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Universidad de La Salle Universidad de La Salle Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle Biología Escuela de Ciencias Básicas y Aplicadas 2023 Caracterización de rizobacterias promotoras de crecimiento Caracterización de rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal aisladas de la ibia (Oxalis tuberosa) vegetal aisladas de la ibia (Oxalis tuberosa) Valentina Guendica Ruiz Universidad de La Salle, Bogotá, vguendica98@unisalle.edu.co Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/biologia Part of the Biology Commons Citación recomendada Citación recomendada Guendica Ruiz, V. (2023). Caracterización de rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal aisladas de la ibia (Oxalis tuberosa). Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/biologia/155 This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Escuela de Ciencias Básicas y Aplicadas at Ciencia Unisalle. 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Valentina Guendica Ruiz Universidad De La Salle Escuela de Ciencias Básicas y Aplicadas Programa de Biología Bogotá D.C., Colombia 2023 2 Caracterización de rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal aisladas de la ibia (Oxalis tuberosa). Valentina Guendica Ruiz. Trabajo de grado para optar por el título de bióloga. Tutora Lucía Cristina Lozano Ardila Microbióloga M.Sc.Ph.D. Profesora asociada. Cotutora Elsa Beatriz Fonseca Santanilla. Química M.Sc.Ph.D. Profesora asociada. Universidad de La Salle Escuela de Ciencias Básicas y Aplicadas Programa de Biología Bogotá D.C., Colombia 2023 3 4 AGRADECIMIENTOS A mi mamá (Mau), quien es mi raíz, mi tronco, mis ramas, mis hojas y mis flores; no solo me dio la vida, sino que me enseña a vivirla diariamente. Por su esfuerzo y apoyo en todos los aspectos de mi vida, por ser tan correcta, amorosa e inculcar los principios fundamentales de la vida en mí; te amo y eres la mujer a la que aspiro llegar a ser. A mi padre (Pá) por enseñarme los valores de la nobleza y responsabilidad, la alegría vivida en los primeros años de mi vida y la confianza que siempre depositas en mí. A mi abuelita, por ser mi segunda mamá, por inspirarme a no rendirme y a superar los obstáculos que me ponga la vida por delante; gracias por formarme y enseñarme que solo yo defino que tan lejos puedo llegar. A mi directora, Lucía Lozano, por guiarme, sus palabras de apoyo constantes, sus correcciones, por enamorarme de la microbiología desde lo más sencillo hasta lo más complejo y ayudarme a encontrar un rumbo en este basto mundo. A mi codirectora, Elsa Fonseca, por introducirme en el tema de los tubérculos andinos, generar en mi la curiosidad por las técnicas de análisis químico, acompañarme en las primeras etapas de escritura. A la profesora María Isabel por tomarse el tiempo de leer y corregir las locuras que he escrito, por enseñarme que la seguridad en uno mismo es lo más importante además de la sinceridad y la alegría. Gracias a las tres, por inspirarme como mujeres en la ciencia, por confiar en mí y en mi trabajo y hacer parte importante de mi formación como bióloga. A mi pareja, Juan Daniel, por ser tan diferente a mí y permitirme encontrarme en esas diferencias, por ser tan seguro y enseñarme a serlo, por tu amor, tu cariño, tus palabras de aliento, por tomar mi corazón y hacer de él un musculo más fuerte. Que la vida nos permita celebrar mis logros, tus logros, nuestros logros. A Nicol Herreño, no solo eres mi compañera de laboratorio, sino que me enseñaste que las almas gemelas también se pueden dar en las amigas; gracias por cuestionarme, por aprobarme por abrirte conmigo y confiar en que tus sentimientos conmigo estarían a salvo; gracias por acompañarme en esta etapa, y espero con ansias el momento en el que la vida nos junte en otro proyecto. A Sofi (pollo) por permitirme entrar en tu vida y forjar una amistad que ha superado una pandemia con una oleada de videollamadas, de caras graciosas, de canciones escuchadas y dedicadas. Andre y Ednna por estar en los recuerdos más bonitos que tengo de la universidad, 5 por reírnos y llorar juntas entre alegrías y lamentos, gracias por hacer la vida más llevadera. A las tres les agradezco el enorme apoyo que me dieron durante toda la carrera. Por último, le agradezco a la señora Yalile, a Carlos, don Marcos, Milena y Juan Pablo por ayudarme de manera directa e indirecta a culminar este trabajo. A los técnicos de laboratorio por cumplir con su labor y permitirme realizar de manejar segura y completa mi trabajo en laboratorio. A la Universidad de La Salle y el programa de Biología por permitirme realizar este maravilloso proyecto que permanecerá tatuado en mi corazón. 6 Tabla de contenido. 1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 10 2.OBJETIVOS ......................................................................................................................... 13 3. METODOLOGÍA ................................................................................................................ 13 3.1. Muestras de suelo .......................................................................................................... 13 3.2. Aislamiento de bacterias de la rizosfera de O. tuberosa ............................................... 13 3.3. Clasificación de aislados bacterianos............................................................................ 14 3.4. Estimación de diversidad de rizobacterias en O. tuberosa ........................................... 14 3.4.1. Riqueza ...................................................................................................................... 14 3.4.2. Abundancia ................................................................................................................ 14 3.5. Caracterización de rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal ........................... 