Evaluación del uso de Trichoderma sp. y microorganismos de montaña como bioestimulantes del crecimiento de Phaseolus sp.
Evaluation of the use of Trichoderma sp. and mountain microorganisms as biostimulants for the growth of Phaseolus sp.
RESUMEN
La evaluación del crecimiento de porotos o frijoles Phaseolus sp. mediante el uso de bioestimulantes es esencial debido a la creciente demanda de métodos agrícolas sostenibles. Este estudio presenta los resultados de la evaluación del efecto de Trichoderma sp., de los microorganismos de montaña, y una combinación de ambos en el crecimiento de Phaseolus sp. Los resultados indicaron que la combinación de Trichoderma sp. y los microorganismos de montaña fue el tratamiento más efectivo, con un promedio de altura de 28 cm y 90 semillas germinadas de 144. El tratamiento con microorganismos de montaña mostró un crecimiento promedio de 26,5 cm y 78 semillas germinadas, mientras que el tratamiento con Trichoderma sp. alcanzó 21 cm de altura y 61 semillas germinadas. El control, aunque mostró un crecimiento promedio de 25,5 cm y 68 semillas germinadas, presentó contaminación con hongos, lo cual podría comprometer la viabilidad de los plantones a largo plazo. En conclusión, el uso de biofertilizantes, especialmente la combinación de Trichoderma sp. y microorganismos de montaña, es una alternativa prometedora para mejorar el crecimiento de Phaseolus sp. Estos tratamientos no solo promueven un crecimiento robusto y saludable, sino que también ofrecen ventajas en términos de sostenibilidad agrícola.
Palabras clave: bioestimulantes, microorganismos de montaña, Phaseolus sp., Trichoderma sp., porotos, frijol.
ABSTRACT
Evaluating the growth of the bean species Phaseolus sp. using biostimulants is essential due to the increasing demand for sustainable agricultural methods. This study presents the results of evaluating the effect of Trichoderma sp., mountain microorganisms, and a combination of both on the growth of Phaseolus sp. The results indicated that the combination of Trichoderma sp. and mountain microorganisms was the most effective treatment, with an average height of 28 cm and 90 out of 144 seeds germinated. The treatment with mountain microorganisms showed an average growth of 26.5 cm and 78 germinated seeds, while the treatment with Trichoderma sp. reached 21 cm in height and 61 germinated seeds. The control, although showing an average growth of 25.5 cm and 68 germinated seeds, presented fungal contamination, which could compromise the long-term viability of the seedlings. In conclusion, the use of biofertilizers, especially the combination of Trichoderma sp. and mountain microorganisms, is a promising alternative for improving the growth of Phaseolus sp. These treatments not only promote robust and healthy growth but also offer advantages in terms of agricultural sustainability.
Keywords: biostimulants, mountain microorganisms, Phaseolus sp., Trichoderma sp. Beans.
INTRODUCCIÓN
La evaluación del crecimiento de Phaseolus sp. utilizando bioestimulantes es esencial debido a la creciente demanda de métodos agrícolas sostenibles (Rouphael & Colla, 2020). El uso de microorganismos como Trichoderma sp. y microorganismos de montaña ha mostrado resultados prometedores en la mejora del crecimiento de plantas, la fertilidad del suelo y la productividad de los cultivos (Backer et al., 2018). Es importante destacar que estos microorganismos no actúan como fertilizantes tradicionales, sino como bioestimulantes (Du Jardin, 2015).
