Bioprospección de hongos micorrízicos arbusculares como alternativa para el fortalecimiento del cultivo de aguacate (Persea americana Miller) en Colombia

Bioprospecting of fungi mycorrhizal mycorrhizal as an alternative for the strengthening of the cultivation of avocado (Persea americana Miller) in Colombia


Bioprospecção fungos micorrízicos arbusculares como uma alternativa para fortalecer o cultivo de abacate (Persea americana Miller) na Colômbia

Sandra Patricia Montenegro Gómez1, Silvia Eugenia Barrera Berdugo2 & Carlos Mario Valencia3

1Licenciada en Biología y Química. Especialista en manejo y conservación de suelos y aguas. Magister en ciencias agrarias, énfasis suelos. Doctora en Ciencias área de concentración microbiología Agrícola. 2Bióloga, Magister y Doctora en Ciencias, énfasis en suelos y nutrición de plantas, área de concentración microbiología del suelo. 3Agrónomo, Especialista en Biotecnología Agraria. 

1 Centro de Investigación de Agricultura y Biotecnología-CIAB. Dosquebradas. Risaralda. Colombia. 2Grupo de Investigación en Ecofisiología Vegetal & Ecosistemas Terrestres-Universidad Industrial de Santander-UIS. 3 Gobernación de Antioquia. 

1sandra.montenegro@unad.edu.co, 2silviaebarrerab@gmail.com, 3carlos.valencia@antioquia.gov.co

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Resumen

El Aguacate (Persea americana Miller) es uno de los frutos de mayor consumo mundial. México es el principal productor y  actualmente afronta problemas como el ataque de patógenos a la raíz y recientemente se han registrado impactos en la salud humana por uso de agroquímicos. Una alternativa para afrontar problemáticas en el desarrollo de las plantas ha sido iniciar el correcto manejo de las primeras etapas de producción y con ello mitigar problemas posteriores, en este manejo los microorganismos juegan un papel fundamental. Uno de los métodos es la inoculación con microorganismos del suelo como los hongos micorrízicos arbusculares (HMA); diversos estudios han demostrado que su colonización radicular en las plantas contribuye con la absorción de agua y nutrientes; lo cual indica que su potencialización puede contribuir en el manejo sustentable de los cultivos y como opción para fortalecer la producción. Colombia ocupa el quinto lugar en productividad a nivel mundial y lo que más resta competitividad local es el costo de los agroinsumos; en este sentido se podrían fortalecer investigaciones encaminadas a la bioprospección de HMA específicos para diversas variedades de aguacate en las regiones colombianas, ya que son poco los avances en esta temática. Avanzar tecnológicamente en el manejo de cultivos y generar estrategias sostenibles hace parte de las perspectivas y retos de la cadena del aguacate en Colombia. Adicionalmente es prioritario entrar en la dinámica de la demanda mundial con preferencia de alimentos más sanos y cuya producción sea amigable con el medio ambiente.

Palabras clave: Hongos micorrízicos arbusculares, Aguacate (Persea americana, Miller). Bioprospección, sustentabilidad

 

Abstract

Avocado (Persea americana Miller) is one of the most consumed fruits in the world. Mexico is the main producer of avocado and currently Mexico faces problems such as the attack of pathogens to the root and recently there have been impacts to human health by the use of agrochemicals. An alternative to deal with problems in the development of plants has been to start the correct management of the first stages of production and with that to mitigate later problems, in this management microorganisms play a fundamental role. The inoculation with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) is an important method. Several studies have shown that the root colonization in plants help to the absorption of water and nutrients. It indicates that the AMF can contribute to the sustainable management of crops as an option to strengthen production. Although Colombia is the top 5 of productivity in the world level, local competitiveness is the cost of agro-inputs. To the other hand, the research aiming to bioprospection of AMF specific for avocado varieties in Colombian regions, is necessary and could be strengthened this field because of it is little know currently about advances in this theme and its influence on the strengthening of Colombian agriculture.  Advancing in the crop management and generating sustainable strategies are the perspectives and challenges for the chain of avocado in Colombia. Indeed, it is a priority to get in at the dynamics of global demands preferring healthier food and friendly production to the environment.

