecotipos. Con los nuevos métodos, se hizo más apreciable que las bacterias del suelo muestran una diversidad tremendamente alta aún a una escala de pocos gramos. Basados en estimados a partir del recocido del DNA del suelo, Torsvik et al sugirieron 4000 genomas bacterianos independientes en 1 g de suelo forestal. Explicando genes comunes, la definición de especie bacteriana, y la extrapolación a especies poco comunes, esto puede llegar a quizás a 20 000-40 000 especies bacterianas en 1 g de suelo. La brecha en el conocimiento es muy apreciable si este número es comparado con las especies bacterianas descritas; 4100, la mayoría de las

cuales no son habitantes del suelo. La situación es aún más primitiva para las archaea del suelo en las que solo unas pocas metanogénas y metilótrofas son conocidas, pero el análisis del DNA sugiere que están presentes muchos más tipos Tabla 2. Funciones de los principales grupos de organismos del suelo.

Grupo Función Bacterias de vida libre Bacterias de rizobios Hongos no micorrícicos Hongos micorrícicos Protozoos Nemátodos Ácaros Insectos-General Insectos-Herbívoros raíz Insectos-Colémbolos Insectos-Hormigas Insectos-Termitas Enquitreidos Lombrices de tierra

Inmovilización de elementos; mineralización de elementos; asociaciones intestinales mutualísticas; recurso para animales apacentadores; génesis de biopelículas; promotores del crecimiento vegetal; ayudantes en las asociaciones micorrícicas; patógenos de plantas; parásitos y patógenos de animales del suelo; síntesis de materiales húmicos; agregación del suelo; descomponedores de agroquímicos y xenobióticos Plantas fijadoras de N2 con ventajas competitivas; recurso para nemátodos y otros anímales que se alimentan con raíces Inmovilización de elementos; mineralización de elementos; asociaciones mutualísticas y comensales; recurso para artrópodos y protozoos y nemátodos apacentadores, y para otros hongos; redistribución de los nutrientes; acondicionamiento del detritus; parásitos de artrópodos y nemátodos; síntesis de materiales húmicos; agregación del suelo; descomponedores de agroquímicos y xenobióticos. Plantas micorrizadas tiene ventajas competitivas mediante los siguientes mecanismos: mediación en el transporte de elementos esenciales y agua desde el suelo hacías las raíces vegetales; mediación en el movimiento planta a planta de elementos esenciales y carbohidratos; secuestro de elementos esenciales presentes en formas no disponibles para la planta; regulación de los movimientos de agua e iones hacía las plantas; regulación de la tasa fotosintética de las plantas; regulación de la asignación de C hacía debajo del suelo; disminuida mortalidad de plántulas; protección de enfermedades radicales y herbívoros radicales; génesis de micosfera radical para bacterias; recursos de alta calidad para apacentadores de la meso y microfauna. Apacentadores de bacterias y hongos; promotores del crecimiento microbiano; realzan la disponibilidad de C y N para niveles tróficos superiores; componentes clave de los sistemas de círculos microbianos; presa de nemátodos y mesofauna; hospederos de bacterias patógenas; parásitos de organismos de niveles superiores. Apacentadores de bacterias y hongos, realzan la disponibilidad de C y N para niveles tróficos superiores; dispersión de bacterias y hongos; herbívoros radicales/parásitos vegetales; parásitos/depredadores de microfauna, mesofauna, e insectos; presa de meso- y macrofauna. Apacentadores de bacterias y hongos; consumo del litter vegetal y esqueletos animales; depredadores de nemátodos e insectos; herbívoros radicales; dispersión de microorganismos; dispersión y vectorización de helmintos parásitos; hospederos de protozoos parásitos; parásitos y parasitoides de insectos y otros artrópodos; presa de macrofauna; microingenieros del ecosistema Apacentadores de microorganismos de la rizosfera; dispersión de microorganismos; depredadores de otros organismos del suelo; descomponedores de material vegetal y animal Modificación del desempeño vegetal subterráneo por herbívoros radicales (modificación del desempeño vegetal encima del suelo por los herbívoros radicales y modificación de las poblaciones de herbívoros de encima del suelo a través de cambios en la fisiología resultante de herbívoros subterráneos) Apacentadores de microflora y microfauna especialmente en la rizosfera; consumo de litter vegetal y esqueletos animales; microdepredadores de nemátodos, tardígrados, rotíferos; dispersión de microorganismos; dispersión de helmintos y cestodos parásitos; hospederos de parásitos; presa de macrofauna; ingenieros del microecosistema Bioperturbadores; promotores del crecimiento microbiano; especies clave para fauna y plantas inquilinas asociados con hormigueros Bioperturbadores; promotores del crecimiento microbiano; especies clave para microorganismos y fauna y plantas inquilinas asociados con montículos Fragmentación del litter vegetal; promotores del crecimiento microbiano; bioperturbadores; dispersión de microorganismos Bioperturbadores; promotores del crecimiento microbiano; dispersión de microorganismos y algas; hospederos de protozoos y otros parásitos

Ciertos grupos funcionales de bacterias son importantes en los ciclos de elementos

específicos. Aunque hay una considerable redundancia entre las bacterias para estos procesos, e.g., fijación de N2, está creciendo el reconocimiento de que hay una considerable diversidad a nivel cinético, fisiológico ó a nivel del nicho lo que es de importancia para el proceso. Es esta diversidad la que puede ser importante en el funcionamiento del ecosistema. Los principales grupos funcionales, enumerados de acuerdo a su elemento pertinente son:

Carbono: autótrofos; heterótrofos; metanótrofos; metilótrofos; metanógenos

Hidrógeno: oxidantes de H2; productores de H2; oxidantes de butirato; oxidantes de propionato. Nitrógeno: fijadores de N2; denitrificantes; nitrificantes; DNRA (dissimilatory nitrate to ammonia reducers); mineralizadores; inmovilizadotes. Azufre: oxidantes de azufre; reductores de SO . 2

4−

Hierro: oxidantes de Fe2+; reductores de Fe3+. Hongos Los hongos están involucrados en un gran número de interacciones mutualísticas y otras con los organismos del suelo. La división entre los hongos mutualístico y los demás no es clara, ya que los hongos hacen parte de muchas complejas relaciones amensales, comensales, y competitivas con otros organismos del suelo. Las cadenas alimenticias saprotróficas que involucran hongos y otros organismos pueden ser también mutualísticas, pero estas relaciones son pobremente entendidas.

Se estima solo se ha descrito el 5% de los hongos vivientes. El amplio rango de estimados (18 000-35 000 especies fungosas en el suelo) puede deberse al hecho de que se desconoce cuantos de los aproximadamente 72 000 hongos descritos se restringen a partes vegetales sobre la superficie. Los hongos que forman cuerpos fructíferos macroscópicos pueden frecuentemente ser identificados en campo en bosques templados y boreales y existen muchos inventarios parciales. Los hongos micorrícicos i.e., hongos que forman asociaciones mutualísticas con raíces vegetales, presentan problemas únicos. Los hongos micorrícicos arbusculares (AM) están probablemente entre los hongos más comunes en la tierra. Muchas especies parecen tener un amplio rango de distribución, pero el concepto especie parece necesitar ser reevaluado mediante métodos modernos y el conocimiento adecuado está disponible solo para suelos y ecosistemas agrícolas y similares. Los hongos ectomicorrícicos muestran un mayor grado de especificidad comparados a los hongos AM. Muchos de ellos pueden ser clasificados como macrohongos, y así ser incluidos en los inventarios hechos por los taxónomos fungosos clásicos, pero son difíciles de identificar en el suelo cuando no forman cuerpos fructíferos aéreos.

Se están desarrollando actualmente técnicas de DNA para la identificación de hongos, incluyendo a los hongos micorrícicos que no forman estructuras fructificantes, pero con tantas especies involucradas esto aún tomara tiempo. No son aún disponibles estudios directos del DNA extraído del suelo. Protozoos Los protozoos son pequeños organismos unicelulares. Se asume que se conocen solo 10% de los protozoos del suelo. Vickerman sugirió que el número total de especies está cerca de 40 000. Los protozoos son, con los nemátodos, los principales apacentadores en los sistemas terrestres. Al clasificar los protozoos en base a sus preferencias alimenticias (bacterianas ó fungosas), preferencias de hábitat (acidofílicos ó neutrofílicos) ó ponderaciones ecológicos, puede ser posible relacionar los cambios en la diversidad y/ó biomasa con el funcionamiento del ecosistema. Nemátodos Los nemátodos del suelo son lombrices redondas microscópicas (cerca de

1-1.5 mm) que viven en las películas de agua que circundan las partículas del suelo. Ellos están entre los organismos del suelo más numerosos y diversos que se presentan en todos los suelos del globo. La mayoría de especies son desconocidas y los estimados indican que hay más de 100 000 especies de nemátodos del suelo a ser descritos.

Los nemátodos son un gran componente de todas las cadenas alimenticias del suelo y pueden hacerse comparaciones de abundancia, biomasa y estructura de la comunidad a través de ecosistemas. Los grupos funcionales se basan en la morfología y los conocidos hábitos alimenticios de unas pocas especies, y en la mayoría de suelos se incluyen a los fitoparásitos y apacentadores de plantas, bacterívoros, fungívoros, depredadores, y omnívoros. Los fitoparásitos y apacentadores de plantas son los nemátodos del suelo mejor conocidos, debido al daño que causan a los cultivos agrícolas, i.e., disminución de la producción vegetal, perturbación en la transferencia de nutrientes y agua en la planta, y disminución en la calidad y tamaño de frutos y tubérculos.

La perturbación del suelo, cualquiera contaminación, erosión, plaguicidas, ó calidad del agua, afecta la composición de especies de nemátodos. Por está razón ellos son usados como indicadores de perturbación del suelo. Ácaros Los ácaros son invertebrados parecidos a arañas pequeñas. Las 45 000 especies de ácaros descritas mundialmente se piensa que representan solo el 5% del número total de especies de ácaros. Los ácaros son más diversos que cualquier otro grupo individual de artrópodos en el suelo, incluyendo a los insectos, y esto se refleja en la diversidad de hábitos alimenticios en el grupo. Los ácaros de los subórdenes Oribatida y Gamasida han sido relativamente bien estudiados en los suelos agrícolas. Se ha clasificado la respuesta de los ácaros oribátidos a la perturbación humana de acuerdo a su estrategia en la historia de vida. Insectos Muchos de los 29 órdenes de insectos tienen representativos que habitan el suelo, lo que les da el potencial de realizar una distribución en gran parte global. Sin embargo, al nivel de familia/genero/especie, algunos son altamente específicos de hábitats, estando frecuentemente asociados con especies de plantas particulares y/ó tipos específicos de suelos. Los insectos del suelo asociados con agregados de vegetación natural (con la posible excepción de los pastizales) han sido burdamente estudiados. Otros grupos usan simplemente al suelo como sustrato para etapas inactivas del ciclo de vida, como huevos ó pupa, proporcionando el suelo la amortiguación de los factores abióticos y bióticos.

Solo seis ordenes de insectos están dominados por especies herbívoras, pero estos insectos explotan todos las estructuras subterráneas, y también se alimentan en y/ó dispersan propagulos. Los herbívoros radicales pueden inducir ó incrementar la producción de lignina y taninos, lo que puede tener importantes efectos en procesos del ecosistema como la descomposición, al alterar la calidad del litter.

Las termitas son los principales descomponedores en la mayoría de ecosistemas tropicales terrestres, responsables de la mineralización de hasta el 30% de la producción primaria neta (en su mayor parte como CO2) en algunos sistemas y del rompimiento de hasta el 60% del litter. Las termitas subterráneas realzan la macroporosidad e infiltración con efectos benéficos en el almacenamiento de agua en el suelo y en la productividad

primaria. Los alimentadores del suelo han sido poco estudiados, pero su rol en los procesos del suelo está empezando a ser documentada.

La diversidad de especies de hormigas declina con la creciente latitud, altitud, y acidez. Las combinaciones hormiga-planta son mucho más específicas en el Amazonas que en las zonas templadas ú otras zonas tropicales del mundo y ambos patrones parecen estar asociados con la heterogeneidad de hábitats. Las hormigas del suelo (incluyendo las constructoras de montículos) son representativas de los depredadores, herbívoros (granívoros) y bioperturbadores que llevan a cabo cambios importantes en las propiedades físicas y químicas de los suelos, así como en la dispersión de propagulos vegetales. Las redes de galerías y cámaras incrementan la porosidad del suelo, incrementando el drenaje y aireación del suelo y reduciendo la densidad aparente.

Los colémbolos ó springtails son pequeños insectos sin alas. Ellos están bien diferenciados en grupos ecomorfológicos que ocupan diferentes horizontes del suelo. Las mayoría son alimentadores altamente especializados de la microbiota del suelo (hongos, bacterias, actinomicetos, algas). Algunos mezclan pequeñas partículas minerales con materia orgánica muerta en sus intestinos y contribuyen mediante sus bolos fecales a las microestructuras del suelo. Enquitreidos Los enquitreidos parecen lombrices de tierra, pero son mucho más pequeños. Ellos viven en lugares húmedos en el suelo. La mayor riqueza en especies se encuentra en los pastizales (20-30 especies) y bosques caducifolios (10-20 especies). En suelos fríos y ácidos como en páramos y en bosques coníferos ellos reemplazan las lombrices y constituyen el grupo dominante en la fauna del suelo. Se conoce mucho menos acerca de su abundancia en regiones calidas y secas, aunque los datos disponibles sugieren que ellos pueden ser menos importantes ahí. Ellos son organismos útiles para propósitos bio-indicadores ya que es probable que tipos específicos de suelo estén habitados por comunidades específicas de enquitreidos. Aunque se consideraron previamente como totalmente saprofitofagos, es probable que ellos se alimenten predominantemente de microorganismos y ejercen su influencia en parte a través del apacentado de microorganismos, y en parte a través de la transformación de materiales orgánicos. Lombriz de Tierra La riqueza de lombrices de tierra no sigue el clásico gradiente latitudinal y es bastante similar (8-11 especies) en bosques templados, bosques mediterráneos, pastizales templados y sabanas tropicales. Similarmente, Fragoso & Lavelle concluyeron que el número promedio de especies en bosques lluviosos tropicales (6.5 especies) no fue significativamente diferente de aquel en bosques templados caducifolios (5.7 especies). La diversidad de especies está determinada por el tipo de suelo y materia orgánica del suelo, contenido de nutrientes, y perturbación, más que por la diversidad de plantas. Bouche clasifico las lombrices de tierra como epigeic, endogeic, anecic, dependiendo de si habitan en el litter, suelo ó ambos. Cada grupo tienes particulares adaptaciones morfológicas y del comportamiento, que a su vez producen diferentes efectos pedológicos.

Diversidad de Especies, Diversidad Funcional Composición Funcional Recientemente, el concepto grupo funcional también se ha vuelto común en la ecología de la vegetación. Tilman et al., distinguieron entre el número de especies (diversidad de especies), el número de grupos funcionales (diversidad funcional: pastos C3, pastos C4, forbias, plantas leñosas y leguminosas), y la naturaleza de los grupos funcionales (composición funcional). Hooper & Vhousek hicieron distinciones similares (aunque nombradas de manera diferente). Aunque fueron medidas variables del suelo en estos estudios, como el nitrógeno inorgánico del suelo, no es claro si la biodiversidad del suelo contribuyó a los efectos observados, debido a que esta no fue tratada. La biomasa microbiana de C, la respiración del suelo, la potencial desnitrificación, la potencial mineralización de N, y la nitrificación fueron las variables respuesta examinadas en diferentes suelos, sembrados con diferentes especies de pastos en un estudio por Groffman et al. No hay diferencias significantes entre ninguno de los pastos para alguna variable respuesta. La escondida suposición en estos estudios parece ser que la biodiversidad ó composición de especies encima del suelo determinan las propiedades y procesos del suelo. Esto puede ser cierto a pequeña escala, pero no a largo plazo. Esto puede ilustrarse por un estudio por Wardle et al., entre otros parámetros, con la descomposición del litter vegetal y la mineralización del nitrógeno en islas en el archipiélago en la zona de bosques boreales del norte de Suecia. Las islas grandes estaban en etapas de sucesión más iniciales que lo que estaban las islas pequeñas debido a los más frecuentes incendios asociados con una mayor incidencia de relámpagos en las islas grandes. La resultante diversidad de especies de plantas superiores en las pequeñas islas fue asociada con menores propiedades y tasas de procesos en el ecosistema, e.g., respiración basal del suelo, respiración inducida por el sustrato, biomasa microbiana, tasa de descomposición del litter y pérdida del nitrógeno del litter enterrado. Sin embargo, las mayores tasas en las islas más grandes pueden haber sido debidas por la mayor calidad del litter de las especies vegetales dominantes en vez de por la diversidad de especies vegetales per se.

Similares estudios experimentales no han, ó solo parcialmente, sido hechos respecto a la biodiversidad del suelo. Andrén et al, usando la completa redundancia de especies como hipótesis nula, concluyeron que no hay necesidad de tratar la biodiversidad del suelo para explicar la tasa de descomposición de la paja de cebada. En un estudio de la cadena alimenticia sobre el rol de los diferentes grupos funcionales de organismos del suelo en la mineralización neta del nitrógeno, sin embargo, De Ruiter et al, encontraron que las perturbaciones típicas que afectan grupos funcionales específicos tienen frecuentemente importantes efectos cuantitativos en la mineralización simulada del nitrógeno. En otro estudio, De Ruiter et al., concluyeron que la composición funcional, i.e., la presencia de grupos que ejercen efectos de abajo hacia arriba en niveles tróficos superiores y de grupos que ejercen efectos de arriba hacia abajo en niveles tróficos inferiores, fue importante para la estabilidad del ecosistema al imponer patrones estabilizadores de la fuerza de interacción. Uno de los pocos estudios que tratan explícitamente la biodiversidad del suelo y la descomposición del litter fue ejecutado por Naeem et al.,. En este estudio, sin embargo, no se tomo explícitamente en cuenta la diversidad funcional en las especies usadas, e.g., todos los tratamientos contenían colémbolos (2, 4, ó 7 especies), y lombrices de tierra (1 especie). No se encontró una relación consistente entre la diversidad de especies y la descomposición del litter. Quizás la mejor evidencia experimental sobre la biodiversidad del suelo y los procesos del ecosistema es dada por Faber & Verhoef. Ellos quitaron cuidadosamente la fauna del

litter de una plantación de Pinus nigra e introdujeron ó no introdujeron (parte) de la fauna en mescosmos en campo. Cuando solo se reintrodujo un especie de colémbolos, se mineralizo más nitrato en el suelo en presencia de una especie, pero no en presencia de una de las otras dos especies. Las 3 especies juntan no tuvieron efecto un efecto sobre el caso de arriba en que una especie tuvo un efecto sobre el nitrato del suelo mientras que la reintroducción de toda la fauna mostró un efecto significante, el que, sin embargo, fue menor que en el caso con los 3 colémbolos. Parece que el grupo funcional al que los colémbolos aparecen (residentes desde la superficie hacía el suelo) fue decisivo en el efecto en el nitrato del suelo.

Aunque los estudios de De Ruiter et al y Faber & Verhoef sugieren que la diversidad funcional y la composición funcional son importantes para determinar la relación entre la biodiversidad del suelo y los procesos de ecosistema, es todavía una cuestión sin resolver acerca de que relaciones existen entre la diversidad de especies, la diversidad funcional y la composición funcional con la presencia e intensidad de los procesos ecológicos. Más precisamente, cual es el número mínimo de grupos funcionales, y especies dentro de grupos funcionales, para asegurar la elasticidad contra los estreses y perturbaciones naturales y antropogénicas ó es la presencia de ciertas especies decisivas de cualquier forma (especies clave)? La mayoría de la evidencia es circunstancial. En ausencia de datos fuertes, los estreses y perturbaciones que afecten grupos funcionales que comprenden relativamente muy pocas especies es más probablemente que causen perdidas en el funcionamiento. Con referencia a la sección Ecosystems services of the soil biota, esto se sostiene hacía lo mejor de nuestro conocimiento para: trituradores de materia orgánica (en particular a los grupos de la macrofauna) con efectos en la descomposición; bacterias nitrificantes y desnitrificantes y bacterias involucradas en la transformación del CH4, hidrógeno, hierro y azufre, con efectos en el ciclaje de elementos y el gas invernadero; hongos micorrícicos, con efectos en la salud vegetal y las relaciones competitivas, y bioperturbadores entre la macrofauna con efectos en la producción, purificación y restauración potencial del suelo.

Entretanto, parece que aún puede esperarse a que se haga un estudio exhaustivo. Proponemos que, para determinar las relaciones entre la biodiversidad del suelo y los procesos del ecosistema, para cada esfera de influencia debe ser experimentalmente manipulado el número de grupos funcionales (diversidad funcional), el número de especies por grupo funcional (diversidad de especies), y la naturaleza de los grupos funcionales presentes (composición funcional) y medidos los efectos en los procesos del suelo, como la descomposición y mineralización de nutrientes. Más significativamente, tratamientos con diferentes niveles de diversidad vegetal deben ser parte de tal estudio a fin de establecer cualquier retroalimentación a nivel de proceso entre la biodiversidad sobre la superficie del suelo y la subterránea.

Principales brechas del conocimiento sobre la biodiversidad y funcionamiento del ecosistema en el suelo Para que una aproximación tal sea factible, deben superarse los principales impedimentos, algunos de los cuales son los que siguen.

Un tema recurrente es la falta de técnicas adecuadas. Aunque hay una urgente necesidad de protocolos estándar de muestreo para cada uno de los principales taxones de organismos del suelo, quizás más importante es el desarrollo de estrategias para la adquisición de datos y análisis que informen sobre la heterogeneidad espacial y la presencia temporalmente variable de la biota del suelo. La geoestadística y los sistemas de información geográfica parecen tener mucho que contribuir en la cuantificación de la

diversidad y funcionamiento entre y dentro de los diferentes tipos de suelo e historias de uso de la tierra.

Hay también una gran necesidad de un más fuerte desarrollo de taxonomía, que resulte en métodos fácilmente accesibles para la identificación de especies de los organismos del suelo. Las claves de diagnóstico ayudadas por computadora se están haciendo disponibles para una creciente serie de grupos taxonómicos. Los métodos moleculares muestran promesa para la evaluación de la diversidad de organismos del suelo en que la taxonomía morfológica es muy difícil ó aún imposible. El reto aquí es enlazar los datos moleculares a especie, en vez de a amplios grupos taxonómicos, y para ejecutarse en campo en vez de a solo para potenciales capacidades fisiológicas. Para revisiones recientes sobre los métodos de examen de la diversidad del suelo ver Górny & Grüm y Hall.

Los grupos funcionales son una indispensable ayuda para estudiar el rol de la biota del suelo en el mantenimiento de los servicios del ecosistema. La similaridad en las características de historia de vida es un criterio importante, además del rol trófico de la especie, ya que se están dando de cuenta crecientemente que las características de la historia de vida de la especie, obtenida en el tiempo evolutivo como un resultado de la interacción entre el genoma y el ambiente (ambos abiótico y biótico), determinan sus reacciones al estrés y perturbación inducidos por humanos. Los grupos funcionales operan en esferas de influencia. Cada SOI da forma al funcionamiento del ecosistema en un modo único. En la Fig. 2., la planta ocupa una posición central como la fuerza conductora del ecosistema suelo. La SOI en el suelo controla los procesos del ecosistema por interacción directa con la planta, por mineralización del carbono y nutrientes y por alteración del hábitat, respectivamente. Alternativamente, las estructuras (canales, poros, agregados del suelo, excrementos, etc) que son producidas por la biota del suelo (raíces, trituradores, bioperturbadores) pueden ser el principal enfoque al designar la SOI, determinando la diversidad (ERROR FOTOCOPIA) en sus esferas de influencia a escalas específicas de espacio y tiempo. La identificación de los grupos funcionales de la biota del suelo que ocupan posiciones clave en los procesos del ecosistema es una muy alta prioridad. Un problema fundamental, sin embargo, es el limitado conocimiento disponible a nivel de especie para asignar especies a tales grupos. Nunca se ha descrito la vasta mayoría de organismos que viven en el suelo. Son imperiosos avances grandes en la sistemática de la biota del suelo, y en el entrenamiento de una nueva generación de sistemáticos, con la más alta prioridad para aquellos grupos que para lo mejor de nuestro conocimiento es improbable ultimar sus roles claves.

Finalmente, la mayoría del trabajo experimental sobre los organismos del suelo ha sido llevado a cabo para micro- y mesocosmos. Sin embargo, las interacciones entre la fauna del suelo y microorganismos y plantas, en términos de selectividad de alimentos y efectos en las comunidades y procesos, permanecen difícil de evaluar y extrapolar a nivel de ecosistema, debido a que la escala de micro- y mesocosmos es muy pequeña y las interacciones biológicas son muy artificiales. Además, tales estudios a escalas tan pequeñas ignoran las críticas zonas de transición entre los dominios, que exhiben la alta diversidad y actividad biogeoquímica como se describió en la Fig. 1 y Tabla 1 en Freckman et al. Por lo tanto son necesarios experimentos en campo a corto y largo plazo para tratar las cuestiones sobre los impactos en la biodiversidad del suelo por el cambio climático y el uso de la tierra.

Comentarios Concluyentes

Excepto por unos pocos estudios, se ha hecho poca investigación relacionada con la diversidad y el rol funcional de los diferentes grupos de organismos del suelo para pequeños grupos de especies. Se requiere de más exhaustivos datos (ERROR FOTOCOPIA) y sus efectos en el funcionamiento para determinar los efectos de la perturbación y del estrés en los procesos y estabilidad del ecosistema.

En un articulo de continuidad ecológica, Fresco & Kroonenberg argumentaron que la biodiversidad es la más vulnerable, con menos elasticidad en los recursos naturales ex aequo con el suelo superficial/nutrientes del suelo. Ellos concluyeron que debe darse la prioridad a la conservación de estos recursos en cualquier decisión para el futuro uso de la tierra. La necesidad de un válido conocimiento científico en la relación entre la biodiversidad del suelo y el funcionamiento del ecosistema no puede ser expresada de manera más urgente. Es obvio que el suelo no puede ejecutar servicios del ecosistema como la descomposición, ciclaje de nutrientes y supresión de enfermedades sin estar presente una serie de organismos del suelo. Como ambos la biodiversidad de los suelos y los roles funcionales de los organismos del suelo se hagan más claros, cualquier relación entre los dos será apreciable. De hecho, los dos serán más significativamente estudiados en programas de investigación que sean específicamente destinados a elucidar esta relación considerando los posibles efectos de las prácticas antropogénicas “normales” de uso de la tierra así como los efectos de los principales cambios en el clima, ambiente y uso de la tierra que son fuentes de preocupación para la humanidad. Las recientes revisiones del estado de las habilidades, sientan las bases para un mayor esfuerzo tal en la investigación.

Developments in the Biological Control of Soil-borne Plant Pathogens (traducción) J.M. Whipps Plant Pathology Department, Horticulture Research Institute, Wellesbourne, Warwick CV35 9EF, UK ←Advances in Research, Vol. 26, 1997 I. Introducción II. Consideraciones ecológicas

A. Suelos supresivos B. Declinación en Monocultivos C. Enmiendas Orgánicas y Compostes D. Practicas Físicas y Químicas E. Rol de la Fauna en el Control Biológico Natural de las Enfermedades

III. Modos De Acción A. Modos de Acción Directos

1. Competición 2. Producción de Antibióticos 3. Parasitismo

B. Modos de Acción Indirectos 1. Protección cruzada y resistencia inducida 2. Promoción del Crecimiento Vegetal

C. Competencia en la Rizosfera IV. Aplicación De Antagonistas Específicos

A. Selección y Filtrado B. Producción, Formulación y Aplicación del Inóculo

V. Conclusiones Y Prospectos Futuros

Desarrollos en el control biológico de fitopatógenos del suelo (traducción)

I. INTRODUCCIÓN ←

Recientemente a habido una gran explosión en el interés en el control biológico de enfermedades, reflejando las crecientes preocupaciones ambientales acerca del uso de plaguicidas. Éste interés ha estado más estimulado por la presencia de resistencia a fungicidas en algunos patógenos, y, para algunas enfermedades del suelo, la falta de controles químicos confiables ó variedades vegetales resistentes. Ha agregado más ímpetu el retiro potencial en varios países del bromuro de metilo para la fumigación del suelo. De hecho en los Países Bajos, se introdujo en 1991 el plan de protección de cultivos por varios años con la intención de reducir el uso de plaguicidas en un 50% para el 2000.

Hasta hace poco, ha habido relativamente pocos productos comercialmente disponibles para el control biológico de enfermedades pero esto parece estar cambiando, posiblemente reflejando un cambio en la actitud de ambos investigadores e industria. Los requerimientos o percepciones comerciales, incluyendo el equivalente costo efectivo de control para los existentes ó mejores tratamientos de control, la larga vida útil, la estabilidad en temperaturas, y la integración con los existentes procedimientos de manejo de plaguicidas y cultivos pueden aún seguir, pero se ha apreciado finalmente el darse cuenta de que otras varias áreas claves necesitan ser examinadas antes de que cualquier estrategia de control biológico de enfermedades pueda ser desarrollada comercialmente. Esas áreas incluyen la etiología y epidemiología del patógeno; el crecimiento y método de cultivo de la plantación; el ambiente físico, químico y microbiológico donde el agente de biocontrol debe actuar; y qué agentes de biocontrol son disponibles, su ecología y sus modos de acción. Tales interacciones interdependientes pueden ser expresadas gráficamente en la forma de un modelo de interacción (Fig. 1) y forma la base de cualquier aproximación holística para el biocontrol. Contra este modelo de interacción puede identificarse los agentes de biocontrol y su método de uso, puede considerarse la producción del inóculo, la formulación y los procedimientos de aplicación, y puede identificarse los métodos para la ulterior selección y mejoramiento. Significativamente, muchos de los problemas rutinariamente asociados con resultados variables e irreproducibles que usan métodos biológicos para el control de enfermedades, son el resultado de una falla al tratar todas las posibles interacciones como un todo. Puede ser particularmente importante en este aspecto el fallo al considerar la ecología del agente de biocontrol en relación al ambiente de uso y esto refleja la conducción para el desarrollo de inoculantes microbianos específicos que pueden ser usados como sustitutos directos de químicos más que una aproximación holística potencialmente más real. De este modo esta revisión se concentrará en los desarrollos en tres áreas principales: las consideraciones ecológicas asociadas con el biocontrol natural; modos de acción de los agentes de biocontrol; y, finalmente, el uso de antagónicos microbianos específicos para el biocontrol. También serán examinadas en la sección concluyente las futuras aproximaciones para el control biológico de fitopatógenos del suelo.

