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Agricultura microbiológica y productividad sostenible

Dora Trejo Aguilar, Liliana Lara Capistrán, Ramón Zulueta Rodríguez, Héctor López Moctezuma y César E. Moreira Arana1

En el suelo existen diversos microorganismos cuya capacidad par a aumentar las sustancias nutritivas disponibles y producir compuestos que contribuyen a conservar la salud de las plantas es innegable.
El óptimo crecimiento de las especies con valor agronómico depende en gran medida de la capa cultivable de los terrenos, que está constituida por agua en una cuarta parte, por aire en otra cuarta parte, y por materiales sólidos el resto; estos materiales sólidos son, en su mayor parte, partículas minerales, pero también hay materias orgánicas. Así, los aumentos en la producción agrícola se deben a innumerables procesos que tienen que ver con la actividad que lleva a cabo esa diminuta capa biológica, de apenas el uno por ciento, que es la responsable de la fertilidad de los suelos.
De hecho, el auge de la llamada Revolución Verde2 ha concluido y, en razón de que los suelos sin actividad microbiana son prácticamente inertes, hoy día el manejo apropiado de la relación que hay entre los microorganismos, las plantas y el suelo se ha convertido en una alternativa biotecnológica muy prometedora para generar sistemas de producción más sostenibles y menos contaminantes.
Tras fundarse en 1972 la Federación Internacional de Movimientos de Agricultura Orgánica (IFOAM, por sus siglas en inglés), se han tratado de desarrollar sistemas agrícolas que sean convenientes ambiental, social y económicamente, que optimicen la calidad de los productos y mantengan la fertilidad del suelo; pero ello depende de manera indiscutible de que se reduzcan considerablemente los abonos químicos, los plaguicidas y otros productos de síntesis; en su lugar, el IFOAM fomenta que sean precisamente los componentes naturales que tiene un ecosistema los que favorezcan el continuo rendimiento de los cultivos.
Entre ellos destaca la actividad que tienen los macro y microorganismos del suelo e n la transformación, flujo y disponibilidad de los nutrimentos, donde las bacterias PGPR (plant growth promoting rhizobacteria, por sus siglas en inglés), o rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal, y los hongos micorrizógenos arbusculares (HMA) son fundamentales para hacer que crezcan más las plantas y que toleren mejor el ataque de diversos agentes patógenos.
Si bien en diversos trabajos ya se ha mostrado un efecto favorable de esas bacterias y hongos en las plantas de café, aguacate, guayabo, plátano, ciertas hortalizas y plantas ornamentales, caña común y panelera, palma africana, árboles nativos, pastos comunes y de corte, aún hace falta valorar el comportamiento del cultivo después de que se le ha transplantado al campo para ver qué otras bondades puede ofrecer esta relación simbiótica.
En el panorama de la agricultura ecológica, el cúmulo de aportes que los hongos micorrizógenos arbusculares producen los ha convertido en un factor de manejo obligatorio, toda vez que su presencia va más allá del mero impacto en la producción vegetal y origina diversos beneficios ambientales debido a que, además de favorecer un uso más racional de los agroquímicos, forman agregados más estables en el suelo que impiden su erosión.
Un efecto que a menudo ocurre cuando los hongos micorrizógenos arbusculares se asocian con un sistema de raíces es que mejora la respuesta de la planta cuando el agua que se infiltra en el suelo es escasa; además, favorecen su capacidad para captar más energía luminosa e incrementan su biomasa vegetal y agrícola. En este sentido, se ha comprobado que cuando hay poca humedad disponible para el crecimiento, los hongos alteran el metabolismo de una planta micorrizada (por lo general denominada "planta hospedera") y aumentan su tolerancia a la sequía al elevar la concentración de proteínas en sus raíces.
De este modo, la simbiosis micorrizógena arbuscular se ha convertido en un punto común de investigación mundial por su especial importancia en la ecotecnología de los sistemas agrícolas y forestales del trópico.
En México, el estudio de las interacciones entre una planta y los HMA se ha llevado a cabo durante tres décadas, y por lo regular se ha comprobado que el uso apropiado de estos microorganismos permite reducir el consumo de energía y de materiales inorgánicos, la degradación del agroecosistema y la pérdida de nutrimentos; asimismo, mantienen la capacidad productiva del sistema, preservan la biodiversidad y hacen posible obtener cosechas cuyo rendimiento es sostenido y más estable.
En sí, esta novedosa tecnología responde a algunas de las propuestas y acuerdos internacionales firmados en la Agenda 21 de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y Desarrollo efectuada en Río de Janeiro en junio de 1992, y da cumplimiento a algunas de las proposiciones ahí vertidas, entre las que resaltan las bases de acción, objetivos y actividades relacionada s con el fomento de la agricultura y del desarrollo rural sostenibles, las modalidades insostenibles de producción y consumo, el enfoque integrado de la planificación y la ordenación de los recursos terrestres, la conservación de la diversidad biológica, la lucha contra la deforestación, la generación de nuevas tecnologías p ara la selección rápida de organismos que puedan tener propiedades biológicamente útiles y la gestión ecológicamente racional de la biotecnología.
Entonces, la peculiaridad mostrada por las bacterias PGPR y los HMA los convierte en microorganismos potencialmente aptos y elegibles para mantener o realzar el rendimiento de uno o varios hospederos que se han establecido bajo condiciones adversas de humedad y nutrición.