15 3.5.1. Crecimiento en medio libre de nitrógeno................................................................... 15 3.5.2. Solubilización de fosfatos .......................................................................................... 15 3.5.3. Producción de ácido indol acético (AIA) ................................................................... 15 3.5.4. Producción de giberelinas .......................................................................................... 16 3.5.5. Evaluación in vitro de la actividad antifúngica.......................................................... 16 3.6. Análisis estadístico........................................................................................................ 16 4.RESULTADOS..................................................................................................................... 17 4.1. Muestras de suelo ..........................................................................................................17 7 4.2. Aislamiento e identificación de los aislados bacterianos .............................................. 18 4.3. Estimación de diversidad de la rizosfera de O. tuberosa .............................................. 20 4.3.1 Riqueza ................................................................................................................... 20 4.3.2. Abundancia ............................................................................................................ 21 4.4. Bacterias promotoras crecimiento vegetal .................................................................... 23 4.5. Bacterias con actividad de control biológico contra Fusarium solani .......................... 25 5. DISCUSIÓN ........................................................................................................................ 26 Clasificación y diversidad de bacterias aisladas de la rizosfera de O. tuberosa. ................. 26 Rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal aisladas de O. tuberosa. ........................ 27 Actividad antifúngica de rizobacterias aisladas de O. tuberosa frente a Fusarium solani. . 29 6. CONCLUSIONES ............................................................................................................... 29 RECOMENDACIÓNES .......................................................................................................... 30 6. REFERENCIAS ................................................................................................................... 31 Lista de tablas. Tabla 1. Morfología microscópica de los 16 morfotipos aislados. La tinción de gram se ve interpretada (+) como positivo y (+/-) como gram variable. Las casillas con un (-) representan ausencia, y con un (+). ............................................................................................................. 18 Tabla 2. Índices de diversidad por muestras. ................................................................... 21 Tabla 3. Morfotipos con resultado positivo (+) para las pruebas in vitro. ...................... 24 8 Lista de figuras. Figura 1. Oxalis tuberosa (A) Hábito (B) Tallo suculento (C) Hojas trifoliadas (D) Tubérculo (fotos por Lucía Lozano, 2023). ............................................................................. 12 Figura 2. Variedades de O. tuberosas utilizadas en el estudio. ......................................... 17 Figura 3. Morfotipos con presencia de esporas. Los morfotipos son (A)MRI03, (B) MRI07, (C) MRI09, (D)MRI12 y (E)MRI17. ....................................................................................... 19 Figura 4. Riqueza de morfotipos aislados por muestras, variedades y lugar de recolecta. Los municipios se identifican por color; el color con mayor intensidad indica que el lugar de proveniencia es Pasca, mientras que el de menor intensidad representa a Bojacá. ................. 20 Figura 5. Curvas de abundancia relativa de los morfotipos. (A) muestra MI1, (B) muestra MI3, (C) muestra MI4, (D) muestra MI5 y (E) muestra MI2. ................................................. 22 Figura 6. Cantidad de morfotipos con resultado positivo en las pruebas in vitro relacionadas con la promoción de crecimiento vegetal efectuadas. (MLN) son las siglas para medio libre de nitrógeno y (AIA) para ácido indolacético. ..................................................... 24 Figura 7. Porcentaje de inhibición de crecimiento del hongo F. solani por 7 morfotipos de rizobacterias de O. tuberosa. ................................................................................................... 25 9 RESUMEN La agricultura sostenible, que promueve el uso de microorganismos beneficiosos para las plantas y el suelo, es una alternativa que busca mejorar la salud de los cultivos y del medio ambiente. La búsqueda de rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal en tubérculos nativos de los Andes podría reemplazar el uso de insumos químicos y promover procesos biológicos beneficiosos en los agroecosistemas con poco o ningún impacto negativo. La ibia u Oxalis tuberosa es un cultivo tradicional de los Andes que se encuentra en riesgo de erosión genética, es interesante debido a su resistencia, alto valor nutricional y cultivo agroecológico, lo quw la convierten en una opción prometedora para la producción de alimentos de manera sostenible, contribuyendo a la conservación del medio ambiente y la biodiversidad. Esta investigación se realizó con el propósito de caracterizar bacterias rizosféricas de O. tuberosa para determinar su potencial como promotoras de crecimiento vegetal. Se realizaron pruebas in vitro para evaluar su potencial como fijadoras de nitrógeno, solubilizadoras de fosfato, productoras de ácido indolacético (AIA) y giberelinas; además de una característica indirecta como la