A diferencia de los fertilizantes, que aportan directamente nutrientes asimilables por las plantas, los bioestimulantes microbianos actúan mejorando la capacidad de la planta para absorber y utilizar los nutrientes ya presentes en el suelo (Yakhin et al., 2017). Los mecanismos de acción de estos bioestimulantes incluyen: a) solubilización de nutrientes, los microorganismos secretan ácidos orgánicos y enzimas que ayudan a liberar nutrientes fijados en el suelo, haciéndolos más accesibles para las plantas (Alori et al., 2017); b) mejora de la arquitectura radicular al estimular el desarrollo de raíces más extensas y ramificadas, aumentando la superficie de absorción de nutrientes y agua (López-Bucio et al., 2015); c) producción de fitohormonas, las cuales promueven el crecimiento vegetal, como auxinas, citoquininas y giberelinas (Gouda et al., 2018); d) inducción de resistencia sistémica, al activar los mecanismos de defensa naturales de las plantas contra patógenos y estrés abiótico (Pieterse et al., 2014); y e) mejora la estructura del suelo, contribuyendo a la formación de agregados del suelo, mejorando su aireación y retención de agua (Rillig et al., 2015). Estos mecanismos convierten a los bioestimulantes microbianos en herramientas valiosas para la agricultura sostenible, optimizando el uso de recursos y reduciendo la dependencia de insumos químicos (Calvo et al., 2014; Campos et al., 2019).
El frijol o poroto (Phaseolus sp.), es un cultivo de gran importancia económica, social y cultural en todo el mundo, especialmente en regiones como Panamá, donde se cultiva a elevaciones entre 500 y 1.150 metros sobre el nivel del mar. Las temperaturas óptimas para su crecimiento oscilan entre 13 °C y 25 °C; con temperaturas más altas se presenta mayor crecimiento vegetativo y aborto de flores, afectando negativamente el rendimiento. Además, requiere suelos con alto contenido de materia orgánica, buena permeabilidad y drenaje adecuado para prosperar (Rodríguez et al., 1997; Döbereiner, 1997). Este estudio evalúa el efecto de la aplicación de Trichoderma sp., microorganismos de montaña y su combinación en la mejora del crecimiento y la salud de las plantas de Phaseolus sp. en condiciones controladas. Al comprender estos efectos, podemos desarrollar prácticas agrícolas más efectivas y sostenibles que promuevan mayores rendimientos y reduzcan el impacto ambiental.
MATERIALES Y MÉTODOS
Aislamiento de microorganismos de montaña (MM)
Los microorganismos de montaña (MM) se obtuvieron de una muestra de suelo recolectada en la región de los Andes en Panamá a una altitud de 2.500 msnm. La muestra fue colectada utilizando herramientas estériles y almacenada en bolsas de polietileno selladas para evitar la contaminación. Posteriormente, las muestras fueron mantenidas a 4 °C hasta su procesamiento en el laboratorio.
Para la obtención de las cepas, se utilizó la técnica de dilución seriada. Se tomó 1 g de suelo y se diluyó en 9 mL de agua destilada estéril. Luego, se realizaron dos diluciones para alcanzar una concentración final de 10-3. La suspensión se sembró en placas con agar Antibiotic medium 2 (Difco, BD) seleccionado por su especificidad, lo que permite la selección y caracterización de bacterias resistentes a antibióticos (Cappuccino & Sherman, 2014). Las placas se incubaron durante tres días a temperatura ambiente.
Para la caracterización y cuantificación de las colonias, se utilizó la tinción de Gram. Se observaron cocos Gram+ en disposiciones de cadenas cortas, posiblemente una cepa de Micrococcus, aunque es probable que existan múltiples cepas dentro de los MM debido a la diversidad microbiana del suelo de montaña (Atlas & Bartha, 1998). En la Figura 1 se muestran las diferentes etapas del proceso de aislamiento y caracterización de las cepas microbianas utilizadas en el estudio.
Figura 1. Proceso de aislamiento y tinción de las cepas microbianas. (A) Preparación del área de trabajo para el aislamiento de microorganismos. (B) Placa de agar con Trichoderma sp. (C) Tubos con muestras de microorganismos de montaña. (D) Observación microscópica de una lámina teñida.
Aislamiento de Trichoderma sp.
