ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

 

 

 

Factores que afectan la simbiosis leguminosa-rhizobium

 

 

 

M. Tang

Estación Experimental de Pastos y Forrajes Indio Hatuey, Perico, Matanzas, Cuba

 

 

 


 

 

INTRODUCCIÓN

Las leguminosas pueden desempeñar un papel importante en la política alimentaria del ganado a base de pastos y forrajes debido a su alto valor nutritivo y al aporte de nitrógeno; este último se realiza por medio del proceso de fijación simbiótica con el Rhizobium.

Los beneficios que aporta esta simbiosis han sido ampliamente demostrados (Amarger, Mariotti, Mariotti, Durr, Pourguignin y Lagacherie, 1979; Halliday, 1979; Dudeja y Khurama, 1982; Kulkarni, Yoshi y Sojitra, 1984) con fijaciones que pueden oscilar entre 100 y 200 kg de N/ha/año (Date, 1973), incluso llegando a cifras superiores en algunos casos particulares donde las condiciones se pueden presentar más favorables. Por ejemplo, los valores de fijaciones de 520 kg/ha/año (Moore, 1967) informados para Centrosema pubescens, en Desmodium intortum de 303 (Whitney, Kanehiro y Sherman, 1967) y en Phaseolus aureus de 224 kg de N/ha (Agboala y Fayami, 1972). Ello significaría un ahorro considerable de divisas, teniendo en cuenta que cada día es mayor el costo de los fertilizantes nitrogenados y que la obtención del N sólo conlleva el estudio eficiente de esta fuente inagotable que se encuentra en la atmósfera casi 10 000 veces más que la cantidad existente en suelos, océanos y organismos vivientes (Vincent, 1972).

Numerosos factores pueden influir en la simbiosis Leguminosa-Rhizobium en mayor o menor grado y muchas veces son los responsables de la obtención de resultados satisfactorios o deficientes, lo cual se refleja en el desarrollo y producción de las leguminosas. De ahí que el objetivo de este trabajo fuera el análisis de algunos factores que actúan sobre el proceso mencionado.

 

Requerimientos de Rhizobium

En muchos casos la producción de nódulos no significa necesariamente una efectiva fijación de N, ya que en esta simbiosis pueden aparecer desde casos de completa efectividad hasta bacterias viviendo parasitariamente sin llevar a cabo un mínimo de fijación. Algunos pueden creer que las leguminosas tropicales no necesitan de la inoculación con cepas efectivas, ya que muchas son noduladas naturalmente por las pertenecientes al grupo del caupi o chícharo de vaca (Vigna sinensis) que son abundantes en los suelos del trópico, pero se ha demostrado que diferentes especies que se han considerado promiscuas han requerido cepas específicas de Rhizobium (Diatloff, 1968; Date, 1969).

Muchas leguminosas presentan requerimientos de cepas específicas para llevar a cabo una eficiente fijación de N. En diferentes trabajos realizados se han observado especies de alta especificidad como Centrosema (Bowen, 1959), Leucaena (Trinick, 1968; Tang, Tamayo y Castro, 1983), Desmodium (Norris, 1967 y 1968; Diatloff, 1968; Sylvester-Bradley, Ayarza, Méndez y Morriones, 1983) y Stylosanthes (Souto y Dobereiner, 1970). Estos dos últimos pueden presentar diferentes subgrupos de inoculación en los que pueden unirse varias de sus especies (Date, 1977; Halliday, 1978). Otras leguminosas tropicales muestran una amplia nodulación efectiva con gran cantidad de cepas de Rhizobium, entre ellas Macroptilium atropurpureum y M. lathyroides.

Una agrupación de las leguminosas por el rango de cepas de Rhizobium capaces de nodularlas fue presentada por Date (1977) después de estudios realizados en Australia, quien las agrupa en: 1) amplio rango de cepas efectivas, 2) amplio rango de cepas, pero frecuentemente no efectivas y 3) alta especificidad en sus requerimientos de Rhizobium (tabla 1). No obstante, esta agrupación puede variar por las condiciones físicas y medio ambientales de cada zona.

 

Temperatura

La variación de la temperatura afecta en gran medida el proceso simbiótico y, generalmente, las leguminosas tropicales necesitan rangos de temperatura algo mayores que las templadas (Roughlev, 1970; Gibson, 1971). Se considera que el rango óptimo para el proceso de fijación simbiótica en leguminosas tropicales se encuentra entre 24 y 30°C, aunque puede variar con la cepa de Rhizobium, la planta huésped y las interacciones de las temperaturas (Dobereiner, Day, Maskall y Dart, 1972; Rennie y Kemp, 1981, 1982).