inhibición de crecimiento fúngico de fitopatógenos como Fusarium solani. Los resultados obtenidos nos indican que O. tuberosa posee una diversidad baja/media de rizobacterias que principalmente presentan la capacidad de fijar nitrógeno (81,25%) y producir auxinas como el AIA (75%), la solubilización de fosfatos (62,5%) también se destaca dentro de las mismas, sin embargo, la producción de giberelinas (37,5%) tiende a ser la característica menos común entre las bacterias aisladas. La inhibición de F. solani fue causada por siete rizobacterias que estresaron y disminuyeron el crecimiento en un 18% a 37%. Por ende, las rizobacterias de O. tuberosa presentan un potencial para contribuir de manera positiva al suelo, la salud y producción de cultivos, y otros usos, como en el ámbito biotecnológico, en la obtención de biofertilizantes. PALABRAS CLAVE: PGPR, promoción, biocontrol, diversidad, rizosfera. 10 1. INTRODUCCIÓN La intensificación de las actividades agrícolas ha incrementado enormemente la productividad de los cultivos en todo el mundo, pero también ha aumentado nuestra dependencia de insumos químicos, como fertilizantes y pesticidas que son utilizados para aumentar el rendimiento de los mismos y cumplir a cabalidad con la demanda alimenticia; sin embargo, estos tienen múltiples efectos negativos ambientales (variación del pH y deterioro de la estructura del suelo, etc.) y para la salud humana (problemas neurológicos y dermatológicos) debido al bajo nivel de conocimiento y a su mal manejo; además, algunos patógenos han desarrollado resistencia a estos productos químicos (Jimenez-Quintero et al, 2016; Saeed et al, 2021; Vargas-Salas & Daza-Pedraza, 2020). Dentro de los organismos patógenos encontramos los hongos fitopatógenos, los cuales causan enfermedades en las plantas, pues afectan diferentes partes de ésta, como las raíces, los tallos, las hojas y los frutos, y pueden causar una amplia gama de síntomas, desde manchas foliares hasta la muerte de la planta (Agrios, 2005; Dean et al, 2012). La especie Fusarium solani se destaca por ser la causante de un sinnúmero de afecciones en cultivos, ocasionando enfermedades caracterizadas por marchitez, tizones, producción de toxinas, pudriciones en cultivos ornamentales y forestales en ecosistemas agrícolas y naturales. Este hongo ha sido relevante gracias a su rápida infección que puede iniciar en las raíces, en partes de la planta por encima del suelo, a través del aire o el agua, responsable de la caída de la productividad, de la gran mortalidad de las plantas y, consecuentemente, de la reducción de la vida económica del cultivo (Villa-Martinez et al, 2014; Gomes et al, 2014), razón por la cual se han incrementado los estudios que buscan evitar su propagación y controlar el crecimiento del hongo. La agricultura sostenible es una alternativa que fomenta la adopción de prácticas adecuadas para la gestión tanto de los agroecosistemas como del medio ambiente en general. Esta fomentala importancia del uso de microorganismos beneficiosos para las plantas y el suelo que tengan potencial para mejorar la salud de los cultivos a través del crecimiento y el desarrollo (Adeleke et al, 2019); Además de mejorar el desarrollo vegetal, tienen funciones secundarias como la inducción de resistencia sistémica en las plantas y el biocontrol de organismos patógenos (Cano, 2011). Los microorganismos de la rizosfera son particularmente importantes para el desarrollo de las plantas, ya que participan en procesos directos como: la fijación de nitrógeno, la solubilización 11 de fosfatos y la producción de fitohormonas; e indirectos como la protección de las plantas contra fitopatógenos, motivos por los cuales representan un enfoque amigable con el medio ambiente (Baez-Vallejo et al, 2020; Khalil et al, 2021). Dentro de los organismos más conocidos por estas capacidades encontramos a las especies pertenecientes a los géneros Rhizobium, Pseudomonas, Azospirillum, Microbacterium y Bacillus, los cuales han mostrado efectos positivos en leguminosas como el arroz, tubérculos como la yuca y gramíneas como la avena, reportándose que en este último grupo, la aplicación de cepas de Azospirillum ha permitido un ahorro hasta del 50% de fertilizantes, información que genera un valor agregado a la agricultura sostenible (González & Fuentes, 2017; Pazos-Rojas et al, 2016 ). La importancia y necesidad de considerar bacterias asociadas a tubérculos nativos en la búsqueda de potenciales rizobacterias promotoras de crecimiento va ligada entre otros a preservar las especies que puedan generar beneficios a los cultivadores y al ecosistema, pues se ha evidenciado que estos organismos aislados de cultivos de papa, ñame, entro otros (Sánchez-López & Pérez-Pazos, 2018), podrían llegar a reemplazar el uso de fertilizantes y pesticidas químicos brindando una solución armónica cuidando la naturaleza, con capacidades de impulsar muchos procesos biológicos beneficiosos en los agro ecosistemas con poco o ningún impacto negativo (Cano, 2011; Lopez-Reyes et al, 2004). La ibia (Oxalis tuberosa) (figura 1) también conocida como papa de oca, es una hierba de tallos suculentos con un porte de 20 a 30 cm aproximadamente, conocida principalmente por sus tubérculos, ya que se encuentra dentro de los más tradicionales y endémicos de la región andina, por ejemplo, en el Ecuador prehispánico se encontraron evidencias de vestigios en tumbas de 8.000 años de antigüedad (Castillo, 2017). Esta especie vegetal, presenta variedades que se clasifican principalmente por su color dejándonos dos grupos; rosadas a moradas, y blancas a amarillo; esta coloración permite conocer la riqueza de bioactivos (Chuquilín- Goicochea et al, 2020). Nutricionalmente es similar a la papa, tiene propiedades agroindustriales y medicinales, presenta una fácil adaptabilidad frente a condiciones ambientales difíciles, constituye un alimento