La cepa de Trichoderma sp. se obtuvo de una muestra esporulada recolectada de suelos agrícolas en la región central de Panamá. La muestra madre fue diluida utilizando la técnica de dilución seriada para alcanzar una concentración de 10-3. La suspensión se sembró en placas con agar TSA (Tryptic Soy Agar) acidificadas con ácido tartárico a pH 5,5, lo que favorece el crecimiento rápido de hongos.
Las placas se incubaron durante tres días a temperatura ambiente, tras lo cual se cuantificaron las colonias. Para la caracterización de Trichoderma sp., se utilizó la tinción con azul de metileno, permitiendo una mejor visualización de las estructuras esporuladas (Gams & Bissett, 1998).
Siembra de semillas
Se utilizaron bandejas de germinación de 24 pocillos, con sustrato de coco, en las cuales se sembraron 2 granos de Phaseolus sp. por pocillo, dando un total de 144 semillas por cada tratamiento (Figura 2). Se utilizó un control (solo regado con agua destilada estéril) y 3 bandejas réplicas para cada grupo: Trichoderma sp., microorganismos de montaña y una mezcla de ambos (Trichoderma sp. + microorganismos de montaña).
Figura 2. Sustratos y bandejas utilizadas en el experimento de crecimiento de plántulas de Phaseolus sp. (A) Bolsas de sustrato de coco marca "Aboquete". (B) Bandejas de germinación de 24 pocillos.
La concentración de los microorganismos se estableció previamente, basándose en estudios reportados en la literatura que recomiendan una concentración de 10-6 esporas*mL-1 para Trichoderma sp. y 108 UFC/mL para microorganismos de montaña (Harman, 2000; Bashan et al., 2014). El mix se preparó añadiendo partes iguales de cada tratamiento, se mezclaron 50 mL de la solución de Trichoderma sp. con 50 mL de la solución de microorganismos de montaña, ambas en las concentraciones descritas anteriormente, resultando en una proporción 1:1 con respecto a los otros dos tratamientos individuales.
La inoculación de las semillas se realizó mediante un régimen de riego intermitente, que consistió en dos días de aplicación del tratamiento seguidos por un día de descanso. Durante los días de descanso, se mantuvo una hidratación mínima con agua destilada para evitar la desecación del sustrato. Este protocolo se diseñó para optimizar la absorción y fijación de los microorganismos tanto al sustrato como al sistema radicular en desarrollo de las plantas.
Los primeros brotes emergieron a los 7 días post-siembra, momento en el cual se inició un protocolo de medición diaria. Este incluía la evaluación de múltiples parámetros de crecimiento: altura de la planta, diámetro del tallo, número de hojas y cantidad de semillas germinadas por pocillo.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Tras 30 días de experimentación, se evaluó la altura de las plantas. Los resultados mostraron que el tratamiento mixto produjo el mayor crecimiento promedio, con plantas alcanzando 28 cm de altura. Le siguieron en eficacia los microorganismos de montaña, con plantas de 26,5 cm en promedio. Las plantas del grupo control alcanzaron una altura media de 25,5 cm. finalmente, el tratamiento con Trichoderma sp. resultó en el menor crecimiento, con plantas que promediaron solo 18,7 cm de altura (Figura 3).
Figura 3. Crecimiento de las plántulas de Phaseolus sp. en las bandejas de germinación después de 7 días. (A) Plántulas tratadas con la mezcla de Trichoderma sp. y microorganismos de montaña (Mix). (B) Plántulas del grupo control (regadas con agua destilada estéril).
Los resultados mostraron variaciones significativas entre los tratamientos. El tratamiento combinado (mix) demostró el mayor impacto positivo en el crecimiento de Phaseolus sp., con una altura promedio de 28 cm; seguido del tratamiento con microrganismos de montaña (26,5); y los tratamientos control que superó al tratamiento de Trichoderma sp., con alturas promedio de 25,5 cm y 21 cm respectivamente (Figura 4). Esta discrepancia con los resultados esperados para Trichoderma sp. podría atribuirse a varios factores, como la concentración aplicada o las condiciones específicas de aplicación (Harman et al., 2004; Contreras-Cornejo et al., 2014).
