Aplicación de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV) en la reforestación de zonas semiáridas = Application of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) in the revegatation of semiarid areas

Abstract

En las zonas semiáridas mediterráneas del sureste de España, las escasas e irregulares precipitaciones, y un largo y seco periodo de verano han contribuido drásticamente a la aceleración de los procesos de degradación del suelo. Los cambios ambientales como consecuencia de la pérdida de las comunidades naturales de plantas, vienen a menudo acompañados o precedidos por la degeneración de las propiedades físicas y químicas del suelo, además de por una pérdida o reducción de la actividad microbiana. Actualmente se acepta que la diversidad y actividad de la microbiota del suelo es la base de uno de los mecanismos que más contribuyen a la conservación del suelo, al desarrollo y mantenimiento de la cubierta vegetal y por ende, a la estabilidad y funcionamiento del ecosistema. Así pues, el objetivo principal de este trabajo fue evaluar, en áreas degradas, la eficacia de diversas cepas de rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (RPCV) junto a la aplicación de enmiendas orgánicas sobre el desarrollo de la cubierta vegetal y la calidad de las propiedades del suelo, así como verificar la efectividad como RPCV de varias cepas de actinobacterias, previamente aisladas de diferentes suelos de la Región de Murcia. Con este fin, se llevaron a cabo cinco ensayos diferentes: tres de ellos en condiciones de campo, utilizando diferentes enmiendas orgánicas y RPCV, un cuarto ensayo consistente en el aislamiento de cepas de actinobacterias de la rizosfera de un arbusto autóctono presente en dos localidades diferentes de la Región de Murcia, Rhamnus lycioides L. y un quinto y último ensayo focalizado en la verificación como RPCV de las cepas de actinobacterias previamente aisladas así como el estudio de la incidencia relativa del de origen de las cepas y el suelo sujeto a plantación en la efectividad de las mismas. En todos los experimentos desarrollados en condiciones de campo, se evaluaron tanto el crecimiento y la absorción de nutrientes por parte de la planta, así como las respuestas al estrés originado por la escasez de agua. Del mismo modo, se determinaron las propiedades físico-químicas, químicas y biológicas del suelo. Con respecto al ensayo de aislamiento de actinobacterias de suelo rizosférico, se llevaron a cabo diversas técnicas que permitieron aislar y purificar diferentes cepas, así como caracterizarlas e identificarlas. Como resultados principales del trabajo, se puede destacar que en los tres primeros ensayos, las rizobacterias empleadas promovieron, satisfactoriamente, el crecimiento de las plantas así como la absorción de nutrientes y su tolerancia al estrés. En el primer experimento, en el que se ensayó sobre Cistus albidus L. una mezcla de dos rizobacterias inmovilizadas en arcilla (Azospirillum brasilense y Pantoea dispersa) como inoculante microbiano y residuo de oliva como enmienda, se observó un efecto aditivo en el tratamiento combinado, consistente en la inoculación microbiana y la adición del residuo orgánico al mismo tiempo, que permitió acrecentar las propiedades bioquímicas y microbiológicas del suelo. En el segundo ensayo en campo, en el que se probaron las mismas rizobacterias y la misma enmienda sobre Pinus halepensis Mill., se determinó que la eficacia de la inoculación microbiana fue el tratamiento más efectivo sobre el desarrollo de la planta y sobre las propiedades del suelo. El tercer ensayo se desarrolló para verificar la eficacia de diferentes cepas libres de RPCV (Bacillus megaterium, Enterobacter sp., Bacillus thuringiensis y Bacillus sp.) y la adición de residuo de remolacha azucarera compostado como enmienda orgánica sobre Lavandula dentata L. En este caso, la selección de las rizobacterias efectivas y la combinación de su inoculación junto con la aplicación de la enmienda orgánica se consideró el punto crucial del que dependería la eficacia de esta técnica de revegetación. Con respecto al cuarto ensayo, desarrollado en condiciones de laboratorio, la metodologías utilizadas para el aislamiento caracterización e identificación de diferentes especies de actinobacterias se consideraron las adecuadas, obteniéndose cuatro cepas pertenecientes al género Streptomyces que reunían las condiciones necesarias para ser consideradas potenciales RPCV. En el quinto y último ensayo, en condiciones de campo, se determinó que las bacterias previamente aisladas preservaban las habilidades descritas en condiciones de laboratorio, verificándose su rol como RPCV. Sin embargo, deberían considerarse tanto el origen de la cepa como la fertilidad biológica del suelo sujeto a plantación como factores fundamentales para la selección de cepas de actinobacterias destinadas a uso en revegetación en ambientes semiáridos.