Con la reciente explosión en el interés en el control biológico de enfermedades es imposible citar todas las publicaciones relevantes que han aparecidos. Por lo tanto, necesariamente, esta revisión considerará los tópicos clave usando recientes ejemplos específicos, donde sea posible, para ilustrar los principales puntos de interés. Para más información sobre material resiente, el lector se envía a numerosas revisiones exhaustivas así como libros sobre el control biológico que han sido publicadas en los últimos años

Fig. 1. Interacciones ecológicas asociadas con el control biológico.

II. CONSIDERACIONES ECOLÓGICAS ←

Cuando el modelo de interacción (Fig. 1) es considerado en términos de control biológico, el agente de control biológico es generalmente la principal característica examinada. Esto es comprensible, ya que el agente de biocontrol es la parte más tangible para la manipulación y desarrollo si el patógeno no puede ser controlado directamente por otros medios y no hay otras variedades de plantas resistentes. Sin embargo, hay claros ejemplos donde el ambiente ó comunidades microbianas existentes proporcionan biocontrol natural. Esta situación puede presentarse naturalmente en suelos supresivos de enfermedades ó desarrollarse con la declinación de enfermedades en monocultivos (disease decline in monoculture), pero esto frecuentemente se produce de manera directa a través de prácticas agrícolas. Estas prácticas incluyan el uso de enmiendas orgánicas y compostas y tratamientos físicos y químicos como esterilización del suelo, inundación, rotación de cultivos, labranza y uso de fertilizantes. La fauna del suelo puede también jugar un rol clave en algunos casos. Además, el examen de las características del modelo de interacción cuando existe biocontrol natural puede también ayudar en la selección, ubicación, desarrollo y uso de agentes de biocontrol selectos; estos aspectos son considerados después.

A. Suelos supresivos ←

Está bien documentada la presencia de suelos que son supresivos para el desarrollo de enfermedades causadas por fitopatógenos del suelo (Tabla 1). En esos suelos, las enfermedades son severamente reducidas en las plantas susceptibles aún cuando hay una gran densidad del inóculo del patógeno presente y factores ambientales que son conductivos para la enfermedad. Esta supresión de enfermedades puede deberse a un efecto directo del suelo en el patógeno (suelos supresivos de patógenos) ó a un efecto indirecto mediado a través de la planta hospedera (suelos supresivos de enfermedades). Sólo los estudios de los mecanismos de la supresividad pueden distinguir entre los dos.

Tabla I. Ejemplos de suelos supresivos de enfermedades. Patógeno Enfermedad Lugar Ref.

Fusarium oxysporum Marchitez vascular de muchos cultivos América central, Francia, Israel, Japón, EU Fusarium solani Pudrición radical del fríjol

Fusariosis de la papa Japón, EU Francia

Gaeumannomyces graminis Take-all de los cereales Australia, Holanda, EU Phytophthora spp. Pudrición radical de muchas plantas Francia, Taiwán, EU Plasmodiophora brassicae Hernia de col de crucíferas Taiwán Pseudomonas solanacearum Marchitez bacteriana EU Pythium aphanidermatum Pudrición radical del rábano Méjico Pythium spp. Damping-off de muchas plantas Finlandia, EU Rhizoctonia solani Hernia de col del rábano Colombia Streptomyces scabies Roña de la papa Japón Thielaviopsis basicola Pudrición negra de raíz del tabaco Suiza, EU

La supresividad de los suelos está relacionada con ambas características bióticas y

abióticas del suelo. Por ejemplo, para la mayoría de suelos supresivos de Fusarium, los tratamientos biocidas como el vapor, la radiación con rayos gamma y el bromuro de metilo nulifican el efecto supresivo y convierte a un suelo supresivo en uno conducivo. Mas aún, la transferencia de aún una pequeña proporción (1-10%) del suelo supresivo a un suelo conducivo previamente calentado confiere la supresividad a la mezcla, indicando que la supresividad está relacionada con la actividad de alguna ó toda la microbiota del suelo. En contraste, la supresividad en otros suelos, como aquel supresivo para Thielaviopsis basicola que causa la pudrición negra de la raíz en tabaco en Carolina del Norte y un suelo forestal supresivo a Phytophthora capsici, no fue afectada por el autoclavado, sugiriendo que solo los factores abióticos eran responsables de la supresividad. Sin embargo, en la mayoría de los casos, se requiere una combinación específica de factores abióticos y bióticos para que se presente la supresividad en el suelo. Se ha hecho mucho trabajo para elucidar los componentes fisicoquímicos claves y microorganismos responsables de la supresividad en muchos suelos, ya que esta información puede formar la base para el desarrollo de programas de biocontrol reproducibles en el futuro.

Se han identificado muchos factores fisicoquímicos individuales con la supresividad del suelo, pero están relacionadas frecuentemente combinaciones únicas de características fisicoquímicas con la supresión de enfermedades específicas en ambientes específicos. Por ejemplo, los valores de pH bajos, altos niveles de materia orgánica, calcio, potasio y magnesio estuvieron asociados con la supresión de Pythium aphanidermatum en un sistema agrícola mejicano de Chinampa, pero el alto contenido de calcio fue la característica fisicoquímica individual más importante que relaciono la supresividad hacia Pythium splendens en Hawai, aunque también fueron identificados otros factores con menos efectos.

Algunos factores fisicoquímicos, particularmente el tipo de arcilla y el pH, son consistentemente identificados como que juegan un rol clave en la supresividad del suelo, pero no están siempre consistentemente asociados en el mismo modo de supresividad para los mismos ó similares patógenos en diferentes suelos. Es más, un suelo que es supresivo hacia un patógeno no siempre es supresivo hacia otro. Por ejemplo, en Francia, el nivel de supresividad de un suelo hacia Fusarium oxysporum f. sp. lini estuvo asociado con altos niveles de arcilla montmorillonita, pero se mostró subsiguientemente estar relacionado también con la textura, el pH, el calcio y magnesio intercambiable, y el hierro extractable con EDTA del suelo. En América Central, la supresividad del suelo a la fusariosis del banano también estuvo correlacionada con la presencia de arcilla montmorillonita. Sin embargo, en Suiza, las arcillas vermiculitas, también fueron importantes en la supresión de la pudrición negra de la raíz del tabaco causada por

Thielaviopsis basicola. En contraste, en EU, la supresión a la pudrición negra de la raíz del tabaco fue dependiente de la interacción entre el pH, la saturación de bases y el aluminio intercambiable y no lo fue en absoluto del contenido de arcilla.

Generalmente, los suelos supresivos a Fusarium tienen un pH alto (>7.0) y esto está ligado con alto contenido de calcio y bajos niveles de hierro disponible. De hecho, uno de los mecanismos propuestos para la supresividad de los suelos relaciona a la regulación de disponibilidad del hierro para Fusarium spp. patogénico en suelos supresivos por otros microorganismos del suelo, particularmente pseudomonas fluorescentes (ver después en esta sección). Similarmente, en Taiwán un suelo supresivo a la hernia de la col en crucíferas causada por Plasmodiophora brassicae también se caracterizo por un alto pH y alto contenido de calcio. En contraste, los suelos supresivos a otros patógenos pueden caracterizarse por un bajo pH. Estos incluyen los suelos supresivos a Phytophthora spp., Thielaviopsis basicola., Streptomyces sp., y, inusualmente, Fusarium solani f. sp. coeruleum. Puede ser posible un efecto directo del solo pH en estos patógenos pero es improbable por lo menos para Y. basicola, ya que este patógeno crece en cultivos con valores de pH de 3.3-8 y causa enfermedades en suelos ácidos bajo condiciones de alta saturación de bases. Ciertamente, se está ahora acumulando evidencia de que bajo bajas condiciones de pH, la toxicidad por aluminio puede ser la característica de control clabe.

Pueden también juega un rol los otros iones en la supresión de enfermedades en algunos suelos. Por ejemplo, en el San Joachim Valley de California, la supresión de Pythium ultimum estuvo asociada con incrementados niveles de cloruro. Bajo estas circunstancias, Pythium oligandrum, que fue menos afectado que P. ultimum por los incrementados niveles de cloruro, fue capaz de competir favorablemente con el patógeno. A su vez, este suprimió la habilidad saprotrófica de P. ultimum y resultó en menos enfermedad. De hecho, el NaCl ha sido aplicado al suelo para controlar la corona Fusarium y la pudrición radical de espárrago (Asparagus officinalis) causadas por Fusarium oxysporum y F. proliferatum. Esta supresión está relacionada con los cambios en la disponibilidad de manganeso (Mn) y un incremento en cepas de bacterias antagónicas reductoras de Mn.

Tabla II. Ejemplos de organismos implicados como causantes ó que contribuyen a la supresividad del suelo

Microorganismo Patógeno ó enfermedad suprimida Ref. Bacteria Actinomycete spp. Fusariosis de palmera datilera Acaligenes sp. Fusariosis del clavel Arthrobacter sp. Fusariosis del clavel Bacillus sp. Fusariosis del clavel Hufnia sp. Fusariosis del clavel Pseudomonas spp.

Fusariosis en general Take-all del trigo Take-all del trigo y del turf grass Thielaviopsis basicola en tabaco

Serratia sp. Fusariosis del clavel Streptomyces sp. Varios patógenos del suelo y semilla Hongo Coniothyrium minitans Sclerotinia en girasol y semilla oleaginosa de colza Fusarium spp. (no patogénicos) Numerosos patógenos de fusariosis Penicillium spp. Pudrición de corona fusarium

Fusarium avenaceum

Phialophora graminicola Take-all de pastos de pastoreo

Pythium nunn Damping-off Pythium Pythium oligandrum Damping-off Pythium Sporidesmium sclerotivorum Sclerotinia en lechuga y otros cultivos Trichoderma spp. Fusarium avenaceum

Pudrición de corona fusarium del tomate Rhizoctonia solani

Verticillium biguttatum Costra negra de las papas Hongos micorrícicos Phytophthora cinnamoni

P. parasitica Verticiliosis del algodón Thielaviopsis basicola

Tales interacciones entre las características fisicoquímicas del suelo y los

componentes microbianos involucradas en la supresividad del suelo han sido identificadas en otros numerosos sistemas suelo-planta incluyendo el Sistema mejicano Chinampa y los suelos de Hawai supresivos a Pythium y en algunos suelos supresivos a Fusarium. En general en componente microbiano puede esta involucrado en la supresividad del suelo debido a la presencia de microbiota altamente metabólicamente activa la cual compite favorablemente con el patógeno por nutrientes, particularmente carbono y hierro. Alternativamente, componentes específicos de la microbiota del suelo pueden antagonizar directamente al patógeno, por competencia, parasitismo, ó producción de antibióticos, ó indirectamente al inducir resistencia en la planta hospedera; estos mecanismos son discutidos después en la sección III.

Han sido aislados e implicados numerosos microorganismos como causantes ó que colaboran con la supresividad del suelo en un rango de sistemas (Tabla II). Se reportan frecuentemente fusarios no patogénicos en suelos supresivos a Fusarium y pseudomonas fluorescentes en un amplio rango de sistemas, reflejando los intensos estudios de suelos supresivos a Fusarium spp., al take-all del trigo (Triticum spp.) causado por Gaeumannomyces graminis var. tritici, y a la pudrición negra de la raíz del tabaco. Sin embargo, es probable que el número de especies identificadas como estar asociadas con los suelos supresivos probablemente se incremente como mayores números de sistemas sean examinados en detalle. Significativamente, muchos de los organismos aislados a partir de suelos supresivos han sido usados individualmente, ó más recientemente en combinación, para proporcionar ó demostrar el control biológico. De hecho, varios productos comerciales en el mercado ó que están en registro contienen microorganismos aislados originalmente de suelos supresivos. Estos incluyen Mycostop, el que contiene un aislado de Streptomyces griseoviridis el cual se origino de una turba de Sphagnum Finlandesa supresita a muchos patógenos. Fusaclean, que contiene una cepa no patogénica de Fusarium oxysporum (Fo47) a partir de un suelo supresivo a Fusarium (C. Alabouvette, pers. comm.), y Biofox C, que también contiene una cepa no patogénica de F. oxysporum (251/2RB) a partir de un suelo supresivo a Fusarium.

B. Declinación en Monocultivos ← La declinación en monocultivos puede considerarse como un rápido desarrollo de un suelo supresivo. Se expresa típicamente como una reducción en la incidencia de enfermedades cuando un cultivo susceptible es cultivado continuamente en ausencia de rotación. Se ha observado declinación en monocultivos para muchos cultivos (Tabla III). En invernadero, la siembra sucesiva de rábano (Raphanus sativus) en suelo infestado con Rhizoctonia solani condujo a disminuir la enfermedad lo que estuvo asociado con el desarrollo de una activa población antagónica de Trichoderma harzianum. Similarmente,

la declinación de la pudrición radical Rhizoctonia en remolacha azucarera (Beta vulgaris) y la enfermedad Sclerotinia en girasol (Helianthus annuus) causada por Sclerotinia sclerotiorum está relacionada con incrementos en antagonistas a esclerocios. Sin embargo, con la declinación del take-all, parece estar involucrada una compleja interrelación en el tiempo entre los antagonistas, la raíz de trigo y el patógeno, Gaeumannomyces graminis var. Tritici. Significativamente, las repetidas siembras de papa (Solanum tuberosum) resultaron en la supresión de la enfermedad de verticiliosis causada por Verticillium dahliae en algunos, pero no en todos los suelos experimentados. De hecho, algunos se volvieron más conducivos, de nuevo resaltando la complejidad del fenómeno de los suelos supresivos.

Las pseudomonas, actinomicetos, hongos, y amebas antagónicas pueden todas contribuir al desarrollo de la declinación en monocultivos en diferentes grados en diferentes suelos. Ellos pueden interactuar con el patógeno en la raíz y en los residuos infectados del cultivo, así como quizás al inducir resistencia en las raíces hacia los patógenos, ó privando al patógeno de nutrientes disponibles. No obstante, en las situaciones en que declina el take-all donde más investigación se ha hecho, frecuentemente dominan las pseudomonas fluorescentes antagónicas a G. graminis var. Tritici y cepas seleccionadas han dado control biológico del take-all cuando se usan para recubrir semillas y se siembran en suelos naturalmente infestados. Tabla III. Ejemplos de declinación en monocultivos

Patógeno Cultivo Ref. Fusarium oxysporum Varios cultivos incluyendo melón Gaeumannomyces graminis Trigo Phymatotrichum omnivorum Algodón Rhizoctonia solani Varios cultivos incluyendo papa, rábano, remolacha azucarera y trigo Sclerotinia sclerotiorum Varios cultivos incluyendo lechuga, y girasol Streptomyces spp. Papa Verticillium dahliae Papa

Interesantemente, son raros los reportes de declinación en monocultivos con enfermedades de fusariosis, involucrando solo la declinación de Fusarium oxysporum f. sp. melonis con el continuo cultivo de melón y la declinación de F. oxysporum f. sp. niveura con cultivos sucesivos de sandia. En ambos casos la supresión se asocio con cambios en la microbiota, pero en contraste a los otros sistemas de declinación en monocultivos en que estaban involucradas siembras repetidas con cultivos susceptibles, la supresión de enfermedades en estos sistemas con Fusarium fue de manera significativa asociada con cultivos a partir de cultivos parcialmente resistentes. Esto sugiere que el genotipo del hospedero es de considerable importancia en el desarrollo de la microbiota supresiva en la rizosfera. Ya que el tamaño y composición de la microbiota de la rizosfera pueden ser en general dependientes de la planta, en el futuro puede ser posible seleccionar plantas biocontroladoras de un genotipo que promueva el desarrollo de tales organismos biocontroladores. Esto podría evitar el común problema del fallo de los antagonistas introducidos para establecerse y sobrevivir en la rizosfera.

C. Enmiendas Orgánicas y Compostes ← Las enmiendas orgánicas son tradicionalmente usadas para mejorar le estructura del suelo y la nutrición vegetal pero hay numerosos reportes de que su adición puede también conducir al control de patógenos como Aphanomyces spp., Fusarium spp., Macrophomina phaseolina, Phymatotrichum omnivorum, Phytophthora spp., Streptomyces spp., Thielaviopsis basicola y Verticillium spp. Estas enmiendas puede

tomar forma de residuos del cultivo, abono de corral, mulches, compostes, y especialmente cultivos de cobertura, frecuentemente leguminosas, que son incorporados como un abono verde. Estas enmiendas comúnmente resultan en una microbiota altamente metabólicamente activa. En algunos casos, se estimula la germinación de propagulos dormantes como los esclerocios, clamidosporas y oosporas, pero son incapaces de competir con la microbiota saprotróficamente activa en ausencia del hospedera y son sometidas a estrés por nutrientes. Esto conduce a la lisis debido a la inanición. Una microbiota activa puede similarmente evitar la germinación de propagulos por la continua remoción de los nutrientes requeridos para la germinación del patógeno. En otros casos, la microbiota saprotrófica puede causar inhibición de la germinación ó la directa lisis de las esporas e hifas a través de la liberación de metabolitos antifungicos per se, ó a través de la acción de compuestos volátiles que contienen azufre ó amoniaco liberados durante la descomposición de la misma materia orgánica. Han estado implicados todos Bacillus spp., Pseudomonas spp., y Streptomyces spp., así como los protozoos en el biocontrol natural. Similarmente, el incremento en el suelo de organismos quitinolíticos siguiente a la adición de quitina en forma de cascarones molidos ha estado asociado con la reducción en enfermedades causadas por Fusarium oxysporum f. sp. phaseoli, F. oxysporum f. sp. lycopersici, Rhizoctonia solani y Sclerotium rolfsii. Las enmiendas orgánicas también pueden funcionar como carriers de agentes de biocontrol. Se reporto que el pasto cortado y la cascarilla de arroz son colonizados efectivamente por Gliocladium virens, Trichoderma harzianum, y Pseudomonas spp., y no fueron tóxicos para aguacate (Persea americana) cuando se usaron como un mulch para el control de la pudrición radical Phytophthora causada por Phytophthora cinnamoni. Sin embargo, puede a veces haber un riesgo asociado con las enmiendas orgánicas. Patógenos como Pythium spp. y Fusarium spp. pueden utilizar el materia como base alimenticia, sobreviviendo la competición ó antagonismo por la microbiota saprotrófica; esto puede conducir a mayores niveles de la enfermedad. También, hay metabolitos liberados a partir del material orgánico en descomposición que son tóxicos para las plantas. En otros casos, las enmiendas orgánicas pueden no tener efecto en los patógenos blanco. Por ejemplo, la incorporación de quitina, celulosa ó una mezcla de ambos materiales falló para influenciar la sobrevivencia de esclerocios de Aspergillus flavus y A. parasiticus en suelo en EU. Esto enfatiza la necesidad de examinar cada patosistema y medidas de control independientemente.

Se han desarrollado recientemente algunas enmiendas con base orgánica al suelo en ensayos para alterar el ambiente del suelo de tal forma que sean inhibidos patógenos específicos. Por ejemplo, la adición de un serie de materiales inorgánicos a la corteza de pino mejoró el control del damping-off en plántulas de slash pine (Pinus elliottii var. elliottii) en el suelo causado por un complejo de patógenos. En esta novedosa mezcla, el control de Rhizoctonia solani estuvo relacionado con la proliferación de Trichoderma harzianum y Penicillium oxalicum mientras que el control de Pythium spp. estuvo relacionado con ambos componentes orgánicos e inorgánicos de la mezcla. Esta aproximación se ha extendido en Taiwán donde se ha usado exitosamente un complejos de materiales basados en bagazo, cascarilla de arroz, polvo de cáscara de ostra, urea, nitrato de potasio, superfosfato de calcio y ceniza mineral, denominados mezcla S-H para controlar un rango de patógenos. Los patógenos controlados incluyen a Fusarium spp., Phytophthora spp., Plasmodiophora brassicae, Pythium spp., Sclerotinia sclerotiorum y Sclerotium rolfsii. Esta bastante empírica aproximación para el desarrollo de la supresión de enfermedades puede bien merecer más estudios.

Se ha explotado ampliamente en los últimos años la adición de material compostado al suelo, ó más especialmente, mezclados en macetas como un método

biológico alternativo para el control de enfermedades. Se ha usado un amplio rango de materiales para este propósito. Por ejemplo, se ha demostrado que la incorporación de lodos de depuración compostados en el suelo reduce significativamente la pudrición radical Aphanomyces de la arveja (Pisum sativum) causada por Aphanomyces euteiches, la fusariosis del pepino (Cucumis sativus) causada por F. oxysporum f. sp. cucumerinum, la pudrición de corona Phytophthora de la pimienta (Capsicum sp.) causada por Phytophthora capsici, la pudrición radical Rhizoctonia del fríjol (Phaseolus vulgaris), algodón (Gossypium hirsutum) y rábano debida a Rhizoctonia solani y la caída Sclerotinia de la lechuga (Lactuca sativa) causada por Sclerotinia minor. La supresión de enfermedades estuvo correlacionada con un incremento general en la actividad microbiana. Los lodos municipales compostados añadidos a un medio contenedor basado en turba y perlita también suprimieron el damping-off causado por Pythium ultimum. Similarmente, desperdicios orgánicos caseros compostados incorporados en arena también redujeron de la pudrición radical de la remolacha común, fríjol y arveja causada por Pythium ultimum y Rhizoctonia solani, y la Mycosphaerella pinodes de semilla en arveja. Interesantemente, los composts hechos a partir de desperdicios de la industria de la caña de azúcar fueron supresivos a Pythium aphanidermatum. Aquí, siguiente a la infestación de los composts con las oosporas del patógeno, el damping-off del pepino se reducir como la recuperación del patógeno disminuía. De nuevo, la supresión se debió a una activa población microbiana en el compost.

La mayoría del trabajo, sin embargo, se ha enfocado en el uso de ramas leñosas y herbáceas, usadas cualesquiera solas, ó como enmiendas, con materiales inertes mezclados en materas ó con turba. Aparte de unos pocos grupos de turba de sphagnum afectada por la luz que son supresivos a varias enfermedades del suelo, la mayoría de turbas de sphagnum son conducivas a patógenos como Pythium y Rhizoctonia spp. Mucha de la industria hortícola estaría en riesgo si estos patógenos se establecieran en tales mezclas de macetas con base en la turba. Es más, con el darse cuenta de que la turba de sphagnum es un recurso no renovable, se le ha dado mayor énfasis recientemente a encontrar componentes alternativos para las mezclas de macetas. En algún grado, las ramas leñosas y herbáceas compostadas pueden ser ideales sustitutos de la turba, ya que pueden proporcionar ambos características fisicoquímicas apropiadas para el crecimiento de la planta y tener actividad supresiva de enfermedades. De este modo, en Ohio, EU, se ha encontrado que las cortezas de ramas leñosas y herbáceas son supresitas a Fusarium spp., Phytophthora spp., Pythium spp. y Rhizoctonia solani en un rango de plantas hospederas, especialmente las ornamentales y de jardín. En Australia, se ha demostrado que la corteza compostada de eucalipto suprime Phytophthora en varias especies leñosas y en Japón, se ha demostrado que la corteza compostada de abeto controla Fusarium spp. En todos los casos, la supresión se ha demostrado estar relacionada con el periodo de compostaje.

Puede ser importante la presencia de antagónicos específicos como Trichoderma harzianum en algunos composts, ó las combinaciones particulares de bacterias y hongos en otros. En general, la supresión exitosa está relacionada en gran parte con el desarrollo de una microbiota metabólicamente activa in casi la misma forma como se encuentra la supresividad general en los suelos supresivos discutido ya en la sección IIA. No obstante, los composts con base en cortezas pueden contener una variedad de químicos que pueden inhibir a los patógenos y estos factores, así como las otras propiedades fisicoquímicas asociadas con el materiales compostados, pueden también jugar un rol clave en la supresión de las enfermedades.

Se han añadido materiales compostados a las mezclas de macetas para proporcionar biocontrol. Los sólidos compostados a partir del separado abono de ganado

y residuos compostados de uva que quedan después del procesamiento del vino disminuyeron la enfermedad por Rhizoctonia solani en rábano, la infección por Sclerotium rolfsii en garbanzo (Cicer arietinum) y fríjol, y el damping-off del pepino causado por Pythium aphanidermatum y el abono vacuno compostado y trabajado por lombrices de tierra proporciono la supresión de Phytophthora nicotinae var. nicotinae y de Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici en tomate (Lycopersicon esculentum) y Plasmodiophora brassicae en col (Brassica oleracea).

D. Practicas Físicas y Químicas ←

Se usan numerosas practicas culturales en la agricultura y horticultura que conducen al control de enfermedades. Frecuentemente, estos efectos son mediados por actividades microbianas y puede ser vistos como una forma de biocontrol. Por ejemplo, la labranza puede romper los residuos vegetales y exponer los patógenos al ataque por los antagónicos. Este procedimiento también puede conducir a un más rápido rompimiento de las potenciales bases alimenticias por la microbiota del suelo que son requeridas para la sobrevivencia e infección del patógeno. Ambos el arado, al enterrar los residuos enfermos y propagulos del patógeno debajo de los sistemas radicales, y la rotación de cultivos, al prolongar el tiempo durante el cual el patógeno debe sobrevivir sin su hospedero. Esto puede resultar en un reducción en el potencial inóculo inicial a través de la acción de los microbios del suelo en los propagulos del patógeno. De manera importante, las apropiadas rotaciones de cultivo pueden también ayudar a mantener a los antagonistas a un nivel adecuado para el biocontrol. También se conoce que los cultivos de descanso en un rotación pueden posiblemente retrasar el establecimiento de severos take-all causados por Gaeumannomyces graminis var. tritici en los subsiguientes cultivos de cereales. Aquí, el antagonista se piensa que coloniza las raíces del trigo antes que G. graminis var. tritici y evita la infección cualquiera por competencia por los sitios de infección ó al inducir resistencia en la planta.

El cultivos mixto, es una practica por la cual se cultivan dos cultivos diferentes juntos al mismo tiempo, que puede también reducir la enfermedad en un cultivo susceptible. Por ejemplo, en Japón, la calabaza de botella (Lagenaria siceraria) ha sido tradicionalmente cultivada en mezcla con el cebolla japonesa (Allium fistulosum). En estos campos ha sido raramente un problema la fusariosis (Fusarium oxysporum f. sp. lagenariae) de la calabaza de botella. Se ha atribuido este control posiblemente a la bacteria, Pseudomonas spp., la cual coloniza las raíz de la cebolla japonesa y produce compuestos antifungicos como la pyrrolnitrin la que se difunde dentro de la rizosfera de la calabaza de botella, inhibiendo el patógeno.

También se ha implicado la aplicación de fertilizantes en el biocontrol natural al estimular antagonistas fungosos nativos. Por ejemplo, al azufre añadido al suelo para mantener un bajo pH del suelo redujo la pudrición radical y la pudrición del corazón de la piña (Ananas comosus) en Australia. Aquí, el control se le atribuyó a una disminución en la formación de zoosporangios por el patógeno, Phytophthora cinnamoni y a un incremento de un Trichoderma viride nativo acidofílico. Similarmente, la adición del fertilizante de nitrógeno amonio al suelo disminuye el pH del suelo, y este procedimiento resultó en una concomitante supresión del take-all del trigo causado por Gaeumannomyces graminis var. tritici y estuvo asociada con un incremento en Trichoderma spp. y el desarrollo de una microbiota antagonista a G. graminis var. tritici.

Un rango de otras practicas físicas y químicas ha proporcionado control biológico de enfermedades. Por ejemplo, la inundación del suelo durante periodos calidos puede controla patógenos al estimular a anaerobios bacterianos que cualquiera deterioran ó

causan la asfixia de los propagulos del patógeno. De este modo, se ha encontrado que la inundación debilita los esclerocios del patógeno del mal blanco (Sclerotium cepivorum) de las cebollas (Allium spp.) en suelos en el Fraser Valley de British Columbia, permitiendo que se presente la degradación microbiana de los esclerocios. Se ha encontrado que la inundación reduce poblaciones del patógeno de la marchitez bacteriana Pseudomonas solanacearum. La inundación puede también ser exitosamente combinada con rotaciones de cultivo que involucren al arroz y se han usado rutinariamente para controlar la fusariosis en China, a Verticillium dahliae, y a Sclerotinia sclerotiorum.

Se ha practicado por muchos años la esterilización ó fumigación del suelo y, si se lleva a cabo exitosamente, puede disminuir poblaciones de patógenos mientras que permiten que proliferen saprotrofos, y así mantienen biocontrol a largo plazo. El tratamiento por calor mediante vapor fue llevado a cabo rutinariamente en invernaderos, pero su uso declino gradualmente como los costos se incrementaban, aunque puede que ahora vuelva con el gradual retiro de fumigantes como el bromuro de metilo y con la llegada de pequeños generados de vapor móviles de más costo efectivo. En países con alta insolación la solarización ha demostrado ser una forma particularmente exitosa de tratamiento por calor del suelo a escala de campo y su uso esta creciendo en las áreas tropicales y subtropicales. El proceso involucra el tender plásticos transparentes en el suelo húmedo por 2-4 semanas y se usa en campo y con cultivos arbóreos. Ha sido usada para reducir poblaciones de Fusarium oxysporum, Macrophomina phaseolina, Pyrenochaeta lycopersici, Phytophthora spp., Pythium spp., Rosellinia necatrix, Rhizoctonia solani, Sclerotinia spp., Sclerotium spp., y Thielaviopsis basicola. Frecuentemente, se desarrollan poblaciones antagónicas de bacterias y hongos después de la solarización y son capaces de atacar a los propagulos debilitados por el calor de los patógenos. De acotación particular son los antagonistas como Talaromyces flavus y algunos Aspergillus spp., que son termotolerantes. La efecto de solarización puede frecuentemente ser realzado al combinarlo con antagonistas como Gliocladium ó Trichoderma spp., adecuadas rotaciones de cultivo, y dosis subletales de fumigantes como metham-sodium, dazomet y bromuro de metilo.

