Introducción
⌅En
las últimas décadas, la naturaleza experimenta cambios, en su mayoría
favorecidos por la actividad antrópica, que generarán un impacto
negativo en el futuro, y que inciden en la seguridad alimentaria del
planeta (Rodrigo et al., 2019Rodrigo,
D.; Picó, M. y Dimuro, G. (2019). Los objetivos de desarrollo
sostenible como marco para la acción y la intervención social y
ambiental. Retos Revista de Ciencias de la Administración y Economía, 9
(17), 25-36. https://doi.org/10.17163/ret.n17.2019.02
).
Por esta razón, se hace necesaria la búsqueda de alternativas
biotecnológicas como el empleo de los microorganismos con impacto
ambiental y agrícola, en la recuperación frente eventos extremos y su
beneficio en la nutrición vegetal (Sánchez et al., 2020), así como en la recuperación de los suelos afectados (Montenegro et al., 2020Montenegro,
S.; Pulido, S. y Calderón Vallejo, L.F. (2020). Prácticas de
biorremediación en suelos y aguas. Notas De Campus, (1). https://doi.org/10.22490/notas.3451
). Actualmente, se encuentran afectadas por salinización cerca de 1128 millones de hectáreas, a nivel mundial (Hossain, 2019Hossain,
S. (2019). Present scenario of global salt affected soils, its
management and importance of salinity research. International Research
Journal of Biological Sciences 1 (1): 1-3. ISSN: 2663-5968, e ISSN:
2663-5976
) y se estima un aumento de las mismas en los
próximos años, lo cual conspira con el adecuado desarrollo de la
agricultura, ya que limita el crecimiento de diversos cultivos. La
Ciénaga de Zapata, constituye un espacio geográfico especialmente
vulnerable al cambio climático, considerada el área de mayor
significación ecológica ambiental del país, donde se esperan las mayores
y más intensas afectaciones por el incremento del nivel del mar, en el
orden de 8 a 44 cm para el 2050 y de 20 a 95 cm para el 2100 (Planos et al., 2013Planos,
E.; Vega, R. y Guevara, A. (2013). Impacto del Cambio Climático y
Medidas de adaptación en Cuba. Instituto de Meteorología, Agencia de
Medio Ambiente, Ministerio de Ciencias, Medio Ambiente y Tecnología. La
Habana, Cuba, 430 pp.
), por lo que se estima que sus áreas se reduzcan entre el 60 y 80 %, para el 2050 y el 2100, respectivamente (Alfonso, et al., 2013Alfonso,
A.; Moya, B.; Menéndez, M.; Caballero, L., y Jiménez, J. (2013).
Propuesta preliminar de Estrategia de Adaptación al Cambio Climático con
participación comunitaria para el humedal Ciénaga de Zapata. Cuba.
Memorias IX Conferencia Internacional de Medio Ambiente y Desarrollo
(pág. 138). La Habana: Sello editorial AMA.
). Otro de
los aspectos que conspiran es la sequía, la que se relaciona de igual
manera con el cambio climático y también genera condiciones de
salinidad, por el efecto de menores precipitaciones (Planos et al., 2013Planos,
E.; Vega, R. y Guevara, A. (2013). Impacto del Cambio Climático y
Medidas de adaptación en Cuba. Instituto de Meteorología, Agencia de
Medio Ambiente, Ministerio de Ciencias, Medio Ambiente y Tecnología. La
Habana, Cuba, 430 pp.
).
Por esta razón, el estudio de la biodiversidad microbiana en los suelos salinos constituye una premisa para las áreas con estas condiciones, ya que permitirá proyectar mediante la ciencia y la tecnología una gestión ambientalmente segura, que contribuya a la sostenibilidad del desarrollo local de esas comunidades.
La biodiversidad de los suelos es un indicador de
calidad, de ahí que una elevada diversidad de comunidades microbianas es
sinónimo de estabilidad en el suelo, lo que a su vez le permite
desempeñar funciones claves como reciclaje de nutrientes, absorción de
desechos orgánicos y mantenimiento de la estructura, por eso se
considera como una herramienta fundamental para evaluar la calidad del
suelo (Zou et al., 2020Zou,
Y.N.; Wu, Q.S. y Kuča, K. (2020). Unravelling the role of arbuscular
mycorrhizal fungi in mitigating the oxidative burst of plants under
drought stress. Plant. Biol. 23:50-57. https://doi.org/10.1111/plb.13161
).