Souto y Dobereiner (1970) observaron que para ciertos cvs. de Stylosanthes gracilis (= S. guianensis) había una mayor estimulación a 34°C, mientras que para otros eran mejores los resultados a 29°C. En un estudio con M. atropurpureum cv. Siratro y M. axillare a temperaturas día/noche de 31/26, 26/21 y 21/16°C, el siratro presentó un mayor desarrollo a 31/26°C y M. axillare a 26/21°C; mientras que la temperatura 21/16°C fue la peor para ambos (Herridge y Roughley, 1976). Similares resultados obtuvo Graham (1979) para varios cvs. de Phaseolus vulgaris con rangos de temperatura de 35/25, 30/20 y 25/15°C. Por otra parte, Lie (1971a) encontró que en plantas de guisantes existía una buena fijación de N y producción de nódulos a 20°C, y al ser tratados con un período de exposición a 26°C por un tiempo determinado se incrementaba la nodulación.

Rao (1977) halló que el proceso de infección ocurría mejor a 27°C en Stylosanthes guianensis y S. hamata; se inhibió completamente a 15°C y disminuyó a 35°C; mientras que Smith y Bowen (1979) encontraron que los primeros nódulos aparecían más rápido a 20 y 25°C que a 12 y 16, por lo cual es posible sean necesarias temperaturas más altas para llevar a cabo la infección del pelo radical y la iniciación de la formación del nódulo. Además, pueden existir afectaciones en el desarrollo individual de los nódulos y su número. Munevar y Wollum (1981) observaron que un incremento de la temperatura de 28 a 40°C tuvo afectos detrimentes en el número de nódulos, la actividad de la nitrogenasa, al contenido de N y el peso seco de la parte foliar y la raíz.

En estudios con tres temperaturas (8, 15 y 22°C) se comparó el desarrollo nodular y se detectó que a 8°C existía un 25% menos que a 15 y 22°C y que la fijación de N disminuyó considerablemente (Gibson, 1971), lo cual sugiere que el desarrollo de los nódulos es menos afectado por la disminución de la temperatura que el proceso de asimilación del N atmosférico. El desarrollo del tejido bacteroide puede efectuarse a temperaturas más bajas (10°C) y aumentar al elevarlas ligeramente hasta alcanzar un estado constante (Gibson, 1971). La elevación de las temperaturas conlleva a la degradación de este tejido, por lo cual es necesario mantener el control de la misma hasta los niveles permisibles.

En estudios realizados por Roughley y Dart (1970) en Trifolium subterraneum se observó que a temperaturas bajas (11-19°C) en la raíz ocurría una demora progresiva en el proceso de y a los 7°C los pelos radicales no eran infectados en 40 días, o sea, que a temperaturas bajas el proceso de infección se detiene, aunque no ocurre así con el tejido bacteroide que se mantiene en desarrollo. Esto confirma la hipótesis de que para el proceso de iniciación nodular son necesarias temperaturas algo mayores que para su posterior desarrollo.

 

Luz

La luz ejerce un gran efecto sobre la fijación simbiótica de nitrógeno debido a su relación con la fotosíntesis, ya que en presencia de esta las plantas van a formar las sustancias necesarias para desarrollar eficientemente dicho proceso. Feigenbaum y Mengel (1979) notaron que la disminución de la intensidad de la luz provocaba un descenso en el rendimiento de hojas, tallos y raíces producto de la menor actividad fotosintética, lo cual afecta el proceso de fijación ya que alrededor del 4-5% del total de compuestos fotosintetizados son trasladados a los nódulos (Latimore, Giddens y Ashley, 1977) y sirven al Rhizobium para su desarrollo. En algunos casos este transporte de sustancias es mayor y llega a estar entre el 10 y 30% del producto fotosintetizado total (Michin y Pate, 1973; Schubert y Ryle, 1978). Por otra parte, Bethlenfalway, Abu-Shakra, Fisback y Phillips (1978) hallaron que la defoliación parcial en guisantes producía una disminución en el nivel de fijación de N en los nódulos, lo cual indica una relación estrecha entre el proceso de fotosíntesis y la fijación simbiótica del N.

En general, el peso de los nódulos y el tiempo de nodulación se ven afectados por la variación de la intensidad de la luz y la duración del día (Day y Dart, 1969; Doku, 1970); se observa que el sombreado de las plantas puede reducir el número y el peso de los nódulos (Sprent, 1973; Feigenbaum y Mengel, 1979). Una disminución en la intensidad de la luz también puede producir decrecimiento en la actividad nitrogenasa del nódulo (Macdowall, 1982).

