Experimentos con las bacterias Rhizobium contribuyen a la agricultura sustentable
CIENCIAS AGRICOLAS.
Actúan como fertilizante natural de plantas de consumo humano.
Bajo la tierra, en las raíces del frijol, ocurre un proceso invisible a los ojos humanos del que depende buena parte de la agricultura mundial: millones de bacterias microscópicas trabajan todos los días capturando nitrógeno del aire y transformándolo en nutrientes que las plantas pueden utilizar.
Gracias a esos microorganismos, conocidos como bacterias fijadoras de nitrógeno, el frijol puede crecer en suelos pobres. “Las plantas no están solas. En realidad, viven asociadas con comunidades enteras de microorganismos que son fundamentales para su desarrollo”, asegura la doctora Esperanza Martínez Romero, del Centro de Ciencias Genómicas UNAM.
La investigadora en microbiología del suelo señala que los agricultores del pasado, ya intuían que había “algo” en la tierra que mejoraba los cultivos. “Parece que, cuando los romanos introdujeron el chícharo a Europa, observaron que las plantas no crecían bien. Entonces comenzaron a llevar tierra de las regiones de Asia donde el cultivo prosperaba, y con ello las plantas crecían mejor”.
Lo que sí está bien documentado es que a finales del siglo XIX y principios del XX, cuando la soya fue introducida de China a Estados Unidos, los cultivos no crecían adecuadamente. Los investigadores descubrieron entonces que era necesario incorporar bacterias provenientes de los suelos chinos, donde la planta había evolucionado naturalmente, para que pudiera desarrollarse correctamente.
Aquellos descubrimientos dieron origen a los primeros preparados bacterianos comerciales, considerados los precursores de los biofertilizantes modernos. Desde finales del siglo XIX, esos productos comenzaron a utilizarse para mejorar el crecimiento y la productividad de cultivos leguminosos.
En México, los científicos han identificado numerosas bacterias fijadoras de nitrógeno asociadas a plantas leguminosas como el frijol. Muchas de ellas pertenecen al género Rhizobium y viven de manera natural en los suelos agrícolas, donde establecen relaciones simbióticas con las raíces de las plantas.
El frijol es uno de los cultivos alimentarios más importantes del mundo y, particularmente, en México es una fuente fundamental de proteína para millones de personas.
De hecho, explica la doctora Martínez Romero, en algunos programas agrícolas desarrollados en África no solo se introdujeron semillas de frijol, sino también bacterias asociadas al cultivo para asegurar que las plantas pudieran crecer adecuadamente y fijar nitrógeno de manera eficiente.
¿Por qué es necesario el nitrógeno en los cultivos?
Los seres vivos estamos formados principalmente por moléculas que contienen carbono, oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, elementos fundamentales para la vida. Estos participan en prácticamente todos los procesos biológicos, desde la obtención de energía hasta el crecimiento, la reproducción y el funcionamiento de las células.
“El carbono constituye la base de las moléculas orgánicas, mientras que el nitrógeno es indispensable para proteínas, enzimas y ácidos nucleicos como el ADN y el ARN”, explica la investigadora.
“Tradicionalmente, cuando aprendemos sobre las plantas en la escuela, casi toda la atención se centra en la fotosíntesis. Sabemos que las plantas toman dióxido de carbono del aire y utilizando la energía del Sol producen azúcares que les permiten crecer y desarrollarse. Sin embargo, pocas veces se habla del nitrógeno, a pesar de que también es esencial para la vida”.
Este proceso, conocido como fijación de nitrógeno, es realizado principalmente por ciertos microorganismos, entre ellos bacterias asociadas a las raíces de plantas leguminosas como el frijol (Phaseolus vulgaris).
Por ello, las bacterias desempeñan un papel esencial al transformar el nitrógeno atmosférico en compuestos que las plantas sí pueden aprovechar. Sin ellas gran parte de la vida en la Tierra —incluida la agricultura moderna— simplemente no sería posible.
Para la producción agrícola, el nitrógeno es uno de los nutrientes más importantes para el crecimiento de los cultivos. Su disponibilidad influye directamente en el desarrollo de hojas, tallos y granos, así como en la productividad. Sin suficiente nitrógeno, las plantas crecen poco, presentan hojas amarillentas y producen menos alimento.