En este caso, las bacterias en la rizósfera se desarrollan
mayoritariamente, si se comparan con otros grupos de microorganismos, ya
que tienen mayor velocidad de crecimiento y posibilidades de crecer en
diferentes sustratos como fuentes de carbono o nitrógeno (Kumar Arora et al., 2020Kumar
Arora, N.; Tahmish, F.; Mishra, J.; Mishra, I.; Verma, S.; Verma, R.;
Vermad, M.; Bhattacharya, A.; Verma, P.; Mishra, P. y Bharti, Ch.
(2020). Halo-tolerant plant growth promoting rhizobacteria for improving
productivity and remediation of saline soils. Journal of Advanced
Research, 26: 69–82. https://doi.org/10.1016/j.jare.2020.07.003.
).
Dada su abundancia, se describe que el componente microbiano del suelo
es importante para mejorar la salud de los ecosistemas.
En estos
agroecosistemas viven microorganismos halófilos, que toleran altas
concentraciones de sal, que para la gran mayoría de microorganismos
sería mortal, pero los halotolerantes o halófilos pueden crecer en
ambientes hipersalinos y requieren al menos 0,2 moles de sal para su
crecimiento (Yoo et al., 2019Yoo,
S.J.; Weon, H.Y.; Song, J. y Sang, M.K. (2019). Induced tolerance to
salinity stress by halotolerant bacteria Bacillus aryabhattai H19-1 and
B. Mesonae H20-5 in tomato plants. Journal of Microbiology and
Biotechnology, vol. 29, no. 7, pp. 1124-1136. ISSN 17388872. https://doi.org/10.4014/jmb.1904.04026
).
De ahí la importancia de identificar cepas con la capacidad de
incrementar la tolerancia a la salinidad en los cultivos agrícolas (Lami et al., 2020Lami,
M.J.; Adler, C.; Caram‐Di Santo, M.C.; Zenoff, A.M.; de Cristóbal,
R.E.; Espinosa‐Urgel, M. y Vincent, P. A. (2020). Pseudomonas stutzeri
MJL19, a rhizosphere‐colonizing bacterium that promotes plant growth
under saline stress. J. Appl. Microbiol. https://doi.org/10.1111/jam.14692.
) y evaluar la participación de genes específicos de algunas cepas en la promoción del crecimiento vegetal (Tahir et al., 2020Tahir,
M.; Naeem, M.A.; Shahid, M.; Khalid, U.; Farooq, A.B.U.; Ahmad, N.;
Ahmad, I.; Arshad, M. y Waqar, A. (2020). Inoculation of pqq E gene
inhabiting Pantoea and Pseudomonas strains improves the growth and grain
yield of wheat with a reduced amount of chemical fertilizer. Journal of
Applied Microbiology. https://doi.org/10.1111/jam.14630
).
Sus posibles mecanismos de adaptación pueden proporcionar una mejor
comprensión para explorar las respuestas ecológicas y evolutivas en los
ecosistemas.
Por todo ello, este trabajo tiene como objeto estudiar la diversidad microbiana de agroecosistemas salinos del municipio Ciénaga de Zapata, de la provincia Matanzas
Materiales y métodos
⌅Sitios de muestreo de los suelos salinos
⌅Se realizaron 18 colectas de muestras de suelos del municipio Ciénaga de Zapata, la provincia de Matanzas; de ellas, del 1 al 10 pertenecen a la localidad de Soplillar y del 11 al 17 a Cayo Ramona. En cada sitio se tomaron cinco submuestras de suelo a una profundidad de 20 cm, las cuales se homogenizaron para formar una muestra compuesta representativa de cada sitio (1 kg).
Caracterización de los suelos en estudio
⌅se
colectaron muestras aleatorias a una profundidad de 0-20 cm de la capa
arable y se conformó una muestra compuesta. El porcentaje de materia
orgánica se determinó por el método de Walkley y Black y el pH por el
método potenciométrico con una relación suelo: solución de KCl de 1:2,5.