No obstante la relación existente entre la luz y el proceso de fijación, se ha demostrado que la nodulación puede llevarse a cabo en completa oscuridad o baja intensidad de la luz (Haack, 1964; Lie, 1969). La infección del pelo radicular normalmente puede ocurrir en la oscuridad, aunque el crecimiento y desarrollo de los nódulos depende mucho más de la luz que el proceso de infección.

Otros efectos de la luz han sido descubiertos al exponer las plantas a luces de diferentes longitudes de onda. Se ha detectado que la luz roja (longitud de onda 660 mm) estimula la nodulación, mientras que la azul la inhibe (Lie, 1971a, b); además, la luz roja lejana de longitud de onda 730 mm inhibe fuertemente la nodulación, lo cual puede ser neutralizado con subsecuentes irradiaciones de luz roja (Lie, 1969; 1971b). La forma de acción aún no es bien conocida y se plantea que puede existir un efecto de los fitocromos con cambios rápidos en la permeabilidad de la membrana, que pueden facilitar el proceso de infección.

 

Humedad

El agua es esencial para el crecimiento de las plantas e influye en el proceso de fijación simbiótica del N. En general, condiciones de humedad demasiado bajas o altas van a producir trastornos, en el segundo caso debido a la merma del oxígeno que puede ocurrir por el encharcamiento que impide la toma de oxígeno, importante elemento para el metabolismo de la raíz y el proceso de fijación.

Se ha encontrado en Acacia (Habish, 1970) que la humedad óptima para la simbiosis es alrededor de 60-70% de la capacidad de campo del suelo. Sprent (1971) ha planteado que el efecto inhibitorio de los stress de agua en la fijación de N está localizado dentro de los nódulos y causa una disminución en la respiración de los mismos. Pankhurst y Sprent (1975) también mostraron que la resistencia a la difusión de oxígeno se incrementa en nódulos de soya bajo condiciones de stress de agua y disminuye la respiración de los nódulos. También la actividad específica de los nódulos se ve afectada por los estímulos de agua (Finn y Brun, 1980) así como la formación de los nódulos (Rathfelder, 1981) y la actividad de la nitrogenasa y otras enzimas como la glutamina sintetasa y glutamato deshidrogenasa (Sheoran, Lutra, Kuhad y Singh, 1981).

El Rhizobium es sensible a los excesos de secado cuando es expuesto al aire libre, aunque en el suelo algunas bacterias pueden sobrevivir debido quizás a la película hidroscópica que recubre las partículas de suelo. Danso y Alexander (1974) comunicaron que en Rhizobium meliloti existió un decrecimiento de las células de 108/g a 101/g en arena, cuando se secó después de 4 semanas y que la población también disminuyó aproximadamente hasta 106 células/g en un suelo arcilloso al transcurrir 8 semanas, lo cual nos indica que puede existir variación en la supervivencia del Rhizobium en dependencia de las condiciones del suelo. Esto también fue observado por Al-Rhashidi, Loynachan y Frederick (1982) quienes notificaron un
mayor mantenimiento de una población de Rhizobium japonicum en suelos más arcillosos y de mayor contenido de carbono orgánico.

La sobrevivencia puede ser también afectada por la forma de secado; ello fue notado por Marshall (196.4) y por Bushby y Marshall (1977) quienes informaron que las cepas de rápido crecimiento de trébol, guisante y lotus eran más susceptibles a los cambios rápidos de desecación que las de lento crecimiento; mientras que Jansen van Rensberg y Strijdom (1980) encontraron que las primeras eran menos susceptibles que las segundas cuando se efectuaba un secado lento.

 

Acidez y suministro de calcio

El efecto del pH está muy relacionado con la nutrición del calcio, pues existe un antagonismo entre los iones H+ y Ca++. Se ha demostrado que el Ca es un nutrimento que influye en el proceso de infección de la planta por el Rhizobium y actúa sobre el posterior desarrollo de los nódulos (Norris, 1959; Munns, 1970), mientras que la acidez en muchos casos puede actuar en detrimento de este proceso (Jo, Yoshida y Kayama, 1980a y b; Franco y Munns, 1982).

A pesar de la necesidad del Ca para el proceso de fijación en la planta se plantea que los requerimientos del Rhizobium de este elemento pueden ser satisfechos, en cierta medida, con el que encuentra como impureza en los medios de cultivo (Loneragan y Dowling, 1958; Morris, 1959). Ahora bien, esta necesidad se ve afectada por la acidez, puesto que en soluciones moderadamente ácidas se ha hallado que los requerimientos de Ca son mayores (Lowth y Loneragan, 1968) Munns (1970) observó que existía una gran interacción entre los iones H+ y Ca++ de forma que se incrementaba la concentración de Ca requerida para nodular 50% de las plantas cuando se aumentaba la acidez de pH 5,5 a 4,8. Vincent (1962) ha planteado que las deficiencias por la falta de este elemento pueden presentarse cuando el nivel se encuentra alrededor de 0,025 mM.