Figura 4. Altura de los diferentes tratamientos. La significancia estadística se evaluó mediante pruebas de comparación de medias (ANOVA, prueba t) con un nivel de confianza del 95% (p < 0, 05).
En cuanto a la germinación, el tratamiento mix mostró la mayor eficacia con 90 semillas germinadas (62,5%), seguido por los microorganismos de montaña con 78 semillas (54,2%), el control con 68 semillas (47,2%), y finalmente Trichoderma sp. con 61 semillas (42,4%).
La superioridad del tratamiento combinado sugiere un efecto sinérgico entre los diferentes microorganismos, como ha sido reportado en Castro-Barquero et al. (2020); Muñoz et al. (2024). Este fenómeno podría explicarse por la complementariedad de los mecanismos de acción de los diferentes microorganismos, que en conjunto promueven múltiples aspectos del crecimiento vegetal (Rouphael y Colla, 2020).
El rendimiento inferior de Trichoderma sp. en comparación con otros tratamientos y el control merece una investigación más profunda. Factores como la especificidad de la cepa, las condiciones ambientales, o posibles interacciones antagonistas podrían haber influido en su eficacia (Brotman et al., 2013). Se recomienda realizar estudios adicionales para optimizar la aplicación de Trichoderma sp. en este contexto específico.
En cuanto al diámetro de los tallos, medido con un calibrador digital en el punto medio del tallo principal, no se observaron diferencias significativas entre los tratamientos, manteniéndose en un promedio de 0,5 ± 0,1 mm (media ± desviación estándar) para todos los grupos. Este resultado concuerda con lo reportado por Cargua et al. (2019), quienes también observaron cambios mínimos en el diámetro del tallo en respuesta a diferentes bioestimulantes en etapas tempranas de crecimiento.
Para el seguimiento del desarrollo foliar, se seleccionaron aleatoriamente 20 plántulas por tratamiento encontrando que el número de hojas mostró variaciones, las plantas del control presentaron el mayor número de hojas con un promedio de 6,0 ± 1,2 hojas, seguidas por las tratadas con microorganismos de montaña (5,2 ± 0,9 hojas), el tratamiento mix (4,3 ± 0,7 hojas) y, finalmente, las tratadas con Trichoderma sp. (3,5 ± 0,6 hojas).
Estos resultados, comparados con los datos de altura previamente mencionados, sugieren que la eficacia de los tratamientos varía según el parámetro evaluado, lo cual es consistente con los hallazgos de Rouphael et al. (2018). Mientras que el tratamiento mix destacó en el crecimiento en altura, no fue superior en la producción de hojas. Esta discrepancia subraya la complejidad de la respuesta de Phaseolus sp. a los bioestimulantes y sugiere que la evaluación de la eficacia debe considerar múltiples criterios, incluyendo biomasa seca, contenido de clorofila, longitud y densidad de raíces, análisis nutricional de las hojas, entre otros. Muñoz-Díaz (2020) enfatiza la importancia de estos análisis complementarios para comprender plenamente el impacto de los bioestimulantes y proporcionar una imagen más completa de cómo los tratamientos afectan el desarrollo y la fisiología de las plantas.
La variabilidad en la respuesta a los diferentes tratamientos puede explicarse por los mecanismos de acción específicos de cada bioestimulante. Por ejemplo, Harman (2011) demostró que Trichoderma spp. pueden favorecer el crecimiento longitudinal a través de la producción de auxinas, mientras que los microorganismos de montaña podrían promover la expansión foliar mediante la mejora en la absorción de nutrientes (Pii et al., 2015). La combinación de estos efectos en el tratamiento mix podría explicar su eficacia general, aunque no necesariamente superior en todos los parámetros.