Para cuantificar el P2O5 asimilable (mg.kg-1), se realizó una extracción con H2SO4 0,1 Mol.L-1, con una relación suelo: solución de 1:25. Los cationes intercambiables (cmol.kg-1) se obtuvieron mediante extracción con NH4Ac (1 Mol.L-1) a pH 7. Los cationes se determinaron por complejometría (Ca y Mg) y por fotometría de llama (Na y K). El contenido de K2O (mg.kg-1) se calculó a partir del K intercambiable (Paneque Pérez et al., 2010Paneque,
V.M.; Calaña, J.M.; Calderón, M., Borges, Y.; Hernández, T. y Caruncho.
M. (2010). Manual de técnicas analíticas para análisis de suelo,
foliar, abonos orgánicos y fertilizantes químicos. 1ra ed. Cuba, La
Habana: Ediciones INCA, 62. ISBN: 978-0507023-50-0 185.
).
Evaluación y descripción de los morfotipos
⌅Para realizar el conteo de bacterias heterótrofas totales en Unidades Formadoras de Colonias (UFC mL-1.
gramo de suelo) se partió de las muestras compuestas de cada sitio, de
las que se tomaron 10 g de suelo, los que se procesaron según el método
de Diluciones Seriadas a una concentración de 10-7 y se empleó el medio de cultivo Agar Nutriente (BIOCEN, 2018Biocen (2018). Manual de Medios de Cultivo. La Habana. Centro Nacional de Biopreparados, BIOCEN. Disponible en: http://www.biocen.cu.
).
Las placas una vez inoculadas se incubaron a 30 °C de temperatura,
durante 48 horas. Se realizó, además, la descripción de la morfología de
las colonias para evaluar la diversidad de morfotipos de
microorganismos presentes en estos suelos. Una vez purificados los
aislados obtenidos se sembraron en el medio de cultivo Agar Nutriente (BIOCEN, 2018Biocen (2018). Manual de Medios de Cultivo. La Habana. Centro Nacional de Biopreparados, BIOCEN. Disponible en: http://www.biocen.cu.
) con diferentes niveles de NaCl (0, 50, 150 y 200 mM) y se incubaron a 30 oC durante 24 horas, para evaluar su capacidad para tolerar el NaCl.
Resultados y discusión
⌅Los
suelos en estudio son del tipo Histosol e Histosol mésico, de poca
fertilidad y profundidad, con alta presencia de arcillas (1:1). Con
valores de materia orgánica entre 2,2 y 2,8 % y bajos contenidos de P y K
asimilables, neutros a moderadamente alcalinos (pH 6.6-7.6) y con
niveles de conductividad eléctrica entre (2,8-3,7 ds/m), por lo que se
consideran medianamente salinizados, según Hernández et al. (2023Hernández,
A.; López, D. y Morales, M. (2023). Métodos de análisis para calcular
el contenido en sales de los suelos de Cuba. Agrotecnia de Cuba, ISSN
2414-4673, 2023, 47(1): 93-97.
).
En la Figura 1 se muestra el área de estudio y la ubicación geográfica de los agroecosistemas muestreados en el municipio Ciénaga de Zapata, de la provincia Matanzas (comunidades Soplillar y Cayo Ramona).
La Figura 2 muestra la variabilidad en las concentraciones de bacterias heterótrofas totales en los agroecosistemas muestreados, y se observan resultados superiores en la finca No. 7 ubicada en Soplillar y las fincas No. 16 y No. 18, pertenecientes a Cayo Ramona.
Se describe
que en la rizosfera existen diferentes tipos de interacciones
microorganismos-planta-suelo, que abarcan un amplio espectro, entre
beneficiosas y patogénicas. Estas interacciones son de alta complejidad y
nivel de dependencia, tanto de las especies vegetales involucradas
entre sí, como con el tipo de suelo y las condiciones ambientales
existentes (Chávez-Díaz et al., 2020Chávez-Díaz,
I.F.; Zelaya, L.X.; Cruz, C.I.; Rojas, E.; Ruíz, S. y de los Santos, S.