La acidez en soluciones de cultivo generalmente no afecta a las leguminosas, excepto cuando ocurren casos extremos de soluciones muy ácidas o alcalinas (Norris y Date, 1976), ya que el efecto del bajo pH en las leguminosas que crecen en medio de cultivo parece estar en función de la nutrición del Ca. En el suelo el efecto del pH no sólo depende del Ca, sino que actúan otros factores como la acción de los iones Mn++ y Al+++ que pueden reducir la asimilación del Ca.

La acción combinada del pH y el Ca influye en algunas especies más que en otras. Andrew (1976), al aplicar diferentes dosis de Ca y con varios pH, encontró que algunas especies como Macroptilium lathyroides y Lotononis bainesii no se afectaron con el pH y bajos niveles de Ca; sin embargo, Stylosanthes humilis, Trifolium semipilosum y T. rueppelianum redujeron su nodulación a pH 4 y otros como Desmodium uncinatum, Medicago sativa y Neonotonia wightii fueron más afectados. El pH ejerció un gran control sobre el crecimiento y la nodulación. Por otra parte, Souto y Dobereiner (1969) detectaron que en Centrosema pubescens el encalamiento produjo un efecto favorable en la nodulación y el crecimiento, redujo además la absorción del Mn y disminuyó su toxicidad; sin embargo el desarrollo radicular se vio afectado. En Brasil, Franca y Carvalho (1970) observaron que en Centrosema la falta de cal afectaba considerablemente el crecimiento y la fijación de N y se formaba mayor cantidad de nódulos efectivos.

La acción del Ca en la nodulación aún no está suficientemente aclarada, aunque sí se conoce que es necesaria una mayor cantidad en el período de iniciación nodular que en el posterior desarrollo y funcionamiento de los nódulos (Lowther y Loneragan, 1970). El Ca como componente estructurar de la membrana celular desempeña un importante papel en el mantenimiento de la función de esta y también está asociado con la estructura de la pared celular (Smith, 1982). Sorokin y Sommer (1940) plantearon que en raíces deficientes de Ca ocurren divisiones nucleares anormales, con separación incompleta de los cromosomas, lo que también da la posibilidad de que el Ca influye en el proceso de división celular de la raíz, necesario para la formación de los nódulos.

Por otra parte, la acidez puede actuar tanto en la planta huésped como sobre la bacteria con diferentes tolerancias para las distintas cepas de Rhizobium. Graham y Parker (1964), al estudiar la acción del pH inicial en caldo de cultivo manitol-levadura con 79 cepas, obtuvieron que a pH menores de 5 y mayores de 8 disminuía el crecimiento de las bacterias. En general, en este rango de pH (5-8) existe un buen crecimiento; se plantea que el pH óptimo es alrededor del neutro, aunque existen cepas que presentan un mejor crecimiento a pH más bajo, como el caso encontrado por Date y Halliday (1978) en el que algunas cepas presentaron su mayor desarrollo a pH 5. Generalmente las cepas de lento crecimiento son más tolerantes a la acidez que las de rápido crecimiento (Norris, 1965; Bromfield y Jones, 1980), aunque en un estudio con 28 cepas de Rhizobium provenientes de Lotus, Cooper (1982) halló que las primeras eran más sensibles a la acidez, lo cual es contrario a lo anteriormente planteado. Por ello se hace necesario continuar el estudio en este sentido, ya que pueden existir otros factores que estén influyendo, vinculados quizás a la aparición de nuevas formas adaptadas a las distintas condiciones existentes.

Nitrógeno, fósforo y potasio

Los nutrimentos nitrógeno, fósforo y potasio desempeñan un papel fundamental en el desarrollo de las plantas, debido a que el primero es un constituyente esencial de las proteínas y otros compuestos indispensables para la planta, el segundo forma parte de los compuestos transportadores de energía y es importante en la energética del metabolismo de la planta y, por último, el K actúa en la activación de varias enzimas interviniendo en la síntesis molecular, en la transferencia de energía, en la regulación del potencial osmótico del sistema radicular y el equilibrio iónico de las células de la planta, y además puede influir en el proceso fotosintético y otros procesos de síntesis.

