TRABAJOS ORIGINALES
Milvio Casaverde Río, Carla J. Cepeda Agurto, Ramsés Salas Asencios
Morfología y distribución de nódulos de Rhizobium en cuatro especies de leguminosas
MORFOLOGÍA Y DISTRIBUCIÓN DE NÓDULOS DE Rhizobium EN CUATRO ESPECIES DE LEGUMINOSAS MORPHOLOGY AND DISTRIBUTION OF Rhizobium NODULES IN FOUR LEGUME SPECIES Milvio Casaverde Río1, Carla J. Cepeda Agurto1, Ramsés Salas Asencios2
RESUMEN Se realizaron cultivos en campo de cuatro especies de leguminosas: soya (Glicine max), arveja (Pisum sativum), frijol (Phaseolus vulgaris) y alfalfa (Medicago sativa) con el fin de obtener nódulos radiculares nativos de Rhizobium. Se han observado diferencias entre las especies de leguminosas con respecto al momento de desarrollo de los nódulos, así como también con su morfología y su distribución a nivel de raíces principales y secundarias. Se discute la posible relación entre la especie de leguminosa y el tipo de nódulo generado, así como la posibilidad de que las diferentes morfologías de los nódulos se relacionen con la variabilidad de cepa de la bacteria. Palabras clave: fijación de estructura nodular, Rhizobium.
nitrógeno,
ABSTRACT Field crops of soybean (Glicine max), green pea (Pisum sativum), kidney bean (Phaseolus vulgaris) and alfalfa (Medicago sativa) were 1 2
carried out in order to get native root nodules of Rhizobium. It has observed differences between legume species with nodule growth time, nodule morphology, and its distribution on principal and secondary roots. It is analyzed if exists relationship between legume species and nodule type, and the possibility that different nodule shapes are related also with strain varieties of these bacteria. Key words: nitrogen structures, Rhizobium.
fixation,
nodule
INTRODUCCIÓN Las leguminosas constituyen la tercera familia de plantas superiores en cuanto a variabilidad (aproximadamente 750 géneros y 20.000 especies) y la segunda, después de las gramíneas, en importancia agronómica debido a que: (a) poseen una gran potencialidad como productores de proteína vegetal para el consumo humano y fabricación de alimentos enriquecidos para animales (soya, arveja, haba, frijol); (b) son utilizadas como pasto y forraje para consumo animal
Universidad Nacional Federico Villarreal. Facultad de Ciencias Naturales y Matemática. Laboratorio de Biotecnología. Universidad Científica del Sur.
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(trébol, alfalfa); (c) son plantas benéficas para el medio ambiente debido a su capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico, siendo una gran alternativa al uso de fertilizantes químicos; y (d) su capacidad de colonizar ecosistemas naturales mejorando la fertilidad del suelo, participando en la recuperación de suelos marginales y permitiendo el asentamiento de otras especies vegetales al quedar incorporado el nitrógeno fijado a la materia orgánica del suelo (López Gómez, 2007). De las cuatro propiedades benéficas mencionadas, las dos últimas dependen directamente de su capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico debido a la interacción simbiótica con bacterias (Carroll y Mathews, 1990), contribuyendo a la mayor cantidad de producción de nitrógeno en el ecosistema y a una mayor producción de alimentos (Elkan, 1992). Aunque hay diversas asociaciones que realizan este proceso, en la mayoría de lugares agrícolas la fuente más importante (80%) del nitrógeno fijado biológicamente ocurre a través de la simbiosis Rhizobium leguminosas, dependiendo de la variedad del bacteroide, del cultivo, del suplemento de agua, de las condiciones del suelo y de la fertilidad (Layzell y Hunt, 1990). Se calcula que anualmente las leguminosas cultivadas fijan entre 40 y 48 millones de toneladas de nitrógeno, lo que equivaldría a un ahorro de hasta 10 billones de dólares en fertilizantes (López Gómez, 2007). Los rizobios son bacterias aerobias Gramnegativas que pueden fijar nitrógeno en vida libre o en simbiosis, y habitualmente viven como saprófitos en el suelo compitiendo con bacterias quimioheterótrofas. El rizobio entra a la raíz de la planta y se establece entre ellos una relación simbiótica, donde la leguminosa suministra a la bacteria carbono como fuente de energía y la bacteria proporciona nitrógeno inorgánico fácilmente utilizable por la planta (Espinoza y Malpica, 2007). La simbiosis entre leguminosas y rizobios ocurre en el interior de unos órganos altamente especializados denominados nódulos, que se localizan en raíces y en algunas ocasiones en tallos (Howieson y col., 2000). La arquitectura de estos nódulos suministra las condiciones anatómicas y fisiológicas necesarias para que se lleve a cabo la fijación de nitrógeno y el intercambio de nutrientes entre los simbiontes (Lum y Hirsch, 2003). La formación de nódulos fijadores de nitrógeno en leguminosas requiere un intercambio complejo de señales entre el hospedero y la cepa compatible de
rizobio. Las fitohormonas, principalmente las auxinas, han sido implicadas en este proceso, aunque no siempre de la misma manera. Un incremento del ácido indolacético producido por Sinorhizobium meliloti promueve la formación de nódulos indeterminados en Medicago sp., mientras que un aumento en la síntesis de auxinas en Rhizobium leguminosarum no afecta la formación de nódulos determinados en Phaseolus vulgaris (Pii y col., 2007). Esta observación es un claro indicador de la relación entre la bacteria y la planta hospedera que, en algunos casos, es altamente específica de especie y en otros no. Los rizobios son bacterias selectivas, agrupándose según la especie de leguminosa que colonizan. Sin embargo, existen especies de leguminosas que pueden ser colonizadas por cualquier rizobio. Estas especies son llamadas “promiscuas”. La respuesta de las leguminosas a la inoculación con Rhizobium no siempre es igual. La soya y la leucaena son las leguminosas que mejor responden a la inoculación, debido a que ellas pueden ser infectadas por cepas específicas. Por este hecho se considera que, mientras más especificidad haya entre la planta y la bacteria, más efectiva es la asociación simbiótica (López-Gómez, 2007). En el tarwi (Lupinus sp.) la bacteria específica fijadora del nitrógeno capaz de formar nódulos en las raíces es Bradyrhizobium lupini, aun cuando también esta planta puede generar simbiosis con rizobios nativos de suelos (Sucojayo y col., 1998). La formación de una simbiosis efectiva es un proceso altamente específico; sin embargo, el grado de especificidad varía tremendamente entre los diferentes rizobios. Así, algunas cepas tienen un rango de hospedador muy reducido, como por ejemplo Rhizobium leguminosarum biovar trifolii que solo fija nitrógeno en especies de Trifolium (trébol) o Sinorhizobium meliloti, que nodula especies de los géneros Medicago, Melilotus y Trigonella. Otras, por el contrario, muestran un amplio rango de hospedador, como es el caso de Rhizobium sp. NGR234 que nodula 112 géneros incluyendo la no-leguminosa Parasponia (López-Gómez, 2007). Según las características genéticas de las bacterias, se debe diferenciar la capacidad de formar nódulos (infectividad) de la capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico a través de estos nódulos (efectividad) (Sucojayo y col., 1998), capacidades que también deben estar relacionadas con el nivel de especificidad de la bacteria con la planta hospedera. Las cepas de rizobios difieren en cuanto a su
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