(2020). Consideraciones sobre el uso de biofertilizantes como
alternativa agro-biotecnológica sostenible para la seguridad alimentaria
en México. Revista Mexicana Ciencias Agrícolas, 11 (6), 1423-1436. https://doi.org/10.29312/remexca.V9i4.1389.
),
aspectos que pueden contribuir a los resultados obtenidos en el
presente estudio. Además, se conoce que en la zona rizósferica se
registra una mayor población de bacterias, ya que están creadas las
condiciones para su proliferación (Kumar Arora et al., 2020Kumar
Arora, N.; Tahmish, F.; Mishra, J.; Mishra, I.; Verma, S.; Verma, R.;
Vermad, M.; Bhattacharya, A.; Verma, P.; Mishra, P. y Bharti, Ch.
(2020). Halo-tolerant plant growth promoting rhizobacteria for improving
productivity and remediation of saline soils. Journal of Advanced
Research, 26: 69–82. https://doi.org/10.1016/j.jare.2020.07.003.
).
Por todos estos aspectos, es importante conocer la diversidad de morfotipos bacterianos existentes en los diferentes agroecosistemas, para de esta forma estimar la diversidad microbiana de cada escenario productivo. El comportamiento de las poblaciones microbianas en las diferentes fincas pudiera estar relacionado con las mejoras que experimentan los suelos de estas áreas respecto al contenido de materia orgánica, indicador que en los últimos años ha mostrado una tendencia al incremento.
En la Figura 3 se muestra la diversidad de morfotipos bacterianos existentes en cada uno de los agroecosistemas estudiados. Se aprecia un mayor predominio de las bacterias de color blanco, mucilaginosas con bordes redondos en la mayoría de los suelos y le siguen las de igual coloración, secas con bordes irregulares.
La
composición de las comunidades microbianas que existen en el suelo sin
influencia de la raíz y la rizósfera son muy diferentes, lo que sugiere
una fuerte selectividad, que aumenta en los ambientes microbianos no
edáficos propios de las plantas, como la endósfera (hábitat dentro de
los órganos vegetales aéreos y subterráneos) y la filósfera (hábitat
circunscrito a las superficies vegetales). El análisis de las
poblaciones microbianas presentes en la rizósfera puede reflejar las
condiciones del cultivo y la diversidad microbiana encontrada, refleja
la salud de un ecosistema, donde se incluyen las condiciones
nutricionales, climáticas y antropogénicas y que pueden generar
distintos tipos de estreses abióticos y bióticos que influyen en el
adecuado desarrollo de los cultivos (Chávez-Díaz et al., 2020Chávez-Díaz,
I.F.; Zelaya, L.X.; Cruz, C.I.; Rojas, E.; Ruíz, S. y de los Santos, S.
(2020). Consideraciones sobre el uso de biofertilizantes como
alternativa agro-biotecnológica sostenible para la seguridad alimentaria
en México. Revista Mexicana Ciencias Agrícolas, 11 (6), 1423-1436. https://doi.org/10.29312/remexca.V9i4.1389.
).
Otro aspecto que resulta interesante estudiar, es la tolerancia a diferentes niveles de sal. En la Figura 4 se observa el comportamiento de los aislados obtenidos frente diferentes concentraciones de NaCl. Se expone como en su mayoría los aislados lograron crecer a concentraciones de 50 mM, a excepción del aislado CZ6 que no pudo desarrollarse a este nivel de sal. No obstante, cinco aislados toleraron todos los niveles de sal estudiados los que se proponen para continuar sus estudios.
Este resultado demuestra la concordancia del crecimiento de los microorganismos en condiciones in vitro y en su ambiente natural (Tahir et al., 2020Tahir,
M.; Naeem, M.A.; Shahid, M.; Khalid, U.; Farooq, A.B.U.; Ahmad, N.;
Ahmad, I.; Arshad, M. y Waqar, A. (2020). Inoculation of pqq E gene
inhabiting Pantoea and Pseudomonas strains improves the growth and grain
yield of wheat with a reduced amount of chemical fertilizer. Journal of
Applied Microbiology. https://doi.org/10.1111/jam.14630
).