Wilson (1917) fue uno de los primeros en demostrar el efecto inhibidor del nitrato en la nodulación de las leguminosas; Munns (1968) observó también que el nitrato en pequeñas cantidades inhibía la nodulación inicial, pero no afectó la posterior. La aplicación de 45 kg de N/ha en Leucaena leucocephala no mejoró su crecimiento y hubo fallos en la nodulación (Cooksley, 1974). Resultados similares obtuvieron Sosulski y Buchan (1978) en Pisum sativum, donde se vio disminuida la actividad nitrogenasa al añadir 106 kg de N/ha; también López y Taboada (1979) encontraron una depresión en el número y peso de los nódulos al aplicar 50 ka de N/ha en glycine, siratro, desmodium y centrosema.

No obstante, se ha detectado que la aplicación de pequeñas cantidades de N puede favorecer la nodulación. Fayemi, Oku y Fagdami (1970), al aplicar niveles de 0, 10, 20, 40 y 80 ppm de N, obtuvieron buena respuesta hasta 20 ppm en un tipo de suelo y en otro una disminución en todos los niveles. También el CIAT (1971 y 1972) ha obtenido aumentos en los rendimientos de alfalfa, soya y frijol al aplicar cantidades de 60 y 120 mg de N/planta. Más recientemente Pankhurst (1981) ha planteado que niveles de 50 a 250 mg de N en forma de NH4NO3 en Lotus pedunculatus estimulan el desarrollo de los nódulos y la actividad nitrogenasa y Das (1982) se refirió a que la acumulación de leghemoglobina y la actividad nitrogenasa en nódulos de Vigna radiata resultan mejores a concentraciones bajas de 0,5 mM de nitrato, por lo que el empleo de niveles de N adecuados puede conllevar a mejoras en el proceso de fijación simbiótica e incrementos en los rendimientos.

Por su parte el P es un compuesto requerido relativamente en grandes cantidades por las leguminosas (Scanlan, 1928; van Schreven, 1958), aunque niveles excesivos de este elemento pueden ser tóxicos en un número de leguminosas (Jones, 1974; Loneragan, Grove, Robson y Snowball, 1979); además, puede influir en gran medida en el proceso de fijación simbiótica (Bjalve, 1958; Vincent y Crofts, 1958).

Jones, Quagliato y Freitas (1970) encontraron que la aplicación de P en Centrosema pubescens producía aumentos progresivos considerables de materia seca (MS) hasta un nivel de 100 kg/ha y que el incremento posterior fue más lento al aumentar la dosis hasta 400 kg/ha; mientras que Andrew y Robins (1969a y b) observaron que el suministro de P aumentaba el contenido de este elemento en la parte aérea de esta especie y su rendimiento. Además, aumentaba el por ciento de N mientras que disminuía el de K, con un porcentaje crítico para el P de 0,16%.

En suelos deficientes de P existen problemas con el proceso de fijación simbiótica. Franca y Carvalho (1970) detectaron una disminución en el peso nodular, la producción de N y el rendimiento de MS en Centrosema pubescens en un suelo de este tipo, mientras que Diatloff y Luck (1972) encontraron que al aplicar superfosfato en Neonotonia wightii en un suelo de
Queensland, se incrementó el por ciento de plantas nodulares. El efecto de la deficiencia de P también se contrarresta con la aplicación de roca fosfórica, lo cual mejora considerablemente los rendimientos de MS y la nodulación (Meléndez, González y Pérez, 1976). Es necesario además tener en cuenta el importante papel que pueden desempeñar las micorrizas vesículo-arbusculares (VA), pues estimulan fuertemente la nodulación, la fijación de N y el crecimiento de las leguminosas (Chush, 1974; Mosse, Powell y Hayman, 1976), ya que se produce un incremento considerable de la absorción de este elemento.

En trabajos realizados en un suelo latosol rojo (fase cerrado) la omisión de K no tuvo, aparentemente, efectos perjudiciales en el rendimiento de MS y la fijación de N (Franca y Carvalho, 1970), pero en suelos deficientes de este elemento (0,04 m-equiv de K/100 g de suelo), al añadirle hasta 0,32 g de KCl, se obtuvieron incrementos crecientes en el rendimiento y por ciento de K en la parte foliar (Andrew y Robins, 1969c).

Algunos trabajos han informado que la fertilización con K incrementa el número de nódulos y los niveles de fijación de N (Haghparast-Tanha, 1975; Duke, Collins y Soberalske, 1980), pero no se conoce con certeza el nivel de participación que puede tener este elemento en el proceso de fijación simbiótica, aunque es muy posible que su acción sea indirecta debido a su participación en gran cantidad de procesos enzimáticos y de síntesis donde está incluida la fotosíntesis. Recientes trabajos han sugerido la hipótesis de que la fertilización con K estimula la fijación de N y la nodulación debido al aumento que se produce en el traslado de los compuestos fotosintetizados de la raíz hacia los nódulos (Chevalier, 1977); Haghparast-Tanha, 1975) o del tallo hacia los nódulos (Collins y Duke, 1981).

