Un alto porcentaje de los nutrientes aplicados en el suelo en forma de fertilizantes de síntesis química no son aprovechados por las plantas y se pierden por lixiviación o volatilización; además de los daños asociados al uso de productos químicos en la agricultura y los impactos negativos que estos tienen sobre la salud y el medio ambiente. En estas condiciones, es necesario investigar alternativas ecológicamente amigables y económicamente posibles para hacer frente a la demanda creciente de alimentos aplicando técnicas de agricultura sostenible (Vejan et al., 2016).

El manejo de la rizosfera representa un área importante para la agrobiotecnología, con el precepto de aumentar el rendimiento y la producción de biomasa con un uso mínimo de agua, fertilizantes y agroquímicos (Ortíz-Castro et al., 2009). El estudio de la interacción planta- microorganismo puede ayudar a comprender los fenómenos que ocurren en ese ecosistema y podría guiar las aplicaciones que resulten en recursos sustentables, con un menor impacto ambiental y la disminución de la contaminación. Esta interacción puede ser empleada para mejorar el crecimiento de las plantas para la producción de alimentos, pero también de fibras, biocombustibles y metabolitos claves.

El empleo de microorganismos con potencialidades para la promoción del crecimiento vegetal es una alternativa para aumentar la producción agrícola. Las Bacterias Promotoras del Crecimiento Vegetal (PGPB) son un grupo de microorganismos promisorios y ampliamente estudiados como una de las formas posibles para reducir los costos de producción en la agricultura moderna (de Souza et al., 2015). Estas bacterias poseen varias estrategias para potenciar el crecimiento de la planta como la solubilización y reciclaje de nutrientes, la producción de hormonas estimuladoras del crecimiento, la fijación de nitrógeno, la inducción de defensa de las plantas, la producción de antibióticos y otras sustancias antimicrobianas, y la desintoxicación del suelo, entre otras (Rai et al., 2017).

El género Baállus es uno de los microorganismos más ampliamente estudiado para la promoción del crecimiento de las plantas (Pérez-Montaño et al., 2014). Se ha demostrado que estas bacterias poseen características que les permiten su utilización como promotores del crecimiento vegetal y antagonistas de fitopatógenos (Grobelak et al., 2015).

El maíz, el tomate y la zanahoria son cultivos de gran importancia para la alimentación humana. En la actualidad, el maíz es uno de los cereales con mayor volumen de producción a nivel mundial, junto con el trigo y el arroz. Además es una fuente de alimento y sustento económico directo para gran parte de la población (Paliwal et al., 2001). El tomate es la hortaliza más difundida en el mundo y la de mayor valor económico, la demanda aumenta continuamente y con ella su cultivo, producción y comercio (InfoAgro, 2020a). El cultivo de la zanahoria ha experimentado un importante crecimiento en los últimos años, tanto en superficie como en producción, ya que se trata de una de las hortalizas más producidas en el mundo (InfoAgro, 2020b).

Estudios in vitro realizados en el Laboratorio de Ecología Microbiana de la Facultad de Biología de la Universidad de La Habana, permitieron seleccionar cepas de Bacillus provenientes de cultivos de maíz y cafeto con potencial para la promoción del crecimiento de plantas, entre ellas las hortalizas antes mencionadas. Este trabajo tuvo como objetivo evaluar el efecto de cepas de Bacillus en la promoción del crecimiento vegetal en plantas de maíz (Zea mays L.), tomate (Solanum lycopersicum Mill.) y zanahoria (Daucus carota subsp. sativus L.) en experimentos de interacción planta-microorganismo en condiciones de invernadero.

Se utilizó un diseño completamente aleatorizado. La germinación (%) en maíz fue medida en los días 4, 5, 6, 8 y 11 después de la siembra (D.D.S.), igualmente fueron determinadas la tasa de germinación teniendo en cuenta las nuevas semillas germinadas, el índice de germinación que indica cómo ocurre la germinación en el tiempo y el índice de vigor que considera la masa seca de las semillas germinadas y el porcentaje de germinación (Moeinzadeh et al., 2010). Al final del experimento se midieron diferentes variables de acuerdo con cada cultivo. Para maíz se midió la longitud de la raíz más larga (cm) y de la hoja (cm), la altura (cm), la masa fresca (MV) y seca (MS) de la raíz y la parte aérea (g), el número de hojas y el diámetro del tallo (cm). En el caso del tomate se midió la longitud de la raíz más larga (cm), la longitud transversal de la hoja (cm), la masa fresca de la raíz y la parte aérea (g), el número de hojas y el diámetro del tallo (cm). Para la zanahoria se midió la longitud de la raíz más larga y de la raíz más engrosada (cm), las masas fresca y seca de la raíz y de la parte aérea (g), el número de hojas y el diámetro de la raíz (cm).

El procesamiento estadístico de los datos se realizó con el programa Statgraphics Plus versión 5.0, con el que se comprobó la normalidad y la homogeneidad de varianzas, según las pruebas de Kolmogorov-Smirnov, Cochran C, Hartley y Bartlett. Se realizó un Anova de clasificación simple para las variables de crecimiento y cuando existieron diferencias significativas entre los tratamientos, las medias se compararon según la prueba de Duncan al 5% de significación.