Una alternativa al tratamiento por calor del suelo es la fumigación química con todos sus inherentes problemas ambientales ya discutidos. Aunque dirigida principalmente a reducir directamente los niveles del patógeno, hay buena evidencia de que parte de la acción se presenta a través de la estimulación después del tratamiento de una población antagonista de microorganismos y una debilitación de los propagulos sobrevivientes del patógeno. Por ejemplo, se mostró que Trichoderma es responsable del control duradero de Armillaria mellea en cítricos (Citrus spp.) ya que fue más resistente que el patógeno a ambos tratamientos fumigantes del suelo con bromuro de metilo y disulfuro de carbono. Similarmente, las incrementadas poblaciones de Trichoderma spp. siguiente a las aplicaciones al suelo del fumigante furaldehído estuvieron asociadas con una reducción en la enfermedad Sclerotium rolfsii en lenteja (Lens culinaris). Esta aproximación se ha extendido ahora con varias estrategias integradas de biocontrol. Por ejemplo, bajo condiciones de invernadero, la aplicación de una dosis reducida de bromuro de metilo y una cepa tolerante al bromuro de metilo de Trichoderma harzianum controló completamente Rhizoctonia solani en fríjol y tuvo un efecto sinérgico en el control del damping-off por R. solani en zanahoria (Daucus carota). Similarmente, la aplicación de Trichoderma siguiente a la aplicación al suelo de cualquier fumigante bromuro de metilo ó metham-sodium mejoró el control de Sclerotium rolfsii.

También se ha examinado las combinaciones en el uso de fungicidas con agentes de biocontrol. Por ejemplo, una surtido de fungicidas aplicados al suelo con la incorporación de T. harzianum ha resultado en el mejorado control de Rhizoctonia solani

y Sclerotium cepivorum. Similarmente, el tratamiento a la semilla con metalaxyl combinado con el tratamiento al suelo con una aislado binucleado de Rhizoctonia protegió al pepino de la Rhizoctonia solani y del damping-off Pythium tan efectivamente como el recomendado fungicida captan. También se ha reportado el uso integrado de fungicidas con Coniothyrium minitans ó Sporidesmium sclerotivorum. Interesantemente, se requirió de la aplicación de solución de sulfamato al tocón cortado de karri (Eucalyptus diversicolor) antes de que cualquiera de los agentes de biocontrol conocidos, Hypholoma australe y Phanerochaete filamentosa, fueran capaces de reducir la colonización del tocón por el patógeno Armillaria luteobubalina.

E. Rol de la Fauna en el Control Biológico Natural de las Enfermedades ←

Esta en gran parte inexplorada la participación de la fauna en el control de fitopatógenos del suelo a pesar de la amplia literatura sobre el rol de la fauna del suelo en el ciclaje de nutrientes y su rol como plagas herbívoras. En base en gran parte en evidencia observativa, se cree que la fauna está involucrada en la supresión natural de enfermedades del suelo cualquiera directamente, al atacar ó consumir las hifas ó propagulos, ó indirectamente, al transmitir los propagulos de los agentes de biocontrol a través del suelo. Se ha demostrado que todos las amebas, nemátodos, ácaros, colémbolos, larvas de sciaridos, escarabajos y lombrices de tierra atacan ó consumen una variedad de patógenos (Tabla IV), pero mucho de los trabajos tratas experimentos de preferencia alimenticia in vitro en vez de estudios en campo. Tabla IV. Ejemplos de patógenos fungosos atacados por fauna

Fauna Patógeno Ref. Amebas

Cochliobola sativus Fusarium oxysporum Fusarium solani Gaeumannomyces graminis Phytophthora cinammomi Thielaviopsis basicola Verticillium dahliae

Nemátodos

Fusarium culmorum Fusarium oxysporum Fusarium solani Pythium arrhenomanes Rhizoctonia solani

Artrópodos Botrytis cinerea Fusarium oxysporum Gnomonia leptostyla Macrophomina phaseolina Pythium ultimum Rhizoctonia solani Verticillium dahliae Sclerotinia sclerotiorum

Lombrices de tierra Aspergillus spp. Fusarium oxysporum

No obstante, ha habido pocos estudios experimentales que hayan demostrado que

la adición de fauna al suelo pueda resultar en disminuciones en la enfermedad. Por ejemplo, el nematodo Aphelenchoides hamatus redujo el daño causado al trigo por Fusarium culmorum y los Aphelenchus cibolensis y Aphelenchus composticola redujero la mortalidad de Pinus ponderosa causada por Armillaria mellea. Similarmente, se ha demostrado que las lombrices de tierra reducen el nivel de enfermedades del suelo en

algunas plantas. Por ejemplo, la adición de Aporrectodea trapezoides a un suelo artificialmente infestado con Rhizoctonia solani redujo la severidad de la enfermedad por R. solani en trigo y la adición de cualquiera A. trapezoides ó A. rosea al suelo infestado artificialmente con Gaeumannomyces graminis var. tritici resultó en niveles reducidos del take-all del trigo. Aquí, las lombrices de tierra pueden haber reducido el potencial inóculo de ambos patógenos mediante la ingestión de los micelios fungosos ó la producción de condiciones desfavorables para los patógenos en los moldes ó recubrimientos de los túneles. Alternativamente, el movimiento de la lombriz de tierra a través del perfil del suelo puede haber causado la suficiente perturbación del suelo para disminuir la actividad del patógeno. Además, se conoce que las lombrices de tierra incrementan la disponibilidad de nutrientes vegetales y puede de este modo haber estimulado el crecimiento y resistencia vegetal a los patógenos.

Los colémbolos también han sido usados en intentos para controlar fitopatógenos. Por ejemplo, cuando se añadieron poblaciones de Proisotoma minuta con Onychiurus encarpatus a suelo infestado artificialmente con Rhizoctonia solani, se redujo significativamente la enfermedad de la raíz del algodón. Es más, las combinaciones de colémbolos con cualquiera de los tres agentes de biocontrol fungoso, Gliocladium virens, Trichoderma harzianum incorporados en el suelo y Laetisaria arvalis aplicado como tratamiento a la semilla, proporcionaron una supresión más efectiva de la enfermedad que los agentes fungosos usados solos. Proisotoma minuta con L. arvalis proporcionaron el más consistente control de enfermedades. Las pruebas de alimentación en laboratorio han demostrado que ambos colémbolos prefieren a R. solani que a L. arvalis, G. virens y T. harzianum; esto permite la posibilidad de un uso integrado de colémbolos y agentes fungosos para el control biológico.

Se conocen otras interacciones entre la fauna del suelo y los agentes de biocontrol. Por ejemplo, se ha demostrado que el fungus gnat ó sciarido, Bradysia coprophila, ataca y consume esclerocios del patógeno Sclerotinia sclerotiorum. Sin embargo, en parte, la degradación de los esclerocios en el suelo es debido al ataque por Trichoderma viride. Aquí, el micoparasito invade los esclerocios después de que ellos han sido debilitados debido a ambos la alimentación directa por las larvas y a la actividad de la quitinasa presente en la saliva del animal. Los esclerocios de S. sclerotiorum se hacen posiblemente más apetitosos siguiente a la infección con el micoparasito Coniothyrium minitans, que pueden también ser atacados por larvas de sciaridos, colémbolos, babosas ó ácaros y puede resultar en la dispersión localizada del hongo biocontrolador. Se ha demostrado en el suelo, en el caso de los colémbolos, ácaros, y larvas de sciaridos, la dispersión de C. minitans a partir de esclerocios infectados a esclerocios no infectados y puede reflejar un mecanismo de dispersión natural. Similarmente, las Trichoderma spp, son transportadas a través del suelo por colémbolos y lombrices, los hongos micorrícicos arbusculares pueden ser dispersados por un rango de fauna del suelo, y las lombrices de tierra pueden realzar la dispersión del agente de biocontrol Pseudomona corrugata en el suelo y en las raíces.

Estas observaciones claramente indican que la fauna del suelo puede estar involucrada en el biocontrol de algunos fitopatógenos del suelo en varias formas. Sin embargo, deben llevarse a cabo estudios ecológicos detallados antes de que tome lugar la generalizada liberación de fauna del suelo con ó sin agentes de biocontrol. Una vez liberados, hay poco control de los animales dispersados y mucha de aquella fauna bajo estudio en el momento se conoce, que bajo ciertas circunstancias, actúan como plagas menores ó como vectores de patógenos. Por ejemplo, muchos ácaros y colémbolos puede transportar en su exoesqueleto esporas de patógenos como Fusarium y Verticillium, las larvas de sciaridos y ácaros puede transferir oosporas de Pythium spp. vía intestinos y se

conoce que colémbolos, ácaros, y nematodos se alimentan de hongos micorrícicos e interfieren con el establecimiento de la micorriza. Las interacciones entre los animales, plantas, patógenos y agentes de biocontrol en el suelo y en la rizosfera claramente merecen ulteriores estudios.

III. MODOS DE ACCIÓN ←

Se han identificado varios modos de acción de los agentes microbianos de biocontrol, ninguno de los cuales son exclusivos mutuamente. Estas pueden involucrar las interacciones entre el antagonista y patógeno directamente, cualquiera asociadas con las raíces y semillas ó libres en el suelo. Se conocen tres modos de acción directos: competición, donde la demanda excede el suministro inmediato de nutrientes ó espacio; antibiosis, donde el antagonista secreta metabolitos dañinos para los patógenos; y parasitismo, donde los nutrientes del patógeno son utilizados por el agente de biocontrol. Alternativamente, se conoce interacciones indirectas donde la planta por si misma responde a la presencia del antagonista, resultando en una resistencia inducida ó quizás en una promoción del crecimiento vegetal. Frecuentemente, un antagonista puede exhibir varios modos de acción simultáneamente ó secuencialmente. También, en el caso del biocontrol natural en algunos suelos supresivos, varios antagonistas que exhiben un rango de modos de acción pueden actuar en concierto para controlar la enfermedad.

En años recientes se la ha dado gran ímpetu al estudio de los modos de acción, con un entendimiento del modo de acción de un agente de biocontrol exitoso, los sistemas de selección y búsqueda pueden enfocarse para obtener más antagonistas que operen del mismo modo. Es más, a través de la biología molecular, el estudio de los modos de acción también ofrece la posibilidad de mejorar la actividad de biocontrol directamente, quizás al incrementar la expresión de genes claves ó suprimiendo características indeseables (ver después en sección III). Significativamente, es a través del uso de modernas técnicas moleculares que muchos de los modos de acción han sido definidos claramente.

A. Modos de Acción Directos ←

1. Competición ←Se ha sugerido la competición por espacio ó sitios específicos de infección en raíces y semillas como un modo de acción para el control de numerosos patógenos del suelo, pero relativamente pocos estudios han proporcionado evidencia inequívoca de esta hipótesis. Las observaciones indirectas en varias especies vegetales han mostrado que en presencia de cepas no patogénicas de Fusarium oxysporum, se disminuyo la intensidad de la colonización radical por cepas patogénicas de F. oxysporum. Se ha demostrado que la competición entre cepas no patogénicas y patogénicas de F. oxysporum también se presenta dentro de raíces y tallos. Sin embargo, el nivel de competición difirió entre las cepas no patogénicas Fusarium spp. sugiriendo que pueden estar involucrados un rango de mecanismos en el biocontrol natural por las cepas no patogénicas de Fusarium. No obstante, como se sabe que los niveles de control de la fusariosis por las cepas no patogénicas de Fusarium son dependientes del potencial relativo del inóculo, siendo fortalecido en el caso de competición entre las cepas no patogénicas y patogénicas de Fusarium por espacio ó nutrientes.

También se ha demostrado que se presenta competencia por sitios de infección que involucren a aislados de Rhizoctonia binucleada e hipovirulentos de R. solani con aislados patogénicos de R. solani. Por ejemplo, un aislado hipovirulento de Rhizoctonia solani colonizo densamente la superficie exterior de las raíces e hipocótilos del algodón y

rábano con la concomitante disminución de la enfermedad causada por R. solani patogénica. Significativamente, como los aislados hipovirulentos no proporcionan a las plántulas protección del ataque por Pythium spp., Fusarium spp., y Sclerotium rolfsii, se sugirió que el aislado hipovirulento solo puede ser capaz de proporcionar una barrera al contacto radical ó competir por los sitios de reconocimiento e infección con el aislado virulento de R. solani, y no fue un fenómeno de resistencia general.

Se ha demostrado que varios hongos controlan el take-all del trigo causado por Gaeumannomyces graminis var. tritici a través de la ocupación de la ocupación de los sitios en la raíz. Estos incluyen a Phialophora spp., G. graminis var. graminis y Idriella bolleyi. Interesantemente, I. bolleyi explota las células corticales naturalmente senescentes de las raíces durante las etapas iniciales del cultivo y de este modo compiten favorablemente contra el patógeno por sitios de infección y nutrientes. La rápida producción de esporas, que son llevadas abajo por el agua, continua el proceso de colonización radical y se sugiere que esto es una característica clave en el establecimiento de este agente de biocontrol en la raíz.

Los hongos ectomicorrícicos, por medio de su revestimiento físico de la raíz, son otro grupo obvio que puede proporcionar biocontrol de patógenos radicales a través de la ocupación de los sitios de infección. El mecanismo fue sugerido hace 30 años donde se proporciona alguna evidencia para la protección de raíces de pino contra la infección de Phytophthora cinnamomi. Sin embargo no hay trabajo próximo disponible que de apoyo para este posible modo de acción para los hongos ectomicorrícicos sino con un enfoque en el biocontrol con la producción de antibióticos y, más recientemente, resistencia inducida.

En contraste a la relativamente poca literatura sobre competencia y espacio, que en gran parte concierne a hongos, ha habido un gran número de estudios que investigan la competencia por nutrientes, que involucran ambos bacterias y hongos. Se ha examinado la competencia por carbono y nitrógeno derivados a partir de exudados radicales y seminales y a partir de residuos vegetales pero, en años recientes, la competencia por hierro ha sido estudiada en gran detalle como las técnicas analíticas y de biología molecular han mejorado.

Se ha obtenido evidencia para la competencia por carbono y nitrógeno entre los agentes de biocontrol y los patógenos en el suelo al observar la germinación de los propagulos del patógeno, el desarrollo de las poblaciones del patógeno ó la infección de las plantas en presencia ó ausencia del agente de biocontrol. La adición de los nutrientes, se ha usado cualquiera directamente ó los entrantes a partir de las semillas ó raíces, así como la manipulación del ambiente como herramientas en estos estudios.

De este modo, el carbono añadido a suelos supresivos a la fusariosis fue rápidamente utilizado y estuvo relacionado a una población grande de fusarios no patogénicos. Esta población metabólicamente activa de fusarios no patogénicos fue capaz de privar a las clamidosporas del patógeno de los nutrientes necesarios para la germinación y de este modo proporciono la supresividad. Sin embargo, en adición, la supresividad fue también relacionada con la disponibilidad del hierro en el suelo.

Puede también estar involucrada la competencia por carbono y posiblemente nitrógeno en el biocontrol de Fusarium oxysporum f. sp. melonis y F. oxysporum f. sp. vasinfectum por Trichoderma harzianum, y también en la supresión del damping-off por Pythium aphanidermatum en varios cultivos debido a la actividad de un rango de bacterias antagónicas. De manera importante, en ambos de estos estudios, se demostraron otros modos de acción que son relativamente importantes bajo las condiciones experimentales empleadas, permitiendo que la competencia por nutrientes sea claramente identificada. En contraste, se ha sugerido que la competencia por tiamina como son un

posible modo de acción en el control de Gaeumannomyces graminis var. tritici por una serie de hogos rojos estériles en la rizosfera del trigo.

Puede también estar involucrada la competencia por materiales orgánicos volátiles a partir de semillas en germinación que puedan estimular la germinación de esporas en el biocontrol de Pythium ultimum por Pseudomonas putida NIR. El crecimiento hifal a partir de esporangios de P. ultimum se estimuló por los volátiles de semillas en germinación de arveja y soya (Glycine max), y se redujo la estimulación cuando las semillas fueron tratadas con P. putida. Se sugirió que P. putida utilizo las mitades activas, etanol y acetaldehído, que surgieron de las semillas en germinación, proporcionando de este modo el biocontrol. Aquí otra vez, se eliminaron otros modos de acción como la antibiosis y competencia por hierro. La habilidad para competir por, y utilizar materiales a partir de semillas en germinación y raíces jóvenes como un modo de acción también se ha reportado para otras pseudomonas que controlan Pythium ultimum en remolacha azucarera y P. aphanidermatum en pepino. Enterobacter cloacae también compitió por nutrientes derivados de semillas en la espermósfera durante el control de P. aphanidermatum en pepino.

La competencia por residuos vegetales es otra área donde el biocontrol puede operar. Por ejemplo, cuando se añadió Pythium nunn concurrentemente al suelo con los residuos vegetales, ambos la incidencia de la enfermedad y el incremento en la población de Pythium ultimum que normalmente se presentaba siguiente a la adición de residuos vegetales solos fueron suprimidos. Similarmente, bajo condiciones de alta salinidad del suelo, Pythium oligandrum fue capaz de competir favorablemente con P. ultimum por la ocupación de los residuos del algodón, resultando en la supresión de la pudrición de la semilla y de la raíz en algodón. Pythium oligandrum fue más tolerante a los elevados niveles de cloruro que P. ultimum y la adición de P. oligandrum y cloruros a un suelo conducivo dieron mayor supresión a la colonización por P. ultimum en los residuos foliares del algodón. No obstante, el éxito para cualquiera organismo en tales situaciones competitivas puede depender de los niveles relativos del inóculo. Por ejemplo, aunque la adición de P. nunn a 300 propagulos por gramo para una mezcla turba/arena que contiene 1% harina de avena molida resultó en una reducción en las densidades poblacionales de Phytophthora cinnamomi, Phytophthora citrophthora y uno de los dos aislados de P. parasitica, la pudrición de la raíz de azalea (Rhododendron spp.) causada por P. cinnamomi ó P. parasitica no fue suprimida. Sin embargo, cuando P. nunn fue incorporado a 1000 propagulos por gramo a mezcla turba/arena, se incrementó la supresión por P. nunn de la enfermedad Phytophthora en naranja dulce (Citrus sinensis).

Se ha demostrado concluyentemente la competencia por hierro, mediada por la producción por los microorganismos antagónicos de mitades quelantes de hierro, llamadas sideróforos como un modo de acción para el biocontrol en suelos donde el hierro es limitante. Característicamente, estos suelos tienen un pH en ó encima de 7. Se ha obtenido evidencia cualquiera usando mutantes Tn5 sin sideróforos de cepas biocontroladoras ó por la adición de sideróforos purificados ó quelantes sintéticos de hierro al suelo, lo que resultó en la perdida de la actividad ó reproducción del biocontrolador respectivamente.

Se ha demostrado que varias especies de bacterias son activos agentes biocontroladores al competir por el hierro, pero las más ampliamente reconocidas son las pseudomonas fluorescentes. Las pseudomonas fluorescentes producen un rango de sideróforos que incluyen pseudobactins y pyoverdines que son fluorescentes, así como phyochelins no fluorescentes y el ácido salicílico, pero son los sideróforos fluorescentes, lo que tienen una muy alta afinidad por el hierro, los que están generalmente implicados en el biocontrol. Estos potentes quelantes de hierro se piensa que secuestran el limitado

suministro de hierro que está disponible en la rizosfera a una forma que no está disponible al hongo patogénico y otros microorganismos deletéreos, restringiendo por lo tanto su crecimiento. Sin embargo, la observación de que las pseudomonas fluorescentes comúnmente utilizan los sideróforos férricos producidos por otros microorganismos y que los mutantes desprovistos de sideróforos en la rizosfera pueden establecerse a niveles poblacionales equivalentes a las cepas provistas de sideróforos, sugiere que la simple producción de sideróforos no es suficiente para resultar en la actividad biocontroladora. De hecho, algunas cepas metabólicamente muy activas solo producen un sideróforo pero tienen varios diferentes receptores de sideróforos en sus membranas. Puede ser que la habilidad para utilizar varios sideróforos es de importancia clave en el biocontrol en la mayoría de los casos.

Usando la mutagénesis Tn5, se ha demostrado que la producción de sideróforos por Pseudomonas spp. es importante en el biocontrol de ambos Pythium y Fusarium spp. Por ejemplo, la producción de pyoverdine fue responsable del control del damping-off Pythium ultimum en algodón y trigo, y la producción de pyochelin estuvo involucrada en el control del damping-off Pythium del tomate por Pseudomonas aeruginosa. Sin embargo, los sideróforos no fueron de importancia en el control del damping-off Pythium en pepino ya que se produjo muy poco pyoverdine a tiempo para evitar que el patógeno invadiera la plántula en germinación. Esto contrasta al algodón, donde el lento proceso de germinación permitió que se produjeran niveles inhibidores de sideróforos. También se mostró que es importante la producción de sideróforos por Pseudomonas spp. en el control de la fusariosis del clavel (Dianthus caryophyllus) causada por F. oxysporum f. sp. dianthi en plantas cultivadas en lana mineral. Sin embargo, las cepas difirieron en el grado en el que control era mediado por la producción de sideróforos. Por ejemplo, Pseudomonas sp. WCS358 que produjo pyoverdine y los mutantes Tn5 desprovistos no dieron ningún control. En contraste, P. putida (renombrada P. fluorescens) WCS147r se demostró tener varios modos de acción, de los que la producción de sideróforos es solo uno. El pH y el cultivar de clavel también afectaron el nivel de control obtenido con P. fluorescens WCS417r. Es más, el control dependió del nivel de inóculo del patógeno y de la disponibilidad de hierro. Con Pseudomonas sp. WCS358, el control de la fusariosis del clavel fue mejor si los niveles del patógeno erán moderados y el hierro férrico estaba a niveles bajos. En contraste, si loas niveles del patógeno eran altos, la sola producción de sideróforos no era suficiente para reducir significativamente la enfermedad fusariosis del clavel. Bajos estas condiciones se pudo conseguir el control si era aplicada Pseudomonas sp. WC358 en combinación con una cepa no patogénica de Fusarium oxysporum que actuara a través de la competencia por carbono.

También se llevaron a cabo una muy similar serie de experimentos por el mismo grupo usando el rábano (Raphanus sativus) como la planta prueba. Esta vez, se encontró que P. fluorescens WCS374 usado comercialmente para controlar las fusariosis del rábano, y la WCs417r actuaron en gran parte a través de la resistencia inducida. No obstante, la eficiencia de la supresión de enfermedades mediada por los sideróforos y la resistencia inducida fueron altamente dependientes del nivel de incidencia de la enfermedad y de la disponibilidad del hierro. De mantera interesante, las pseudobactinas y el ácido salicílico producidos por P. fluorescens WCS374 indujeron resistencia sistémica a la fusariosis del rábano pero las pseudobactinas de las cepas WC358 y WCS417 no lo hicieron, conduciendo a la sugerencia de que el rol de la competencia por hierro mediada por los sideróforos en la supresión de enfermedades por Pseudomonas spp. fluorescentes merece reevaluación.

El biocontrol ó la promoción del crecimiento vegetal observados siguiente a la adición de pseudomonas fluorescentes al suelo puede no siempre estar involucrado en la

producción de sideróforos ó en la competencia por hierro, aún bajo condiciones de baja disponibilidad. Por ejemplo, una pseudomona fluorescente NZ130 que inhibió a Pythium ultimum produjo un metabolito fungistático bajo condiciones bajas de hierro que no era un sideróforo y su producción fue antagonizada por el hierro. Similarmente, P. fluorescens CHA0 produjo concentraciones máximas de cianuro de hidrógeno (HCN) requeridas para la supresión de la pudrición negra de la raíz de tabaco causada por Thielaviopsis basicola en medio repleto de hierro. Un mutante desprovisto de pyoverdine de CHA0 produjo HCN y suprimió la pudrición negra de la raíz de tabaco pero solo bajo condiciones repletas con hierro. La falta de actividad biocontroladora del mutante desprovisto de sideróforos en suelos deficientes de hierro fue atribuida a la pobre producción de HCN en vez de a un efecto por los sideróforos.

Muchos de los estudios llevados a cabo en los 1980s sugirieron que el biocontrol ó promoción del crecimiento vegetal observado ó asociado con la presencia ó aplicación de pseudomonas fluorescentes en el suelo estuvo relacionado con la producción de sideróforos. Por ejemplo, se pensó que los sideróforos estaban involucrados en el control de Erwinia carotovora, Fusarium oxysporum, Gaeumannomyces graminis var. tritici, Pythium ultimum, Thielaviopsis basicola ó microorganismos deletéreos definidos por la enfermedad. Mientras que algunos estudios moléculas han subsiguientemente demostrado que estas sugerencias son ciertas, otros han mostrado que la producción de sideróforos es puramente accidental y no es el principal modo de acción. Varios de estos estudios ya han sido descritos arriba y, ciertamente, la producción de antibióticos en vez de la sideróforos parece ser el principal modo de acción de Pseudomonas fluorescens 2-79 en su control de Gaeumannomyces graminis var. tritici. No obstante, hasta que comprensivos estudios moleculares como estos hayan sido completados, el rol de cualquier metabolito ó enzima en el biocontrol ó promoción del crecimiento vegetal no puede ser certero.

2. Producción de Antibióticos ← Los antibióticos son generalmente considerados ser metabolitos que pueden inhibir el crecimiento microbiano. Frecuentemente estos son metabolitos secundarios producidos por los antagonistas cuando los nutrientes se hacen limitantes y son frecuentemente de relativamente poco peso molecular (<1kDa). Sin embargo, mucho del mismo efecto de inhibición del crecimiento puede ser demostrado in vitro siguiente a la producción de algunas enzimas y péptidos más grandes, que pueden estar involucrados en el parasitismo, ó a través de la liberación de moléculas pequeñas como los sideróforos (ver sección III. A. 1), que pueden estar involucrados en la competencia en vez de afectar directamente el crecimiento microbiano. Consecuentemente, debe tenerse cuidado cuando se aplique el término antibiosis como un modo de acción in vivo de un antagonista en base solamente a observaciones hechas in vitro de la inhibición del crecimiento de un fitopatógeno. Por lo menos algunas mitades producidas por el antagonista deben ser determinadas y luego las mitades activas putativas deben ser aisladas del suelo, rizosfera, ó espermósfera donde el control actúe. De este modo, contra su trasfondo, la producción y liberación por los antagonistas de enzimas líticas como las quitinasas, β-1,3-glucanasas, proteasas, y lipasas, que son capaces de degradar tejido fungoso durante el biocontrol y pueden ser confundidas con antibióticos en pruebas in vitro, son consideradas en la sección III. A .3 en parasitismo. Puede pareces más probable que estas enzimas juegan un rol clave durante el proceso de parasitismo, especialmente durante la penetración de las paredes celulares del hospedero por el hongo antagónico, donde la producción puede ser regulada,

en vez de una liberación constitutiva energéticamente despilfarradora que puede presentarse en la producción de antibióticos per se.

La evidencia de un rol de los antibióticos en el biocontrol para ambos hongos y bacterias ha venido de una combinación de diferentes líneas de estudio. Brevemente, estos han involucrado observaciones que muestras: (1) que muchos agentes de biocontrol producen antibióticos; (2) que para algunos agentes hay una correlación entre la producción de antibióticos y la eficacia biocontroladora; (3) que los antibióticos purificados, ó los filtrados sin células ó extractos de filtrados de algunos agentes, pueden imitar el efecto del agente completo; y (4) que los mutantes deficientes en antibióticos fueron menos supresivos que los tipos silvestres. El último estudio (4) ha sido particularmente extendido con agentes bacterianos donde la manipulación genética es fácil. En general, la estrategia adoptada ha involucrado la mutagénesis directa del sitio (e.g., usando transposones) seguida por la búsqueda de la perdida del caracter, la preparación de una librería genómica del DNA de tipo silvestre, la complementación genética del mutante para restaurar el carácter blanco, y finalmente, la comparación de las habilidades biocontroladoras de la cepa parental, mutante y mutante complementado. El mutante debe estar deteriorado en la supresividad de la enfermedad y la complementación debe restaura la actividad si la característica es importante.

Se ha reportado más comúnmente la producción de antibióticos por hongos que exhiben actividad biocontroladora para aislados de Gliocladium, Talaromyces, y Trichoderma. Recientemente se han caracterizado por lo menos parcialmente los antibióticos de Chaetomium globosum, Minimedusa polyspora, y Verticillium biguttatum. Estos hongos puede exhibir otros modos de acción además de la antibiosis. De particular interés aquí son aquellos donde la actividad biocontroladora tiene un enlace clareo con la producción de antibióticos específicos.

Por ejemplo, la producción de gliotoxin (una epidiothidiketopiperazine) por Gliocladium virens G20 (sinónimo GL-21) parece estar implicada como el factor clave en la actividad biocontroladora contra Pythium ultimum y Rhizoctonia solani. Se atribuyo la inhibición in vitro del crecimiento y germinación de P. ultimum y la filtración citoplásmica de R. solani causados por la presencia de filtrados ó extractos del cultivo de G. virens G20 a este metabolito. Siguiente a la incorporación de G. virens en el suelo y en medio sin suelo, se produjo gliotoxin y el medio se hizo supresivo a P. ultimum con la máxima acumulación del metabolito sucediendo en el mismo momento de mayor supresión de la enfermedad. Es más, los mutantes desprovistos de gliotoxin desplegaron solo el 54% de la actividad supresiva de la enfermedad de Pythium en zinia comparando con el aislado de tipo silvestre e in vitro exhibieron una casi total pérdida de la actividad antagónica P. ultimum. Han sido aislados varios polipéptidos específicos asociados con la producción de gliotoxin a partir de G. virens G20 y estos pueden facilitar la identificación y caracterización de los genes expresados durante la producción de la gliotoxin. No obstante, la cantidad y calidad de los antibióticos producidos por las diferentes cepas de G. virens pueden variar marcadamente y de este modo reflejarse en el control de enfermedad obtenido. Las plantas hospederas pueden también tener un efecto. Por ejemplo, algunas cepas en el grupo “P” produjeron el antibiótico gliovirina (una diketopiperazine) y ácido heptelídico, pero no la gliotoxin y gliotoxin dimetilo que caracterizan a las cepas del grupo “Q”. La gliovirina fue muy inhibidora para P. ultimum pero no tuvo actividad con R. solani; las cepas “P” que produjeron gliovirina fueron biocontroladoras más efectivas en los tratamientos en semilla con el damping-off P. ultimum en algodón que aquellas cepas “Q” que produjeron gliotoxin pero no gliovirina. Correspondientemente, las cepas “Q” fueron más efectivas contra R. solani que P. ultimum cuando se usó como tratamientos a la semilla del algodón. No obstante, los mutantes sin gliotoxin exhibieron

una eficacia en el biocontrol contra la enfermedad de la plántula mediada por R. solani equivalente a aquella de las cepas de tipo silvestre productoras de gliotoxin, indicando que no fue necesaria la gliotoxin para la protección de la corte de infección del algodón por R. solani. Ya que el micoparasitismo no parece ser importante en el biocontrol de R. solani en algodón por G. virens, se sugirió que la competencia puede necesitar ser reevaluada como un modo de acción para este agente biocontrolador con esta combinación hospedero-patógeno.