Las bacterias PGPR

Este tipo de bacterias habita en la zona periférica de las raíces de una planta, zona en la que su capacidad invasiva es muy alta; la asociación entre ellas y las raíces comienza en respuesta a un intercambio de señales que se disparan a partir de que se establece la mutua interacción entre unas y otras, con resultados benéficos para ambas.
En sí, estos microorganismos son capaces de producir sustancias fisiológicamente activas, como vitaminas, giberelinas, citoquininas y ácido indolacético en cantidades importantes, cuya acción conjunta estimula la germinación de las semillas, acelera el crecimiento y el desarrollo de las planta se incrementa el rendimiento de los cultivos.
Ciertos géneros bacterianos son de vida libre y fijan el nitrógeno que hay en la atmósfera en proporciones considerables. Si bien el caso más prominente de este tipo particular de simbiosis es el que ocurre entre las plantas leguminosas y el género Rhizobium, también destacan los Azospirillum en los pastos y los Frankia en diversas especies forestales.
En realidad, los géneros Azospirillum y Frankia se caracterizan por el tipo de sustancias que producen durante su crecimiento y proliferación, los cuales son bastante efectivos para formar agregados del suelo que mejoran sustancialmente su capacidad hídrica y el intercambio gaseoso.
Del mismo modo, las rizobacterias tienen una capacidad evidente para suprimir numerosos organismos patógenos del suelo capaces de reducir el rendimiento de los cultivos establecidos tanto en un invernadero como en el campo.
Entre ellas se hallan las Pseudomonasspp., que producen antibióticos y ácido cianhídrico, activan diversos mecanismos de defensa y producen compuestos que pueden actuar como agentes para el control biológico de hongos y bacterias dañinas para las plantas.
Estos metabolitos son bastante útiles cuando de sistemas agroproductivos estables se trata, ya que tienen una alta potencialidad para incrementar los rendimientos en la cosecha y, por lo tanto, constituyen una alternativa de gran interés para mantener la salud de los cultivos. De la misma forma, pueden colonizar una infinidad de especies vegetales cuyo interés se finca en su actual o futuro valor económico.
Finalmente, cabe destacar que dentro del grupo de bacterias PGPR merecen una mayor atención géneros como Antrobacter, Bacillus, Enterobacter, Serratia y Azotobacter porque pueden ser de gran valía para el fomento de la agricultura y del desarrollo rural sostenibles.