Los resultados de las tasas de germinación de maíz coinciden con los obtenidos para Pseudomonas fluorescens (Moeinzadeh et al., 2010). Se ha demostrado que Bacillus subtilis y B. megaterium mejoraron el porcentaje y la tasa de germinación en semillas de rábano (Kaymak et al., 2010). El índice de germinación indica cómo ocurre este proceso en el tiempo. El índice de vigor, por su parte, considera la masa seca de las semillas germinadas y el porcentaje de germinación. Este índice es indicativo no solo de la estimulación de la germinación, sino también de la eficacia del tratamiento sobre la plántula que se obtiene a partir de semillas.

Los resultados en este estudio coinciden con los obtenidos en estudios previos que muestran cómo cepas de Bacillus presentan potencialidades para ser utilizadas como promotores de la germinación (‘biopriming’) y sus capacidades fisiológicas (De Araujo et al., 2012). Además, el uso de este conjunto de índices relacionados con la germinación y el vigor permite realizar una mejor valoración de los resultados y el efecto de las cepas sobre la germinación de las semillas.

La diversidad de las bacterias que habitan como endófitas y rizosféricas en diferentes plantas brinda la posibilidad de seleccionar aquellas con mejores cualidades en la promoción del crecimiento y con un amplio rango de acción (De Araujo et al., 2012); por esta razón en el presente trabajo se evaluaron bacterias provenientes de los cultivos de maíz y cafeto en cultivos de importancia para la alimentación como son maíz, tomate y zanahoria.

Los resultados obtenidos en el cultivo del maíz coinciden con los obtenidos por De Araujo et al. (2012) en la altura de la planta, el número de hojas y la masa seca de la raíz, pero no con la masa seca del tallo. Quizás los mecanismos involucrados en la promoción del crecimiento por las cepas utilizadas en los estudios son diferentes o exista mayor influencia de alguno de ellos, pero que haya un efecto positivo en la masa seca de la raíz es definitorio para el mejoramiento general de la salud de la planta. Además, se ha planteado que generalmente los cambios en la arquitectura de la raíz de las plantas inoculadas van acompañados de cambios en los procesos endógenos de las plantas (Verbon et al., 2016). Además, la raíz provee del anclaje de la planta al suelo y desempeña un papel importante en la toma de agua y nutrientes (Ortíz-Castro et al., 2009), por lo que se considera fundamental el efecto de las bacterias en el desarrollo de las raíces como se ha obtenido en este trabajo. Zhang et al. (2015) demostraron que la cepa SQR9 de B. amyloliquefaciens cuando está viva tiene un efecto positivo en plantas de maíz, lo que indica la importancia de la interacción planta-bacteria y el impacto directo desde el punto de vista agronómico (Rogers et al 2015). Como se puede apreciar en los resultados, dos de las cepas en que se observan los mejores resultados no se originaron de este mismo cultivo (RC9 y RC15) y una de las cepas aisladas a partir del cultivo del maíz no promueve el crecimiento, lo que indica que no siempre existe una relación directa entre el origen de la cepa y su efecto positivo en la fitoestimulación.

En el cultivo del tomate no se observó efecto de las cepas en las variables evaluadas. Esto contrasta con resultados de Ajilogba et al. (2013) quienes encontraron un efecto positivo de cepas de Bacillus en la altura y el largo de la raíz de plantas de tomate, y en el incremento en el rendimiento de la planta y peso de los frutos (Mena-Violante et al., 2007). Estos autores coinciden en que si bien los cambios producidos por los microorganismos ocurren a nivel de la raíz, pueden estar relacionados con procesos fisiológicos que afectan el desarrollo y la maduración de los frutos.

En la literatura los estudios de la interacción zanahoria-Bacillus son escasos. Fall et al. (2004) y Surette et al. (2003) aislaron B. megaterium de cultivos de esta hortaliza el cual mostró efectos positivos en el crecimiento de la planta; en contraste, en el presente trabajo no se observaron efectos positivos de la bacteria en el desarrollo de este cultivo. Esto pudiera deberse a la interacción directa entre las cepas y las variedades de zanahoria que se probaron en el estudio, donde existieron efectos diferentes para cada cultivo probado.

Las bacterias utilizadas en este trabajo tienen la capacidad de producir compuestos indólicos como el ácido indolacético, fithormona que estimula el crecimiento del largo de raíces y tallos, solubilizan fosfatos y crecen en medio semisólido libre de nitrógeno (Rojas et al., 2016).

Estos pueden ser algunos de los mecanismos involucrados en la estimulación del crecimiento de las plantas que se observó en este trabajo.

Las cepas de Bacillus examinadas muestran ser aislamientos promisorios para su evaluación como PGPB. Los criterios utilizados en la selección in vitro pueden ser útiles en un programa de prospección de Bacillus promotores del crecimiento vegetal, reduciendo el número de cepas para llegar a un estado final de ensayos en las plantas (De Araujo et al., 2012), aunque es necesario entender los mecanismos básicos y la interacción PGPB-plantas y la especificidad de ésta para llegar a obtener un producto comercial a base de estos microorganismos (Rojas et al., 2016), ya que como plantean otros investigadores (Kumar et al., 2014), la aplicación de Bacillus como PGPR ofrece una vía amigable con el ambiente y sustentable para potenciar la salud de la planta y la productividad de los cultivos en sentido general.

A nivel de invernadero las cepas de Bacillus provenientes de plantas de maíz y y cafetoejercen efecto estimulador de la germinación de las semillas de maíz y se destacan las cepas RM5, RC9 y RC15 en la masa seca de raíz en el cultivo del maíz. En los cultivos del tomate y la zanahoria, se obtienen resultados variables, por lo que se debe profundizar en el estudio de estas interacciones planta-bacteria.