La habilidad de nueve cepas de Chatomium globosum para producir el antibiótico chaetomin (una epithiodiketopiperazine) en cultivo líquido estuvo correlacionada con la eficacia para suprimir el damping-off Pythium de la remolacha azucarera en suelo pasteurizado al calor. Además, la chaetomin fue extraída del suelo pasteurizado infestado con cepas Cg-13 C. globosum, una efectiva cepa biocontroladora, pero no lo fue de un suelo pasteurizado con una variante espontánea de la Cg-13 incapaz de suprimir damping-off Pythium. Esto además apoya la sugerencia de que la producción de chaeotomin en el suelo juega un importante rol en el antagonismo de C. globosum contra P. ultimum.

Se ha demostrado que la producción de glucosa oxidasa por Talaromyces flavus Tf-1 es responsable del biocontrol de la verticiliosis causada por Verticillium dahliae. La glucosa oxidasa suprimió el crecimiento radial in vitro de V. dahliae y mató los microesclerocios de V. dahliae in vitro y en el suelo. La glucosa oxidasa exhibió actividad antibiótica en presencia de glucosa debido a la formación del producto de la reacción, el peróxido de hidrógeno. Una variante uni-esporal, Tf-1-np, que produjo 2% del nivel de actividad glucosa oxidasa del tipo silvestre, no control la verticiliosis de la berenjena (Solanum melongena) en un suelo de campo no esterilizado en un experimento en invernadero, mientras que el tipo silvestre redujo significativamente la incidencia del marchitamiento. De manera importante, la glucosa oxidasa purificada de la Tf-1 redujo significativamente la tasa de crecimiento de V. dahliae en presencia, pero no en ausencia, de las raíces de berenjena, sugiriendo que fue de mayor importancia un suministro de glucosa a partir de las raíces.

Hay un gran número de agentes de biocontrol microbianos que producen antibióticos (Tabla V) y los diferentes antibióticos parecen ser importantes para el control de los diferentes patógenos fungosos. De hecho, muchas cepas individuales pueden producir un espectro de antibióticos y metabolitos secundarios que han sido caracterizados en varios grados, pero no todos son importantes en el biocontrol. Por ejemplo, Pseudomonas fluorescens CHA0 produjo 2,4-diacetilfloroglucinol (Phl), pioluteorina (Plt), pirrolnitrina (Pln) y HCN así como el sideróforo pioverdina y el ácido indol-3-acético IAA), pero solo los antibióticos y el HCN fueron importantes en el biocontrol de la enfermedad. Similarmente, P. fluorescens 2-79 produjo ácido fenazina-carboxílico (PCA), pioverdina y ácido antranílico, con actividad biocontroladora debido principalmente a la producción de fenazina, y P. fluorescens Pf-5 produjo Phl, Pln, Plt, HCN y pioverdina, con Plt como el más activo contra Pythium ultimum. Aislados bacterianos con similar actividad biocontroladora pueden también tener un similar espectro de producción de antibióticos. Por ejemplo, cuatro cepas de P. fluorescens de la rizosfera de trigo en un suelo supresivo al take-all produjeron Phl y HCN. Significativamente, es claro a partir de la Tabla V que aún para una sola cepa de bacteria como P. fluorescens CHA0, diferentes antibióticos individuales pueden ser relativamente más importantes que otros en la supresión de enfermedades. De manera importante, la antibiosis generalmente contribuye a, en vez de explicar, toda la actividad biocontroladora de una sola cepa. Pueden también jugar una parte otros modos de acción como la competencia ó la resistencia inducida en el hospedero.

Una alternativa característica de este modo de acción es que cepas específicas del patógeno pueden exhibir resistencia a antibióticos individuales. Por ejemplo, aislados de Gaeumannomyces graminis var. tritici variaron n la sensibilidad a PCA y Phl producidos por P. fluorescens2.79 y P. chlororaphis 30-84 (inicialmente P. aureofaciens). Esto condujo a la sugerencia de que deben emplearse mezclas de Pseudomonas spp. ó aislados que exhiban diferentes modos de acción para controlar esta enfermedad en el campo.

Otra aproximación para mejorar la actividad biocontroladora puede involucrar el incrementar la producción de antibióticos por cepas específicas de bacterias. Por ejemplo, la producción de fenazina por P. fluorescens 2.79 u P. aureofaciens 30.84 se incremento al introducir copias extra de genes biosintéticos ó activadores. Esto procedimiento quizás puede ser útil con P. fluorescens Pf-5, el cual produjo suficiente Plt para inhibir Pythium ultimum in vitro y en semillas de berro (Lepidium sativum), pero las cantidades pueden haber sido insuficientes para suprimir P. ultimum en pepino. En pepino, la supresión de P. ultimum por P. fluorescens Pf-5 dependió de otros mecanismos aparte de la producción de Plt. Tabla V. Ejemplos de antibióticos ó metabolitos antifungosos (excluyendo quelantes de metales ó enzimas) producidos por bacterias que pueden estar involucrados en el biocontrol de enfermedades.

Antibiótico Bacteria Patógeno/Hospedero Ref. Agrocin 84 Agrobacterium radiobacter K84 A. tumefasciens en varias especies leñosas Agrocin 434 A. radiobacter K434 A. tumefasciens (biovar) ALS 84 A. radiobacter K84 y K1026 A. tumefasciens Amoníaco

Bacillus cereus UW85 Enterobacter cloacae

Phytophthora cactorum Pythium ultimum en varias especies vegetales

2,4-diacetilfloroglucinol Pseudomonas sp. F113 Pseudomonas aureofaciens Q2-87 Pseudomonas fluorescens CHA0

Pythium ultimum en remolacha azucarera Gaeumannomyces graminis var. tritici en trigo G. graminis var. tritici en trigo Thielaviopsis basicola en tabaco

HCN Pseudomonas fluorescens CHA0 Thielaviopsis basicola en tabaco Monocloroaminopirrolnitrina Pseudomonas cepacia J82 Sclerotinia sclerotiorum en girasol Oomycin A Pseudomonas fluorescens HV37a Pythium ultimum en algodón Ácido fenazina-1-carboxílico Pseudomonas fluorescens 2-79

Pseudomonas fluorescens 30-84 G. graminis var. tritici en trigo G. graminis var. tritici en trigo

Pioluteorina Pseudomonas fluorescens Pseudomonas fluorescens CHA0 Pseudomonas fluorescens Pf-5

Pythium ultimum en algodón Pythium ultimum en berro Pythium ultimum en berro

Pirrolnitrina Pseudomonas fluorescens B37W Pseudomonas fluorescens J82 Pseudomonas fluorescens RB425 Pseudomonas fluorescens

Fusarium sambucinum Pudrición seca en papa Sclerotinia sclerotiorum en girasol Rhizoctonia solani en rábano Rhizoctonia solani en algodón

Zwittermycin A Bacillus cerens UW85 Phytophthora medicaginis Enfermedad de la plántula en alfalfa

Antibiótico desconocido B Bacillus cerens UW85 P. medicaginis Enfermedad de la plántula en alfalfa

Antibiótico desconocido Pseudomonas aureofaciens PA147-2 Phytophthora megasperma Pudrición de la raíz del espárrago

Dentro del uso de las estrategias moleculares descritas arriba, se ha obtenido

buena evidencia de la participación de antibióticos en el biocontrol por bacterias para la mayoría de ejemplos citados en la Tabla V. Pseudomonas spp. ha sido por mucho la más intensamente estudiada y esta área ha sido recientemente completamente revisada. Se ha obtenido evidencia adicional de un rol de los antibióticos en el biocontrol por Pseudomonas spp. mediante la expresión heteróloga de genes complementarios en cepas que naturalmente no producen el antibiótico, incrementando así su actividad

biocontroladora, ó por el uso de mutagénesis Tn5 para inactivar genes específicos y afectar la las vías de producción de antibióticos. También, se ha demostrado para PCA la detección in situ de antibióticos en la rizosfera de plantas tratadas con cepas productoras. Es más, mediante la fusión de genes reporteros como aquellos que codifican la β-galactosidasa ó la actividad ice-nucleating para promotores de genes que codifiquen para antibióticos, se ha obtenido la expresión in situ de los genes requeridos para la síntesis de Oomycin A, fenazinas, Plt y pioverdina.

Recientemente, ha habido considerable interés en la observación de un sistema regulador de dos componentes en la producción de antibióticos en Pseudomonas spp. El sistema está basado en dos componentes proteicos, un sensor ambiental (posiblemente una proteína de membrana) y un regulador respuesta citoplásmico ó activador global (sistema global de regulación GacA) que media los cambios en la respuesta a las señales sentidas. El sensor ambiental fue primero detectado en el fitopatógeno, Pseudomonas syringae, y fue codificado por el gen lemA y luego en otro aislado de Pseudomnas viridiflava codificado por el gen repA. Subsiguientemente, se encontró en un gen apd como el lem-A en la cepa biocontroladora P. fluorescens Pf-5. Las cepas con una mutación en está región fallaron en producir Plt, Pln, HCN, triptofano sidechain oxidasa y una proteasa extracelular y perdieron la habilidad para inhibir Rhizoctonia solani en cultivo. Un gen regulador de respuesta, el gacA, fue identificado primero en la cepa biocontroladora P. fluorescens CHA0 y en cepas con una mutación en este gen perdiendo su habilidad para producir Phl, Plt y HACN y dos exoenzimas, proteasa y fosfolipasa C. Además, la producción de antibióticos en Pseudomonas spp. puede ser ulteriormente controlada por la acción de factores sigma de mantenimiento codificados por los genes rpoS y rpoD, indicando la complejidad de estos sistemas reguladores.

Se han encontrado genes similares a los gacA en P. fluorescens BL915 y en P. syringae. No se conocen los desencadenantes fisiológicos y ambientales que afectan la expresión del sistema lemA/gacA, pero pueden estar involucrados compuestos autoinductores, posiblemente las N-acil-homoserina lactonas, que son señales del metabolismo secundario y factores de virulencia en muchas especies bacterianas, en la producción de fenazina en P. aureofaciens 30-84. Similarmente, los genes que codifican la síntesis de los sideróforos pioverdina no están bajo el sistema regulador lemA/gacA, ya que todos los mutantes gacA-, lemA – y apd- produjeron estos sideróforos. Esto indica la independencia de la competencia por hierro mediada vía sideróforos y la antibiosis en Pseudomonas spp.

Una punto final que vale considerar antes de abandonar está sección concierne la significancia ecológica general de la producción de antibióticos. A partir de estudios con cepas supresivas de Pseudomonas spp. a Gaeumannomyces graminis var. tritici, hay alguna evidencia de que la producción de antibióticos puede tener efectos en la comunidad microbiana a la larga. De este modo los mutantes P. fluorescens 2-79 P. aureofaciens 30-84 que eran deficientes en la producción de PCA exhibieron una reducida sobrevivencia en el suelo comparados con los tipos silvestres parentales. Se sugiere que los mutantes fueron menos capaces de competir con la microbiota residente. Consecuentemente, puede ser que un efecto biocontrolador observado que es mediado a través de la producción de antibióticos sea actualmente el resultado de una mecanismos de sobrevivencia ó de competición que evoluciono dentro la población microbiana del suelo como un todo.

3. Parasitismo ←

Hay numerosos reportes sobre parasitismo de fitopatógenos por ambos bacterias y, especialmente hongos. Se ha demostrado que muchos de estos antagonistas actúan como agentes biocontroladores cuando son aplicados al suelo, semillas ó raíces en pruebas ó experimentos separados. Sin embargo, la mayoría de los estudios sobre los procesos involucrados en el parasitismo están basados por necesidad en trabajos in vitro y ciertamente debe tener algo de cuidado cuando se hacen las observaciones para extrapolaciones hechas del laboratorio al campo. De hecho, debido a la naturaleza relativamente efímera de la mayoría de los micelios de fitopatógenos en el suelo ó en la rizosfera, la demostración del parasitismo en la naturaleza está frecuentemente limitada a la observación de un antagonista dentro de los propagulos del patógeno.

Las bacterias son raramente descritas como parásitos de fitopatógenos, pero se piensa que varias de las que producen enzimas están involucradas en procesos parasitarios ó han sido consistentemente registradas en asocio con fitopatógenos (Tabla VI). Asumiendo que los nutrientes pasen desde el fitopatógeno al antagonista bajo estas circunstancias, y que el crecimiento del patógeno es inhibido por la presencia del antagonista, entonces el parasitismo puede ser representado en un extremo por la aparentemente simple adhesión de células de Enterobacter cloacae a hifas de Pythium ultimum terminando en la lisis, y la degradación de las hifas de P. debaryanum por una Arthrobacter sp. y de las hifas de Phomopsis sclerotioides, Mycocentrospora acerina y Sclerotinia sclerotiorum por Streptomyces griseovirides. La producción de antibióticos dentro de las estrechas asociaciones entre las bacterias y fitopatógeno puede presentarse simultáneamente con la producción de enzimas líticas, por ejemplo durante la invasión de los esclerocios de Sclerotium cepivorum por Bacillus subtilis, pero sin estudios moleculares es difícil asegurar cual es más importante.

Se ha enfocado considerable interés en el rol y la producción de enzimas degradantes de la pared celular ó líticas por bacterias parásitas putativas. Se ha demostrado usando técnicas moleculares que las enzimas quitinolíticas son importantes en el biocontrol de Sclerotium rolfsii por Serratia marcescens, de Rhizoctonia solani por S. marcescens y Enterobacter agglomerans, y de Fusarium oxysporum f. sp. redolens por Pseudomonas spp. recombinante. Pueden también estar involucradas otras enzimas en el parasitismo bacteriano. Por ejemplo, se sugirió que la producción de β-1,3-glucanasa es importante en el control de R. solani, S. rolfsii y P. ultimum por una cepa no-quitinolítica de Pseudomonas cepacia y ambas β-1,3-glucanasa y proteasa en el control de Pythium debaryanum por Arthrobacter sp. Las celulasas pueden ser importantes en el control de oomycotas que tiene celulosa en sus paredes celulares, y las proteasas pueden estar generalmente involucradas en la inhibición de la actividad de enzimas degradantes de la pared celular vegetal de hongos patogénicos. Tabla VI. Ejemplos de bacterias que exhiben parasitismo de fitopatogénos del suelo.

Bacteria Patógeno Ref. Actinoplanes spp. Phytophthora megasperma

Pythium spp.

Arthrobacter spp. Pythium debaryanum Bacillus spp. Sclerotium cepivorum Corineformes Sclerotium cepivorum Enterobacter agglomerans Rhizoctonia solani Pseudomonas cepacia Pythium ultimum

Rhizoctonia solani Sclerotium rolfsii

Serratia marcescens Rhizoctonia solani Sclerotium rolfsii

Streptomyces griseoviridis Alternaria brassicola Botrytis cinerea

Phomopsis sclerotioides Mycocentrospora acerina Sclerotinia sclerotiorum

Sin embargo, por mucho el mayor esfuerzo se ha ido en el estudio del

micoparasitismo donde un patógeno fungoso es parasitado por otro hongo. Esta parte ha sido revisada extensivamente en años recientes y solo se presentará aquí un breve bosquejo de algunos de los principios generales y los más recientes descubrimientos.

La mayor evidencia de un rol del micoparasitismo en el control de enfermedades vegetales viene a partir de observaciones en campo de propagulos fungosos infectados como esporas ó esclerocios. Se ha encontrado oosporas de especies de Aphanomyces, Phytophthora, Pythium y Sclerospora infectadas por un amplio rango de hongos incluyendo Dactylella spp., Fusarium mesmoides, Hyphochytrium catenoides, Olpidiopsis gracilis y Trinacrium subtile. Similarmente, se han reportando frecuentemente micoparásitos como especies Trichoderma y Gliocladium presentes en esclerocios de muchos diferentes patógenos incluyendo Phymatotrichum omnivorum, Rhizoctonia spp., Sclerotinia spp., Sclerotium spp. y Verticillium dahliae, y se ha aislado repetidamente Talaromyces flavus a partir de esclerocios de Rhizoctonia spp., Sclerotinia spp. y V. dahliae. En contraste, algunos micoparásitos ecológicamente obligados sólo se encuentran en asociación con esclerocios de hospederos apropiados, sobreviviendo en el suelo de lo contrario como esporas inactivas ó creciendo en material vegetal colonizado por el hospedero. Los ejemplos de estos micoparásitos incluyen Coniothyrium minitans y Sporidesmium sclerotivorum, que se restringen a especies Sclerotinia y algunas especies de ascomicetos Sclerotium, y Verticillium biguttatum que está asociado con Rhizoctonia solani.

Se han obtenido en gran parte detalles de los procesos micoparasitarios a través de estudios estándar con microscopia óptica y electrónica, pero los recientes avances en la microscopia de video han ayudado en la cuantificación de la ocurrencia de muchas etapas e interacciones y en su sincronización. Frecuentemente, se han observado interacciones en agar cubierto con celofán ó en capas finas de agar y, a pesar de la falta de realismo ecológico en tales sistemas, se ha obtenido frecuentemente de este modo considerable compresión acerca de los mecanismos del micoparasitismo. De manera importante, muchos de los procesos observados in vitro se han observado también durante estudios de micoparasitismo de esclerocios, dándole crédito a algunos trabajos in vitro.

Las interacciones entre los micoparásitos y sus hospederos pueden involucrar una secuencia entrecruzada de eventos que integran localización, contacto, reconocimiento, lisis localizada, penetración, crecimiento intracelular y salida. La sincronización y la importancia relativa de cada evento pueden variar dependiendo de los hongos involucrados, la estructura bajo ataque, el hábitat y las condiciones ambientales. La característica clave es que durante está intima asociación, el micoparasito deriva algo ó todos sus nutrimentos a partir del hospedero mientras que no le confiere ningún beneficio a cambio.

Inicialmente, durante las interacciones hifales, puede presentarse crecimiento dirigido del micoparasito hacia las hifas del hospedero, acompañado algunas veces por una realzada ramificación por el micoparasito y un crecimiento anormal de las hifas blanco como con Pythium oligandrum, Trichoderma spp, y Gliocladium spp. Esta localización de las hifas blanco puede involucrar señales químicas a partir del hospedero. De hecho, las esporas de Sporidesmium sclerotivorum, las cuales solo pueden germinar en el suelo en presencia de esclerocios del hospedero, parecen responder específicamente a una molécula hidrofóbica lábil en el calor que surge a partir de la capa melanizada de los esclerocios de Sclerotinia minor.

Subsiguientemente, se hace contacto y el micoparasito puede continuar creciendo en ó a lo largo de las hifas del hospedero, con diversos grados de enrollamiento ó formación de ganchos. Esto puede significar no relación en la susceptibilidad al micoparasitismo y se ha interpretado como indicador de resistencia en algunos casos. El reconocimiento, posiblemente mediado a través del ligamiento de lectinas, se ha demostrado presentarse entre Trichoderma harzianum y Rhizoctonia solani. También ha sido aislada una lectina a partir de Sclerotium rolfsii y, cuando se usaron para revestir fibras de nylon, resultado en que T. harzianum produjo ganchos de un modo similar a aquel observado cuando T. harzianum se encontró con las hifas del hospedero. Significativamente, el reconocimiento mediado por lectinas ha sido sugerido como un primer paso en una cascada de eventos antagónicos incluyendo la inducción de enzimas quitinolíticas en la interacción T. harzianum-S. rolfsii. Sin embargo, no es claro cuan común es este fenómeno mediado por las lectinas en otras interacciones.

En esta etapa, puede presentarse la penetración, efectuada por pequeñas hifas invasoras ó partir de apresorios. Alternativamente, particularmente con algunos micoparásitos píticos puede presentarse lisis hifal, colapso y desintegración citoplásmica. Siguiente a esto, pueden presentarse diversos grados de crecimiento intracelular. Estos pueden alcanzar, por lo menos inicialmente, desde la producción de ramas similares a haustorios que se forman sin matar las células hospederas, como con Sporidesmium sclerotivorum infectando células de esclerocios de Sclerotinia minor y Verticillium biguttatum en hifas de Rhizoctonia solani, hasta la masiva invasión intracelular seguida por frecuentes salidas y ataques renovados en las hifas adyacentes del hospedero. Esto se ha registrado con varios micoparásitos píticos y Trichoderma spp. Dentro de los esclerocios, se ha observado que todos Coniothyrium minitans, Gliocladium y Trichoderma spp., Stachybotrys elegans, Talaromyces flavus y Verticillium biguttatum crecen intra- e intercelularmente.

Se ha sugerido frecuentemente un rol para la producción de enzimas degradantes de la pared celular como las β-1,3-glucanasas, quitinasas, proteinasas y lipasas por los micoparásitos durantes las interacciones con otros hongos. Por ejemplo, hay buena evidencia microscópica de la participación de enzimas durante la penetración, y se ha tomado a la presencia de enzimas degradantes de la pared celular en filtrados de cultivos para indicar su rol en el micoparasitismo. Para algunas cepas de micoparásitos puede también existir una relación entre la producción de enzimas degradantes de la pared celular y la actividad micoparásita, aunque no es siempre el caso. Interesantemente, plantas transgénicas de tabaco que expresan constitutivamente los genes de cualquiera fríjol ó de Serratia marcescens exhibieron una incrementada resistencia a la infección por Rhizoctonia solani. Por analogía, esta actividad enzimática puede similarmente estar involucrada en el micoparasitismo. Sin embargo, la velocidad de la lisis observada en algunas interacciones puede ser muy rápida para ser explicada por la inducción de tales enzimas degradantes de la pared celular. Por ejemplo, la lisis de las hifas a partir de varios diferentes hospederos se presentó solo después de 55 s del contacto con Pythium oligandrum. Se sugiere que puede estar involucrada la liberación de enzimas líticas preformadas y esto amerita más investigación. En este asunto, se ha sugerido similarmente la utilización de la β-1,3-glucanasa del hospedero como un proceso involucrado en la degradación de esclerocios de Sclerotinia minor por Sporidesmium sclerotivorum.

De este modo, la mayoría de la evidencia sobre un rol de las enzimas degradantes de la pared celular en el micoparasitismo está aún en gran parte basada en observaciones indirectas. Son pésimamente necesarios estudios moleculares irrefutables que involucren mutantes faltos en actividad de genes específicos ó transformantes que expresen genes

nuevos para enzimas degradantes de la pared celular. Consecuentemente, se trabaja con la premia de que las enzimas degradantes de la pared celular están involucradas en el micoparasitismo, se ha dirigido actualmente una gran esfuerzo en la purificación y caracterización de estas enzimas y sus genes, particularmente a partir de las cepas micoparásitas de Trichoderma y Gliocladium que exhibieron actividad biocontroladora. Las enzimas estudiadas incluyeron enzimas quitinolíticas, como la β-1,4-N-acetilglucosaminidasa (NAGasa; EC 3.2.1.30), quitina 1,4-β-quitobiosidasa (quitobiosidasa) y la poly(1,4-β-(2-acetamide-2-deoxy-D-glucosidase) glucanohydrolase (enoquitinasa; EC 3.2.1.14), glucan 1,3-β-glucosidase (β-1,3-glucanasa; EC 3.2.1.58) y proteinasas. Además, se han clonado varios genes en Trichoderma, que fueran cualquiera inducidos durante el crecimiento en las paredes celulares de Rhizoctonia solani ó expresados constitutivamente. Esto provee herramientas genéticas potenciales para elucidar la expresión de genes en estos micoparásitos.

Se han examinado algunas de las enzimas purificadas para su actividad inhibidora. Una endoquitinasa y quitobiosidasa a partir de T. harzianum fueron inhibidoras de la replicación celular en varios hongos así como en la germinación de esporas en Botrytis cinerea, pero la endoquitinasa a partir de G. virens 41 requirió una concentración cuatro veces mayor que las enzimas a partir de Trichoderma para obtener el 50% de inhibición. Se observo sinergia cuando se combinaron endoquitinasas, quitobiosidasas y β-1,3-glucanasas a partir de la misma ó de diferentes cepas de micoparásitos, y también cuando las enzimas degradantes de la pared celular se combinaron con antibióticos ó fungicida, ó con el agente biocontrolador bacteriano, Enterobacter cloacae. Similarmente, también se encontró el efecto de sinergismo con una combinación de la endoquitinasa a partir de Gliocladium virens 41 y el antibiótico gliotoxin.

B. Modos de Acción Indirectos ←

1. Protección cruzada y resistencia inducida ←

La protección cruzada ha sido definida como la inhibición de los síntomas de la enfermedad resultante de la inoculación anterior ó simultánea del hospedero con un relativo cercano (generalmente del mismo género) del patógeno, pero no es una definición ampliamente aceptada. Ciertamente para virus, donde se ha establecido mucha de la terminología y trasfondo de este fenómeno, esta es una respuesta vegetal bastante específica.

Cuando la inoculación y desafío del patógeno están espacial ó temporalmente separados, quiere decir que la planta se vuelve inmune ó exhibe resistencia inducida. Desafortunadamente, en algunos casos, aún permanece la posibilidad de que también tome lugar al mismo tiempo la competencia, antibiosis, ó parasitismo. De este modo mucho del trabajo que describe el fenómeno de la protección cruzada no puede ser categóricamente atribuirse únicamente a la resistencia inducida en la planta hospedera (Tabla VII)

Aunque la resistencia inducida puede restringirse a una estrecha región localizada cercana al inóculo inicial, se ha enfocado interés en la resistencia sistémica inducida (SIR), donde la resistencia se presenta subsiguientemente en toda la planta siguiendo una inoculación inicial desencadenante. También llamada resistencia sistémica adquirida (SAR) por algunos autores, el concepto resistencia inducida se ha ampliado para abarcar la resistencia no específica que es inducida y transmitida en toda la planta siguiente a la infección con patógenos causantes de la necrosis, ó mediante el tratamiento con agentes

abióticos como el chitosan, ácido salicílico y el ácido isonicotínico que son antimicrobianos por si mismos.

De manera importante, el desarrollo de la SAR está generalmente acompañado por la expresión de una serie de genes dentro de la planta que incluyen aquellos que codifican para proteínas relacionadas con la patogénesis con conocida actividad antifúngica como las quitinasas, β-1,3-glucanasas y proteínas semejantes a la timidina. También puede presentarse la síntesis de fitoalexinas. Para darle más plétora a la terminología, se ha usado el término resistencia inducida sistémica (ISR) para describir la resistencia general que se desarrolla después de la inoculación con Pseudomonas spp. no patogénicas. Actualmente no son claros los grados a los que difieren la SIR, SAR y ISR a nivel molecular y bioquímico y se necesita más trabajo usando un rango de sistemas inoculantes de la planta para clarificar esto, resolviendo la muy confusa terminología. Tabla VII. Ejemplos de inóculos microbianos que proporcionan protección cruzada ó resistencia sistémica inducida a patógenos del suelo.

Planta Inoculante microbiano Patógeno controlado Resistencia inducida

demostradaa

Ref.

Clavel Fusarium oxysporum no ó menos patogénico Pseudomonas sp. WCS417r

Fusarium oxysporum f. sp. dianthi F. oxysporum f. sp. dianthi

- √

Garbanzo Fusarium oxysporum no patogénico F. oxysporum f. sp. ciceris √ Pepino Colletotrichum orbiculare

Fusarium oxysporum no patogénico F. oxysporum f. sp. niveum Pseudomonas spp. Pseudomonas putida 89B-27 Serratia marcescens 90-166 Virus de la necrosis del tabaco

F. oxysporum f. sp. cucumerinum F. oxysporum f. sp. cucumerinum F. oxysporum f. sp. cucumerinum Pythium aphanidermatum F. oxysporum f. sp. cucumerinum F. oxysporum f. sp. cucumerinum F. oxysporum f. sp. cucumerinum

√ √ √ √ √ √ √

Berenjena Fusarium oxysporum no patogénico MT0062 Verticillium dahliae - Menta Verticillium nigrescens V. dahliae - Arveja Fusarium oxysporum no patogénico Fusarium solani - Rábano Pseudomonas sp. WCS374

Pseudomonas sp. WCS417r F. oxysporum f. sp. raphani F. oxysporum f. sp. raphani

√ √

Batata F. oxysporum no patogénico F. oxysporum f. sp. batatas √ Tomate Fusarium spp. avírulento

Verticillium albo-atrum avírulento F. oxysporum f. sp. dianthi F. oxysporum MT0062 no patogénico

F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici Verticillium dahliae F. oxysporum f. sp. lycopersici F. oxysporum f. sp. lycopersici

- - √ -

Sandia F. oxysporum f. sp. cucumerinum avírulento F. oxysporum f. sp. niveum avírulento Helminthosporium carbonum

F. oxysporum f. sp. niveum F. oxysporum f. sp. niveum F. oxysporum

- - -

a La separación espacial ó temporal proporciona una clara evidencia de la respuesta mediada por el hospedero. La característica clave para demostrar la existencia de la SAR ó ISR es que el subsiguiente desafío con un patógeno está cualquiera espacialmente separado del inóculo inicial ó, si el desafío está en el mismo lugar que el inóculo inductor, hay un lapso de tiempo donde los genes nuevos son encendidos y se producen las mitades características de resistencia. Desafortunadamente, la mayoría del trabajo en resistencia inducida concierne a patógenos foliares y solo relativamente recientemente se ha reconocido el potencial de este mecanismo para el biocontrol de patógenos del suelo. Consecuentemente, en contraste a la vasta literatura que cubre resistencia inducida en relación al control de patógenos foliares, son raros los ejemplos inequívocos de patógenos del suelo que involucren la SAR ó ISR. Usando sistemas de separación de raíces, se ha demostrado que ambas bacterias y hongos inducen resistencia en varias plantas cuando se

aplican a las raíces. Por ejemplo, Pseudomonas putida 89B-27 y Serratia marcescens 90-166 indujeron resistencia sistémica a Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum en pepino; Pseudomonas corrugata y Pseudomonas fluorescens indujeron resistencia sistémica a Pythium aphanidermatum en pepino; y P. fluorescens indujo resistencia sistémica a F. oxysporum f. sp. raphanii en rábano, con los lipopolisacáridos de la pared bacteriana implicados fuertemente en estar involucrados en el proceso de inducción. Similarmente, aislados no patogénicos de Fusarium oxysporum indujeron resistencia a F. oxysporum f. sp. cucumerinum en pepino, y F. oxysporum f. sp. dianthi indujo resistencia sistémica inducida a F. oxysporum kf. Sp. lycopersici en tomate. En un tratamiento alternativo, la inoculación de las primeras hojas verdaderas del pepino con Colletotrichum orbiculare ó con el virus necrosis del tabaco resulto en la resistencia inducida a F. oxysporum f. sp. cucumerinum en las raíces.