Los hongos micorrizógenos arbusculares

En relación con la simbiosis micorrizógena arbuscular, la literatura científica especializada reporta que ésta es una interacción inocua entre un hongo y una raíz, cuyos efectos en la fase de crecimiento vegetativo y reproductivo de las plantas son múltiples.
Se cree que los HMA más comunes en casi todas las zonas climáticas del mundo son los arbusculares, pues se han reconocido en casi todos los componentes florísticos conocidos hoy día (entre 225 mil y 240 mil especies vegetales), ya que su función principal consiste en absorber nutrimentos.
Por otro lado, y aunque todavía no es suficiente el progreso alcanzado para entender los mecanismos que regulan la acción recíproca entre ambos socios durante la simbiosis, las evidencias disponibles son más que suficientes para concluir que, pese a la indiscutible complejidad del fenómeno y del alto costo energético que la asociación representa para las plantas, parece haber una relación de beneficio mutuo, y por ello en la mayoría de los hábitats terrestres predominan las plantas que se asocian con estos hongos micorrizógenos.
Hasta ahora, en numerosas investigaciones se ha hallado que la formación de micorrizas en las plantas puede hacer que éstas toleren mejor la sequía y la salinidad, al tiempo que las protege contra los animales que comen sus tallos y hojas, los iones tóxicos y el ataque de agentes patógenos del suelo.
Del mismo modo, se ha demostrado que reducen en un alto grado el estrés ambiental que predispone a la planta a las enfermedades, modifican el balance de sustancias que regulan el crecimiento de éstas y satisfacen habitualmente la demanda de carbono que se requiere para mantener la dinámica y la función de las estructuras de los hongos que se forman dentro de las raíces en esta asociación.
Así, y tras considerar la gama de efectos positivos que tales microorganismos tienen sobre la adaptabilidad y el comportamiento de las especies vegetales, puede preverse que en la medida en que se amplíe el conocimiento sobre las limitantes tecnológicas que actualmente restringen su uso habitual, serán de cualquier modo imprescindibles para definir rumbos y escenarios agrícolas en los que la ética de la modernidad, la racionalidad social, los costos ecológicos y la conservación y aprovechamiento de los recursos aseguren un crecimiento y desarrollo sostenido.
En conclusión, y si bien es cierto que las bacterias PGPR y los HMA son parte fundamental de la comunidad de microorganismos que viven en el suelo, su presencia y las múltiples interacciones que establecen contribuyen a definir la dinámica ecológica de la rizosfera y a regular la composición y la diversidad de las comunidades vegetales. En la actualidad resulta imperioso generar información básica y técnicas capaces de discernir el tipo de sistemas agroproductivos en los que el arreglo espacial y cronológico de sus componentes es promisorio, es decir, capaces de maximizar la productividad y la sostenibilidad, lo que demanda la manipulación biotecnológica de estos microbios.

Para el lector interesado

Guerrero, E., Rivillas, C., y Rivera, E.L. (1996). Perspectivas de manejo de la micorriza arbuscular en ecosistemas tropicales. En E. Guerrero F. (Ed.): Micorrizas: recurso biológico del suelo (pp. 181-206). Bogotá: Fondo FEN Colombia.
Trejo A., D., R. Ferrera-Cerrato, M.A. Escalona A. y A. Rivera F. (1996). Ecología de la endomicorriza arbuscular en el cultivo del café (Coffea arabica L.). La Ciencia y el Hombre, 23(8), 7-20.
Trejo A., D., Zulueta R., R. y Lara C., L. (2003). Microbios que determinan la biodiversidad en bosques y selvas. La Ciencia y el Hombre, 16(3), 21-22.

 

1 Laboratorio de Organismos Benéficos de la Facultad de Ciencias Agrícolas de la Universidad Veracruzana, Campus Xalapa, Zona Universitaria, 91000 Xalapa, Ver., correo electrónico: rzulueta@uv.mx.
2 Considerada por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) como un rotundo fracaso en la Cumbre sobre la Alimentación celebrada en Roma en 1996.