básico para las comunidades campesinas e indígenas de la región y es considerada patrimonio cultural (Clavijo et al, 2011). En Colombia se cultiva O. tuberosa en departamentos donde se encuentran pisos térmicos fríos (2.800 a 4.000 msnm) como Cundinamarca, Nariño, Cauca y Boyacá; en donde se encuentran comunidades indígenas como los Paeces, Muiscas, Laches, etc. que hacen uso y aprovechamiento de este tubérculo mediante diferentes técnicas de cultivo, siendo una de estas 12 el “policultivo”, que consiste en la siembra de diferentes cultivos en la misma área permitiendo que se beneficien los unos de los otros; en este caso, O.tuberosa favorece el control de malezas y el buen uso de la fertilidad del suelo (Castillo, 2017; Morillo et al, 2019). A pesar de dichas características, se encuentra clasificado como un cultivo marginal y se enfrenta a una posible erosión genética (FAO) por factores tales como las dificultades en el mercadeo del producto, bajo prestigio social, laboriosos procesos de cocción y bajo retorno económico (Morillo et al, 2019). Existen pocos estudios donde se identifique o clasifique a las bacterias rizosféricas de O. tuberosa con mecanismos de promoción de crecimiento vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés), debido a esto y con el ánimo de generar conocimiento y avanzar en el tema de la preservación de los cultivos endémicos, este estudio pretende caracterizar las bacterias que se encuentran en la rizosfera de O. tuberosa que presenten mecanismos de promoción de crecimiento vegetal directos, que comprenden la fijación de nitrógeno, solubilización de fosfatos y producción de hormonas (ácido indolacético y giberelinas); y mecanismos indirectos como la actividad antifúngica contra F. solani. Figura 1. Oxalis tuberosa (A) Hábito (B) Tallo suculento (C) Hojas trifoliadas (D) Tubérculo (fotos por Lucía Lozano, 2023). 13 2.OBJETIVOS 2.1. Objetivo general Caracterizar bacterias rizosféricas de Oxalis tuberosa para determinar su potencial como promotoras de crecimiento vegetal. 2.2. Objetivos específicos ● Seleccionar las bacterias de la rizosfera de O. tuberosa que presentan mecanismos de promoción de crecimiento vegetal como la fijación de nitrógeno, solubilización de fosfatos, producción de ácido indol acético y producción de giberelinas. ● Evaluar la capacidad antagónica de las bacterias de la rizosfera de O. tuberosa sobre el hongo F. solani. 3. METODOLOGÍA 3.1. Muestras de suelo Se recolectaron cinco muestras en total de las raíces con suelo de O. tuberosa, dos en el municipio de Pasca y tres en el municipio de Bojacá, del departamento de Cundinamarca, Colombia y se almacenaron en bolsas plásticas para su traslado. 3.2. Aislamiento de bacterias de la rizosfera de O. tuberosa Para el aislamiento se tomó 1 g de suelo rizosférico de O. tuberosa. Se realizaron diluciones seriadas en base 10 (desde 10-1 hasta 10-4) en una solución de agua destilada estéril en condiciones asépticas. Luego, se sembraron 0,1 ml de cada dilución en placas de agar nutritivo (AN). Las placas se llevaron a incubación durante siete días a 25 °C. Después del período de incubación, se realizó el recuento y se sembraron por aislamiento las colonias individuales en AN. Además, los aislamientos se mantuvieron mediante subcultivos regulares en AN cada cuatro semanas y se conservaron en glicerol al 20% a -20 °C (AlAli et al, 2021). 14 3.3. Clasificación de aislados bacterianos Se realizó una clasificación morfológica de los aislados basándose en las características de las colonias y la morfología microscópica con la tinción de Gram. 3.4. Estimación de diversidad de rizobacterias en O. tuberosa La diversidad alfa es la que evalúa, mediante índices, la abundancia y riqueza a nivel de localidad, lo que corresponde en este estudio a los morfotipos de las bacterias aisladas de las cinco muestras pertenecientes a dos variedades de ibia recolectadas. Para la estimación de este estudio se establecieron dos índices de diversidad calculados empleando el software PAST® (Villareal et al, 2004; Valdez et al, 2018): Índice de Shannon-Weaver: Este índice toma valores desde 0 a 5, donde valores inferiores a 2 indican baja diversidad y superiores a 3 alta diversidad. Índice de dominancia: Oscila en un rango de 0 a 1; valores cercanos a 1 indica dominancia de una especie en la localidad, mientras que valores cercanos a 0 expresan igualdad en la distribución de las especies. 3.4.1. Riqueza Para estimar la riqueza se tomaron los datos de los morfotipos aislados de las muestras de suelo de O. tuberosa, con esto, se tuvo en cuenta hasta los morfotipos no aislados, pues, de igual manera, corresponden a la composición de la comunidad bacteriana. Se realizó una gráfica como análisis donde se relacionan el número de morfotipos por muestra analizada haciendo uso del software GraphpadPrism®. 3.4.2. Abundancia Para calcular la abundancia por muestra,se tomaron los datos de las unidades formadoras de colonia por gramo (UFC/g) de cada uno de los morfotipos aislados. Para su análisis se elaboraron graficas rango abundancia por muestra analizada, empleando el software GraphpadPrism®. 15 3.5. Caracterización de rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal 3.5.1. Crecimiento en medio libre de nitrógeno La fijación del nitrógeno atmosférico se evaluó inoculando cada uno de los aislados en medio libre de nitrógeno (MLN) preparado con la siguiente composición: sacarosa (20 g), carbonato de calcio (CaCO3) (2 g), fosfato dipotásico (K2HPO4) (1 g), cloruro de sodio (NaCl) (0,50 g), sulfato de magnesio (MgSO4) (0,50 g), sulfato férrico (Fe2(SO4)3) (0,10 g), molibdato de sodio deshidratado (Na2MoO4-2H2O) (0,005 g) y agar (15 g) por litro de solución. Después de la inoculación, las placas se incubaron a 25 °C durante siete días, la observación de las colonias emergentes en el medio se reportó como un resultado positivo (AlAli et al, 2021). Se realizaron dos pases adicionales para corroborar la capacidad de captación de nitrógeno atmosférico mediante la observación de crecimiento en medio libre de nitrógeno. 