Key-words: Arbuscular mycorrhizal fungi, Avocado (Persea americana, Miller). Bioprospecting, sustainability

 

Resumo

Abacate (Persea americana, Miller) é uma das frutas mais consumidas no mundo. México é o maior produtor e atualmente passa por problemas como o ataque de patógenos na raiz e recentemente tem-se encontrado que afeta a saúde humana pelo uso de agroquímicos. Uma alternativa para resolver os problemas no desenvolvimento das plantas foi iniciar com o tratamento corret nos estágios iniciais de produção e, assim, mitigar problemas posteriores. É aqui que os microorganismos desempenham um papel fundamental. Um método é a inoculação com microrganismos do solo como os fungos micorrízicos arbusculares (FMA). Estudos têm mostrado que a colonização da raiz contribui na absorção de água e nutrientes; indicando que potenciar seu uso pode contribuir para uma gestão agrícola sustentável e assim fortalecer a produção. Por outro lado, Colômbia ocupa o quinto lugar em produtividade no mundo e que mais resta na competitividade local é o custo dos insumos agrícolas; com relação a isto, deve-se fortalecer a pesquisa de bioprospecção em FMA específicos para diversas variedades de abacate nas regiões colombianas, porque  na atualidade, sabe-se pouco sobre os avanços neste tema e sua influência sobre o fortalecimento da agricultura colombiana. Avançar tecnologicamente em manejo de culturas e gerar estratégias sustentáveis ​​é parte das perspectivas e desafios da cadeia Colombiana  do abacate. Além disso, é uma prioridade para a dinâmica da demanda global de alimentos de preferência mais saudáveis ​​visando uma produção ambientalmente amigável.

Palavras-chave: Fungos micorrízicos arbusculares, Abacate (Persea americana, Miller). Bioprospecção, sustentabilidade 

 

Introducción

El aguacate (Persea americana, Miller) es un fruto de gran consumo mundial, con un comercio dinámico y en crecimiento.  Colombia se ubica entre los cinco primeros lugares de producción de acuerdo a datos registrados por la FAO STAT  hasta el año 2014, con producción anual de 288.739 t. México ocupa el primer lugar con 1.520.695 t, este país también ocupa el primer lugar mundial en consumo per capita y exportación (Bárcenas et al., 2011). Pese a su privilegiada ubicación, México afronta problemas de producción, como el ataque de patógenos a la raíz (Graham, 2001; Morales-García, 2009, Contreras, 2012) e impactos sobre la salud humana por uso de agroquímicos (El financiero, 2016).  Una alternativa para afrontar algunas de las problemáticas ha sido iniciar el correcto manejo de las primeras etapas de producción y con ello mitigar problemas posteriores, en este manejo los microorganismos juegan un papel fundamental. Uno de los métodos es la inoculación con microorganismos del suelo, como los hongos micorriza arbuscular HMA, (Contreras, 2012). Diversos estudios han demostrado que HMA además de favorecer la absorción y aprovechamiento de los nutrimentos del suelo en estas plantas, incrementan su tasa fotosintética y promueven aumento del crecimiento y mejora en la salud de las mismas. (Menge et al., 1980; Azcón- Aguilar et al., 1992; Bárcenas et al., 2011). El papel de los HMA junto a microorganismos solubilizadores de fosfato ha dado buenos resultados en plantaciones de aguacate en otros países como Chile, Brasil y Estados Unidos (Thies & Grossman, 2006). 

Factores como la especie vegetal y el tipo de suelo pueden influir en el establecimiento de la asociación HMA vs planta, así como otros factores bióticos o abióticos, por lo tanto investigaciones al respecto, deben direccionarse hacia poblaciones de HMA nativas, ya que puede existir adaptación y/o restricciones por factores locales que en algún momento podrían transformar esta relación comúnmente mutualista en una relación parasitaria (Lasso-Rivas, 2015). Tanto poblaciones nativas como foráneas de hongos micorrízicos arbusculares han sido usadas en la agricultura como inoculantes biológicos. Ejemplos donde se evalúa el efecto de inóculos comerciales en diferentes cultivos son abundantes (Motta & Munévar, 2005; Douds Jr et al., 2007; Castillo et al., 2009; Fernandez et al., 2011), observándose un efecto positivo en la planta derivado de la interacción con el hongo, y aunque suelo con esporas y propágulos es usado como inóculo, otros productos como inóculos líquidos, usados principalmente en horticultura, actúan como inoculante de semillas o son aplicados alrededor del tallo (http://mycorrhizae.com/mycoapply-products/liquid/mycoapply-liquid-endo/). 