También se conoce el fenómeno de tratar semillas, raíces ó esquejes con bacterias ú hongos inductores y conseguir resistencia inducida para el subsiguiente desafío en el tallo ú hojas por un rango de patógenos virales, bacterianos y fungosos, sugiriendo un rol importante de la resistencia inducida en el biocontrol general. Sin embargo, es ajeno a esta revisión más consideraciones sobre este aspecto que involucra el biocontrol de patógenos foliares. Ver Hammerschmidt & Kud (1995) para revisiones detalladas.

Hay pocos datos sobre los cambios moleculares y bioquímicos que se presentan en las raíces como el resultado de la resistencia inducida, aunque se piensa que están involucradas las fitoalexinas y las peroxidasas en la respuesta de las raíces del clave a la inoculación con Pseudomonas y se sintetizaron proteínas relacionadas con la patogénesis en raíces y hojas de plantas de algodón siguiente a la inoculación con hongos de micorrizas arbusculares. En base a los estudios a partir de otros sistemas SAR, las respuestas pueden involucrar la acumulación de químicos antimicrobianos de bajo peso molecular cono las fitoalexinas, formación de capas protectoras vía acumulación de polímeros como lignina, calosa, y proteínas ricas en hidroxiprolina, incremento en activadores de enzimas que conducen a la producción de tales materiales, e incrementos en la cantidad de quitinasas, β-1,3-glucanasas, peroxidasas y otras proteínas relacionadas con la patogénesis. Sin embargo, se requiere más estudio para corroborar esto. 2. Promoción del Crecimiento Vegetal ← En los últimos 20 años, ha habido un creciente número de reportes de la promoción del crecimiento vegetal siguiente al tratamiento en semillas, raíces, esquejes, suelo ó medio de crecimiento artificial con bacterias y hongos, particularmente con las especies Pseudomonas y Trichoderma (Tabla VIII). Dependiendo de la planta estudiada, se ha expresado en una variedad de formas la promoción del crecimiento pero más comúnmente como incrementos en la germinación, emergencia, peso fresco ó seco radical ó caulinar, longitud radical, desarrollo y floración. Muchos aspectos de este fenómeno han sido revisados en detalle varias veces, y se han llevado a cabo numerosos estudios grandes de selección específicamente en la búsqueda de microorganismos promotores del crecimiento vegetal. De hecho, el termino rizobacteria promotora del crecimiento vegetal (PGPR) se acuño específicamente para describir bacterias que colonizan las raíces y tienen la habilidad de estimular el crecimiento vegetal y esto ha conducido a una nueva área de trabajo.

Frecuentemente, la promoción del crecimiento ha involucrado la aplicación de agentes biocontroladores conocidos, pero aún así, no han sido siempre claros los modos de acción involucrados en la observada promoción del crecimiento vegetal. En suelos que contienen principales patógenos como Gaeumannomyces graminis var. tritici, Pythium

spp. y Rhizoctonia spp, el efecto promoción del crecimiento puede reflejar bien la actividad biocontroladora a través de mecanismos como la competencia, antibiosis, parasitismo y resistencia inducida, como se describió antes. Sin embargo, la promoción del crecimiento puede aún suceder en suelos ó ambientes faltos de tales patógenos principales. Se piensa luego que esto se debe cualquiera al control de patógenos menores como rizobacterias deletéreas en el mismo modo como a los patógenos principales, ó a un efecto directo en la planta. Tabla VIII. Ejemplos de promoción del crecimiento vegetal siguiente a la aplicación de bacterias y hongos a semillas, raíces ó medio de cultivo.

Microorganismo Planta Promoción del crecimiento observada Ref. Bacteria Arthrobacter citreus Canola Área foliar

Desarrollo

Azospirillum sp Tomate

Emergencia Peso seco total Longitud radical y caulinar

Azotobacter chroococcum Tomate Emergencia Peso seco total Longitud radical y caulinar

Bacillus subtilis A-13

Algodón Maní

Crecimiento vegetal Desarrollo

B. subtilis GB03 Algodón Desarrollo B. subtilis Cebolla Peso seco caulinar y radical

Altura caulinar

PGPRa Papa Rábano

Peso radical

Pseudomonas spp.

Fríjol Pepino Guayule Lechuga Melón Pimienta Papa Rábano Tabaco Tomate Trigo

Peso caulinar y radical Emergencia Peso seco total Emergencia Peso caulinar y radical Peso seco total Peso seco caulinar Peso seco caulinar y radical Emergencia Peso caulinar y radical Peso seco total Emergencia Peso caulinar y radical Peso seco total Pesco fresco caulinar y radical Desarrollo Emergencia Peso caulinar y radical Peso seco total Emergencia Peso caulinar y radical Peso seco total Emergencia Peso caulinar y radical Peso seco total Peso seco caulinar y radical

Pseudomonas sp. Ps JN Papa

Emergencia Desarrollo de la planta Desarrollo de los tubérculos

Pseudomonas fluorescens Canola Arroz

Área foliar Desarrollo Altura de la planta

Tomate Emergencia Peso caulinar y radical Longitud caulinar y radical

Pseudomonas fluorescens E6 Clavel portainjerto Girasol Vinca Zinia

Peso fresco caulinar

Pseudomonas putida Canola Área foliar Desarrollo

Pseudomonas putida GR12-2 Canola Longitud radical Serratia liquefaciens Canola Área foliar

Desarrollo

Streptomyces griseoviridis Brassica Lechuga

Desarrollo de la planta Desarrollo de la planta

Hongo Rhizoctonia solani (binucleado) Pimienta Peso seco caulinar Rhizoctonia solani (no patogénico) Zanahoria

Algodón Lechuga Papa Rábano Trigo

Peso fresco y seco Peso fibra Peso fresco y seco Peso caulinar Peso fresco y seco Peso y desarrollo del grano

Hongo estéril Trigo Peso seco caulinar Desarrollo

Hongo rojo estéril Cebada Garbanzo Great brome Alfalfa Avena Arveja Colza (canola) Ryegrass Trébol subterráneo Trigo

Peso fresco caulinar y radical

Trichoderma spp. Lechuga Caléndula Petunia Verbena

Peso fresco y seco caulinar Peso fresco y seco caulinar Número de flores

Trichoderma koningii T8 Tabaco Tomate

Emergencia Peso seco radical y caulinar

Trichoderma harzianum BR105 Pepino Tomate

Emergencia Peso seco radical y caulinar Echada de flores

Trichoderma harzianum T-12 Rábano Tomate

Peso seco Emergencia Peso seco y fresco radical y caulinar

Trichoderma harzianum T-95 Crisantemo Hierba doncella Petunia Rábano Tomate

Peso fresco y seco Altura Peso fresco y seco Peso seco Emergencia Peso seco caulinar

Trichoderma harzianum T-203 Fríjol Pepino Pimienta Rábano Tomate

Germinación Germinación Altura Peso seco Área foliar Germinación Germinación

Trichoderma viride Lechuga Peso fresco caulinar a PGPR – Rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal

Se piensa comúnmente que los efectos directos son mediados por la producción de hormonas vegetales como las auxinas, citoquininas ó giberelinas. Es difícil obtener evidencia inequívoca de su producción en suelo no esterilizado, aunque varios estudios llevados a cabo en suelos estériles han implicado su participación. Por ejemplo, los resultados a partir de un ensayo en bolsas con crecimiento gnotobiotic demostró que Pseudomonas putida GR12-2 indujo consistentemente una significante elongación de las raíces de canola (Brassica napus) comparada con los controles y se asocio con un realzado peso caulinar y toma del fósforo radical y la subsiguiente transferencia a los vástagos. Pseudomonas putida GR12-2 produjo ácido indol-1-acético (IAA) y fijo nitrógeno (aunque a tasas 20 veces más lentes que Azotobacter vinelandii en base al ensayo de reducción del acetileno), lo que puedo haber influenciado directamente el crecimiento vegetal. Sin embargo, además también degrado el 1-aminociclopropano-1-carboxilato (ACC), el precursor inmediato del etileno, por lo tanto aliviando potencialmente la normal inhibición mediada por etileno del desarrollo radical. Similarmente, trabajos con cultivares de maíz (Zea mays), tomate (Lycopersicon esculentum) y tabaco (Nicotiana tabacum) sugieren que se produjo un regulador de crecimiento por Trichoderma spp. y que este está directamente involucrado con la incrementada tasa de germinación de semillas y peso seco de vástagos y tallos siguiente a la inoculación.

Puede también presentarse fijación asociada de nitrógeno con Azospirillum spp., Azotobacter spp., Bacillus spp. y posiblemente algunas Pseudomonas spp incrementando el crecimiento vegetal directamente. La producción de vitaminas, la conversión de material no utilizable a una forma que puede ser usada por la planta, y la mejorada disponibilidad y toma de algunos minerales pueden también contribuir al fenómeno de promoción del crecimiento. Significativamente, especialmente para los microbios que van a ser usados comercialmente en el futuro, para importante entender el modo de acción involucrado en la promoción del crecimiento para asegurar la reproducibilidad del efecto. Una observación de la promoción del crecimiento per se puede ser muy limitada para permitir que tome lugar un desarrollo aceptable, aunque la situación con Bacillus subtilies GB03 y GB07 en EU puede desaprobar esta teoría.

Es importante acentuar en este punto que los microorganismos que forman simbiosis mutualísticas con las plantas, como los hongos micorrícicos y las bacterias fijadoras de nitrógeno que forman nódulos se conocen por estimular el crecimiento vegetal en gran parte a través de los efectos nutricionales (aunque pueden estar involucrados otros mecanismos – ver sección III. A. I), están más allá del alcance de esta revisión. Se ha discutido en profundidad en todas partes la promoción del crecimiento por estas simbiosis mutualísticas y estos libros y revisiones deben ser consultados para más información del tema.

C – Competencia en la Rizosfera ← Una de las características claves exhibidas por muchos agentes biocontroladores de fitopatógenos del suelo es su capacidad de colonizar las semillas y raíces. Al establecerse en la corte de infección, el agente biocontrolador es capa de exhibir un rango de mecanismos biocontroladores directos e indirectos en un nicho ecológico clave y de este modo evitar ó retrasa la infección por los patógenos. En algunos casos, más notablemente para aquellos antagonistas que actúan a través de la resistencia inducida, tal competencia en la espermósfera ó en la rizosfera es un prerrequisito para que suceda el biocontrol.

Se ha demostrado que varios agentes biocontroladores exhiben especificidad en la colonización de la rizosfera y espermósfera relacionada con las condiciones de la planta ó del suelo. Por ejemplo, Streptomyces griseoviridis, una agente biocontrolador comercializado como Mycostop para el control de varias enfermedades radical, colonizo 72% de la longitud radical de plántulas de nabo (Brassica campestris) pero solo 1% de la longitud radical de zanahoria. Similarmente, la colonización de la rizosfera del algodón por el agente biocontrolador comercial Bacillus subtilis GB03 fue afectada por la condición de la semilla antes de la inoculación. Es más, se ha demostrado que todos la densidad del inóculo del agente biocontrolador, el cultivar vegetal, el potencial hídrico y el tipo de suelo influyen en la colonización de la rizosfera y espermósfera en numerosos sistemas planta-microbio. Estas observaciones sugieren que puede ser importante buscar agentes biocontroladores con una capacidad general de colonizar semillas y raíces en un rango de ambientes y de este modo incrementar la probabilidad de conseguir biocontrol a largo plazo.

El concepto de competencia en la rizosfera se ha extendido recientemente con la observación de que varios agentes biocontroladores se vuelven endofíticos dentro del tejido radical, lo que puede también proporcionar biocontrol a largo plazo. Por ejemplo, Trichoderma harzianum T-203, que proporciona promoción del crecimiento vegetal, se encontró que coloniza el interior de las raíces de pimienta cultiva en suelo tratado con el hongo, y se encontró que numerosas bacterias biocontroladoras ó promotoras del crecimiento vegetal crecen endofíticamente dentro de las raíces ó semillas de varias plantas incluyendo la alfalfa (Medicago sativa), algodón y tomate. La selección para comportamiento endofítico puede evitar los problemas asociados con una incapacidad de algunos agentes biocontroladores de ocupar todo el sistema radical en toda la temporada de crecimiento. Alternativamente, puede desarrollarse la aplicación de mezclas de agentes biocontroladores con diferentes capacidades para colonizar micrositios radicales, y que posiblemente exhiban diferentes modos de acción complementarios. De hecho, se ha encontrado exitosa para el control de enfermedades Fusarium en sistemas experimentales la combinación de pseudomonas fluorescentes y fusarios no patogénicos ó pseudomonas fluorescentes con varios hongos diferentes. Un sistema binario de Serratia marcescens y Streptomyces anulatus fue efectivo en controlar la enfermedad del marchitamiento del tomate causada por Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici; se combinaron Pythium nunn y Trichoderma harzianum para reducir el damping-off Pythium en pepino; y las combinaciones de diferentes pseudomonas fluorescentes, ó se han usado en campo las combinaciones de pseudomonas fluorescentes con Gaeumannomyces graminis var. graminis, ó con Trichoderma koningii con diversos éxitos para controlar el take-all del trigo causado por G. graminis var. tritici.

Sin embargo, cuando se considera el uso de cualquier mezcla ó consorcio de cepas para el biocontrol, es importante que ningún miembro de la mezcla sea inhibidor del otro. De este modo, Pseudomonas fluorescens 2-79, una conocido agente biocontrolador del take-all del trigo, ni inhibió ni realzo la actividad biocontroladora de Trichoderma harzianum ThzID1 cuando se usaron en combinación contra la pudrición radical de la arveja causada por Aphanomyces euteiches y P. fluorescens 2-79 no redujo la capacidad de T. harzianum ThzID1 de atacar esclerocios de Sclerotinia sclerotiorum en campo. Es más, los agentes biocontroladores, cualquiera usados en mezclas ó no, no deben interferir excesivamente con la microbiota existente normalmente no patogénica asociada con las semillas y raíces. Significativamente, varios de los antagonistas bacterianos y fungosos que han sido probados, incluyendo Pseudomonas putida, Gliocladium virens y Trichoderma spp., han demostrado poco ó no efectos adversos en el establecimiento y función de las micorrizas arbusculares. Sin embargo, de manera interesante, dos

antagonistas comerciales, Streptomyces griseoviridis (Mycostop) y Trichoderma harzianum (T-35; Trichodex) redujeron la formación de micorrizas arbusculares en soya. En otro sistema, Trichoderma koningii afecto adversamente la formación de micorrizas arbusculares en maíz y lechuga. Claramente, tales complejas interacciones tienen que ser consideradas cuidadosamente durante el desarrollo de cualquiera agente biocontrolador individual ó en mezcla.

IV. APLICACIÓN DE ANTAGONISTAS ESPECÍFICOS ← Desde que Cook & Baker (1983) compilaron su lista de antagónica vitae ha ahbido una continuo incremento estable en el número de antagonistas específicos que pretenden actuar, ó que tienen el potencial, como agentes de control biológico de enfermedades. Se han identificado varios antagonistas completamente nuevos. Por ejemplo, se ha demostrado que Cylindrobasidium parasiticum, Phoma nebulosa, Pythium acanthophoron, Pythium mycoparasiticum y Stachbotrys elegans son micoparásitos; Aeromonas caviae, Cladorhinum foecundissimum y Penicillium simplicissimum han demostrado potencial biocontrolador en invernadero ó en pruebas en ambientes controlados y Minimedusa polysporum ha proporcionado biocontrol de Fusarium oxysporum f. sp. narcissi en campo. Sin embargo, repetidas identificaciones orientadas para grupos específicos de antagonistas, particularmente pseudomonas, Gliocladium spp. y Trichoderma spp., han resultado en numerosos reportes de biocontrol con nuevas cepas del mismo genero ó especie. Esta tendencia se ilustra claramente en las Tablas IX, X y XI, que dan ejemplos de antagonistas específicos aplicados al suelo ó al medio de crecimiento, semillas, bulbos y tubérculos y a esquejes y raíces. Las tablas han sido compiladas a partir de más de 150 referencias recolectadas en los últimos cinco años. Es importante acentuar que estas tablas no incluyen estudios netamente in vitro y en gran parte consisten en bioensayos, pruebas en invernadero ó en campo que involucran plantas hospederas que reflejan, por lo menos en algún grado, una posible condición de uso. Debido al corte arbitrario desde el año 1990, algunos de los agentes biocontroladores más notables que han demostrado dar biocontrol reproducible en pruebas reales en campo ó en invernadero, incluyendo algunos que han pasado a la comercialización (Tabla XII), son pobremente representados. Algunos, como Agrobacterium radiobacter K84 y K1026 para el control de la agalla de la corona causada por Agrobacterium tumefasciens, y Phlebia (Peniophora) gigantea para el control de la pudrición del tocón del pino causada por Heterobasidion annosum, son productos maduros y necesitan poco desarrollo ulterior. Sin embargo, otros como Pseudomonas fluorescens CHA0, P. fluorescens 2-79, Fusarium oxysporum Fo47 no patogénico, Gliocladium virens G20 (GL21) y Streptomyces griseoviridis aparecen repetidamente como trabajadores continuos para examinar producción, formulación y modos de acción, y para intentar extender el rango de hospederos para control incluyendo la combinación de antagonistas. Es más, hay algunos antagonistas como Bacillus subtilis GB03 y MB1600 que han pasado durante este periodo a través del aislamiento inicial, estudios ecológicos, modos de acción y formulación para la comercialización, ilustrando la velocidad a la que puede tomar el desarrollo si los científicos y la industria trabajan juntos exitosamente. Varios otros antagonistas recién descritos mencionadas en las Tabla IX, X y XI pueden ameritar similares estudios cooperativos.

Tabla IX. Ejemplos recientes de antagonistas aplicados a semillas, bulbos, y tubérculos que muestran potencial para proporcionar control biológico de fitopatógenos del suelo. Antagonista Patógeno ó enfermedad Hospedero Medio de cultivo Técnica de inoculación Sitio Ref

Bacteria

Bacillus cereus UW85 Phytophthora megasperma f. sp. medicaginis Alfalfa Suelo Células diluidas ó recubriendo semillas Campo

B. subtilis AP183 Rhizoctonia solani Fríjol común Suelo Células recubriendo semillas Campo

B. subtilis GB03 Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum Rhizoctonia solan

Algodón Suelo Células recubriendo semillas Campo

B. subtilis 205 Rhizoctonia solani Semilla oleaginosa de colza Mezcla en maceta Células recubriendo semillas CEa

Bradyrhizobium japonicum Fusarium spp.→ Complejo pudrición radical Macrophomina phaseoli → presente en el Rhizoctonia solani → suelo

Quimbombó Fríjol mung Soya Girasol

Suelo Células recubriendo semillas Campo

Enterobacter cloacae Pythium spp. Pepino Suelo Células recubriendo semillas Invernadero

Pseudomonas spp. (mezclas) Gaeumannomyces graminis var. tritici Trigo Suelo Células recubriendo semillas CE, invernadero y campo

Pseudomonas spp. Fusarium oxysporum Pythium ultimum Rhizoctonia solani

Abeto de Douglas Algodón

Turba-vermiculita Suelo

Semillas revestidas en suspensión celular Células recubriendo semillas Células recubriendo semillas

CE Campo

P. aeruginosa S.7 Fusarium oxysporum f. sp. adzukicola Fríjol adzuki Suelo Células recubriendo semillas Invernadero

P. aeruginosa 7NSK2 Pythium sp. Tomate Película de nutrientes

Células recubriendo semillas + empapando con células

Invernadero

P. aureofaciens 30-84 (= P. chlororaphis 30-84)

Gaeumannomyces graminis var. tritici Trigo Suelo Células recubriendo semillas Invernadero

P. aureofaciens AB254 (=P. fluorescens AB254)

Pythium ultimum Maíz Suelo

Células recubriendo semillas Campo

P. cepacia AMMD Aphanomyces euteiches f. sp. pisi Pythium spp.

Arveja Arveja

Suelo Suelo

Células recubriendo semillas Células recubriendo semillas

Invernadero/Campo Campo

P. cepacia B-17 F. oxysporum f. sp. adzukicola Fríjol adzuki Suelo Células recubriendo semillas Invernadero

P. cepacia J82rif Sclerotinia sclerotiorum Girasol Suelo Células dentro de la turba en semilla Campo

P. cepacia N245 Sclerotinia rolfsii Girasol Suelo Células en semillas Campo

P. cepacia UPR5C (= Burkholderia cepacia UPR5C)

Macrophomina phaseolina Fríjol común Suelo Células empapando semillas Invernadero

P. chlororaphis 30-84 Gaeumannomyces graminis var. tritici Trigo Suelo Células recubriendo semillas CE

P. fluorescens (+ Penicillium spp.)

Pythium debaryanum P. ultimum

Beetroot Mezcla en maceta Células recubriendo semillas Invernadero

P. fluorescens P. ultimum Rhizoctonia solani R. solani Sclerotinia sclerotiorum

Pepino Canola Girasol

Suelo Suelo Suelo

Células recubriendo semillas Células recubriendo semillas Semillas empapadas en suspensión celular

Campo Campo Campo

P. fluorescens AB254 P. ultimum Maíz Suelo Células recubriendo semillas y biopriming Campo

P. fluorescens Pf-5 P. ultimum Pepino Suelo Células recubriendo semillas CE

P. fluorescens PRA25 Aphanomyces euteiches f. sp. pisi Arveja Suelo Células recubriendo semillas Invernadero/Campo

P. fluorescens Q2-87 G. graminis var. tritici Trigo Suelo Células recubriendo semillas CE

P. fluorescens Q292-80 Pythium spp. Garbanzo Suelo Células recubriendo semillas Campo

P. fluorescens S-2 F. oxysporum f. sp. adzukicola Fríjol adzuki Suelo Células recubriendo semillas Invernadero/Campo

P. fluorescens 2-79 G. graminis var. tritici Trigo Suelo Células recubriendo semillas CE Invernadero Campo

P. fluorescens 13-79 G. graminis var. tritici Trigo Suelo Células recubriendo semillas Campo

P. putida Sclerotinia sclerotiorum Girasol Suelo Semillas empapadas en suspensión celular Campo

P. putida NIR Pythium ultimum Pepino Arveja Soya

Suelo Suelo

Células recubriendo semillas Células recubriendo semillas

CE CE/Invernadero

P. putida R104 Rhizoctonia solani Trigo Suelo Células recubriendo semillas CE

Rhizobium spp. Fusarium spp. → Complejo de pudrición Macrophomina phaseolina → radical presente Rhizoctonia solani → en el suelo

Quimbombó Fríjol mung Soya Girasol

Suelo Células recubriendo semillas Campo

Streptomyces sp. Macrophomina phaseolina Fríjol mung Girasol

Suelo Células recubriendo semillas Campo

Streptomyces spp. F. oxysporum f. sp. lycopersici Verticillium albo-atrum F. oxysporum f. sp. phaseoli

Tomate Fríjol verde

Suelo Células recubriendo semillas Células recubriendo semillas

Invernadero Invernadero

Streptomyces flaveus Y-1 F. oxysporum f. sp. adzukicola Fríjol adzuki Suelo Células recubriendo semillas Invernadero

Streptomyces griseoviridis Alternaria brassicicola Damping-off F. oxysporum f. sp. narcissi

Coliflor Pimienta Narciso

Compost en maceta Suelo Compost en maceta

Células recubriendo semillas Células recubriendo semillas Bulbos sumergidos en suspensión de esporas

Invernadero Invernadero Invernadero

Bacteria no identificada Aspergillus flavus Maní Suelo Semillas empapadas en suspensión celular + suelo empapado

Invernadero/Campo

Hongo

Gliocladium roseum Bipolaris sorokiniana Fusarium culmorum Fusarium moniliforme

Cebada Trigo Maíz

Suelo Suelo

Esporas aplicadas a las semillas Semillas empapadas en suspensión de esporas

Campo Campo

G. virens Macrophomina phaseolina Pythium ultimum

Fríjol mung Girasol Algodón

Suelo Suelo

Esporas aplicadas a las semillas Esporas recubriendo semillas s

Campo CE

Idriella bolleyi Fusarium culmorum Trigo Suelo Esporas recubriendo semillas Campo |

Laetisaria arvalis Rhizoctonia solani Papa Suelo Micelios y esclerocios aplicados a tubérculos

Campo

Minimedusa polyspora F. oxysporum f. sp. narcisi Narciso Suelo Bulbos sumergidos en suspensión de esporas ó recubriendo bulbos

Campo

Paecilomyces lilacinus Macrophomina phaseolina Fríjol mung Girasol

Suelo Esporas recubriendo semillas Campo

Penicillium spp. (+ P. fluorescens)

Pythium debaryanum P. ultimum

Beetroot Mezcla en maceta Esporas recubriendo semillas Invernadero

Penicillium oxalicum Pythium spp. Garbanzo Suelo Esporas recubriendo semillas Campo

Penicillium oligandrum Aphanomyces cochlioides Pythium spp.

Remolacha azucarera Garbanzo

Suelo Suelo

Oosporas comercialmente recubriendo semillas Oosporas recubriendo semillas

CE Campo

Rhizoctonia (binucleado) Rhizoctonia solani Pepino Papa

Suelo Suelo

Grano colonizado adjunto Grano colonizado adjunto

Invernadero Invernadero

Trichoderma harzianum Macrophomina phaseolina Pythium spp.

Fríjol mung Girasol Pepino¿

Suelo Suelo

Esporas recubriendo semillas Rango de sistemas

Campo CE

T. harzianum 1295-22 Pythium ultimum Pepino Suelo Esporas recubriendo semillas Invernadero

T. viride F. oxysporum f. sp. sesame Rhizoctonia solani

Sésamo Suelo Esporas recubriendo semillas Invernadero/Campo

a CE: Instalación con ambiente controlado

Tabla X. Ejemplos recientes de antagonistas específicos aplicados al suelo ó medio de crecimiento que muestran potencial para proporcionar control biológico de fitopatogénos del suelo.