3.5.2. Solubilización de fosfatos La solubilización de fosfato inorgánico se comprobó inoculando por triplicado los aislados bacterianos en agar Pikovskaya, que contiene trifosfato de calcio (Ca3(PO4)2) como fuente de fosfato (5 g), extracto de levadura (0,50 g), dextrosa (10 g), nitrato de amonio (NH4NO3) (0,50 g), cloruro de sodio (NaCl) (0,20 g), sulfato de magnesio (MgSO4) (0,10 g), y agar (15 g) por litro de solución. Tras siete días de incubación a 25 °C, se registraron como resultado la presencia de un halo más claro alrededor de las colonias bacterianas observadas a simple vista (AlAli et al, 2021). 3.5.3. Producción de ácido indol acético (AIA) Las bacterias se sembraron por triplicado en agar levadura malta-dextrosa (YMD, por sus siglas en inglés), compuesto de extracto de levadura (4 g), extracto de malta (1 g), glucosa (4 g) y agar bacteriológico (15 g) por litro de solución. Se incubaron por 72 horas, posteriormente, se colocó un papel filtro sobre las colonias y se incubó por 24 horas adicionales. Posteriormente se pasó el papel filtro a una caja de Petri, se adicionaron 6 ml del reactivo de Salkowski (1,2 % FeCl3, H2SO4 7.9 M) y a las 2 horas se determinó la presencia del halo (Glickmann & Dessaux, 1995). 16 3.5.4. Producción de giberelinas Para analizar si los morfotipos producen o no giberelinas, se inocularon los aislados en 5 mL de medio Czapek compuesto de peptona de caseína (triptona) (10 g), glucosa (10 g), nitrato de sodio (NaNO3) (3 g), (K2HPO4) (1 g), (MgSO4*7H2O) (0,5 g), (KCL) (0,5 g) y (FeSO4*7H2O) (0,01 g) y se incubaron a 30° C en agitación continua a 180 rpm. Al cabo de 72 horas se tomó una alícuota de 0,2 mL del inóculo y se mezcló con 0,2 mL de etanol (96% v/v) para después adicionar 2 mL de mezcla fría de volúmenes iguales de ácido sulfúrico y etanol al 96%. La mezcla se incubó a 48 °C por 30 minutos. Las muestras se revelaron con luz UV y se tomó como ensayo positivo (producción de giberelinas) aquellas que presentaron una fluorescencia verde (García Sanchez, 2018). 3.5.5. Evaluación in vitro de la actividad antifúngica Siguiendo la metodología descrita por Blanco Carrero y Castro Molina (2021), se evaluó el potencial biocontrolador in vitro de las rizobacterias sobre F. solani mediante enfrentamiento en placa de Petri con medio PDA. Primero, se sembró una línea de cada aislado bacteriano, por separado, en PDA, a las 24 h de incubación a 30 °C, se colocó un disco de agar de 8 mm de diámetro del hongo, a aproximadamente 4 centímetros de distancia (cultivado previamente por cinco días en PDA a 25oC, como control se sembró un disco de agar con el hongo en PDA) y se llevó a incubar por 8 días a 25oC (Blanco & Castro, 2021). Para evaluar la capacidad de inhibir el crecimiento fúngico se aplicó la ecuación de porcentaje de inhibición del área del hongo (PIAH). 3.6. Análisis estadístico Los datos obtenidos para los índices de diversidad se analizaron con prueba de Shapiro-Wilk para identificar su distribución, posteriormente se eligió la prueba no paramétrica Kruskal- Wallis para evidenciar las diferencias significativas. Se consideraron significativas cuando el valor p sea inferior o igual a 0,05 (AlAli et al, 2021). Para la actividad antifúngica se analizaron los resultados de acuerdo con la media del área de los valores de los triplicados. Se realizó la fórmula de porcentaje de inhibición teniendo en cuenta la modificación de radio por área (Blanco & Castro, 2021). 17 4.RESULTADOS 4.1. Muestras de suelo Las muestras fueron denominadas con las letras “MI”. Se analizaron un total de 5 muestras de suelo; dos provenientes del municipio de Pasca (MI1 y MI2), y tres de Bojacá (MI3, MI4 y MI5); de las cuales cuatro (MI1, MI3, MI4 y MI5) pertenecen a la variedad de ibia con coloración rosada (figura 2, A); y una (MI2) pertenece a la variedad de color blanco (figura 2, B). Figura 2. Variedades de O. tuberosa utilizadas en el estudio. 18 4.2. Aislamiento e identificación de los aislados bacterianos Para las cinco muestras de rizósfera de O. tuberosa se encontraron 17 morfotipos (MRI) identificados macroscópicamente de los cuales 16 fueron aislados (véase en el anexo 1.1). Para la morfología microscópica (véase en el anexo 1.2), se identificaron 2 morfotipos con forma de coco Gram positivo (12,5%) y 14 morfotipos en forma de bacilos (87,5%) divididos en 8 Gram variables (50%) y 6 Gram positivos (37,5%); 5 de los morfotipos en forma de bacilo presentan esporas (31,25%) (figura 2) (tabla 1). Tabla 1. Morfología microscópica de los 16 morfotipos aislados de la rizosfera de O. tuberosa. Morfotipos Morfología microscópica Tinción* Esporas** MRI01 Bacilos cortos (+/-) - MRI02 Bacilos cortos (+/-) - MRI03 Bacilos (+) + MRI04 Bacilos ramificados (+) - MRI05 Bacilos cortos (+/-) - MRI06 Bacilos cortos (+/-) - MRI07 Bacilos (+) + MRI08 Cocos (+) - MRI09 Bacilos cortos (+) + MRI11 Bacilos cortos (+/-) - MRI12 Bacilos (+/-) + MRI13 Bacilos cortos (+/-) - MRI14 Bacilos cortos (+/-) - MRI15 Cocos (+) - MRI16 Bacilos cortos (+) - MRI17 Bacilos (+) + *La tinción de Gram se ve interpretada (+) como positivo y (+/-) como Gram variable. ** La presencia de esporas, (-) ausencia, y (+) presencia. 19 Figura 3. Morfotipos con presencia de esporas. Los morfotipos son (A)MRI03, (B) MRI07, (C) MRI09, (D)MRI12 y (E)MRI17. 