La microbióloga señala que no todas las bacterias fijadoras de nitrógeno funcionan con cualquier leguminosa. Algunas son capaces de asociarse eficientemente con determinados cultivos, mientras que otras solo establecen relaciones exitosas con especies específicas.
“Si nos llevamos una planta de frijol a Rusia, por ejemplo, allí probablemente no existan las bacterias adecuadas para ese cultivo. Por eso es necesario llevar tanto la planta como las bacterias asociadas”.
Lo que más fascina a la investigadora es que los efectos de esta asociación pueden observarse a simple vista. "Eso fue lo que me enamoró de la fijación de nitrógeno. Tengo unos arbolitos llamados Leucaena. Cuando no tienen la bacteria adecuada son pequeños y amarillentos; en cambio, cuando están asociados con las bacterias correctas, crecen enormes y de un verde intenso”.
¿Cómo ocurre la relación entre las bacterias y la planta?
La relación entre las bacterias fijadoras de nitrógeno y las plantas leguminosas, como el frijol, es un ejemplo de simbiosis: una asociación en la que ambos organismos obtienen beneficios.
“Todas las plantas tienen bacterias, pero solo algunas poseen la capacidad de capturar nitrógeno del aire y transformarlo en compuestos que las plantas pueden aprovechar”, señala la doctora Martínez.
Todo comienza en el suelo. Las raíces del frijol liberan sustancias químicas que atraen a bacterias del género Rhizobium. Cuando las bacterias adecuadas reconocen esas señales químicas, se adhieren a la raíz e inician un complejo proceso de comunicación molecular.
Como respuesta, la planta comienza a formar pequeños nódulos en sus raíces. Dentro de estas “cajitas”, las bacterias viven protegidas y reciben azúcares y otros compuestos producidos por la planta mediante la fotosíntesis.
A cambio, las bacterias utilizan una enzima especializada llamada nitrogenasa para capturar el nitrógeno atmosférico y transformarlo en compuestos, como el amoniaco, que posteriormente la planta transporta hacia las hojas y utiliza para producir aminoácidos, proteínas y otras moléculas esenciales para su crecimiento.
“Es una relación de beneficio mutuo”, asegura la científica. “La planta les proporciona energía y refugio; las bacterias le suministran nitrógeno”.
“No cualquier bacteria puede asociarse con cualquier planta, ya que ambas deben reconocerse químicamente para que la simbiosis funcione”, precisa.
Gracias a ese proceso, las bacterias fijadoras de nitrógeno pueden sustituir parcial e incluso totalmente el uso de fertilizantes nitrogenados químicos en algunos cultivos. Esto no solo reduce costos de producción, sino también el impacto ambiental asociado al uso excesivo de fertilizantes industriales, cuya fabricación consume grandes cantidades de energía y puede contaminar suelos y cuerpos de agua.
Por ello, los biofertilizantes elaborados con estas bacterias son considerados una de las alternativas más prometedoras para avanzar hacia una agricultura más sustentable. La especialista explica que cultivos como el maíz, el trigo y el arroz no forman naturalmente estos nódulos, razón por la cual dependen mucho más de fertilizantes químicos nitrogenados.
El grupo de investigación encabezado por la doctora Martínez Romero ha trabajado durante más de 15 años en estudiar cómo lograr que cultivos como el maíz puedan asociarse de manera más eficiente con bacterias fijadoras de nitrógeno.
“Si lográramos que el maíz pudiera beneficiarse de este tipo de asociaciones, el impacto sería enorme. Habría una reducción muy importante en el uso de fertilizantes químicos y la agricultura podría volverse mucho más sustentable”.
Los investigadores han logrado que ciertas bacterias fijen nitrógeno en asociación con raíces de maíz mediante mecanismos distintos a los observados en el frijol. Lejos de tratarse de una tecnología completamente nueva, estos microorganismos recuperan una antigua alianza biológica entre plantas y bacterias que la naturaleza ha perfeccionado durante millones de años.
Por: Consuelo Doddoli.
Sitio Fuente: Ciencia UNAM