Antagonista Patógeno ó enfermedad Hospedero Medio de cultivo Técnica de inoculación Sitio Ref Bacteria Bacillus cereus UW85 Phytophthora medicaginis

Phytophthora sojae Alfalfa Soya

Vermiculita Suelo

Células empapadas en el medio Células en formulación en granos de arcilla aplicadas en surco

Campo

B. subtilis Fusarium solani f. sp. phaseolina→ Complejo Pythium ultimum → pudrición radical Rhizoctonia solani → presente en el suelo

Navy bean Suelo Células incorporadas al suelo Invernadero

B. subtilis spp. Phytophthora cactorum Manzano Suelo Suelo y tronco empapados con células Campo B. subtilis EBW4 Enfermedad de resiembra del manzano Manzano Suelo Suelo empapado con células Campo Bradyrhizobium japonicum Fusarium spp → Complejo pudrición

radical. Macrophomina phaseolina → presente en el Rhizoctonia solani → suelo

Fríjol mung Quimbombó Soya Girasol

Suelo Suspensión celular empapada en banda Campo

Enterobacter agglomerans Rhizoctonia solani Algodón Suelo Suspensión celular mezclada en el suelo Invernadero Enterobacter aerogenes B8 Phytophthora cactorum Manzano Suelo Suelo y tronco empapados con suelos Campo E. cloacae Pythium ultimum Lechuga Mezcla en maceta Células agregadas a la mezcla Invernadero E. cloacae Sclerotinia homoecarpa Agróstide rastrera/

espiguilla Suelo Células en fertilización superficial con

harina de maíz - arena Campo

Pseudomonas spp. Pythium aphanidermatum Pythium ultimum Rhizoctonia solani

Pepino Algodón Algodón

Lana mineral Suelo Suelo

Suspensión celular añadida Inóculo en turba en banda Inóculo en turba en banda

CE Campo Campo

Pseudomonas aureofaciens PA147-2

Phytophthora megasperma Esparrago Mezcla turba/arena Células empapadas en el medio Invernadero

Pseudomonas cepacia Phytophthora cinnamomi Pythium ultimum Rhizoctonia solani Sclerotium rolfsii

Protea Pepino Algodón Fríjol

Mezcla en maceta Suelo Suelo Suelo

Células empapadas en el medio Células empapadas en el medio Células empapadas en el medio Células empapadas en el medio

CE é invernadero Invernadero Invernadero Invernadero

P. cepacia 89 G-120 Rhizoctonia solani Algodón Suelo Células rociadas en banda Campo Pseudomonas corrugata Pythium aphanidermatum Pepino Lana mineral Células empapadas en el medio Invernadero P. corrugata 2140 Gaeumannomyces graminis var. tritici Trigo Suelo Células empapadas en el suelo Invernadero Pseudomonas fluorescens Pythium aphanidermatum Pepino Lana mineral Células empapadas en el medio Invernadero P. fluorescens CHA0 Fusarium oxysporum f. sp. cucumerinum Pepino Suelo artificial Células empapadas en el medio CE

G. graminis var. tritici Phomopsis sclerotioides Pythium ultimum Rhizoctonia solani Thielaviopsis basicola

Trigo Pepino Berro Pepino Maíz Trigo Maíz Tabaco

Suelo artificial Suelo artificial Suelo Suelo artificial Suelo artificial

Células empapadas en el medio Células empapadas en el medio Células empapadas en el medio Células empapadas en el medio Células empapadas en el medio

CE CE CE CE CE

P. fluorescens CH33 Pythium aphanidermatum Pepino Lana mineral Células empapadas en el medio Invernadero P. fluorescens M24 Phytophthora cinnamomi Jacarandá Mezcla turba-arena Inóculo en salvado – arena añadido al

medio Invernadero

P. fluorescens WCS417r Fusarium oxysporum f. sp. dianthi F. oxysporum f. sp. raphani

Clavel Rábano

Lana mineral Lana mineral

Células empapadas en el medio Células empapadas en el medio

Invernadero Invernadero

Pseudomonas putida WCS358

F. oxysporum f. sp. dianthi Clavel Lana mineral Células empapadas en el medio Campo

Rhizobium spp. Fusarium spp.→ Complejo pudrición radical Macrophomina phaseolina → presente en Rhizoctonia solani → el suelo

Fríjol mung Quimbombó Soya Girasol

Suelo Suspensión celular empapada en banda Campo

Streptomyces griseoviridis Damping-off Pimienta Suelo Células rociadas en el suelo Invernadero Hongo Chaetomium globosum Sclerotium cepivorum Cebolla Suelo Inóculo en salvado – arena incorporado

en el medio Campo

Chaetomium globosum Cg-13 Pythium ultimum Remolacha azucarera Suelo Inóculo en salvado de trigo añadido al suelo

CE

Cladorrhinum foecundissimum

Rhizoctonia solani Berenjena Pimienta Remolacha azucarera

Suelo Mezcla sin suelo Mezcla sin suelo

Inóculo en salvado incorporado en el medio

CE

Coniothyrium minitans Sclerotinia sclerotiorum Zanahoria Lechuga Semilla oleaginosa de colza

Suelo Suelo Suelo

Esporas rociadas a las plantas y suelo Harina de maíz-perlita y otros inóculos incorporados al suelo Harina de maíz-perlita y otros inóculos incorporados al suelo. Esporas aplicadas al suelo y residuos del cultivo

Campo Invernadero/Campo Campo

Coniothyrium minitans (± Talaromyces flavus)

Sclerotinia sclerotiorum Girasol Suelo Inóculo en salvado de trigo añadido en la siembra en banda

Campo

Fusarium heterosporum Sclerotinia homoecarpa Agróstide rastrera Suelo Inóculo en harina de maíz – arena añadido como fertilización superficial

Campo

Fusarium oxysporum (no patogénico)

F. oxysporum f. sp. cucumerinum F. oxysporum f. sp. dianthi

Pepino Clavel

Suelo Suelo

Clamidosporas incorporadas al suelo Esporas incorporadas al suelo

Invernadero Campo

F. oxysporum Fo47 (no patogénico) (± Pseudomonas spp.) (± Pseudomonas C7) (± Pseudomonas WCS538)

F. oxysporum f. sp. lycopersici F. solani F. oxysporum f. sp. lini F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici F. oxysporum f. sp. dianthi

Tomate Arveja Lino Tomate Clavel

Turba – perlita Suelo Suelo/lana mineral Lana mineral Lana mineral

Esporas incorporadas al medio Esporas incorporadas al suelo Microconidias incorporadas/empapadas en el medio Microconias empapadas en el medio Microconias empapadas en el medio

Invernadero CE Invernadero Invernadero Invernadero

F. oxysporum MT0062 (no patogénico)

F. oxysporum f. sp. lycopersici Verticillium dahliae

Tomate Berenjena

Suelo Suelo

Mezcla zeolita–esporas aplicada al suelo Mezcla zeolita–esporas aplicada al suelo

Invernadero Invernadero

F. oxysporum 618-12 (no patogénico)

F. oxysporum f. sp. dianthi F. solani

Clavel Arveja

Lana mineral/suelo Suelo

Suspensión de esporas empapada en el medio Esporas incorporadas al suelo

Invernadero CE

F. oxysporum f. sp. niveum (no patogénico)

F. oxysporum f. sp. niveum Sandía Suelo Plántulas y raíces empapadas con suspensión de esporas

Campo

Gaeumannomyces graminis var. graminis

Gaeumannomyces graminis var. tritici Trigo Suelo Inóculo en granos de avena incorporados al suelo

Campo

G. graminis var. graminis (± Pseudomonas spp.)

G. graminis var. tritici Trigo Suelo Inóculo en granos de avena añadido en banda

Campo

Gliocladium roseum Verticillium dahliae b Suelo Cultivo en salvado – vermiculita incorporado en el suelo

CE

Gliocladium virens Fusarium solani f. sp. phaseoli → Complejo Pythium ultimum → pudrición radical Rhizoctonia solani → presente en el suelo

Navy bean Suelo Esporas incorporadas al suelo Invernadero

G. virens Phytophthora cactorum Rhizoctonia solani

Manzano Manzano Zanahoria

Mezcla en maceta Suelo Suelo Suelo

Inóculo en turba – salvado incorporado en el medio Inóculo en turba – salvado incorporado en el medio Vermiculita – salvado y biomasa fermentada añadido al suelo Salvado – prill incorporados en el suelo

Invernadero Invernadero CE Campo

G. virens GL-3 Sclerotium rolfsii Fríjol Suelo Pyrax- biomasa fermentada incorporada al suelo Biomasa fermentada formulada

CE CE

incorporada al suelo G. virens GL-21 Rhizoctonia solani Zinia

Zanahoria

Mezcla en maceta sin suelo Suelo

Formulación prill-alginato incorporado en el medio Inóculo en turba-salvado incorporado en el medio

CE Campo

G. virens G2 Pythium ultimum Pepino Turba Inóculo en turba-salvado incorporado en el medio

CE

G. virens G-6 Rhizoctonia solani Algodón Suelo Inóculo en millo-vermiculita incorporado al medio

CE

G. virens G20 (≈GL21) Pythium ultimum Lechuga Zinia

Mezcla en maceta Mezcla en maceta sin suelo

Biomasa fermentada incorporada al suelo Cultivo en salvado de trigo ó formulación alginato-prill incorporada al medio

Invernadero CE

Glomus sp. Phytophthora cinnamomi Piña Suelo Esporas, hifas, raíces y medio a partir de cultivo en maceta incorporados al medio

CE

Glomus fasciculatum Fusarium moniliforme Cardamomo Suelo Esporas, hifas, raíces y medio a partir de cultivo en maceta incorporados al medio

Campo bajo sombra

G. intraradices Pythium ultimum Caléndula Suelo Esporas, hifas, raíces y medio a partir de cultivo en maceta incorporados al medio

Invernadero

G. mosseae Pythium ultimum Caléndula Suelo Esporas, hifas, raíces y medio a partir de cultivo en maceta incorporados al medio

Invernadero

Laccaria bicolor Fusarium oxysporum Pino oregón Agar Bloques de agar con micelio CE Laetisaria arvalis Rhizoctonia solani Algodón, lechuga, rábano

remolacha azucarera Suelo Cultivo en salvado incorporado al suelo Invernadero

Paxillus involutus Fusarium moniliforme Fusarium oxysporum

Pinus resinosa Turba-perlita/vermiculita Preparación micelial incorporada CE

Penicillium funiculosum Phytophthora spp. Azalea Naranjo dulce

Tuba-perlita Inóculo en turba-salvado incorporado al medio

Invernadero

Penicillium oxalicum Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici Tomate Suelo Esporas remojadas en el suelo Invernadero Phialophora sp. Gaeumannomyces graminis var. tritici Trigo Suelo Inóculo en grano de cebada incorporado

al suelo Campo

Phytophthora parasitica var. nicotianae

Phytophthora parasitica Cathatanthus roseus Turba-Vermiculita Grano colonizado en tierra incorporado al medio

Invernadero

Pythium acanthicum Rhizoctonia solani Zanahoria Suelo Inóculo en grano colonizado incorporado al suelo

Invernadero

Pythium nunn Phytophthora spp. Azalea Naranja dulce

Turba Inóculo en grano de cebada incorporado al medio

Invernadero

Pythium nunn (± Trichoderma harzianum T-95)

Pythium ultimum Pepino Suelo Tejido micelial de P. nunn añadido al suelo

Invernadero

Pythium oligandrum Pythium ultimum Berro Suelo Preparaciones de oosporas incorporadas al suelo

CE

Rhizoctonia (binucleada) Rhizoctonia solani Ají Pepino Papa

Suelo Grano colonizado y otro inóculo orgánico incorporados en el medio Inóculo en grano colonizado incorporado al medio Inóculo en grano colonizado añadido en banda

CE/Invernadero Campo, Invernadero Campo

Sporidesmium sclerotivorum Sclerotinia minor Lechuga Preparación de micelio y esporas añadida al suelo

Campo

Hongo rojo estéril G. graminis var. tritici Trigo Suelo Inóculo en grano colonizado añadido al suelo

CE

Talaromyces flavus Verticillium dahliae Berenjena Suelo Formulaciones alginato-prill con carriers orgánicos añadidos al suelo

Invernadero

Talaromyces flavus (± Coniothyrium minitans)

Sclerotinia sclerotiorum Girasol Suelo Inóculo en salvado de trigo añadido en la siembra en banda

Campo

Talaromyces flavus Tf-1 Verticillium dahliae Berenjena Mezcla en maceta/Suelo Esporas empapadas en el medio CE Trichoderma sp. C62 Sclerotium cepivorum Cebolla Suelo Inóculo en salvado-arena incorporado al

suelo Campo

Trichoderma spp. G- graminis var. tritici Phytophthora cactorum Phytophthora cryptogea Pythium ultimum Rhizoctonia solani

Trigo Manzano Gerbera Pepino Lechuga Lechuga

Suelo Mezcla en maceta Turba Turba Compost en maceta Suelo Suelo

Esporas añadidas al suelo Inóculo en turba-salvado incorporado al medio Esporas incorporadas al medio Inóculo en turba-salvado incorporado al medio Inóculo en turba-salvado incorporado al medio Inóculo en harina de maíz-perlita incorporado al medio Vermiculita-salvado y biomasa fermentada incorporados al medio

CE Invernadero Invernadero CE Invernadero Invernadero CE

Trichoderma hamatum Rhizoctonia solani Rábano Corcho de madera dura Esporas añadidas al medio de CE

compostado crecimiento Trichoderma harzianum Fusarium graminearum

Glomerella glycines Macrophomina phaseolina

Suelo Conidias esparcidas en el suelo Campo

Trichoderma harzianum Pythium ultimum Lechuga Mezcla en maceta Inóculo en biomasa fermentada añadido al medio

Invernadero

T. harzianum MTR 35 F. oxysporum f. sp. radicis lycopersici Tomate Lana mineral Suspensión de esporas empapadas en el medio

Invernadero

T. harzianum ThzIDI Sclerotinia sclerotiorum Suelo Formulación alginato-peletizado añadida al suelo

Campo

T. harzianum T.95 Pythium ultimum Pepino Suelo Conidias de T. harzianum aplicadas a la semilla

Invernadero

Trichoderma koningii Sclerotium rolfsii Sclerotinia sclerotiorum

Tomate

Suelo Suelo

Polvo micelial ó esporas germlings añadidos al suelo Suspensión de esporas añadida al suelo

Campo Campo

Typhula phacorrhiza Typhala ishikariensis (ambos presentes) Typhala incarnata

Agróstide rastrera Suelo Grano colonizado aplicado como abonado superficial

Campo

Verticillium biguttatum Rhizoctonia solani Papa Suelo Conidias aplicadas al suelo Campo

Tabla XI. Ejemplos recientes de antagonistas específicos aplicadas a esquejes y raíces que muestran potencial para proporcionar control biológico de fitopatógenos del suelo. Antagonista Patógeno ó enfermedad Hospedero Medio de cultivo Técnica de inoculación Sitio Ref

Bacteria Agrpbacterium radiobacter K84; K1026

Agrobacterium tumefaciens Durazno Suelo Raíces heridas sumergidas en turba con suspensión de células

Campo

Bacillus spp. Rhizoctonia solani Sclerotium rolfsii

Algodón Suelo Raíces recortadas sumergidas en suspensión celular

Invernadero

Bacillus subtilis EBW4 Enfermedad de resiembra Manzano Suelo Raíces sumergidas en suspensión celular Campo Pseudomonas sp. WCS417r Fusarium oxysporum f. sp. dianthi Clavel Suelo Raíces sumergidas en suspensión celular Invernadero Pseudomonas sp. Rhizoctonia solani

Fusarium oxysporum f. sp. Lycopersici F. oxysporum f. sp. Vasinfectum Sclerotium rolfsii

Poinsetia Tomate Algodón Fríjol

Suelo Raíces sumergidas en suspensión celular Invernadero

P. cepacia Phytophthora cinnamomi Protea Oasis block/mezcla en maceta

Drench celular Invernadero

P. cepacia 5.5B Rhizoctonia solani Poinsetia Cubos de poliespuma

Células en raíces y cubos Invernadero

P. putida WCS 358r Fusarium oxysporum f. sp. dianthi Clavel Suelo Raíces sumergidas en suspensión celular Invernadero P. putida 89B-27 F. oxysporum f. sp. cucumerinum Pepino Mezcla en maceta Raíces sumergidas en suspensión celular Invernadero Serratia marcescens 90-166 F. oxysporum f. sp. cucumerinum Pepino Mezcla en maceta Raíces sumergidas en suspensión celular Invernadero Streptomyces griseoviridis F. oxysporum f. sp. Dianthi Clavel Suelo Raíces sumergidas en suspensión celular +

aspersión con células en el suelo Invernadero

Hongo Fusarium spp. Fusarium oxysporum f. sp. cyclaminis Ciclamino Mezcla en maceta Raíces sumergidas en suspensión de

esporas + células incorporadas en la mezcla en maceta

Invernadero

Fusarium spp. (no patogénico) F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici Tomate Turba/suelo Cultivo homogenizado en agar aplicado a las raíces

Invernadero

F. oxysporum (no patogénico) F. oxysporum f. sp. dianthi Clavel Suelo Esquejes sumergidos en suspensión de esporas

Campo

F. oxysporum f. sp. dianthi F. oxysporum f. sp. lycopersici Tomate Suelo Raíces sumergidas en suspensión de esporas

Invernadero

Pacilomyces lilacinus 6.2F Rhizoctonia solani Poinsettia Cubos de poliespuma

Esporas ubicadas en los cubos Invernadero

Verticillium chlamydosporium Phytophthora capsici Pimienta Suelo Ráices sumergidas en suspensión de esporas

Invernadero

Aunque no es una muestra completamente integral de la literatura, son apreciables un rango de otras características a partir de las Tablas IX, X, y XI. Por ejemplo, Pseudomonas spp. fueron los antagonistas bacterianos más frecuentemente reportados independiente del método de aplicación. Los aislados de Bacillus spp., Enterobacter spp., y Streptomyces sp.. también aparecen repetidamente en las tablas a una frecuencia menor, aunque Enterobacter spp. no fueron reportados tal como son aplicados exitosamente directamente a las raíces ó esquejes. Se registraron otros numerosos antagonistas bacterianos pero solo esporádicamente. En conjunto, el tratamiento a la semilla fue generalmente el método de aplicación de elección para bacterias mientras que los hongos fueron comúnmente aplicados al suelo, medio de crecimiento, raíces ó esquejes. Los reportes de uso exitoso de antagonistas fungosos fueron dominados por Gliocladium spp. y Trichoderma spp. y estos dos antagonistas fueron aplicados a igual frecuencia a semillas, suelo ó medio de crecimiento. Fusarios no patogénicos fueron repetidamente aplicados al suelo y medio de crecimiento, raíces ó esquejes pero no a las semillas. De manera interesante, fueron usados regularmente los aislados de micorrizas arbusculares del género Glomus como antagonistas, aplicados al suelo ó medio de crecimiento. Hay también varios reportes de intentos de combinar diferentes aislados de bacterias, diferentes aislados de hongos, ó mezclas de bacterias y hongos juntos, expresando ulteriormente la tendencia en la investigación discutida en la sección III. Además, algunos investigadores han examinado la posibilidad de aplicar antagonistas a residuos del cultivo para romper el ciclo del patógeno. Estos novedosos sistemas de biocontrol para patógenos del suelo pueden ser prácticos comercialmente, al proporcionar una cantidad no excesiva del inóculo requerido para el control

Son discutidos en más detalle abajo varios aspectos de selección, producción del inóculo, formulación y aplicación relacionando con el uso de antagonistas específicos.

A. Selección y Filtrado ←

Han sido revisados ampliamente recientemente los aspectos teóricos y prácticos de la selección de agentes controladores de enfermedades con potencial biológico y los subsiguientes procedimientos de filtrado para verificar la eficiencia comparativa. Consecuentemente, solo serán descritos aquí los principios básicos involucrados en estos procedimientos.

El primer paso en cualquier programa de control biológico de enfermedades concierne al aislamiento inicial de antagonistas potenciales. Se han usado varias aproximaciones sin ningún sistema individual aparentemente más exitoso que otro. Por ejemplo, han sido seleccionados microorganismos antagonistas a partir de ambientes deseados para su uso como suelos, semillas ó raíces. Puede aún no estar presente el patógeno de interés. Esto se base en la suposición de que cualquier antagonista estará ecológicamente adaptado a este ambiente y será capaz de sobrevivir y expresar actividad cuando se reaplique como un agente biocontrolador. Han sido aislados grandes colecciones de bacterias y hongos de esta forma.

Otra exitosa aproximación, ya mencionada en la sección II, ha sido aislar antagonistas a partir de suelos supresitos a un patógeno en particular. Ciertamente Streptomyces griseoviridis y Fusarium oxysporum Fo47 no patogénico, que son partes activasen productos comerciales ó casi comerciales Mycostop y Fusaclean, respectivamente (Tabla XII), fueron aislados de esta forma a partir de turba y suelo supresitos. Alternativamente, han sido ubicados propágulos ó micelios de patógenos en el suelo como cebos desde donde han sido aislados antagonistas. En este caso, los antagonistas pueden tener el potencial de atacar el patógeno y pueden también estar adaptados al ambiente donde el patógeno es activo. Este procedimiento ha sio aplicado particularmente para obtener antagonistas a partir de esclerocios de varios patógenos incluyendo especies de Sclerotinia y Sclerotium, Typhula incarnata y Phymatotrichum omnivorum así como parásitos de esporas de las especies de los oomicetos. Más

aún, como un extensión de esta aproximación, en base a la suposición de que el biocontrol en el ambiente puede llevarse a cabo a través de la actividad de enzimas que puedan degradar componentes de células fungosas, han sido también seleccionados antagonistas a partir de suelo enriquecidos con materiales como quitina y laminarina. Tabla XII. Ejemplos de antagonistas disponibles ó en el proceso de registro para uso en preparaciones comerciales de biocontrol de enfermedades por fitopatógenos del suelo.

Antagonista Patógeno(s) blanco/actividad Enfermedad/Hospedero Nombre del Producto y Fuente Agrobacterium radiobacter Agrobacterium tumefaciens Agalla de la corona en crucíferas,

rosas y árboles frutales Diegall (Fruit Growers Co., NZ); Galltrol (AgBio Chem, Inc., CA, USA); NoGall (Root Nodule Pty Ltd, Bio-Care Technology Pty Ltd Australia); Norbac 84-C (New BioProducts Inc., CA, USA)

Bacillus spp. Rhizoctonia cerealis; promotor del crecimiento

Arroz y otros cultivos (Gobierno Chino)

Bacillus subtilis Pythium ultimum Rhizoctonia solani; Fusarium spp; promotor del crecimiento Varios hongos Patógenos de plántula

Camping-off y pudriciones radicales del algodón y leguminosas Verduras Cultivos en campo

Kodiak (A-13) y Epic (MBI600) (Gustafson, Inc., TX, USA) Bactophyt (NPO Vector, Novosibirsk, Russia) System 3 (GB03) (Helena Chemical Co., TN, USA)

Pseudomonas (Burkholderia) cepacia

Fusarium spp; Pythium spp; Rhizoctonia solani Fusarium spp; Pythium spp; Rhizoctonia solani

Algodón, maíz y verduras Semillas de verduras

Intercept (Soil Technologies, Fairfield, IA, USA) Blue Circle y Deny (CTT Corporation, Carlsbad, CA, USA)

Pseudomonas fluorescens Fusarium oxysporum f. sp. rapan

Damping-off ó marchitación del rábano

BioCoat (S&G Seeds, BV, the Netherlands)

Pseudomonas solanacearum (no patogénico)

Pseudomonas solanacearum Verduras PSSOL (Natural Plant Protection, Nogueres, France)

Streptomyces griseoviris Fusarium spp; Pythium spp. y otros

Ornamentales y verdures Mycostop (K61) y Stimagrow (Kemira Agro Oy, Helsinki, Finland)

Hongo Coniothyrium minitans Sclerotinia sclerotiorum

Sclerotinia minor, S. sclerotium

Girasol Verduras y cultivos en campo

Coniothyrin (Gob. Ruso) Contans (Prophyta Biologischer Pfanzenschutz GMBH, Germ)

Fusarium oxysporum (no patogénico)

Fusarium oxysporum f. sp. batatas Fusarium oxysporum

Fusariosis de la papa dulce Fusariosis del clavel y del tomate Fusariosis de la albahaca, clavel y tomate

-(Gobierno Japonés) Fusaclean (Fo47) (Natural Plant Protection, Nogueres, France) Biofox-C (S.I.A.P.A., Bologna, Italy)

Gaeumannomyces graminis var. graminis

Gaeumannomyces graminis var. tritici

Take-all del trigo -(Bio-Care Technology, Pry Ltd, Australia)

Gliocladium catenulatum Pythium spp. Verduras Primastop (Kemira Agro Oy, Helsinki, Finland)

Gliocladium virens Pythium ultimum; Rhizoctonia solani

Damping-off de plantas en camellón

GlioGard y SoilGard (GL-21)(Grace Sierra Co., MD, USA)

Peniophora (Phlebia) gigantea Heterobasidionº annosum Pudrición caulinar y radical del pino

Pg suspensión (Ecological Laboratory Ltd, UK) Rotstop

(Kemira Agro Oy, Helsinki, Finland)

Phialophora sp. Gaeumannomyces graminis var. tritici

Take-all del trigo -(Bio-Care Technology, Pty Ltd, Australia)

Pythium oligandrum Pythium ultimum Damping-off de la remolacha azucarera

Polygandron (Vyzkummy ustov rastlinnej, Slovak Republic)

Trichoderma spp. Botrytis, Pythium, Sclerotinia y Verticillium spp.

Frutas y verdures Trichodermin (Bulgarian and Soviet Gobernments)

Trichoderma spp. Varios hongos Pythium spp; Rhizoctonia solani Pythium spp; Rhizoctonia solani; Sclerotium rolfsii

Frutas y verdures Plantas en camellón Cultivos en campo y verdures

Promot (J.H. Biotech, Inc, Ventura, CA, USA) Solsain, Hors-solsain, Plantsain (Prestabiol, Montpellier, France) ANTI-FUNGUS (Grondontsmettingen De Ceuster, Belgium) TY (Mycontrol, Israel)

Trichoderma harzianum Fusarium spp; Pythium ultimum; Rhizoctonia solani Fusarium spp; Pythium ultimum; Rhizoctonia solani; Sclerotinia homeocarpa Varios hongos Fusarium spp; Rhizoctonia solani Armillaria mellea Pythium spp; Sclerotinia spp.

Damping-off y pudrición radical de verdures y cultivas de hilera Rango de cultivos, ornamentales y césped Cultivos en campo y verduras Honey fungus of trees Frutas y verduras

F-Stop (TGT, Inc., NY, USA) T-22G y T-22HB (TGT, Inc., NY, USA) Supraavit (Boneegard y Reitzel, Denmark) T-35 (Makhteshim, Israel) Harzian 20 (Natural Plant Protection, Noguerres, France) Harzian 10 (Natural Plant Protection, Noguerres, France)

T. harzianum + T. polysporum Armillaria mellea Heterobasidion annosum

Honey fungus of trees Pudrición caulinar y radical del pino

BINAB-T y W (Bio-Innovation AB, Töreboda, Sweden)

T. harzianum + T. viride Chondrostereum purpureum Varios hongos

Enfermedad de la hoja plateada de la pepita de pera y árboles de frutos de drupa Varios hospederos

Trichodowels, Trichojet y Trichoseal (Agrimm Technologies Ltd, New Zealand) Trichopel (Agrimm Technologies Ltd, NewZealand)

Trichoderma viride Phytophthora spp. Ornamentales Bip T (Poland) Micorrizas vesiculo-arbusculares Pythium spp.?; promoción del

crecimiento Pepino Vaminoc (AGC Microbio,

Cambridge, UK)

Habiendo obtenido una colección de antagonistas, ellos luego son filtrados para una actividad biocontroladora reproducible. En la mayoría de los casos esto involucra un bioensayo que intente imitar, en algún grado, las condiciones donde se requiere que actúe el biocontrol. Debido al gran número de microorganismos que frecuentemente son filtrados, varios miles en algunos casos, esto puede ser un ejercicio costoso que consume tiempo. Tiene que hacerse un trueque entre el realismo de la prueba de filtrado y la efectividad-costo. Consecuentemente, para la economía, simple y rápida. este frecuentemente involucra bioensayos en plántulas llevados a cabo bajo condiciones controladas para minimizar las variables ambientales que influencian constantemente la reproducibilidad. Esto es ilustrado en la frecuente presencia de tales pruebas basadas en plántulas en las Tablas IX, X y XI. Es más, las enfermedades de plántulas causadas por patógenos como Pythium spp. y Rhizoctonia solani son grandes problemas por si mismos y, ya que pueden ser controlados efectivamente biológicamente si la protección puede ser proporcionada en el breve periodo susceptible ó “ventana de oportunidad”

a la infección, esto ulteriormente explica el gran número de filtrados para agentes biocontroladores para estos patógenos.

Los aislados exitosos a partir de los filtrados primarios sufren alguna forma de filtrado secundario más complejo. Este puede involucrar el uso de plantas más viejas ó diferentes cultivares, variando las condiciones ambientales, el uso de un rango de suelos ó medios de cultivo, ó diferentes formas de inóculo del antagonistas y cepas del patógeno. En algunos casos, el filtrado puede expandirse para probar la eficiencia contra otros patógenos y plantas, y si es aún aparentemente efectivo, las pruebas se extienden para considerar el impacto ambiental y seguridad. Eventualmente, el procedimiento de filtrado culmina en pruebas en invernadero ó campo a gran escala relevantes a la combinación hospedero-patógeno en consideración.

Significativamente, los estudios en platos de agar in vitro que sostienen poca ó ninguna similitud con las condiciones ambientales ó microbiológicas en campo, y no pueden considerar a antagonistas que actúan a través de resistencia inducida, competencia ó promoción del crecimiento vegetal, son usados menos frecuentemente como un filtrado primario que anteriormente. No obstante, los estudios in vitro pueden proporciona datos útiles sobre los parámetros de crecimiento de los antagonistas y estos pueden ayudar con la subsiguiente producción del inóculo. La información sobre la producción de antibióticos, sideróforos, y enzimas líticas así como parasitismo puede ser obtenida a partir de estudios in vitro y de esta forma las pruebas pueden tener algún valor. De hecho, si se ve uno de estos modos de acción como la principal ó única razón de la actividad contra un patógeno específico, pueden ser factibles filtrados dirigidos in vitro, en base a obtener más aislados con la misma ó mayor actividad en este modo de acción. Por lo tanto, el entendimiento de las limitaciones ó ventajas de ambos bioensayos in vitro y estudios in vivo son de clave importancia en el desarrollo de exitosos agentes biocontroladores.

B. Producción, Formulación y Aplicación del Inóculo ←

Una vez que una agente de control biológico ha mostrado actividad reproducible en una series de pruebas de filtrado, necesitan considerar los métodos para la producción, formulación y aplicación del inóculo en relación al cultivo, enfermedad y ambiente de uso. La producción de cantidades considerables de células viables y activas, esporas ó biomasa es el primer paso en este procedimiento. Se ha usado para este propósito ambos fermentación de sustratos líquidos y sólidos.

Se ha argumentado que la fermentación líquida es la aproximación preferida para la producción de biomasa en países de Europa y Nortemérica, donde ya se han presentado grandes sistemas de fermentación en tanques. Ciertamente todos los antagonistas bacterianos comerciales y varios de los hongos enlistados en la Tabla XII son producidos por este método. Son posibles sustratos adecuados materiales baratos como la melaza, levadura de cerveza, chicha, sulphite waste liquor, y semilla de algodón y harinas de soya. Ciertamente, se ha usado ampliamente los medios en base líquida en melazas y melaza-levadura para la producción de antagonistas como Pythium oligandrum, Gliocladium y Trichoderma spp.

Significativamente, para antagonistas fungosos, se han producido exitosamente en cultivo los tipos de esporas requeridos por eficacia y que puedan soportar los rigores de la subsiguiente formulación y aplicación. Por ejemplo, fueron producidas clamidosporas de Gliocladium y Trichoderma spp. en medio de melaza-levadura y fueron producidas oosporas de Pythium oligandrum en medios en base a melaza. De manera interesante, los estudios recientes han sugerido que en vez de usar oosporas de P. oligandrum, que germinan lentamente y erráticamente, como propágulos para biocontrol, las zoosporas enquistadas pueden ser una alternativa útil. Sin embargo, queda por vez si puede desarrollarse un sistema realista de fermentación líquida de estos propágulos.

La fermentación líquida puede tener ventajas en permitir el control continuo de los nutrientes, el pH, la temperatura y otros parámetros ambientales que pueden ayudar a optimizar la producción de biomasa, la cantidad y calidad de las esporas, y reducir el riesgo de contaminación. Por ejemplo, el cambiar la relación C:N del medio influyo la cantidad y calidad de esporas en Gliocladium y Trichoderma spp. y Pythium oligandrum, la adición de materiales orgánicos complejos como jugo V8, extracto de levadura ó peptona proteasa incrementó la producción de conidias en Trichoderma harzianum, la adición de osmóticos como polietilenglicol mejoró la producción de conidias de T. harzianum y la resistencia de las conidias a la desecación. La fermentación líquida también permite que la cinética del crecimiento y esporulación sea examinada y de este forma manipulada. Por ejemplo, inusualmente, se encontró que Idriella bolleyi forma esporas fácilmente en cultivos líquidos sumergidos, iniciando la esporulación durante el crecimiento exponencial después de solo 1-2 días. Tal velocidad de esporulación puede sugerir un fermentación más costo-efectiva que puede ser lograda con este hongo contra otros como Gliocladium, Talaromyces y Trichoderma spp., que pueden requerir 4-7 días para que sean obtenidas cantidades satisfactorias de biomasa.