20 4.3. Estimación de diversidad de la rizosfera de O. tuberosa 4.3.1 Riqueza Las muestras de la variedad de O. tuberosa A, en términos de riqueza, no muestran valores muy variados, pues la muestra con menor cantidad de morfotipos, en este caso la muestra MI4, tiene un total de 8 morfotipos (15,7%), mientras que la muestra MI3 con 10 morfos (10,6%) es aquella que presenta mayor riqueza (figura 4). La variedad de O. tuberosa B con una sola muestra (MI2), presenta la mayor riqueza entre todas las muestras con un total de 15 morfotipos aislados (29,4 %), cuatro de estos presentan exclusividad a la muestra (MI2). Figura 4. Riqueza de morfotipos aislados por muestras, variedades y lugar de recolecta. Los municipios se identifican por color; el color con mayor intensidad indica que el lugar de proveniencia es Pasca, mientras que el de menor intensidad representa a Bojacá. 1 2 3 4 5 0 5 10 15 20 Variedad A Variedad B MI1 MI3 MI4 MI5 MI2 R iq u e z a d e m o r fo ti p o s 21 4.3.2. Abundancia Es evidente ver que la muestra MI1 es la más abundante inter localmente, pues presenta un total de 50x105 UFC/g, dentro de la misma se encuentran los dos morfotipos más abundantes MRI01 y MRI02 que en su totalidad tienen 24,3x104 y 22x104 UFC/g respectivamente.La muestra MI2 se posiciona en segundo lugar, con una abundancia de 32,5x104 UFC/g (figura 5, E), seguida de la muestra MI3 con 26,3x104 UFC/g (figura 5, B), la muestra MI5 con 74x103 UFC/g (figura 5, D) y por último la muestra MI4 con 47x103 UFC/g (figura 5, C), siendo ésta la muestra con el menor valor de abundancia. Al realizar los análisis de los índices, en el índice de Shannon-Weaver, teniendo en cuenta que los valores inferiores a 2 indican baja diversidad y superiores a 3 alta diversidad, se encontró que existe una baja diversidad, a excepción de la muestra MI2 cuyo valor se encuentra por encima de 2, lo cual demuestra una diversidad media, esto se corroboró al obtenerse una diferencia significativa entre los valores la riqueza y abundancia de los morfotipos entre las muestras (Xi 2 = 12.91; p < 0,05). Por último, el índice de dominancia nos muestra igualdad en la distribución de las especies, pues sus valores se encuentran cercanos a 0 (tabla 2). Tabla 2. Índices de diversidad por muestras. Índices de Diversidad MI1 MI2 MI3 MI4 MI5 Shannon_H 1,793 2,254* 1,922 1,537 1,596 Dominance_D 0,207 0,117 0,173 0,276 0,265 *Indica valor con diferencia significativa según la prueba de Kruskal-Wallis p < 0,05. 22 Figura 5. Curvas de abundancia relativa de los morfotipos. (A) muestra MI1, (B) muestra MI3, (C) muestra MI4, (D) muestra MI5 y (E) muestra MI2. 23 4.4. Bacterias promotoras crecimiento vegetal Para los 16 morfotipos aislados de las cinco muestras de O. tuberosa se realizaron cuatro pruebas in vitro relacionadas con la promoción de crecimiento vegetal, que consisten en la evaluación indirecta de capacidad de fijación de nitrógeno mediante el crecimiento de colonias en medio libre de nitrógeno, solubilización de fosfatos por presencia de halos en agar Pikovskaya, producción de ácido indol acético en agar YMD con reactivo Salkowski y giberelinas mediante medio Czapek presenciando fluorescencia (tabla 3). Un total de 13 morfotipos, correspondiente al 81,25% del total de las bacterias aisladas, crecieron en medio libre de nitrógeno, siendo ésta la prueba que presentó mayor cantidad de resultados positivos, seguida de la prueba para productoras de AIA, donde el 75% fue positivas. La prueba en agar Pikovskaya para la solubilización de fosfatos logró obtener un resultado de 9 morfotipos (62,5%) positivos; por último, con la menor cantidad de respuesta positiva, a la prueba de giberelinas en medio Czapek con 6 morfotipos (37,5%) (figura 6). Los morfotipos que presentaron resultados positivos para las cuatro pruebas in vitro fueron 3 (18,75%), 5 morfotipos dieron positivo a tres de las pruebas (31,25%), 5 fueron positivas para dos (31,25%) y 3 (18,75%) solo mostraron capacidad para una de las pruebas (tabla 3). 24 Tabla 3. Morfotipos con caracteristicas in vitro relacionadas con la promoción de crecimiento vegetal. Morfotipo Fijación de nitrógeno Producción de ácido indol acético Solubilización de fosfatos Producción de giberelinas MRI01 + - - + MRI02 + - - + MRI03 + + + + MRI04 + + + + MRI05 + + + - MRI06 + + + + MRI07 - + - - MRI08 + - - - MRI09 + + + - MRI11 + + - - MRI12 - + - - MRI13 + + + - MRI14 + - + - MRI15 + + + - MRI16 + + + - MRI17 - + - + * (-) Representan negativo a la prueba in vitro y (+) positivo. Figura 6. Riqueza de morfotipos con resultado positivo en las pruebas in vitro relacionadas con la promoción de crecimiento vegetal efectuadas. (Pikovskaya) representa la prueba de solubilización de fosfatos. (MLN) son las siglas para medio libre de nitrógeno y (AIA) para ácido indolacético. MLN AIA Pikovskaya Giberelinas 0 4 8 12 16 C a n ti d a d d e m o r fo ti p o s R iq u ez a d e m o rf o ti p o s 25 4.4. Bacterias con actividad de control biológico contra Fusarium solani Para el potencial antifúngico evaluado contra F. solani se obtuvo que el 43,7% de los morfotipos mostraron una disminución en el área final del hongo. El morfotipo con mayor porcentaje de inhibición (36,2%) fue MRI09; y el que menor porcentaje de inhibición presentó, con 19,3%, fue MRI01 (figura 7) (véase en el anexo 1.3). Figura 7. Porcentaje de inhibición de crecimiento del hongo F. solani por 7 morfotipos de rizobacterias de O. tuberosa. MRI01 MRI04 MRI05 MRI06 MRI09 MRI13 MRI14 0 10 20 30 40 50 % d e i n h ib ic ió n d e c r e c im ie n to 26 5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS Clasificación y diversidad de bacterias aisladas de la rizosfera de O. tuberosa. La rizosfera es el área del suelo que rodea las raíces de las plantas y está influenciado por los exudados liberados por las especies vegetales; por lo tanto, es un entorno complejo y dinámico que alberga una gran diversidad de microorganismos, incluyendo bacterias beneficiosas que juegan un papel importante en la salud, el crecimiento de las plantas y en la productividad de cultivos agrícolas (Rodríguez et al, 2020). El cultivo de O. tuberosa pese a tener propiedades beneficiosas, como, por ejemplo, sus capacidades nutritivas y medicinales; presenta un bajo número de