 

Aluminio y manganeso

La toxicidad que presentan el aluminio y el manganeso son factores importantes en el crecimiento y desarrollo de las leguminosas (Mclean, 1976; Silva, 1976). Esta se manifiesta generalmente a pH menores de 5,5 (Helyar, 1978). En muchos suelos tropicales la toxicidad del Al ocurre a pH cercano a 4,5 o por debajo de este (Norris y Date, 1976); además, se conoce que la adición de Ca y el aumento del pH neutralizan al Al intercambiable, disminuyendo su acción sobre la planta (Shoop, Brooks, Blaser y Thomas, 1961; Troung, Wilson y Andrew, 1971; Janghorbani, Roberts y Jackson, 1975; Mclean y Scali, 1977).

El Al actúa sobre la raíz inhibiendo el crecimiento terminal y afectando el proceso de ramificación (Helyar, 1978) al producir clorosis en las hojas (Jackson, 1967). La toxicidad del Al se refleja principalmente al interferir en el metanolismo del P de la planta (Amarisiri y Olsen, 1973; Helyar, 1978), por lo que esta aparece como deficiente de dicho elemento. Andrew y Venden Berg (1973) observaron que leguminosas tropicales y templadas que poseían concentraciones normales de P, sufrían efectos tóxicos de este elemento, por lo que se piensa que el Al entra al citoplasma de las células de la raíz inhibiendo el metabolismo del P. También Carvalho, Andrew, Edwards y Asher (1980) encontraron que algunas leguminosas dependientes de la fijación de N simbiótica eran más sensibles al Al que las que crecían con N inorgánico, por lo cual las altas concentraciones de Al pueden influir directamente en la nodulación y la formación de los nódulos.

La toxicidad del Al es relacionada con frecuencia con la toxicidad del Mn debido a que ambos mantienen relación con la disminución del pH. Por su parte, el Mn++ puede inducir una deficiencia de hierro, pues presenta antagonismo con este elemento bloqueando su absorción. La concentración de Mn puede ser muy variable en condiciones de campo (Siman, Cradock y Hudzon, 1974), pues depende de la reducción biológica, la no biológica y los rangos de oxidación de los óxidos de manganeso. La reducción se ve favorecida por las inundaciones o condiciones muy secas y por pH menores de 5,5, mientras que la oxidación se favorece en condiciones de humedad normal y altos pH.

Cuando la toxicidad del Mn es leve se manifiesta con clorosis en las hojas, pero cuando es más severa se produce la necrosis de los tejidos; también se reduce considerablemente el proceso de nodulación y la efectividad del Mo en la fijación de N reduciendo el número y tamaño de los nódulos, lo cual puede ser mitigado por la adición de Ca (Vose y Jones, 1963).

Helyar (1978) ha planteado que los niveles de toxicidad para el Al y para el Mn pueden variar entre 1 y 40 mM para el primero y entre 1 y 50 mM para el segundo elemento, lo que depende en gran medida de la especie de leguminosa (Andrew y Hergarty, 1969; Andrew y
Hutton, 1974; Carvalho, Asher, Edwards y Andrew, 1982), presentando diferentes tolerancias tanto al Al como al Mn. Este efecto tóxico se refleja directamente en el proceso de fijación simbiótica pues se observa que el Al puede afectar la colonización e infección del Rhizobium en Phaseolus vulgaris (Franco y Munns, 1982), así como la nodulación en Medicago sativa (Hallsworth, 1958) y en diferentes especies de Stylosanthes (Carvalho, Edward, Andrew y Asher, 1981); mientras que se ha encontrado que Phaseolus vulgaris es muy sensible a la toxicidad del Mn, y en Glycine max, cuando se sembró en un suelo de pH 6,8; provocó una disminución en el peso, el volumen y el número de los nódulos después de los 56 días (Mask y Wilson, 1978). Esto nos muestra el efecto que pueden causar tanto el Al como el Mn, el cual puede ser contrarrestado con un buen control del pH del suelo o la aplicación de Ca de forma que no se afecte la relación iónica del suelo. Una forma adecuada es el empleo de peletización de la semilla con cal.

 

Molibdeno y cobalto

El complejo enzimático que actúa en el proceso de fijación de N posee una enzima de composición hierro-proteína y otra molibdeno-hierro-proteína, por lo que el Mo es uno de los micronutrientes necesarios para el proceso de fijación biológica por ser componente de la nitrogenasa; se ha hallado, además, que existe en mayor proporción en los nódulos que en el resto de la planta. Este compuesto también forma parte de la nitrato reductasa, por lo que no sólo es necesario para las plantas dependientes de la fijación del N atmosférico, sino también para las que crecen con nitrato como fuente de N.