Importancia de la interacción HMA y plantas de Aguacate

Los hongos micorrízicos desarrollan una extensa red de hifas en el suelo y ofrecen una eficiente transferencia horizontal de agua y nutrientes para las plantas a partir de áreas especializadas llamadas interfaces simbióticas que interactúan con la planta hospedera (Bonfante & Genre, 2010). Los mecanismos de interacción planta/hongo micorrízico están asociados a la especie de planta hospedera y a la estructura y función de los hongos, estos pueden ser ectomicorrizas ECM, micorrizas de orquídeas, ericoides y micorriza arbusculares MA (van der Heijden et al., 2015). En la raíz las ECM forman un manto alrededor de la raíz y penetran de forma intercelular la corteza de la misma, se ha encontrado que colonizan un número menor de plantas en comparación con las MA, los cuales colonizan de forma inter e intracelular la corteza de la raíz, formando arbúsculos, dentro de la célula vegetal (Figura 1). Los HMA interactúan simbióticamente con el 80% de las familias de plantas terrestres encontrándose en casi todos los ecosistemas terrestres (Smith & Read, 2008; Carreón-Abud et al., 2013), generando una fuerte influencia sobre el crecimiento y la productividad vegetal (van der Heijden et al., 2015). Por su parte la asociación simbiótica con la mayoría de las plantas de cultivo ha despertado gran interés en contextos agronómicos para el uso potencial de HMA en la producción sostenible con tendencia a la disminución en la aplicación de insumos químicos (Lanfranco et al., 2016).

Figura 1.  Ilustración de las estructuras de colonización de raíces en interacciones ectomicorrízicas (izquierda) y micorrízicas  arbusculares (derecha). Fuente: Bonfante & Genre (2010). 

Entre otros cultivos de interés agrícola, diversas leguminosas, cítricos, papaya, aguacate, manzana, mango, fresa y durazno han sido reportados por su interacción y resultados benéficos en desarrollo y productividad asociados a la presencia de HMA. En lo que respecta el aguacate; esta es una planta con pocos pelos absorbentes y la absorción de agua y nutrientes la realiza a través de tejidos primarios de las puntas de las raíces (Godínez et al., 2000; Lavaire & Morazán, 2013), por lo tanto la asociación microbiológica aguacate/hongos micorrízicos, se convierte en un mecanismo que facilita la exploración del suelo por parte de esta planta de raíz pivotante y muy ramificada en los primeros 60 cm.  (Whiley et al., 1988a).  Plantas con sistemas radiculares abundantes pero con pocos pelos absorbentes, como yuca, cebolla y cítricos, pueden ser altamente dependientes de la micorrización (Sánchez, 1999), mientras que plantas con un sistema radicular con abundantes raíces finas y pelos radiculares largos pueden ser poco dependientes de esta (Sieverding, 1991). 

Desde la caracterización de un transportador de fosfato de alta afinidad, TP, en un HMA  por Harrison & van Buuren (1995), la asociación simbiótica entre plantas y estos hongos ha sido objeto de estudio para el fortalecimiento en la toma de nutrientes en las planta y una alternativa para la fertilización agrícola sustentable, la cual complementada con otras prácticas de fertilización orgánica ha demostrado resultados muy favorables en transporte de P al interior de las plantas (Velez & Sánchez, 2014).  Según lo reportado por Allen & Shachar-Hill (2009), Sieh et al. (2013) y Berruti (2015), el   fosforo inorgánico -Pi-, N y S se pueden transferir a las plantas a través de HMA. Actualmente se sabe que existe asimilación de K+ derivado de la simbiosis HMA-planta, la cual podría estar relacionada con la tolerancia de la planta al estrés abiótico (Garcia & Zimmermann, 2014; Berruti, 2015).  Recientemente, se han publicado estudios de metanálisis, centrados en la respuesta de cultivos a la contribución de diferentes concentraciones de micronutrientes provenientes de la interacción con HMA (Lehmann et al., 2014; Lehmann & Rillig, 2015; Berruti, 2015). Los resultados muestran incrementos de Zn en tejidos de varias plantas de interés agrícola en diferentes ambientes (Lehmann et al., 2014), un efecto positivo en la absorción de Cu (Lehmann & Rillig, 2015) y mejoramiento en la productividad y en el contenido nutricional de Fe y Zn en garbanzo Cicer arietinum (Pellegrino & Bedini, 2014).