estudios que expliquen su microbiota rizosférico, sin embargo, se ha podido hacer un acercamiento en el género Oxalis al reconocimiento de filos, familias y hasta especies que presenten características específicas que de igual manera evidencian o abren paso a el entendimiento de este cultivo (Chica et al, 2019). Dentro de los filos de bacterias que se han podido encontrar están principalmente Proteobacterias, Bacteroidetes, Patescibacteria y Firmicutes (Chica et al, 2019). El filo Firmicutes contiene en su mayoría bacterias Grampositivas (Jenson, I, 2014). Este filo alberga bacterias del género Bacillus, conocido por tener bacterias formadoras de esporas, característica que les permite sobrevivir en condiciones extremas por años (Carroll et al, 2016); en este estudio se lograron caracterizar 5 morfotipos con forma de bacilo y presencia de espora. Las bacterias rizosféricas aisladas resultaron ser 16 de las cuales el 88,5% tuvieron forma de bacilo; separados por tinción de gram se tiene que el 50% fueron bacilos Gram variables y el 37,5 % bacilos Gram positivos; el 12,5% restante se identificó con forma de cocos gram positivos, esta abundancia de microorganismos concuerda con estudios realizados a la rizosfera de Solanum tuberosum y Physalis peruviana, plantas que se dan en zona andina, que han demostrado una alta cantidad de microorganismos aislados con forma de bacilo siendo estos de más del 50% en ambos casos (Toloza & Lizarazo, 2013; Calvo et al, 2008). Cabe destacar que se encontró un morfotipo identificado como bacilo ramificado gram positivo (MRI04), este es motivo de interés teniendo en cuenta que una de las especies que presentan estas características suele ser Bacillus cereus, anteriormente reportada en la rizosfera de O. tuberosa por su capacidad oxalotrófica (Castillo-Arteaga et al, 2016), pero es necesario realizar la identificación de MRI04, para comprobar sí pertenece a esta especie. 27 En el estudio realizado en Nariño por Castillo-Arteaga y colaboradores en el año 2016, se reporta el aislamiento de siete especies de bacterias rizosféricas con características oxalotróficas, en contraste, en este estudio se encontraron 17 morfotipos bacterianos en las 5 muestras analizadas: 9 en la muestra MI1, 15 en la muestra MI2, 10 en la muestra MI3, 8 en muestra MI4 y 9 en la muestra MI5; de las cuales hay 5 en común entre las 5 muestras y 4 que presentan exclusividad para la muestra MI2. Los cambios entre las comunidades bacterianas rizosféricas pueden estar dados por las condiciones del suelo (Leiva et al, 2013), sin embargo, las diferencias en promedio de riqueza de morfotipos aislados no parece ser causada por el municipio de donde fueron recolectados sinopor la variedad a la que pertenecen; esto podría estar pasando debido a que las variedades de O. tuberosa pueden tener diferentes compuestos bioactivos y sus exudados radiculares cambian (Calvo et al, 2008). Cabe resaltar que en un estudio realizado en Oxalis por Jooste y colaboradores en el año 2019, se demostró que los endófitos bacterianos pertenecientes al género Bacillus se transmiten de forma vertical (generación en generación) proporcionando beneficios al sistema endófito; esta transmisión puede darse gracias a los idioblastos y cavidades que son comunes entre especies de Oxalis y es posible que los organismos se almacenen en estas estructuras. Este descubrimiento también sugiere formas inesperadas en las que geófitos podrían evitar la deficiencia de nitrógeno, y sugiere simbiosis son más comunes de lo esperado. Rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal aisladas de O. tuberosa. Las bacterias de la rizosfera juegan un papel importante en la salud y el crecimiento de las plantas en cultivos agrícolas. Desde la fijación del nitrógeno y la producción de hormonas de crecimiento hasta la solubilización de nutrientes y la supresión de patógenos, estas bacterias beneficiosas pueden mejorar significativamente el rendimiento de la cosecha y reducir la dependencia de los fertilizantes químicos y los pesticidas (Cano, 2011). Los morfotipos aislados presentaron un porcentaje alto para la prueba de crecimiento en medio libre de nitrógeno con el 81,25%, esta cantidad de morfotipos encontrados también se ha reportado en otras especies de Oxalis en África, donde en promedio, 55% de las bacterias rizosféricas aisladas fijaron N2; tres especies (O. hirta, O. gracilis y O. suteroides) reportaron que más del 80% de las bacterias aisladas presentaron esta característica. También lograron identificar que la mayoría de estas especies pertenece al género Bacillus (Jooste et al., 2019). Esto permitiría la sostenibilidad del sistema en el que se encuentra el cultivo, pues las bacterias que presentan esta característica evitan la deficiencia del nitrógeno en suelo, optimizan la 28 disponibilidad de este nutriente y evitan la adición de fertilizantes químicos (Leiva et al, 2013), gracias a la alta presencia de enzimas nitrogenasas que les permiten reducir el N2 atmosférico en el ion NH4 +, que lo hace asimilable (Velasco-Jiménez et al, 2020). El fosforo, es el segundo elemento limitante en los suelos pues su difícil solubilización le confiere esta característica después del nitrógeno. Este elemento es esencial para el crecimiento y productividad de las plantas pues promueve la división celular, biosíntesis macromolecular, fotosíntesis y respiración de plantas, entre otras (Velasco-Jiménez et al, 2020). En este estudio, el 62,50% de las rizobacterias presentaron la capacidad de formar halo en agar Pikovskaya; en la rizosfera de tubérculos como el yacón (Smallanthus sonchifolius), Rodríguez y colaboradores en el año 2018 reportaron que la cantidad de especies solubilizadoras de fosfatos encontradas fueron en total 3, lo que podría indicar que la rizosfera de O. tuberosa maneja una riqueza alta de bacterias con esta cualidad. El AIA es una de