El proceso de fijación de N requiere una mayor cantidad de Mo que la planta huésped (Robson, 1978), pero se ha encontrado que a ciertas cantidades de este elemento pueden ocurrir efectos depresivos en la planta (Monsalve y Lotero, 1978). La carencia de Mo conlleva a la formación de nódulos no efectivos en la fijación, no porque este actúe directamente en la formación del nódulo, sino porque es necesario para la síntesis de la nitrogenasa. Se ha observado que plantas con buen suministro de Mo producen menos nódulos pero de una mayor efectividad en la fijación del N (Franco, Maranhao y Dobereiner, 1970; Nery, Pérez y Dobereiner, 1976).

El Mo puede ser absorbido por el suelo a bajos pH, lo cual se favorece con altas precipitaciones (Barrow, 1978). Phaseolus vulgaris tuvo respuesta a la fertilización con Mo sólo después de haber encalado el suelo, y el pH estuvo por encima de 5,4 (Depolli, Carvalho, Lemos y Franco, 1977). Además, al estudiar en esta misma especie cinco suelos con pH cercanos a 5, se detectó una respuesta mínima a la fertilización con Mo cuando el rango de pH estaba entre 5,0 y 5,2, mientras que a pH entre 5,2 y 5,8 la respuesta fue buena y a pH superiores fue suficiente el Mo existente en el suelo.

Tanto el Mo como el cobalto son sustancias necesarias para la eficiente fijación del N. El Co forma parte de algunas de las coenzimas que actúan en varios procesos enzimáticos. Dentro de los sistemas enzimáticos en que participa el Co están metilmalonil CoA mutasa (De Hertogh, Maycauz y Evans, 1964) y metionina sintetasa (Sato, Inukai y Shimazu, 1974).

Una serie de trabajos han demostrado que el proceso de fijación simbiótica del N atmosférico requiere del Co (Hallsworth, Wilson y Greenwood, 1960; Delwinche, Johnson y Reisenauer, 1961; 1971), lo cual es relacionado con la producción de vitamina B12 de la cual este elemento forma parte; se ha observado que al añadir Co el número de bacteroides en la planta se incrementa (Cowles, Evans y Russell, 1969; Chatel, Robson, Gartrell y Dilwort, 1978) y que existe relación entre una coenzima-vitamina B12 y la concentración de Co (Kliewar y Evans, 1962), que está involucrada en la reducción de ribonucleótidos para la síntesis del DNA y la división celular (Cowles y Evans, 1968).

Además del Mo y el Co existen otros micronutrientes que pueden afectar tanto a la planta como al proceso de fijación simbiótica, o a ambos a la vez, como son: el zinc, que limita el crecimiento de la planta huésped y actúa sobre la nodulación aunque se desconoce su rol específico; el boro, que requiere tanto la planta como los nódulos; el hierro, que es componente de la leghemoglobina, las enzimas componentes de la nitrogenasa y la ferredoxina reductora de la nitrogenasa; el cobre, que forma parte de algunas enzimas como la ácido ascorbico- oxidasa, fenolasa y citocromo oxidasa; y otros que pueden actuar en mayor
o menor grado sobre la fijación, aunque en muchos de ellos aún no se conoce el rol específico que desempeña en este proceso.

 

CONCLUSIONES

Debido al déficit proteico que existe en el mundo y a los precios crecientes de los fertilizantes nitrogenados, es necesario tomar en cuenta el proceso de fijación simbiótica del N atmosférico, ya que esta fuente inagotable puede llegar a satisfacer en cierta medida las necesidades de la población mundial. Es necesario, por tanto, explotar adecuadamente dicho proceso mediante la calificación del personal requerido y el control y conocimiento de los factores que pueden afectarlo.

De suma importancia es el establecimiento de una simbiosis efectiva por medio de la inoculación con cepas específicas de cada planta huésped de forma que garantice una buena fijación de N. Algunas leguminosas tropicales presentan un amplio rango de cepas de Rhizobium con las cuales establecen una simbiosis efectiva, mientras que otras necesitan una cepa determinada pata llevarla a cabo y presentan alta especificidad, por lo cual es importante la determinación de los requerimientos de Rhizobium de aquellas leguminosas con perspectivas de explotación. Este proceso puede ser influido, además, por diferentes factores existentes en cada región.

Los factores físicos como temperatura, luz y humedad influyen considerablemente en la fijación, por lo cual se debe mantener un buen control de estos y si es posible promover la introducción y explotación de nuevas variedades de plantas de buena producción y fijación de N acorde con las condiciones existentes, pues existe variación en la respuesta a dichos factores.

