Efecto biofertilizante de Rhizobium etli en plantas de Phaseolus vulgaris : biosíntesis de Giberelinas y tolerancia a Cobre

Abstract

La industria agrícola demanda el uso de fertilizantes nitrogenados que optirnicen el rendimiento y calidad de los cultivos, sin embargo, su aplicación inadecuada genera efectos adversos en el medio ambiente. Los rizobios, bacterias del suelo simbiontes de leguminosas, pueden ser usados como altemativa a los fertilizantes químicos ya que frjan Nz atmosferico, promueven el crecimiento vegetal y pueden reducir la toxicidad de metales pesados sobre plantas que crecen en suelos contaminados. En este Seminario de Título se caracterizó el efecto biofertilizante de Rhizobium etli sobre plantas de Phaseolus vulgaris (poroto común), con respecto a la biosíntesis de htohormonas diterpénicas (giberelinas, GAs) y en relación al efecto protector de la bacteria frente a la toxicidad por Cu(II). Las plantas se hicieron crecer en cultivo hidropónico y fueron inoculadas con R. etli o alternativamente se cultivaron en presencia de un feftilizante nitrogenado (NI{4NOr. Se a$egó CuSO¿ x 5HzO en la solución de riego y se registraron, después de 25 días post inoculación, los parámetros de crecimiento y/o de nodulación de las plantas. Ademiás se detenninó la actividad de dos enzimas de la biosíntesis de GAs, la ezl-kaurenoico oxidasa y la C20 oxidasa, en bacteroides aislados desde nódulos radiculares de P. vulgaris e incubados con los sustratos ácido ¿rl-laC-kaurenoico y laC-GAn. Media¡te cromatografia líquida de alta resolución y centelleo líquido se detectó actividad de ambas oxidasas de GAs en los bacteroides, observiindose como productos de metabolización el ácido 7B hidroxi-laC-kaurenoico, 1aC-GArz aldehído, laC-GArz, raC-GArs, laC-GAz¿ y laC-GAs. Esto indica qve R. etli podría sintetizar GAs durante la simbiosis favoreciendo el crecimiento de P. ttulgaris. Con respecto al efecto de la adición de cobre, se observó tanto en las plaritas inoculadas con R. etli como en las plantas tratadas con NH+NO: una disminución en m¿rsa y en longitud del tejido aéreo d,e P. vulgaris con respecto a las plantas no tratadas, sin embargo, las raíces presentaron un mayor grosor y biomasa en presencia de Cu(II), probablemente como un mecanismo de defensa de la planta para evitar la translocación del metal al tejido aéreo. Las plantas inoculadas con R. etli y cultivadas en presencia de Cu(II) se desarrolla¡on sin síntomas de necrosis, clorosis o marchitamiento, aunque su biomasa aérea disrninuyó en un 38%. Esto podría deberse al efecto nocivo del Cu(II) sobre la simbiosis como lo indica la diiminución del número y masa de nódulos radicula¡es observado en presencia de Cu(II) (45o/o y 43Vo respectivamente). El crecimiento reducido que se encontró para R. e i en cultivos líquidos con Cu(ll) sugiere que el efecto tóxigo de este metal sobre [a bacteria disminuiría la eficiencia de Ia nodulación. Aunque el aporte de amonio por R. etli a la planfa fue menor que el logrado con la adición de NH¿NO: (menor biomasa), el crecimiento en longitud de las plantas inoculadas fue mayor, lo que podría atribuirse a las GAs bacterianas. Por otra pate, en presencia de Cu(II) se obtuvo una biomasa similar para las plantas inoculadas cor, R. etli o crecidas con el fertilizante químico lo que sugiere que el efecto protector de la toxicidad del Cu(II) se relacionaría biisicamente con la disponibilidad de amonio por la planta. Este efecto, junro con la producción de GAs, sugiere que R. e/i podría usarse como biofertilizante para el cultivo de P. vulgaris en ambientes contaminados con este metal.

The agricultural industry demands the use of nitrogen fertilizers that optknize the yield and quali§ of the crops, however, its iladequate application produces negative effects on the environment. Rhizobium, soil bacte¡ia which are legurne s¡nnbionts, can be used as an alternative to chemicaf fertilizers because they do nitrogen fixation, promote plant growth and can reduce the toxicity of heavy metals on plants growing on polluted soils. In this Thesis the biofertilizer effect of Rhizobium etll on plants of Phaseolus vulgaris (common bean) was characterized, in relation to the biosynthesis of diterpene ph¡ohormones (gibberellins, GAs) and the bacterial suppofting eff€ct against the Cu(Il) tocici§ . The plants were grown in hydroponic condition and were inoculated with R. etli or altematively cultivated in presence of a nitrogenous chemical fedilizer OrH¿NO:). Exogenous CuSOa was added to flre nutrition solution and plant gro'ñ¡th and /or the nodulation parameters were measured after 25 days post inoculation. In addition, the activity of two enzyrnes of GA biosynthesis, entkaurenoic oxidase arid C20 oxidase, were established in bacteroids isolated from root nodules of P. vulgaris incubated with the labelled substrates ent-laC-kaurenoic acid and laC-GArz. R. etli bacteroids present activity of both GA oxidases. The products 7B-hydroxy-laC-kaurenoic acid, laC-GAr: aldehyde, laC-GArz, 1aC-GA15, laC-GAzq and lac- GAq were detected by high performance liquid chromatography and liquid scintillation. This result indicates that R. etli could synthesize GAs during the symbiosis promoting the growth of P. ttulgaris. With respect to the effect of the adition of copper, it was observed in tlre plants inoculated with R. etlí and in the plants cultivated with NrLNO3 a decrease in mass and in lenght of P.vulgaris; however the roots were thicker and have more biomass tha¡ plants cultivated without the presence of copper, probably due to a defense mechanism of the plant to avoid the translocation of the metal to the air tissue. Plants inoculated with R. etli and grown in the presence of Cu(II) did not develop necrosis, chlorosis or wilting symptoms, although their aerial biomass decreased by 38%. This could be due to the negative effect of Cu(If) on symbiosis seen as a decrease in the number and mass of root nodules observed in the presence of Cu(II) (45% md 43%, respectively). The reduced growth found for R. etli in liqtid, cultures in the presence of Cu(II) suggests that the toxic effect of this metal on the bacteria would decrease the efficiency ofnodulation. Although the ammonium contribution by R. etli to the plant was lower than the achieved with the addition of NH¿NO: (lower biornass), the length growth of inoculated plants was higher, which could be attributed to bacterial GAs. On the other hand, in the presence of Cu(ll) a sirrilar biomass was obtained for the plants inoculated wifh R. etti or grown with the chemical fertilizer suggesting that the protective effect on Cu(II) toxicity would basically relate to the availabilily of ammonium by the plant. This eflect, together with the production of GAs, suggests fhat R. etli could be used as a biofertilizer for the grownth of P. tulgaris in metal polluted environments.