De acuerdo a los planes de fertilización, de modo general la extracción de nutrientes en la fruta fresca del aguacate, en orden descendente sería la siguiente: Potasio (K2O) >Nitrógeno(N)>Fósforo(P2O5)>Calcio(CaO)>Magnesio(MgO)>Azufre(S) (Bernal & Díaz, 2005). Algunos estudios revelan la efectividad de la asociación de la planta con HMAs.  En la Tabla 1, se detallan algunas experiencias internacionales relevantes a nivel latinoamericano, donde México, como mayor productor del mundo lidera estudios basados en asociación de aguacate con HMA.  

Tabla 1.

Algunas experiencias internacionales relevantes a nivel latinoamericano en producción de Aguacate asociado a HMA

HMA y prospección productiva de aguacate en Colombia

El aguacate es una planta que se puede adaptar a diferentes condiciones climáticas. La producción de aguacate en Colombia pasó de tener una balanza comercial deficitaria en 2010 a ser superavitaria a partir del 2013. Los costos de producción también se han ido incrementado principalmente por el valor de los agroinsumos, que en síntesis es el componente que más resta competitividad en la fase productiva para la industria local (Minagricultura, 2015). Avanzar tecnológicamente en el manejo de cultivos y generar estrategias sostenibles, hace parte de las perspectivas y retos de la cadena del aguacate en Colombia de acuerdo a Barreño (2014), en este sentido se podrían fortalecer investigaciones encaminadas a la bioprospección de HMA específicos para diversas variedades de aguacate en las regiones colombianas ya que hasta ahora es poco lo que se ha trabajado en esta temática. En la Tabla 2 se presentan algunos estudios relevantes realizados en el país los cuales se basan principalmente en porcentaje de colonización,   caracterización de esporas nativas y respuesta de la planta. 

Tabla 2.

Algunas experiencias colombianas en producción de Aguacate asociado a HMA

El consumo global en el mercado agrícola presenta nuevas tendencias enmarcadas en agricultura sostenible, direccionadas a mejorar la calidad, el rendimiento y reducir al mínimo el uso de prácticas agrícolas tradicionales que consumen energía y contaminan el medio ambiente (Montenegro & Hernandez, 2015). En el año 2002 se publicó el libro: “Aproximación al estado actual de la bioprospección” con el resultado de diversos trabajos de investigación orientados hacia el estudio de las micorrizas (Melgarejo et al., 2002). A pesar de esta iniciativa, el avance no ha sido relevante en el fortalecimiento de la agricultura colombiana. En lo que respecta al aguacate y su crecimiento productivo, es prioritario entrar en la dinámica de la demanda mundial con preferencia  de alimentos  más  sanos y cuya producción sea amigable con el medio ambiente, sin descuidar las condiciones de  vida  de  los  trabajadores  rurales  y  la  de  sus familias (Fonseca, Muñoz & Cleves, 2011), por lo tanto las razones para iniciar prácticas que favorezcan el uso sustentable del suelo, incluyendo la relación simbiótica planta-HMA, se hacen cada vez más necesarias ya que el aumento de productividad del Aguacate en Colombia basada en prácticas agrícolas tradicionales, podría desencadenar efectos negativos tanto en plantas como en cultivadores como ocurre actualmente en México y su desbordada producción de Aguacate (El financiero, 2016). Una proyección sustentable podría basarse en la implementación productiva de aguacate basada en servicios ecosistémicos de regulación, sustentada en el mantenimiento del suelo como parte de uno de estos  servicios  proporcionado por los ecosistemas,  que  comúnmente son  visibles solamente cuando los daños implican perdidas difíciles de recuperar (FAO, 2017; Corredor, Fonseca & Páez., 2012). 

Conclusiones 

En Colombia, se ha estudiado poco sobre la producción de Aguacate y su asociación simbiótica con HMA como herramienta biotecnológica de biobrospección. El cultivo de aguacate en Colombia indica una proyección comercial en alza al igual que el costo de los insumos agrícolas, lo cual resta competitividad en la fase productiva para la industria local y alternativas de mejoramiento en sistema de nutrición a partir de la potencialización de HMA, que podría contribuir hacia el cumplimiento de uno de los retos y perspectivas de la cadena de aguacate en Colombia fundamentada en la generación de estrategias sostenibles. 

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