In Mediterranean semiarid zones of Southeast Spain, limited and irregular rainfalls and a long and dry summer periods have contributed drastically to the acceleration of soil degradation processes. Environmental changes as a consequence of loss of natural plant cover are often accompanied by the physical and chemical soil properties degeneration, and by a loss or reduction of microbial activity. It is a corroborated fact that the proper functioning and stability of terrestrial ecosystems depends, to a large extent, of the diversity and composition of their vegetal cover. However, the ecological mechanisms that adjust and maintain the peculiar diversity of plant species in an ecosystem throughout the time are only known in a fragmentary way. Nowadays, it is permissible to think that the soil microbiota diversity and activity constitute the basis of one of the mechanisms that influences on soil preservation, on the development and maintenance of the vegetal cover and, consequently, on the ecosystem stability and functioning. The main objective in this Thesis was to evaluate, in degraded areas, the effectiveness of diverse plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) strains and the addition of an organic waste on plant performance and on the soil quality properties, as well as to verify the efficacy of some actinobacteria strains as PGPR, previously isolated from different soils of Murcia. So, five different assays were developed: three field experiments involved the use of different organic amendments and PGPR strains; a fourth assay based on the isolation of different actinobacterial strains from the rhizosphere of an autochthonous shrub, that occurs naturally in two distinct sites of Murcia, Rhamnus lycioides L. and a fifth and last experiment focused on the verification as PGPR of the previously isolated actinobacteria strains as well as the study of the relative incidence of both the strain origin and the characteristics of soil subjected to plantation. In the entire field assays it was evaluated the plants growth, nutrients uptake and the biochemical and/or physiological responses of the plants. The physical, physico-chemical and biological soil properties were also determined. With regard to the experiment focused to the actinobacteria isolation from rhizosphere soil, diverse techniques were carried out allowing isolating and purifying different strains as well as to characterise and identify them. The main results obtained in this Thesis can be summarised as follows: in the assays developed under field conditions, the assayed PGPR satisfactory promoted the plant growth, the nutrients uptake and the tolerance to water stress. In the first assay, it was tested the addition of a mixture of two immobilised PGPR in clay pellets (Azospirillum brasilense and Pantoea dispersa) as microbial inoculant and olive mill residue as organic amendment on the target plant Cistus albidus L., it was observed an additive effect in the combined treatment consisting of the microbial inoculation and the organic amendment applied jointly, allowing to enhance biochemical and microbiological soil properties. In the second field experiment, developed by using the same PGPR and organic residue than in the previous assay, it was determined that the most effective treatment to improve Pinus halepensis Mill. plant performance and soil conditions was the microbial inoculation. The third experiment was developed to verify the effectiveness of diverse PGPR free strains (Bacillus megaterium, Enterobacter sp., Bacillus thuringiensis and Bacillus sp.) and the application of sugar beet residue as organic amendment Lavandula dentata L. performance as target plant. The selection of the most efficient rhizobacteria strains and their combined effect with organic residue seems to be a critical point that drives the effectiveness of using these biotechnological tools in revegetation tasks. Regarding the fourth experiment, developed under laboratory conditions, the methodologies used to the actinobacteria isolation, characterisation and identification were successful. Four strains belonging to genus Streptomyces were obtained and they met the required abilities to consider them PGPR. The actinobacteria strains were tested in a fifth assay developed under field conditions being observed that the PGPR capacities were preserved. However, the strain origin and the biological fertility of plantation soil must be considered to an adequate actinobacteria strain selection to be used in restoration programs under semiarid conditions.