las auxinas más caracterizadas y producidas por las bacterias de la rizosfera (Ali., 2015), esta fitohormona produce cambios principalmente en funciones como el aumento de tamaño, peso, cantidad y área superficial del sistema radicular (Velasco-Jimenez et al, 2020). La prueba de AIA obtuvo un resultado positivo en el 75% de los morfotipos. La gran cantidad de rizobacterias productoras de AIA identificados en O. tuberosa, podrán conferirle beneficios como modular y tolerar el estrés abiótico (Egamberdieva et al, 2017), la capacidad de explorar el suelo para el intercambio de nutrientes mejorando su nutrición y crecimiento al mismo tiempo que la interacción planta-microorganismos (Raheem et al, 2018). Al igual que el AIA, las giberelinas son un grupo de fitohormonas que al interactuar con otras fitohormonas dan paso a la mediación del estrés abiótico (Ahmad, 2010) pues estas inducen la absorción de iones dentro de la planta y le permite a la misma continuar con su crecimiento y mantener su metabolismo activo (Iqbal & Ashraf, 2013). En este caso el 37,50% se clasificó como productora de giberelinas. Estas pueden influir en la planta regulando la germinación de las semillas, elongación de tallos, floración, fruto y altura. Se ha reportado que las giberelinas producidas por las PGPR promueven el crecimiento y aumentan el rendimiento del cultivo (Velasco-Jimenez et al, 2020). 29 Actividad antifúngica de rizobacterias aisladas de O. tuberosa frente a Fusarium solani. Los hongos patógenos de las plantas se encuentran entre los factores más importantes que causan pérdidas graves en los productos agrícolas cada año por lo que es necesaria la implementación del mecanismo de control biológico medido por la inhibición del crecimiento, infección o reproducción de un organismo utilizando otro organismo (Heydari & Pessarakli, 2010). Dentro de las bacterias evaluadas en este estudio, 7 morfotipos de 16 demostraron estresar o inhibir al hongo F. solani; se obtuvo un intervalo del 18% al 37% de inhibición sobre el crecimiento total, donde el morfotipo que mayor efecto antagónico tuvo fue MRI09 (36,20% en la inhibición del crecimiento del hongo), resultados similares al porcentaje de inhibición de bacterias aisladas de la rizosfera del tomate y del pimiento, las cuales en PDA disminuyeron el crecimiento micelial ≤ 20 %, sin embargo, los medios de cultivo han demostrado tener un efecto sobre el porcentaje de inhibición, dato que genera interés, pues sería recomendable que en estudios posteriores se evalúen diferentes medios de cultivo (Pastor et al, 2012). La inhibición de crecimiento no fue el único efecto que se obtuvo pues 3 morfotipos (MRI03, MRI07 y MRI12) aumentaron la formación micelial del 6% al 22%. Teniendo en cuenta que este hongo genera afecciones que causan la pudrición de la planta, hacer uso de estas bacterias especificas podría perjudicar y disminuir la calidad del cultivo. 6. CONCLUSIONES Este estudio abre las puertas al camino de la investigación del cultivo de O. tuberosa y otros tubérculos nativos y endémicos de la región andina que se encuentran en estado de marginalidad y escasez. Los microorganismos asociados a las plantas, principalmente los que se encuentran cerca y en la zona radicular, tienen propiedades beneficiosas para las mismas, lo cual les permitiría un desarrollo optimo y eficaz. Para la Ibia (O. tuberosa) los resultados de la caracterización de las bacterias en su rizosfera permiten concluir que: - Se encontraron un total de 17 morfotipos caracterizados macroscópicamente de la rizosfera de O. tuberosa de los cuales 16 fueron aislados, clasificados microscópicamente y analizados con pruebas in vitro para determinar sus características como PGPR. - Los índices de diversidad ecológica de las rizobacterias de O. tuberosa evidencian una diversidad baja y media para la microbiota rizosférica dependiendo no del lugar, sino de la variedad que se esté analizando. 30 - Los 16 morfotipos bacterianos aislados de O. tuberosa, presentaron al menos una característica in vitro de los cuatro puestos a prueba como promotores de crecimiento vegetal (mecanismo directo). - La prueba con mayor porcentaje satisfactorio en tanto a cantidad de morfotipos fue la del potencial de fijación de nitrógeno, seguida de la producción de AIA y solubilización de fosfatos, dejando por ultima la producción de giberelinas con el menor porcentaje. - La prueba de antagonismo indicó que los 7 morfotipos de bacterias aisladas de la rizosfera O. tuberosa (MRI01, MRI04, MRI05, MRI06, MRI09, MRI13 y MRI14) presentaron un efecto negativo sobre F. solani inhibiendo el crecimiento micelial con un porcentaje promediopor debajo del 50%. - Tres morfotipos de rizobacterias aisladas de O. tuberosa (MRI03, MRI07 y MRI12) aumentaron el crecimiento de F. solani con respecto al control en un 6% a 20%. RECOMENDACIÓNES Para trabajos posteriores se recomienda: Aumentar la cantidad de muestras de la variedad B de O. tuberosa, pues se podría establecer, concretamente, la diferencia con respecto a la riqueza encontrada frente a la variedad A. Realizar la identificación de las bacterias MRI03, MRI04 Y MRI06, pues presentaron resultados positivos en todas las características in vitro evaluadas. En la prueba de enfrentamiento dual para evaluar antagonismo se recomienda hacer un pase adicional, pues algunas bacterias mostraban formas anormales que dificultaban la determinación de inhibición. 31 6. REFERENCIAS El formato para referenciar y citar es el descrito en las normas APA, 7ma (séptima) edición. ➢ Adeleke, R. A., Raimi, A. R., Roopnarain, A., & Mokubedi, S. M. (2019). Status and prospects of bacterial inoculants for sustainable management of agroecosystems. Biofertilizers for Sustainable Agriculture and Environment (pp. 137–172). Springer International Publishing. ➢ Agrios, G. N. 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