Es necesario tener en cuenta también los factores químicos y nutricionales en la fijación simbiótica del N, ya que la acción individual o combinada de ellos puede determinar el éxito o fracaso de la misma. La acción del pH es contrarrestada por la adición de Ca, teniendo muy en cuenta las condiciones específicas de cada suelo así como el tipo de leguminosa que se va a explotar, ya que algunas necesitan del encalado mientras que otras son menos afectadas; además, es importante observar la posible variación iónica del suelo al añadir Ca. Estos dos factores (pH y Ca) están muy relacionados con la toxicidad del Al y la del Mn que se ven incrementados a pH de 4,5 o menores, afectando considerablemente el rendimiento de la planta y su nodulación.

Los macroelementos N, P y K poseen diversas e importantes funciones en la planta, las cuales están directa o indirectamente ligadas al proceso de nodulación. Aplicaciones adecuadas de N en pequeñas cantidades pueden estimular la nodulación, lo cual favorece el proceso; ocurre lo contrario al aplicar mayores dosis, por lo cual se debe seguir la estrategia de poco o ningún empleo de fertilizantes nitrogenados con el fin de garantizar un proceso de fijación eficiente, con buenos rendimientos. Por su parte, el P es necesario para las leguminosas y está muy vinculado con el sistema energético que facilita la energía para este proceso; mientras que el K se sabe que influye, pero aún no está clara su participación en el mismo, aunque se relaciona con la fotosíntesis y el traslado de compuestos fotosintetizados a los nódulos.

Es necesario efectuar el control de otros micronutrientes como Mo y Co, ya que ellos forman parte de una serie de enzimas y coenzimas que actúan en distintas reacciones relacionadas con el proceso de fijación simbiótica. La carencia de estos elementos puede disminuir la eficiencia de la nodulación aun cuando exista el resto de las condiciones satisfactorias. Otros micronutrientes como el Fe, Zn, Bo, etc., pueden también afectar en mayor o menor grado la fijación de N participando de forma directa o indirecta, aunque aún no se conoce el papel específico que desempeñan muchos de ellos en este proceso.

 

CONCLUSIONS

It is necessary to take into account the symbiotical fixation process of atmospheric nitrogen, due to the proteic deficit and the high prices of N fertilizers all over the world; because this inexhausted source may serve to satisfy the necessity of the world population. Therefore, this process must be used properly by means of the qualification of the required personal and by means of the control and knowledge of the factors that may affect it.

It is extremely important the establishment of an effective symbiosis by means of inoculation with specific strains of each host plant in order to provide a good fixation of nitrogen. Some tropical legumes have a wide range of Rhizobium strains by means of which they establish an effective symbiosis, but other legumes need a specific strain to carry out this process and present high specificity; for that reason, it is important to determine the Rhizobium requirements from legumes with further perspectives. This process can be influenced by different factors in each region.

The physical factors light, temperature and humidity influence upon N fixation, therefore.; a good control of these factors have to be kept, and if it is possible the introduction and management of new plant varieties with a good production and N fixation must be done according to the existing conditions because there are variations in the response to these factors.

Besides, it is necessary to take into account the chemical and nutrimental factors in the symbiotical fixation of N, because the individual or combined action of them may determine the success or failure in this process. pH effect is diminished if Ca is supplied but the specific conditions of each soil have to be taken into consideration as well as the legume to utilize, since some of them need liming while some others are less affected; besides, it is important to observe the possible ionic variation of the soil when Ca is added. These two factors (pH and Ca) are very engaged with Al and Mn toxicity, which increases with pH 4,5 or lower and affects greatly the plant yield and its nodulation.

N, P and K play several important functions on the plant behaviour and these functions are directly or indirectly tied to nodulation process. The application of N in few quantities may stimulate nodulation in favour with the process, but if greater quantities are supplied, the process can be affected, therefore; few or no N application is the task to follow in order to provide an efficient fixation process with good yields. P is necessary for legumes and it is very tied with the energetic system that provide the energy for this process; while K influences, but its clear participation it is not very well known, although it is related with photosynthesis and with the transportation of photosynthetic compounds towards the nodules.

The control of other micronutrients as Mo and Co is very important because they take part in some enzymes and coenzymes which act on different reactions that deal with the symbiotical fixation process. The lack of these elements may diminish the effectiveness of nodulation even when the rest of the satisfactory conditions are present. Other micronutrients as Fe, Zn, Bo, etc., may also affect N fixation in a high or low degree, and they participate or indirectly, but the specific role provide by them upon this process is still unknown.

 

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