Los resultados observados con el tratamiento mix sugieren un efecto sinérgico entre los componentes, lo cual es consistente con estudios previos. Por ejemplo, Colla et al. (2017) demostraron que Trichoderma sp., cuando se aplica individualmente, promueve principalmente el crecimiento de las raíces y la elongación del tallo a través de la producción de auxinas y giberelinas. Por otro lado, Bona et al. (2018) reportaron que los microorganismos de montaña, ricos en bacterias fijadoras de nitrógeno y hongos micorrízicos, mejoran la absorción de nutrientes y pueden favorecer el desarrollo foliar.
La combinación de estos microorganismos en el tratamiento mix de Trichoderma sp. y microorganismos de montaña mostró la mayor eficacia en términos de crecimiento en altura, como un desarrollo más robusto, sugiriendo un efecto sinérgico que promueve el desarrollo vertical de las plantas. Este resultado concuerda con lo reportado por Medina-Flores et al. (2014), quienes observaron que el uso de microorganismos de montaña incrementa tanto el crecimiento como la productividad del cultivo, podría explicar el crecimiento más equilibrado observado. Este fenómeno ha sido documentado por Rouphael et al. (2018), quienes encontraron que las mezclas de bioestimulantes a menudo producen efectos más robustos y consistentes que los componentes individuales. En este caso, aunque las plantas del tratamiento mix presentaron una altura superior, tuvieron menos hojas y un diámetro del tallo similar al control, lo que indica un patrón de crecimiento diferenciado. Sin embargo, para determinar la eficacia global del tratamiento mix, sería necesario considerar parámetros adicionales. Yakhin et al. (2017) sugieren evaluar la biomasa total, la eficiencia fotosintética y el rendimiento final del cultivo para obtener una imagen completa de los beneficios de los bioestimulantes. Además, Du Jardin (2015) enfatiza la importancia de estudiar los efectos a largo plazo y bajo diferentes condiciones de estrés para comprender completamente el potencial de estos tratamientos combinados.
El segundo tratamiento más efectivo fue el de microorganismos de montaña (MM), favoreciendo principalmente el crecimiento longitudinal, lo cual se alinea con los hallazgos de Torres-Pérez et al. (2022), quienes notaron un incremento en la altura de las plantas tratadas con estos microorganismos. Por otra parte, Noda (2009), sostiene que las plantas tratadas con estos microorganismos presentan buena altura y vigor, mejorando el rendimiento en un 15-50% y protegiendo las raíces contra ciertos hongos y patógenos. En este estudio, las plantas tratadas con MM mostraron un crecimiento considerable, aunque menor que el del mix.
Es importante señalar que durante el experimento se observó la presencia de hongos de color blanco en las bandejas del control, a pesar de que el medio inicialmente era estéril. Esta contaminación inesperada plantea varias consideraciones importantes para la interpretación de los resultados y subraya la necesidad de implementar protocolos de esterilización más rigurosos en futuros experimentos (Hardoim et al., 2015), por lo que es importante notar que los efectos de los hongos en el crecimiento de las plantas pueden ser diversos y específicos. Mientras que especies de Trichoderma, pueden promover el crecimiento general de la planta (Harman et al., 2004), otros hongos pueden tener efectos más localizados. Por ejemplo, Behie y Bidochka (2014) observaron que algunos hongos endofíticos pueden favorecer específicamente el desarrollo foliar a través de la producción de fitohormonas como las citoquininas. Autores como Frac et al. (2018) demostraron que ciertos hongos del suelo pueden formar asociaciones beneficiosas con las raíces de las plantas, mejorando la absorción de nutrientes y promoviendo el crecimiento foliar. Por otra parte, no todos los hongos tienen efectos positivos. Algunos pueden retrasar el crecimiento o incluso ser patógenos. Según Pieterse et al. (2014), la respuesta de la planta a los microorganismos depende de complejas interacciones moleculares y puede variar según las condiciones ambientales y el estado fisiológico de la planta. Esta observación subraya la complejidad de las interacciones planta-microorganismo y la importancia de considerar factores no controlados al interpretar los resultados de experimentos. Para futuros estudios, sería recomendable incluir análisis microbiológicos del suelo y de las raíces para identificar y cuantificar las poblaciones microbianas presentes, como sugieren Raaijmakers et al. (2009).