Un extensión del procedimiento de fermentación líquida involucra la adición de medio líquido al soporte inerte. Esto puede tener la ventaja de proporcionar un inóculo sólido para el subsiguiente uso y, para hongos, frecuentemente estimula la esporulación en aislados que pueden fallar en la esporulación ó solo esporular pobremente en cultivos líquidos.Por ejemplo, Rhizobium y Pseudomonas han sido cultivados en vermiculita suplida con nutrientes, Trichoderma harzianum ha sido producida en gránulos de tierra de diatomeas impregnados con melaza 10% y Sporidesmium ha sido cultivado en vermiculita humedecida con medio líquido.

El método alternativo de producción de inóculo involucra el uso de fermentación de sustrato sólido. Se ha investigado un rango de materiales que incluyen productos de desperdicio agrícola relativamente baratos como sustratos para la producción de antagonistas ambos bacterianos y fungosos. Estos incluyen polvo de alfalfa, bagazo de caña de azúcar, paja de trigo y arroz, tusas, corcho, aserrín, compost, varios granos, salvado y turba, solos ó en combinación, frecuentemente mezclados con rellenos inertes como agentes de abultamiento como la vermiculita ó perlita. Este sistema es particularmente útil para laboratorios a pequeña escala , invernadero ó pruebas en campo que requieren facilidades mínimas para producir inóculo y tienen las mismas ventajas como los sistemas de apoyo suplementados con nutrientes descritos anteriormente. Sin embargo, tiene algunas desventajas. Los sustratos sólidos son voluminosos, requiere un gran espacio para la producción, inoculación y almacenamiento, y frecuentemente los productos necesitan secarse y molerse, con inherentes problemas de formación de polvo que contiene esporas. Los costos pueden ser altos debido al empaque, aplicación (si se requiere maquinaria especial), transporte y también debido a las cantidades que pueden tener que aplicadas para conseguir el control. Además, la cantidad del inóculo puede variar ya que los constituyentes naturales pueden ser inconsistentes de lote a lote. No obstante, la producción comercial de hongos spawn ha estado usando exitosamente este tipo de tecnología por muchos años y claramente indica que el puede ser producido de este forma un inóculo costo-efectivo.

En muchos sistemas experimentales, que han producido células, esporas ó biomasa de un antagonista mediante la fermentación, el material es usado directamente sin ulterior tratamiento. Las Tablas IX, X, y XI contienen numerosos ejemplos donde células bacterianas, esporas fungosas, biomasas miceliares ó inóculo en base a granos son aplicados de este forma a semillas, tubérculos, raíces, suelo y medio de crecimiento. Sin embargo, para la mayoría de preparaciones comerciales, las células, esporas ó biomasa son generalmente procesados antes de su uso. Por ejemplo, las esporas ó células pueden ser concentradas directamente a partir del medio liquido de cultivo ó siguiente al lavado a partir de los sustratos sólidos, mediante centrifugación, filtración, ó ocasionalmente mediante floculación. La biomasa puede ser secada y molida antes de la incorporación a un rango de

polvos, gránulos de alginato, peletizados, ó prills, polvos mojables, líquidos emulsificables ó geles. Se han publicado numerosos reportes que describe el uso de una variedad de diferentes formas de inóculo de antagonistas. Estos oscilan desde estudios de factibilidad, que demuestran que los antagonistas pueden ser formulados y aplicados en formas específicas, hasta pruebas de eficacia comparativas de diferentes tipos de inóculos. Muchas de estas pruebas son llevadas a cabo en ambientes en ambientes controlados ó en invernadero los dados en las Tablas IX, X y XI son representativos de este tipo de trabajo, pero es valioso considerar unos pocos ejemplos específicos para ilustrar la amplitud de este tópico. Por ejemplo, se ha usado una mezcla de clamidosporas, conidias y fragmentos miceliares de un aislado no patogénico de Fusarium oxysporum en un rango de formulaciones que incluyen la dispersión en talcos, la formulación en peletizados de alginato ó microgranulos en base a caolín. Estas han sido luego incorporadas en el suelo ó usadas como una suspensión acuosa para sumergir la raíz, para el control de F. oxysporum f. sp. cyclaminis, ó para determinar la eficacia óptima. Fueron también examinados con estas formulaciones tratamientos repetidos, diferentes intervalos de tratamientos y combinaciones del antagonista. Usando un diferente concepto, han sido añadidas conidias de Trichoderma y Gliocladium spp. a una mezcla salvado-arena y después de 1-3 días de incubación, esta preparación de gérmenes es añadida al suelo donde las unidades formadores de colonia de antagonistas continúan incrementándose. Este método proporciona una medio de conseguir una población activa de antagonistas en el suelo y ha sido desarrollado ulteriormente con T. koningii usando un medio suplementado con tusas para dar el control de Sclerotium rolfsii en tomate en campo. Alternativamente, la biomasa fermentada de Gliocladium y Trichoderma spp. ha sido añadida a una mezcla de vermiculita-salvado humedecida con 0.05 M HCl. Después del secado, la preparación puede ser rehumedecida con 0.05 M HCl y los gérmenes son producidos como antes. Esta sistema tiene la ventaja de que no requiere condiciones estériles durante la preparación.

Se ha llevado considerable investigación sobre el uso de formulaciones en peletizados, prills ó gránulos de alginato del agente biocontrolador. Ellas han sido preparadas con células de Pseudomonas spp., esporas de Talaromyces flavus, y biomasa fermentada de Gliocladium spp., Laetisaria arvalis, Penicillium oxalicum, Pythium oligandrum y Trichoderma spp. Estos materiales prueban ser fáciles de manipular y para los cultivadores son familiares. Frecuentemente, deben agregarse carriers a los prills y estos pueden ser agentes inertes de abultamiento como arcillas de pirofilita, ó bases nutritivas, como salvado de trigo, para realzar la proliferación del agente biocontrolador, ó una combinación de ambos. Ya que la base alimenticia está en la matriz del granulo, esta es usada preferentemente por el agente biocontrolador y no por competidores ó patógenos potenciales en el suelo. De manera interesante, se encontró que las células de Azospirillum brasilense y Pseudomonas spp. incorporadas en peletizados de alginato con leche descremada se liberaron a una tasa baja y constante, que puede ser controlada por el tipo de tratamiento endurecedor dado a los peletizado durante su formación. Es más, peletizados de alginato que contienen biomasa de Trichoderma harzianum y salvado de trigo remojados en polietilenglicol por 24 h durante el proceso de secado resultaron en una mayor proliferación de las hifas de T. harzianum desde los peletizados cuando se ubicaron subsiguientemente en el suelo en comparación con aquellos remojados en agua. Esto muestra la considerable flexibilidad y adaptabilidad de este proceso.

Se han explorado otros sistemas de liberación, particularmente concernientes a la aplicación a las semillas. Por ejemplo, han sido aplicados Laetisaria arvalis, Trichoderma harzianum y micorrizas arbusculares en geles a raíces desnudas ó a semillas, a través de siembra fluida. Comúnmente, las células bacterianas han sido incorporadas en metilcelulosa y recubriendo directamente las semillas, y estos tratamientos sencillos han sido extendidos a mezclas de goma de xanthum-talco ó metilcelulosa-talco para mejorar la sobrevivencia y actividad. Similarmente, se ha

aplicado un rango de sustrato sólidos molidos para inóculos de Gliocladium virens a las semillas de algodón usando un adhesivo de latex y las semillas de algodón pretratadas con metalaxil/pentacloronitrobenceno ha sido recubiertas con un preparación en polvo de endosporas de Bacillus subtilis GB03.

Aunque numerosos investigadores han aplicado exitosamente agentes biocontroladores a semillas usando tales técnicas relativamente sencillas, se ha enfocado mucho esfuerzo en la formulación y aplicación en los últimos 5-10 años se ha enfocado en procedimientos especializados de cubrimiento ó peletización de semillas. Estos sistemas apuntan a mejorar la eficacia de los agentes biocontroladores al optimizar la colonización de la superficie seminal y del sustrato asociado, incluyendo los exudados seminales, tan rápidamente como se posible para evitar la germinación de propágulos e infección de patógenos como Pythium ultimum. Hay también evidencia de que, para algunos antagonistas como Pythium oligandrum, la aplicación a las semillas pueden proporcionar un mejorado biocontrol en comparación con la aplicación de los mismos propágulos al suelo ó medio de crecimiento.

Muchos sistemas que cubren semillas son propietarios ó secretos comerciales pero un sistema exitoso, denominado cubrimiento líquido, comprende una suspensión de atador acuoso (pelgel ó polyox-N10), materia de partículas sólidas finamente molidas (Agro-lig ó suelo de fango) y una agente biocontrolador, Trichoderma harzianum 1295.22. Este fue rociado en semillas de pepino en un tumbling drum y este proceso proporciono control del damping-off del pepino causado por Pythium spp. cuando las semillas pretratadas fueron sembradas en suelo infestado con el patógeno. Se sugirió que el cubrimiento uniforme puede haber, en parte, proporcionado meramente una barrera física al patógeno. Sobre esto, las oosporas de Pythium oligandrum aplicadas a las semillas de berro en un peletizado grueso generalmente dieron un mejor control del camping-off causado por Pythium ultimum que cuando las oosporas fueron aplicadas con un tratamiento que cubria con una delgada película y puede ser indicativo en general de la aproximación a seguir para la aplicación de agentes biocontroladores a semillas, aunque Pseudomonas fluorescens WCS374 en el producto comercial “BioCoat” es aplicado a semillas de rábano como un cubrimiento con película delgada. No obstante, se ha sugerido el concepto de aplicar capas secuenciales de tratamientos, como agentes de control biológico ubicados en las semillas seguidas por capas de partículas de materia, como esquistos lignaceous, como barrera física. Esta idea se relaciona con el sistema de cubrimiento líquido usado para Trichoderma harzianum como el Agro-lig que tiene características químicas y físicas favorables para el crecimiento de este hongo y puede también haber contribuido a conseguir el biocontrol. Se ha probado se exitosa la aproximación de añadir compuestos para cubrir la semilla que específicamente realcen el crecimiento de los agentes de control biológico. Por ejemplo, la inclusión de polisacaridos específicos y alcoholes polihidroxi para cubrimientos de semilla de arveja de T. harzianum mejoró la actividad biocontroladora contra el damping-off causada por Pythium ultimum en 48%. El valor de agregar sustratos selectivos a semillas ó suelos para realzar la sobrevivencia y desempeño también se ha demostrado con cepas de bacterias biocontroladores ó promotoras del crecimiento vegetal.

Frecuentemente los sistemas de cubrimiento han sido combinados con sistemas de imprimación de la semilla, donde la hidratación de la semillas es controlada a un nivel que permite que suceda una actividad metabólica pregerminativa sin la emergencia de la radicula. Esta combinación de la imprimación de la semilla y la aplicación de agentes de control biológico debe resultar en semillas que germinen uniformemente y rápidamente, que son resistentes a varios estreses abióticos y bióticos. y que son protegidas del ataque de patógenos durante las primeras etapas susceptibles de germinación y establecimiento.

Son generalmente dos sistemas de imprimación. La osmoimprimación utiliza soluciones acuosas aireadas de sales ó polietilenglicol, generando un potencial osmótico en la solución primaria,

mientras que la imprimación en matriz solida (SMP) involucra el uso de material húmedo, sólido poroso, como carbón ó turba pulverizados, que generen potencial matricial. La imprimación per se , en presencia de los agentes biocontroladores aplicados, puede resultar en un disminuido damping-off en remolacha azucarera y en varias otras plantas causado por Pythium spp. Esto puede estar relacionado a una subsiguiente reducción en la exudación de nutrientes desde las semillas, necesaria para la germinación de los propágulos de Pythium, ó una proliferación de bacterias nativas en la semilla. Sin embargo, de los dos procesos, el SMP tiene ventajas de ser simple y más económico que la osmoimprimación y permite que los agentes biocontroladores se combinen en el proceso de imprimación. Por ejemplo, las células de Enterobacter cloacae ó las conidias de Trichoderma harzianum fueron aplicadas a las semillas de pepino ó tomate y ubicadas en Agro-lig en SMP antes de evaluar la actividad biocontroladora en suelo infestado con Pythium. Con pepino, se realzo la eficacia de T. harzianum y E. cloacae por SMP, incrementando las plantas iniciales de pie desde 30 a 90% y desde 0 a 70%, respectivamente. Sin embargo, el damping-off pos-emergencia no fue tan efectivamente controlado, reduciendo las plantas de pie a un 60% con T. harzianum y 0% con E. cloacae. Con tomate, el tratamiento con T. harzianum con SMP de nuevo resultó en poco damping-off pero se perdió virtualmente la eficacia de E. cloacae. El pH de las semillas de tomate fue de 2.8, lo que inhibió el crecimiento de E. cloacae pero favoreció el de T. harzianum. De este modo, la sustitución de carbón basáltico (pH 6.6) por Agro-lig (pH 4.1) en el proceso de SMP mejoró significativamente la actividad biocontroladora de E. cloacae en tomate pero disminuyó la eficacia de T. harzianum, demostrándose de nuevo la importancia de la elección de los materiales usados en cualquier sistema de tratamiento de semillas que involucren agentes de control biológico.

La combinación de SMP con Trichoderma spp. para el control de enfermedades de plántulas ha sido ahora usado exitosa en un amplio rango de plantas y están apareciendo variaciones de este. Por ejemplo, la semilla de maíz dulce ha sido cubierta con células de Pseudomonas fluorescens e imprimadas mediante la incubación de la semilla tratada en vermiculita estéril húmeda por 20-22 h. Las poblaciones bacterianas en semillas se incrementaron de 10 a 10000 veces, y los fueron subsiguientemente obtenidos incrementos significantes en las plantas de pie en comparación con las semillas no imprimadas tratadas con bacterias en suelos fríos naturalmente infestados con Pythium ultimum. Este proceso, llamado bioimprimación, proporcionó control tan bueno ó mejor que el tratamiento en la semilla con metalaxyl. La combinación de bajas dosis de imzalil ó metalaxyl con Pseudomonas spp. no afectó la eficacia del control de la enfermedad en este sistema de bioimprimación.

V. CONCLUSIONES Y PROSPECTOS FUTUROS ←

En los últimos años (Tabla XII) Ha habido un incremento gradual en el número de agentes de biocontrol comercial en el mercado para el control de fitopatógenos del suelo y solo un producto, Dagger-G, un Pseudomonas fluorescens comercializado por Ecogen, Inc, Lanhorne, PA, USA, para el control del damping-off Rhizoctonia y Pythium en algodón, ha sido retirado de la venta debido a la pobre vida en envase del material. Esto implica que las aproximaciones usadas para desarrollar agentes comerciales de control biológico de enfermedades se están haciendo más exitosos. Sin embargo, aún dominan los químicos en el mercado de control de enfermedades y debe tenerse alguna consideración para áreas de investigación que probablemente mejoren ulteriormente la demanda comercial de agentes de control biológico de enfermedades.

Como se discutió en la sección II, el entendimiento de la ecología y etiología de cualquier patógeno y el método de cultivo del cultivo es de suprema importancia. El uso de métodos culturales como el monocultivo, rotación, arado, solarización y uso de compost (secciones II B, C y D) pueden

ser bien suficientes para suprimir ó evitar muchas enfermedades. No obstante, en la mayoría de situaciones comerciales, se apunta a aplicaciones de inoculantes microbianos para lograr control biológico. Consecuentemente, el optimizar procedimientos de filtrado realistas es un primer paso, que puede ser refinado a tipos blanco específicos de antagonistas (sección IV.A). Recientemente, por ejemplo, se filtro por primer vez cianobacterias (algas verde-azuladas) y otras algas por actividad biocontroladora contra patógenos bacterianos y fungosos con algo de éxito. Esto abre la posibilidad de utilizar un amplio grupo de organismos nunca considerados previamente para el control biológico de enfermedades.

Una vez que los antagonistas específicos han sido identificados, ellos pueden ser desarrollados ulteriormente considerando la producción, formulación, almacenamiento y aplicación del inóculo, idealmente ligando la pericia de los investigadores cientificos y compañeros industriales. En este etapa, si se ha conseguido biocontrol costo-efectivo, reproducible en pequeñas pruebas a escala, tiene que hacerse uso de autoridades reguladoras para el registro para obtener permiso para comercializar el producto. Dependiendo del país de interés, esto puede ser un gran tropiezo para los agentes de control biológico de enfermedades. Por ejemplo en el RU, los agentes de control biológico caen bajo las regulaciones de plaguicidas químicos comunes, y consecuentemente debe producir el mismo tipo de paquete de datos de completa eficacia y seguridad consumidores de tiempo extremadamente costosos. Actualmente los cargos hechos por el MAFF Pesticidas Safety Directorate son ₤4400 para una expediente de revisión completo, y ₤60 000 y ₤13 400 para la evaluación de un expediente para químicos y biológicos respectivamente. Esto no incluye los costos de preparación del expediente en primer lugar. Ya que muchos agentes de control biológico de enfermedades son dirigidos para pequeños nichos de mercado, el costo involucrado en el registro se vuelve prohibitivamente costoso en vista del probable beneficio que se saque de cualquier producto. Por lo tanto, al momento los únicos agentes de control biológico en venta en el RU para el control de fitopatógenos del suelo son BINB-T y la suspensión Pg (ver Tabla XII), lo cuales ya estaban en el mercado antes de las nuevas regulaciones introducidas terminando los 1980s. Stimagrow & Vaminoc, ambos de los cuales probablemente tienen actividad biocontroladora de enfermedades, son comercializados como promotores del crecimiento vegetal y esto evita las regulaciones a plaguicidas. Similares evasiones de las regulaciones están presentes en los EU. No obstante en general, el registro de los agentes de control biológico es más fácil y rápida en los EU debido a que si el nivel “Grado 1” de pruebas toxicológicas (oral, dérmica, ocular, respiratoria y otras pruebas que arriesguen que usan animales y pescados prueba) no muestran efectos adversos, y el microorganismo no es un patógeno, usualmente no se requieren ulteriores pruebas, aunque puede solicitarse más información. Aún así, en base a los datos de 1993, las pruebas del Grado 1 pueden costar entre $100 000 y $200 000 (US) y pueden aún cancelar el registro de muchos agentes de control biológico. Sin embargo, quizás el otro extremo de consideraciones para el registro es observado en China. Entre 1985 y 1993, fueron aplicadas bacterias que incrementan el desarrollo, principalmente especies y cepas de Bacillus, incluyendo varias de las cuales exhibieron actividad biocontroladora de enfermedades, a cerca de 40 millones de hectáreas sobre 50 clases de cultivos. Estuvieron involucradas varias empresas a lo largo de China en la producción de microorganismos. No obstante, las regulaciones asociadas con su uso parecen haber sido mínimas. En términos globales, la aproximación de EU para ser una manera realista hacia está área.

Este secuencial proceso de desarrollo para agentes de control biológico permite que otras numerosas ramas de investigación sean seguidas lo que puede resultar en una mejorada actividad biocontroladora en el futuro. Ciertamente, merecen más estudio los conceptos de usar combinaciones de microfauna y antagonistas para realzar la actividad mediante la diseminación de los agentes biocontroladores y aplicar combinaciones de agentes biocontroladores para mejorar el espectro de

actividades contra una ó varias enfermedades (secciones II,C y IV). El concepto de combinar la resistencia sistémica adquirida (SAR) y el tratamiento con un agente microbiano parece novedoso y es también valioso examinarlo más. De hecho, en general se ha descuidado el área entera de interacciones entre los antagonistas, saprotrofos, y fauna del suelo en la rizosfera y el suelo, lo que es particularmente importante en términos del establecimiento, sobrevivencia y dispersión de los agentes biocontroladores. Sin embargo, quizás el área más excitante para los ulteriores trabajos involucren la aplicación de modernos métodos moleculares para el control biológico de enfermedades en todos sus aspectos.

Se ha usado exitosamente la fusión de protoplastos para realzar la eficacia de cepas biocontroladores de Trichoderma. Por ejemplo, la cepa 1295-22, que resultó a partir de una fusión entre las cepas T. harzianum T12 y T45, creció más rápidamente que cualquier cepa parental, fue un más eficiente protectante de la semilla en un rango de cultivos incluyendo fríjol, algodón y maíz dulce, y fue fuertemente competitivo en la rizosfera. Este cepa fue subsecuentemente a ser registrada en los EU como F-stop, para el control de enfermedades damping-off (Tabla XII). Sin embargo, son raras las cepas biocontroladoras que resulten a partir de este proceso.

La biología molecular ha ayudado a identificar los modos de acción de muchos agentes biocontroladores (sección III). Esto ha permitido que se desarrollen filtros dirigidos, investigando por adicionales antagonistas que actúen del mismo modo. De manera importante, en el caso del Agrobacterium radiobacter, usado comercialmente para el control de la agalla de corona de plantas leñosas causada por Agrobacterium tumefaciens, el conocimiento del modo de acción obtenido a través de biología molecular ha permitido que el antagonista sea modificado para mantener su uso cuando se observó resistencia a la cepa original antagonista K84 de A. radiobacter. La cepa K84 sintetiza un antibiótico, agrocin 84, que es tomada por la bacteria patogénica vía sistemas específicos permeasa que resultan en la muerte del patógeno. La cepa K84 en si misma no es afectada por agrocin 84. La transferencia del plásmido que codifica para agrocin 84 desde la cepa K84 a cepas patogénicas resulta en cepas patogénicas que se hacen resistentes al agrocin 84. Consecuentemente, una cepa de K84 que carezca de la habilidad de transferir el plásmido que codifica para la producción de agrocin 84 fue modificada genéticamente y esta cepa K1026, el primer agente de control biológico modificado genéticamente disponible comercialmente, fue el primero en ser comercializado en Australia en 1998 como NoGall. Esto demuestra que los microorganismos modificados genéticamente pueden ser aceptables para el uso comercial a condición de que el mecanismo de acción sea conocido y las modificaciones genéticas llevadas a cabo sean claramente entendidas. A condición de que los niveles extra de legislación asociados con el uso de microorganismos modificados genéticamente no planteen mucho problema para el registro en general, este trabajo presagia bueno para el futuro desarrollo de agentes biocontroladores modificados genéticamente.

Está en camino un considerable esfuerzo para mejorar la eficacia biocontroladora de los microorganismos a través del uso de biología molecular. Por ejemplo, en base a la información del modo de acción, se ha introducido un gen de quitinasa desde Serratia marcescens a varias bacterias incluyendo Escherichia coli, Pseudomonas fluorescens, P. putida y Rhizobium meliloti, así como en el hongo Trichoderma harzianum. También han sido introducidos otros genes para quitinasa a partir de Trichoderma harzianum en E. coli. Esto representa los primeros pasos hacia la obtención de una incrementada producción de quitinasa en las cepas biocontroladoras. Con el continuo aislamiento de genes que codifican para proteínas asociadas con micoparasitismo como las quitinasas, β-1,3-glucanasas y proteasas, se incrementará indudablemente el procedimiento de introducción de copias extras del mismo gen ó de genes heterólogos en agentes biocontroladores, u el obtener su expresión constitutiva para conseguir una realzada actividad biocontroladora. Similarmente, ya que son conocidas en bacterias las secuencias génicas que codifican para la producción ó regulación de

antibióticos y sideróforos efectivos contra varios patógenos del suelo, pueden también ser pronto disponibles cepas mejoradas mediante la incrementada producción de antibióticos.

No obstante, todas estas aproximaciones son dependientes de la carga metabólica asociada con la sobreproducción ó expresión de los genes nuevos. Ellos no deben deteriorar la competencia ecológica. Aquí puede ser importante la elección del agente de control biológico y el sistema de transferencia de genes.

Significativamente, la regulación de algunos de los genes involucrados en el biocontrol parece ser dependiente de la densidad celular, asociada con la acumulación de lactonas homoserina N-(3-oxohexanonil) y esto se ha sugerido como una posible razón de la aparente necesidad de que los agentes biocontroladores bacterianos produzcan este compuesto, para colonizar raíces ó semillas efectivamente a fin de que consiga el biocontrol. Claramente se garantiza ulterior estudio del rol de tales metabolitos autoinductores y del sistema regulador gacAllemA (sección III.A.2) en el biocontrol por bacterias.

También se ha eso disponible el uso de genes reporteros ó marcadores como lux, lacZ, luc ó la ice nucleation en estudios de biocontrol. Por ejemplo, cuando se fusionan a los promotores de genes de síntesis de antibióticos, la trascripción de estos genes marcadores ha permitido que la producción de antibióticos sea monitoreada in situ en la cubierta seminal a niveles no detectables por medios convencionales. Si se desarrollan más, esto puede permitir que los genes biocontroladores sean expresados mediante un disparador ambiental predeterminado como el nivel de nutrientes del suelo, el potencial hídrico ó la temperatura, ó quizás en respuesta a un patógeno específico en la rizosfera. Además, los genes marcadores se han usado en el ambiente para monitorear la transferencia de genes entre microbios y para rastrear bacterias y hongos, proporcionando datos ecológicos que pueden asistir ambos en los métodos de reconocimiento y aplicación de los agentes de biocontrol y que son valiosos en los paquetes de evaluación del riesgo para el proceso de registro.

Finalmente, asumiendo la amplia definición del control biológico de Cook & Baker (1983), debe hacerse un breve referencia al uso de plantas transgénicas para el control de enfermedades del suelo. A través del uso de la biología molecular, muchas de las aproximaciones y conceptos son análogas a aquellos adoptados para los microorganismos antagonistas. Por ejemplo, deteniéndose en la observaciones de resistencia inducida (sección II.B.1), se han introducido genes de quitinasa y β.1,2.glucanasa a partir de un rango de fuentes en plantas como canola y tabaco para dar una realzada resistencia al ataque de patógenos. Similarmente, los genes que confieren resistencia a toxinas como a la tabtoxin producida por bacterias patogénicas, péptidos líticos como cecropin B y otros novedosos péptidos inhibidores para un rango de bacterias patogénicas, y enzimas degradantes de oxalato que proporcionan tolerancia a Sclerotinia sclerotiorum, han sido todos clonados en plantas, y está aproximación tiene la ventaja de que no se requieren tratamientos una vez que es producida la semilla. Será interesante seguir el relativo éxito del uso de agentes microbianos biocontroladores modificados genéticamente y de plantas modificadas genéticamente para la resistencia a enfermedades.

Root Exudation and Rhizosphere Biology1 Travis S. Walker, Harsh Pal Bais, Erich Grotewold, and Jorge M. Vivanco* ←Update on Root Exudation and Rhizosphere Biology Department of Horticulture and Landscape Architecture (T.S.W., H.P.B., J.M.V.), Cellular and Molecular Biology Graduate Program (J.M.V.), and Graduate Degree Program in Ecology (J.M.V.), Colorado State University, Fort Collins, Colorado 80523; and Department of Plant Biology and Plant Biotechnology Center, The Ohio State University, Columbus, Ohio 43210 (E.G.) Plant Physiology, May 2003, Vol. 132, pp. 44–51, www.plantphysiol.org © 2003 American Society of Plant Biologists 1 This work was supported by the Colorado State University Agricultural Experiment Station (to J.M.V.), by National Science Foundation-Faculty Early Career Development Award (CAREER) (grant no. MCB 0093014 to J.M.V.), by the Invasive Weeds Initiative of the State of Colorado (to J.M.V.), by the Lindbergh Foundation (to J.M.V.), by the Environmental Protection Agency (to J.M.V.), by the U.S. Department of Agriculture-National Research Initiative Competitive Grants Program (grant no. 2002– 01267 to E.G.), and by the National Science Foundation (grant no. MCB 0130062 to E.G.). * Corresponding author; email jvivanco@lamar.colostate.edu; fax 970 – 491–7745. www.plantphysiol.org/cgi/doi/10.1104/pp.102.019661 Exudación Radical Y Biología De La Rizosfera (traducción) Comunicación Raíz-Rizosfera

Comunicación raíz-raíz Comunicación raíz-microbio Comunicación Raíz-Insecto

Alteración de las características del suelo a través de la exudación Mecanismos celulares de exudación radical

Tráfico subcelular de los metabolitos exudados El transportador ATP-Binding Cassette (ABC) como una alternativa al tráfico vesicular

Localización espacial de los exudados radicales Comentarios Finales Nuestro entendimiento de la biología, bioquímica y desarrollo genético de las raíces ha mejorado considerablemente durante la última década. En contraste, no son todavía bien entendidos los procesos mediados por las raíces en la rizosfera como la secreción de las células radicales del borde y exudados radicales. Además de los roles clásicos de proveer soporte mecánico y permitir la toma de agua/nutrientes, las raíces también desempeñan ciertos roles especializados, incluyendo la habilidad de sintetizar, acumular, y secretar una diversa serie de compuestos. Dada la complejidad y biodiversidad del mundo subterráneo, las raíces son claramente blancos no pasivos para los organismos del suelo. Más bien, los compuestos secretados por las raíces vegetales tienen importantes roles como atrayentes y repelentes químicos en la rizosfera, la zona estrecha del suelo que circunda inmediatamente al sistema radical. Los químicos secretados en el suelo por las raíces son ampliamente referidos como exudados radicales. A través de la exudación de una amplia

variedad de compuestos, las raíces pueden regular la comunidad microbiana del suelo en su vecindad inmediata, hacer frente a los herbívoros, estimular simbiosis beneficiosas, cambiar las propiedades químicas y físicas del suelo, e inhibir el crecimiento de las especies vegetales que compitan. La habilidad de secretar una vasta serie de compuestos en la rizosfera es una de las más remarcables características metabólicas de las raíces vegetales, con cerca del 5 al 21% de todo el carbón fijado fotosinteticamente transferido a la rizosfera a través de los exudados radicales.