De igual forma, se observó un comportamiento coherente con la
afirmación de que el crecimiento bacteriano decrece al aumentar la
cantidad de sal en el medio y puede influir en la relación
planta-microorganismo-ambiente (Fuskhah et al., 2019Fuskhah,
E.; Purbajanti, E.D. y Anwar, S. (2019). "Test of the resistance of
rhizobium bacteria to salinity for the development of food legume plants
in coastal areas". IOP Conference Series: Earth and Environmental
Science, 250(1): 012044, ISSN: 1755-1315. https://doi.org/10.1088/1755-1315/250/1/012044
),
de ahí la importancia de la búsqueda de nuevos aislados bacterianos
provenientes de estas condiciones con la capacidad de tolerar altas
concentraciones salinas.
Referente a ello, autores como Barrera et al. (2019Barrera,
C.M.; Jakobs-Schoenwandt, D.; Gómez, M.I.; Becker, M.; Patel, A.V. y
Ruppel, S. (2019). Salt stress and hydroxyectoine enhance phosphate
solubilisation and plant colonization capacity of Kosakonia
radicincitans. Journal of Advanced Research, 19, 91-97. https://doi.org/10.1016/j.jare.2019.03.012
)
señalaron que factores de supervivencia, persistencia y competitividad,
les confieren a los microorganismos mayores posibilidades de sobrevivir
y competir con otras bacterias del suelo. En este sentido, se describe
por diferentes estudios que las bacterias halófilas constituyen un grupo
diverso de microorganismos que se caracteriza por vivir en ambientes
con altas concentraciones de sales (Waditee-Sirisatthaet al., 2016Waditee-Sirisattha,
R.; Kageyama, H. y Takabe T. (2016). Halophilic microorganism resources
and their applications in industrial and environmental biotechnology.
AIMS Microbiol; 2:42-54, http://dx.doi.org/10.3934/microbiol.2016.1.42
; Guerra-Camachoet al., 2024Guerra-Camacho
M.Á.; Maga˜na-Tzuc M.C. y Vargas-Díaz A.A. (2024). Identificación y
actividad antifúngica de bacterias halófilas aisladas de suelos salinos
en Campeche, México, Revista Argentina de Microbiología. https://doi.org/10.1016/j.ram.2024.02.004
).
Del
mismo modo, se describe la importancia de las interacciones entre las
plantas y los microorganismos en diversos tipos de suelos, los que
pueden estar afectados por diferentes condiciones estresantes. Estos
microorganismos son los encargados de promover incrementos en la
producción de los cultivos (Guzmán y Montero, 2021Guzmán
Duchen, D. y Montero Torres, J. (2021). Interacción de bacterias y
plantas en la fijación del nitrógeno. Revista de Investigación e
Innovación Agropecuaria y de Recursos Naturales, La Paz, 8 (2):87-101. https://doi.org/10.53287/uyxf4027gf99e
).
Todos
estos hallazgos han propiciado que, en los últimos años, se promuevan
las investigaciones sobre las interacciones suelo-microorganismos-planta
y los beneficios de su estudio. Sin embargo, aún queda mucho camino por
recorrer para definir las actividades en las que intervienen los
microorganismos residentes y los resultantes de la manipulación y la
bioingeniería, los que de igual manera permiten aumentar los niveles de
producción en el marco de la sostenibilidad (García de Salamone, 2022García
de Salamone, I.E. (2022). Microbiología, bioeconomía y objetivos de
desarrollo sostenible. Revista Argentina de Microbiología. 54 71-73. https://doi.org/10.1016/j.ram.2022.05.007
).
De ahí la importancia de estudiar con mayor profundidad los
microorganismos presentes en el suelo y su diversidad, conjuntamente con
un enfoque más integrador para mejorar la productividad de los suelos
salinos y contribuir a la soberanía alimentaria en estos
agroecosistemas.
Conclusiones
⌅- En las fincas estudiadas se muestran las mayores concentraciones de microorganismos totales en la finca identificada como No. 7 de la localidad de Soplillar y las fincas No.16 y No. 18 ubicadas en Cayo Ramona.
- La diversidad de morfotipos bacterianos de mayor predominio en los agroecosistemas estudiados corresponde a los de color blanco, mucilaginosos, con bordes redondos.
- Cinco de los aislados obtenidos toleraron un nivel de sal elevado (200 mM) por lo que se seleccionaron para continuar sus estudios.