Las plantas tratadas con Trichoderma sp., aunque presentaron menor altura y número de hojas, mostraron características que sugieren un desarrollo más robusto, con tallos ligeramente más gruesos y un sistema radicular más extenso. Este patrón de crecimiento concuerda con lo reportado por Harman et al. (2004), quienes observaron que Trichoderma sp. puede promover el desarrollo radicular y fortalecer la resistencia a patógenos. La ausencia de datos sobre el desarrollo radicular representa una omisión importante, dado que muchos bioestimulantes, especialmente Trichoderma sp., son conocidos por su influencia en la arquitectura de las raíces (Harman, 2006).
Finalmente, la bibliografía sugiere que el diámetro y la estructura de algunas plantas dependen parcialmente del tipo de suelo y la frecuencia de riego (Callejas et al., 2012). Sin embargo, en este estudio no se utilizaron suelos diferentes ni se utilizaron variaciones en los patrones de riego. Los cambios en la estructura del suelo inducidos por los microorganismos podrían haber tenido un impacto limitado en el diámetro del tallo bajo las condiciones experimentales empleadas.
CONCLUSIONES
Este estudio demuestra que el uso de biofertilizantes, particularmente la combinación de Trichoderma sp. y microorganismos de montaña, es efectivo para mejorar el crecimiento de Phaseolus sp. Este tratamiento mixto no solo promovió el mayor crecimiento en altura, sino que también resultó en el mayor número de semillas germinadas, superando tanto a los tratamientos individuales como al control.
Los microorganismos de montaña, por sí solos, también demostraron un efecto positivo en el crecimiento, aunque en menor medida que el tratamiento mixto. Esto subraya el potencial de los microorganismos nativos como bioestimulantes eficaces en la agricultura.
Los resultados de este estudio sugieren que los bioestimulantes tienen potencial para influir en el crecimiento de Phaseolus sp., aunque es crucial interpretar estos hallazgos con cautela e integrar un mayor conjunto de mediciones, para establecer el efecto diferenciado y comprender el mecanismo de acción. La eficacia de los tratamientos mostró variabilidad en diferentes parámetros de crecimiento, lo que subraya la complejidad de las interacciones planta-microorganismo.
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BIODATA
Julio Mora: Licenciado en Biología de la Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y Tecnología en la Universidad De Panamá, Ciudad de Panamá, Panamá
Gretchell Regalado: Licenciada en Biología de la Facultad de Ciencias Naturales, Exactas y Tecnología en la Universidad De Panamá, Ciudad de Panamá, Panamá
Alexis de la Cruz: Docente investigador en Microbiología. coordinador de la Escuela de Microbiología en el Centro Regional Universitario de Azuero, Universidad de Panamá. Se desempeñó como Jefe del Departamento de Calidad de Agua En el Ministerio de Salud, Los Santos, Panamá. Doctorado en Investigación, mención Ciencias Ambientales (Microbiología y Parasitología).
José Rogelio Fung Corro: Docente investigador del Centro de Tecnologías Aplicadas Shen Kuo. Fundador del grupo de Investigación Ciencia, Tecnología y Sistemas Informáticos. Investigador en Lenguajes de Programación, Nomenclatura de Ciencia y Tecnología de la UNESCO. Investigación y conocimientos en Sistemas de Información en entornos empresariales, ingeniería y tecnología, inteligencias de negocios, computación móvil en salud, tecnologías en educación, calidad de software. Instructor académico en la Organización de Estados Iberoamericanos para la Educación, la Ciencia y la Cultura, Madrid. Presidente de la Comisión de Plataformas Virtuales y Tecnologías de Información y Comunicación con la Universidad de Panamá, ciudad de Panamá, Panamá. Master en las Tic´s, Universidad Especializada de Américas, Panamá.