Aunque la exudación radical representa claramente un costo significante de carbono para la planta, están solo hasta ahora empezando a ser examinados los mecanismos y procesos reguladores que controlan la secreción radical. Los exudados radicales se han agrupado tradicionalmente en compuestos de bajo y alto Mr. Sin embargo, no se ha hecho un estudio sistemático para determinar la complejidad y composición química de los exudados radicales a partir de diversas especies vegetales. Los compuestos de bajo Mr como los aminoácidos, ácidos orgánicos, azucares, fenólicos, y varios otros metabolitos secundarios se cree que comprenden la mayoría de los exudados radicales, mientras que los exudados de alto Mr principalmente incluyen al mucílago (polisacáridos de alto Mr) y a las proteínas.

La rizosfera es un área densamente poblada en la que las raíces deben competir con sistemas radicales invasores de especies vegetales vecinas por espacio, agua y nutrientes minerales, y con microorganismos del suelo, incluyendo bacterias, hongos, e insectos que se alimentan de una abundante fuente de material orgánico. De este modo las comunicaciones raíz-raíz, raíz-microbio, y raíz-insecto son probablemente eventos continuos en esta zona del suelo biológicamente activa, pero debido a la naturaleza subterránea de las raíces, estas interacciones intrigantes han sido en gran parte menospreciadas. La comunicación raíz-raíz y raíz-microbio puede ser cualquier positiva (simbiótica) para la planta, como la asociación de epifitas, hongos micorrícicos, y bacterias fijadores de nitrógeno con las raíces; o negativa para la planta, incluyendo las interacciones con plantas parasitas, bacterias, hongos e insectos patogénicos. De este modo, si las raíces vegetales están en constante comunicación con organismos simbióticos y patogénicos, como hacen las raíces para llevar a cabo eficazmente este proceso de comunicación dentro de la rizosfera?

Un gran cuerpo de conocimiento sugiere que los exudados radicales pueden actuar como mensajeros que comunican e inician interacciones biológicas y físicas entre las raíces y organismos del suelo. Esta actualización se enfoca en los avances recientes en la exudación radical y en la biología de la rizosfera. Comunicación Raíz-Rizosfera ← La sobrevivencia de cualquier especie vegetal en un ambiente de rizosfera particular depende principalmente de la habilidad de la planta para percibir los cambios en el ambiente local que requieran una respuesta adaptativa. Los cambios locales dentro de la rizosfera pueden incluir el crecimiento y desarrollo de especies vegetales y microorganismos vecinos. Después de encontrar un desafío, las raíces típicamente responden mediante la secreción de ciertas pequeñas moléculas y proteínas. Las secreciones radicales pueden jugar roles simbióticos o defensivos como la planta se conduzca en ultima instancia en comunicación positiva o negativa, dependiendo de los demás elementos de su rizosfera. En contraste al extenso progreso en las interacciones planta-planta, planta-microbio, y planta-insecto que ocurre en los órganos de la planta sobre el suelo como las hojas y tallos, muy poca investigación se ha enfocado en las interacciones raíz-raíz, raíz-microbio, y raíz-insecto en la rizosfera. Las siguientes secciones examinaran el proceso de comunicación entre las raíces vegetales y los demás organismos en la rizosfera.

Comunicación raíz-raíz ← En asentamientos naturales, las raíces están en continua comunicación con los sistemas radicales circundantes de especies vegetales vecinas y reconocen rápidamente y evitan la presencia de raíces invasoras a través de mensajeros químicos. La alelopatia está mediada por la liberación de ciertos metabolitos secundarios por las raíces vegetales y juega un rol importante en el establecimiento y mantenimiento de las comunidades de plantas terrestres. También tiene implicaciones importantes para la agricultura; los efectos pueden ser beneficiosos, como en el caso del control natural de malezas, o perjudicial, cuando los aleloquímicos producidos por las malezas afectan el crecimiento de las plantas cultivadas. Un metabolito secundario secretado por las raíces de centaura negra (Centaurea maculosa) proporciona un ejemplo clásico de los exudados radicales que exhiben comunicación negativa raíz-raíz en la rizosfera. Recientemente, Bais et al (2002c) identifico la (±)-catequina como la fitotoxina secretada por la raíz responsable del comportamiento invasor de la centaura negra en la rizosfera. Interesantemente, la (-)-catequina se mostró que explica la actividad aleloquímica, mientras que la (+)-catequina fue inhibidora para bacterias del suelo. Además de ser la catequina racémica detectada en los exudados de plantas cultivadas in vitro, el compuesto fue también detectado en extractos del suelo a partir de campos invadidos con centaura negra, lo que apoya fuertemente la idea de que el comportamiento invasor de la centaura negra es debido a la exudación de (-)-catequina. Además, este estudio estableció la significancia biológica de la exudación de un grupo de compuestos racémicos como la catequina, demostrando que un enantiómero puede ser responsable de la naturaleza invasora de la planta, mientras que el otro enantiómero puede contribuir a la defensa de la planta.

Aunque se han reportado estudios sobre la biosíntesis del enantiómero común (+)-catequina, poco se conoce acerca de la síntesis de la (-)-catequina ó (±)-catequina como productos naturales. Una posibilidad es que la producción de (+)-catequina sea seguida por su racemización en la raíz ó durante el proceso de exudación. Alternativamente, puede haber una desviación de los pasos de la biosíntesis estero- y enantioespecífica normalmente observados. Los flavonoles kaempferol y quercetina son generalmente percibidos como los productos finales, en vez de intermedios, en la vía. No ha sido aún determinada la correlación de estos experimentos con el proceso de exudación radical, pero los datos deben proporcionar un punto de inicio para estudios ulteriores en la caracterización de los pasos específicos comprometidos en la síntesis de la catequina racémica en las raíces de centaura negra.

El ejemplo de arriba demuestra como las plantas usan los metabolitos secundarios secretados por la raíz para regular la rizosfera para perjudicar a las plantas vecinas. Sin embargo, las plantas parasitas frecuentemente usan los metabolitos secundarios secretados por las raíces como mensajeros químicos para iniciar el desarrollo de los órganos invasores (haustorios) requeridos para el crecimiento heterótrofo. Algunas de las plantas parásitas más devastadoras de importantes cultivos como el maíz (Zea mays), sorgo (Sorghum bicolor), millo (Panicum milaceum), arroz (Oryza sativa), y leguminosas pertenecen a la familia Scrophulariaceae, que invaden típicamente las raíces de las plantas circundantes para privarlas del agua, y nutrientes minerales y esenciales. Se ha reportado que ciertos aleloquímicos como los flavonoides, ácidos p-hidroxi, quinonas, y citoquininas secretados por las raíces hospederas inducen la formación del haustorio, pero no se entiende completamente el exacto requerimiento estructural de los compuestos secretados para la inducción de los haustorios.

Comunicación raíz-microbio ←

La comunicación raíz-microbio es otro proceso importante que caracteriza a la zona subterránea. Algunos compuestos identificados en los exudados radicales que han sido mostrados que juegan un rol importante en las interacciones raíz-microbio incluyen a los flavonoides presentes en los exudados radicales de leguminosas que activan genes de Rhizobium meliloti responsables del procesos de nodulación. Aunque los estudios no son aún concluyentes, estos compuestos pueden también ser responsables de la colonización por las micorrizas vesiculo-arbusculares. En contraste, la sobrevivencia de las delicadas y físicamente no protegidas células radicales que están bajo continuos ataques de microorganismos patogénicos depende de una “ofensiva química subterránea” mediada por la secreción de fitoalexinas, proteínas de defensa, y otros químicos aún desconocidos.

La inexplorada quimiodiversidad de los exudados radicales es un lugar obvio para buscar nuevos compuestos biológicamente activos, incluyendo antimicrobianos. Por ejemplo, Bais et al (2002b) identifico recientemente al ácido rosmarínico (RA) en los exudados radicales de cultivos de pelos radicales de albahaca dulce (Ocimum basilicum) elicitados por extractos de paredes celulares fungosas de Phytophthora cinnamoni. Las raíces de albahaca fueron también inducidas para exudar RA por el desafío fungoso in situ con Pythium ultimum, y el RA demostró una potente actividad antimicrobiana contra una serie de microorganismos del suelo incluyendo a Pseudomonas aeruginosa. Estudios similares por Brigham et al (1999) con pelos radicales de Lithospermum erythrorhizon reportaron la producción específica de la célula de naftoquinonas pigmentadas después de la elicitación, y otras actividades biológicas contra bacterias y hongos del suelo. Dada la observada actividad antimicrobiana del RA y las naftoquinonas, estos hallazgos sugieren fuertemente la importancia de los exudados radicales en defender a la rizosfera contra los microorganismos patogénicos. Además, los estudios anteriormente mencionados complementan la investigación reciente que se enfoca principalmente en la regulación y producción de estos compuestos proporcionando ideas valiosas sobre la importancia biológica del RA y la shikonin.

Ambas bacterias gram-positivas y gram-negativas, incluyendo importantes bacterias fitopatogénicas como Erwinia spp., Pseudomonas spp., y Agrobacterium spp., poseen sistemas sensores a quorum que controlan la expresión de varios genes requeridos para la patogenicidad. El sensor a quorum es una forma de comunicación célula a célula entre las bacterias mediada por pequeñas moléculas de señalización difundibles (autoinductores); estas son generalmente lactonas homo-Ser aciladas (AHLs; acylated homo-Ser lactones) para las bacterias gram-negativas y moléculas peptídicas de señalización para bacterias gram-positivas. Una vez que se alcanza un umbral de concentración a altas densidades de población, un auto-inductor activa luego a proteínas activadoras de transcripción que inducen genes específicos. De este modo, las señales intercelulares permiten a una población bacteriana controlar la expresión de los genes en respuesta a la densidad celular. Una reciente revisión por Fray (2002) reporto que las plantas transgénicas de tabaco productoras de AHL restauraron la patogenicidad a un mutante Erwinia carotovora avírulento deficiente en AHL. Se encontró que los exudados radicales de plántulas de arveja (Pisum sativum) contenían varios componentes bioactivos que imitaban las señales AHL en reporteros de cepas bacterianas bien caracterizados, estimulando los comportamientos regulados por las AHL en algunas cepas mientras que inhibía tales comportamientos en otras. La naturaleza química de tales metabolitos secundarios imitadores es actualmente desconocida. Sin embargo, se reporto también que los extractos acuosos en crudo a partir de varias especies vegetales exhibieron actividad inhibidora AHL. De este modo, es posible que las raíces puedan haber desarrollado estrategias de defensas al secretar compuestos en la rizosfera que interfieran con las respuestas bacterianas con sensores a quorum como con señales imitadoras, bloqueadores de señales, y/ó enzimas degradantes de señales, pero se requieren futuros estudios para aislar y caracterizar estos compuestos.

Comunicación Raíz-Insecto ← El estudio de las interacciones planta-insecto mediadas por señales químicas se ha confinado en gran parte a las hojas y tallos, mientras que el estudio de la comunicación raíz-insecto ha permanecido en gran parte inexplorado debido a la complejidad de la rizosfera y a la falta de sistemas experimentales adecuados. Sin embargo, las plagas herbívoras radicales como los áfidos pueden causar significantes disminuciones en el desarrollo y calidad de importantes cultivos incluyendo la remolacha azucarera (Beta vulgaris), papa (Solanum tuberosum), y leguminosas. Se desarrolló una tentativa para estudiar la comunicación raíz-insecto por Wu et al., (1999) usando una sistema de cocultivo in vitro con pelos radicales y áfidos. En este estudio, se observo que la alimentación del áfido redujo el crecimiento vegetativo e incrementó la producción de poliacetilenos, que han sido reportados ser parte de la respuesta de las fitoalexinas. En un estudio más reciente, Bais et al.,(2002a) reporto la caracterización de alcaloides fluorescentes β-carboline a partir de exudados radicales de Oxalis tuberosa. Los principales compuestos fluorescentes fueron identificados como harmine (7-methoxy-1-methyl-β-carboline) y harmaline (3,4-dihydroharmine; Fig. 1, B-E). Además de su naturaleza fluorescente, estos alcaloides exhiben fuerte fototoxicidad contra un consumidor polífago, Trichoplusia ni, sugiriendo que su actividad insecticida puede estar ligada a la fotoactivación. En las montañas andinas, donde se cultiva principalmente O. tuberosa, estando sometida a una alta incidencia de radicación UV, se observo que la mayor intensidad de fluorescencia se presentó con variedades de Oxalis tuberosa que mostraban resistencia a larvas de Mycrotrypes spp., el gorgojo de los andes. Estos datos sugieren que la luz UV penetra las capas del suelo logrando activar los alcaloides fluorescentes β-carboline secretados por las raíces de O. tuberosa creando una respuesta de defensa insecticida.

Figura 1. A, Representación de las complejas interacciones mediadas por los exudados radicales que toman lugar en la rizosfera entre las raíces vegetales y otros organismos. Los organismos no son dibujados a escala. QS, sensor a quorum. B, Cultivo in vitro de Oxalis tuberosa cultivada en medio líquido estéril bajo exposición a lux UV. C, Estructura química de harmine como se determinó por análisis NMR 1H y C13. D, Se observaron exudados radicales fluorescentes de O. tuberosa ligados al azul en el papel de germinación bajo exposición a la luz UV. E, Muestras de suelo que muestran la fluorescencia obtenida a partir de plantas de O. tuberosa cultivadas en invernadero. Las muestras fueron tomadas a 5 cm. del perímetro del tallo de la planta, y los números (1-8) indican la profundidad por cada 1 cm. hacia la capa superior del suelo. Las plantas O. tuberosa cultivadas in vitro y las muestras recolectadas de suelo de la rizosfera de O. tuberosum fueron visualizadas para la fluorescencia azul-violácea bajo exposición a luz UV con una onda corta de UV aproximadamente de 254 nm.

Alteración de las características del suelo a través de la exudación ← Como una consecuencia del normal crecimiento y desarrollo, son secretados un amplio rango de sustancias orgánicas e inorgánicas por las raíces hacia el suelo, lo que inevitablemente conduce a cambios en su bioquímica y propiedades físicas. Se han atribuido varias funciones a la exudación de la caliptra incluyendo el mantenimiento del contacto raíz-suelo, la lubricación de la punta radical, protección de las raíces de la desecación, estabilización de los microagregados del suelo y adsorción selectiva y almacenamiento de iones. El mucílago radical es un exudado razonablemente bien estudiado que se cree que altera el suelo circundante como sea secretado continuamente por las células en crecimiento de la caliptra. El suelo a capacidad de campo posee típicamente un potencial matricial de -5 a -10 kPa. Se ha especulado que como el suelo se seque y su potencial hídrico disminuya, los exudados empezaran subsiguientemente a perder agua hacia el suelo. Cuando esto sucede, disminuye la tensión superficial de los exudados y se incrementa su viscosidad. Como la tensión superficial disminuya, la habilidad de los exudados para humedecer las partículas del suelo circundante será mayor. Además, como la viscosidad se incremente, se incrementara la resistencia al movimiento de las partículas del suelo en contacto con los exudados, y se conseguirá un grado de estabilización dentro de la rizosfera. Por ejemplo, McCully & Boyer (1997) reportaron que el mucílago a partir de raíces nodales aéreas del maíz tiene un potencial hídrico de -11 mPa, indicando una enorme capacidad de almacenar agua cuando está completamente hidratado, mientras que el mucílago pierde agua hacia el suelo como este empiece a secarse.

Esta especulación apoya la idea de que los exudados radicales pueden jugar un rol mayor en el mantenimiento del contacto raíz-suelo, lo que es especialmente importante para la planta bajo condiciones de sequía y secado, cuando la continuidad hidráulica se ha perdido. Las rizofundas (rhizosheaths) más grandes, más coherentes son formadas en las raíces de pastos en suelo seco. Sin embargo, la formación de la funda requiere de exudados completamente hidratados para impregnar las partículas del suelo circundante que luego se ligan a la raíz y entre ellas cuando el mucílago se seque. Young (1995) encontró que el suelo de la rizofunda fue significativamente más húmedo que el suelo no rizosferico y sugirió que los exudados dentro de la rizofunda incrementan la capacidad de retener agua del suelo. Además, se ha propuesto recientemente que en el suelo seco, la fuente de agua para hidratar y expandir los exudados es la raíz misma. La moderna crío-microscopia de barrido ha ayudado a los investigadores a determinar que la rizofunda de una planta está más hidratada a las primeras horas de la mañana comparando con las muestras a medio día. Esto implica que los exudados liberados desde las raíces en la noche permiten la expansión de las raíces en el suelo circundante- Cuando la transpiración reanuda, los exudados empiezan a secarse y adherirse a las partículas del suelo adyacente. De este modo, la rizofunda es una región dinámica, con fluctuaciones cíclicas en el contenido de hidratación controlado en algún grado por las raíces.

Juntos, estos estudios indican que la exudación radical juega un rol principal en el mantenimiento del contacto raíz-suelo en la rizosfera al modificar las propiedades bioquímicas y físicas de las rizosfera y al contribuir al crecimiento radical y sobrevivencia de la planta. Sin embargo, permanece pobremente entendidos el destino exacto de los compuestos exudados en la rizosfera, y la naturaleza de sus reacciones en el suelo. Mecanismos celulares de exudación radical ←

Tráfico subcelular de los metabolitos exudados ← A pesar de la significancia ecofisiológica de los compuestos secretados por las plantas y el gran número de compuestos que las células vegetales producen, se conoce muy poco acerca de los mecanismos moleculares para el tráfico de fitoquímicos. Por lo menos en algunas plantas, están probablemente involucrados los canales en la secreción de ácidos orgánicos normalmente presentes a altos niveles en el citoplasma. Un buen ejemplo es proporcionado por la exudación de citrato, malato, y ácidos orgánicos relacionados por el maíz y trigo (Triticum aestivum) en respuesta a las altas concentraciones de Al3+. Sin embargo, las plantas tienen el potencial de expresar 100 000 compuestos, derivados principalmente del metabolismo secundario, muchos de ellos con actividades citotóxicas que evitarían su acumulación en el citoplasma. La especulación de que los fitoquímicos son transportados desde el sitio de síntesis al sitio de almacenamiento por vesículas ú organelos especializados está ganando impulso como se acumula evidencia acerca de la presencia de cuerpos intracelulares en células vegetales inducidas para acumular grandes cantidades de metabolitos secundarios. Por ejemplo, es bien conocido que pasos específicos de la vía biosintética del alcaloide isoquinolina son separados vía vesículas de alcaloides y que la vía de intermediarios debe traficar desde un compartimiento subcelular a otro mediante mecanismos que evitan la libre difusión en el citosol. Se observaron inclusiones subcelulares que acumulan fitoalexinas flavonoides 3-desoxi antocianidinas en hojas de sorgo infectadas por el hongo Colletotrichum graminicola. Estas inclusiones son similares a los antocianoplastos observados en células de maíz que expresaron los reguladores C1 y R de la acumulación de antocianos.

Los exudados radicales frecuentemente incluyen a fenilpropanoides y flavonoides, presumiblemente sintetizados en la superficie citoplásmica del retículo endoplásmico (ER). Por ejemplo, la flavona luteolina, secretada por plántulas y cubiertas seminales de alfalfa (Medicago sativa), proporciona una de las señales que inducen los genes de nodulación de R. meliloti. Los flavonoides catequinas citotóxicos y antimicrobianos son secretados por las raíces de centaura negra. Aunque no son conocidos los mecanismos por los que estos compuestos son transportados desde el ER hacia la membrana plasmática, es posible que ellos sean transportados por vesículas originadas del ER que se fusionan con la membrana celular y liberan sus contenidos.

Se han identificado las vesículas con las propiedades arriba descritas y que contienen compuestos verdes autofluorescentes en células de maíz expresando ectópicamente el regulador de P de la biosíntesis de los 3-desoxi flavonoides. Estas vesículas son probablemente originadas del ER, como se sugirió por la presencia de regiones específicas internas verde fluorescente del ER después del tratamiento con brefeldin A. Las vesículas se fusionaron y formaron grandes cuerpos verde fluorescente que migraron a la superficie celular y se fusionaron a la membrana celular y liberaron los compuestos verde fluorescente a la pared celular. Interesantemente, la acumulación de la fluorescencia verde en la pared celular se incrementó con el tratamiento con agentes deterioradores del Golgi, como la brefeldin A ó monensin, sugiriendo una vía independiente de la red de transporte de Golgi para la secreción de estos compuestos. Las células cultivadas de maíz que expresaron ectópicamente el P también acumularon cantidades incrementadas de compuestos amarillos autofluorescentes que son ubicados a la vacuola central por estructuras subcelulares que semejan a los antocianoplastos. El uso de estos compuestos autofluorescentes, ó los β-carbolines fluorescentes presentes en los exudados de las raíces de O. tuberosa, deben en gran parte incrementar las oportunidades disponibles para estudiar los mecanismos moleculares que subyacen a la secreción de los fitoquímicos.

El transportador ATP-Binding Cassette (ABC) como una alternativa al tráfico vesicular ← La sección previa resalto la posibilidad del trafico y fusión vesicular como un mecanismo responsable de la exudación radical, pero pueden otros mecanismos ser también responsables una vez que los compuestos alcanzan la membrana? Por ejemplo, la participación de transportadores de membrana como los transportadores ABC pueden ser responsables de la secreción de los compuestos secretados por las raíces. La superfamilia de transportadores de membrana ABC es una de las familias de proteínas más grandes, y sus miembros pueden encontrarse en animales, bacterias, hongos y plantas. Los transportadores ABC usan la hidrólisis del ATP para transportar activamente compuestos no relacionados química y estructuralmente desde las células. La reciente consecución del proyecto de investigación del genoma de Arabidopsis revelo que Arabidopsis contiene 53 genes putativos transportadores ABC. Sin embargo, es en gran parte desconocida la localización de las proteínas y función de la mayoría de estos genes. La mayoría de los transportadores ABC vegetales caracterizados a la fecha han sido localizados en las membranas vacuolares y se cree que son responsables del secuestro intracelular de citotoxinas.

Actualmente, se conoce muy poco acerca de los transportadores ABC de la membrana plasmática, pero el AtPGP1 de Arabidopsis localizado en la membrana plasmática, ha mostrado estar involucrado en la elongación celular por el bombeo activo de auxinas desde su sitio de síntesis en el citoplasma hacía las células apropiadas. Trabajando en la suposición de que los transportadores ABC de la membrana plasmática pueden estar involucrados en la secreción de metabolitos de defensa, y su expresión puede ser regulada por la concentración de estos metabolitos, Jasinki et al., (2002) identificó un transportador ABC de la membrana plasmática (NpABC1) en Nicotiana plumbaginifolia al tratar cultivos celulares con varios metabolitos secundarios. Interesantemente, la adición de sclareolide, un diterpeno antifungico producido en la superficie foliar de Nicotiana spp, resulto en la expresión del NpABC1. Estos hallazgos sugieren que el NpABC1. Estos hallazgos sugieren que NpABC1 y probablemente otros transportes ABC de la membrana plasmática están involucrados en la secreción de metabolitos secundarios involucrados en la defensa de la planta, pero se requieren de ulteriores estudios para identificar positivamente los transportadores ABC de la membrana plasmática involucrados en la exudación radical de compuestos específicos. Localización espacial de los exudados radicales ← Existen grandes diferencias en la arquitectura radical entre especies vegetales, y debido a las diferentes clases de raíces de la misma planta que explotan diferentes secciones del suelo y que están sometidas a diferentes señales externas, se ha especulado que ellas pueden tener diferente actividad metabólica. Por consiguiente, se ha observado que la entrada de nutrientes mediante las raíces vegetales es heterogénea en el tiempo y espacio. En fríjol común (Phaseolus vulgaris), las raíces básales tienen consistentemente una superior tasa de entrada de nutrientes que las otras clases de raíces (i.e., adventicia, lateral y principal). Esta característica puede ser benéfica para la planta debido a que las raíces básales generalmente exploran el suelo superficial, donde se ubica la mayoría de nutrientes disponibles. Además, Russell & Sanderson (1967) encontraron una gran variación en la tasa de entrada de fósforo entre las raíces seminales, nodales y laterales de cebada. Kuhllmann & Barraclough (1987) observaron que las tasas de toma de nitrógeno por las raíces nodales de trigo fueron hasta 6 veces superiores que aquellas para las raíces seminales, pero la proporción de toma de potasio difirió a un mucho menor grado entre las clases de raíces. A pesar del gran cuerpo de evidencia que conecta la arquitectura radical con la absorción radical de nutrientes, está virtualmente inexplorado el efecto de la arquitectura radical en la exudación radical.

Otra cuestión de hace mucho tiempo está relacionada con el patrón de exudación radical a lo largo del eje longitudinal de la raíz. Desde la base hasta la punta, la mayoría de clases de raíces pueden ser claramente divididas en diferentes secciones en base a las marcadas diferencias en sus características anatómicas. Estas secciones son típicamente la punta radical, la zona de elongación, la zona de maduración, y la zona madura. La punta radical incluye dos subsecciones: la cofia y la región meristemática. En la zona de elongación, ubicada justo detrás de la punta radical, no se presenta división celular, pero hay una vigorosa actividad de elongación celular. La siguiente sección es la zona de maduración, donde los vasos del xilema están completamente diferenciados. Aquí, algunas células epidérmicas se elongan perpendicularmente hacia la rizosfera; estas células son conocidas como pelos radicales. Después de un corto periodo de vida, los pelos radicales mueren y esta región se vuelve la zona madura de la raíz. El grado de vacuolización celular se incrementa desde la punta radical (donde no hay vacuolas presentes) hacia la base de la raíz. Le ha interesado a los investigadores por décadas el cómo esta heterogeneidad anatómica a lo largo del eje radical se relaciona con la actividad metabólica de las raíces.

Aunque las etapas de envejecimiento se correlacionan bien con la actividad metabólica, es ampliamente reconocido que la maduración gradual de los tejidos radicales a lo largo del eje radical no es la única fuente de variación en la actividad metabólica. Aunque la gran demanda de carbono en la zona apical ha sido tradicionalmente atribuida a altas tasas de biosíntesis, puede también ser debido a un activo proceso de exudación radical. En el caso de los procesos de entrada, la absorción del azufre es más alta en la zona de elongación detrás de la región meristemática y aquella del hierro en las zonas apicales de las raíces. En el caso del nitrógeno ó fósforo, se han encontrado resultados contrastantes.

Se ha enfocado mucha menos atención en la ubicación especial de los procesos de exudación radical. La escasa información disponible sugiere que el patrón de exudación no es homogéneo a lo largo del eje radical. La liberación de fitosideróforos en respuesta a la deficiencia de hierro parece concentrarse en las zonas apicales de la raíz. La liberación de aniones orgánicos también seguiría un patrón heterogéneo a lo largo de la raíz, lo que es consistente con la presencia de un gradiente de pH desde la punta hacia la base de la raíz. Por otro lado, en base al tipo de suelo y su resistencia superficial, las puntas radicales pueden secretar una batería de compuestos para suavizar al suelo facilitando el crecimiento radical. Aunque tal mecanismo ha sido hipotetizado por décadas, no se ha identificado aún los químicos involucrados. Un entendimiento de la localización espacial y física de los sitios de exudación de las raíces facilitará la elucidación de las interacciones planta-microbio y planta-planta. Por ejemplo, las señales externas a partir de patógenos y plantas invasoras podrán determinar la zona de la raíz donde la liberación de exudados tomará lugar. Es virtualmente desconocido al momento si hay una relación entre la presencia de patógenos y plantas invasoras con la localización del proceso de exudación radical. Comentarios Finales ← Debido a los significantes avances en la biología radical y a los actuales proyectos fundados en la Nacional Science Foundation sobre la genómica de la raíz-características específicas, las raíces no son más consideradas como una frontera biológica inexplorada. En contraste, no se ha desarrollado al mismo ritmo el conocimiento de los procesos rizosféricos mediados por los exudados radicales. Como se resaltó en esta actualización, las varias líneas de evidencia indican que los exudados radicales en sus varias formas pueden regular las comunidades vegetales y microbianas en la rizosfera. Es valioso mencionar que la mayoría de microbios viven en el suelo, pero solo unos pocos de estos organismos han desarrollado interacciones compatibles con plantas específicas para volverse

exitosos fitopatógenos. En lugar de eso, la vasta mayoría de microbios exhiben interacciones incompatibles con las plantas, lo cual puede ser explicado por la constante y diversa secreción de exudados radicales antimicrobianos. El entendimiento de la biología del proceso de exudación radical puede contribuir a diseñar novedosas estrategias para mejorar el vigor vegetal y aislamiento de los nuevos compuestos de valor agregado encontrados en los exudados radicales.

De los tres ambientes agua salada, agua dulce y tierra, el mar es el más hospitalario. El agua de mar es isotónica respecto de los líquidos corporales de la mayor parte de los animales marinos, de modo que éstos tienen poco problema para mantener el equilibrio hidroelectolítico (i.e., el equilibrio de agua y sales). El empuje hidrostático ejercido por el agua de mar facilita la floración de sus habitantes y la temperatura del mar es relativamente constante debido al gran volumen de agua. El agua dulce es un ambiente mucho menos constante que el agua de mar, y en general contiene menos alimento. El contenido de oxígeno y la temperatura varían. Y la turbidez (debida a partículas suspendidas) e incluso el volumen del agua fluctúan. El agua dulce es hipotónica para los fluidos tisulares de los animales, así que el agua tiende a difundirse hacia el interior del animal; de este modo, los animales de agua dulce deben contar con mecanismos para eliminar el exceso de agua al mismo tiempo que retienen las sales. Esta osmorregulación, requiere un gasto de energía. Por estos motivos, mucho menos tipos de animales viven en agua dulce que en el mar. La vida en la tierra es todavía más difícil. La deshidratación es una grave amenaza, debido a que de manera constante se pierde agua por evaporación, y a menudo es difícil reponerla. Sólo unos cuantos grupos de animales entre los cuales sobresalen representantes de los artrópodos (insectos, arañas, y algunas formas emparentadas) y los vertebrados superiores han colonizado con éxito la tierra. (tomado de Solomon et al, Biología de Villé)

La simetría radial da al organismo el recibir estímulos de todas direcciones del ambiente. La simetría bilateral se considera como una adaptación a la motilidad. Se tiene una cabeza donde se concentran los órganos de los sentidos, este extremo recibe la mayor parte de los estímulos ambientales y por lo general es el que primero tiene contacto con el ambiente. La segmentación es muy importante desde una perspectiva evolutiva, ya que da a las regiones corporales la oportunidad de especializarse. (tomado de Solomon et al, Biología de Villé)