Aislamiento y caracterización de microorganismos benéficos e identificación de metabolitos en la interacción con plantas

Abstract

La aplicación de inoculantes a base de microorganismos benéficos es una alternativa eficiente, benefician a la planta y el medio en el que se encuentran, pues las interacciones que llevan a cabo en gran parte por la presencia de metabolitos secundarios (MS) y compuestos orgánicos volátiles (COV’s) los cuáles participan dentro y fuera de la planta generando moléculas de señalización y de respuesta para estimular procesos fisiológicos. Se evaluaron cuatro bacterias Bacillus amyloliquefaciens (Ba), B. Simplex (Bs) y B. Firmus (Bf) y B31., y sus filtrados (F). El fecto de estas bacterias en diferentes interacciones planta-bacteria y planta-metabolitos en plantas de Arabidopsis thaliana (At) fueron evaluadas (por contacto AtB31, AtBa, AtBs y AtBf; difusión en el medio At-B31, At-Ba, At-Bs y At-Bf y volatiles At/B31, At/Ba, At/Bs At/Bf) y en Solanum lycopersicum (Sl) en invernadero (Sl, SlB31, SlBa, SlBs y SlBf). Los resultados para las interacciones in vitro por contacto y difusión mostraron que la longitud de raíz primaria a los 21 días para el tratamiento At-Ba y AtB31F fueron las mayores teniendo un incremento aproximado del 30% respecto al control (At); los tratamientos At-Ba y At-B31 promovieron una mayor área foliar a los 21 días con un aumento del 38% comparado al control; el peso fresco de las plántulas de A. thaliana fue incrementado en un 110% con el tratamiento At-Ba. Para efecto de volátiles el peso fresco aumentó un 78% con la inoculación de BfF, respecto al desarrollo foliar, At/BfF mostró un 45% más en comparación al control y At/Bs un 37% en la longitud radicular. Durante el estudio de la aplicación de la bacteria y sus filtrados en plantas de A. thaliana provenientes de los experimentos in vitro el tratamiento At/BsF y AtBfF generaron una mayor producción de silicuas por planta lo que se vio reflejado en un mayor rendimiento (peso total de semillas por planta), así como un aumento del 30% en la producción de semillas por silicua. En el experimento de invernadero, los filtrados de las cuatro bacterias demostraron diferencias estadísticas significativas en altura de plántula, diámetro de tallo, largo y ancho de hoja, lo que demuestra una mejor respuesta respecto al control y las demás bacterias inoculadas. De los COV’s identificados en las interacciones planta-microorganismo o filtrado se dio la presencia de moléculas con diversos grupos funcionales, principalmente encontramos ésteres, cetonas, éteres, fenoles, ácidos alifáticos, alcoholes, aldehídos, alcanos, alquenos y algunos compuestos aromáticos, de una manera no tan abundante se recuperaron algunos de familias como sesquiterpenos, cumarinas, ácidos carboxílicos, carbazoles, tiazoles, halogenuros e indoles. Los compuestos analizados en su mayoría no han sido encontrados en la literatura con reportes como agentes promotores del crecimiento vegetal, pero si es importante mencionar que por su naturaleza y las familias a las que pertenecen pueden derivar y desencadenar la síntesis de nuevas moléculas con aplicación agronómica.

The application of inoculants based on beneficial microorganisms is an efficient alternative, they benefit the plant and the environment in which they are found, since the interactions that they carry out are largely due to the presence of secondary metabolites (MS) and volatile organic compounds. (VOC's) which participate inside and outside the plant generating signaling and response molecules to stimulate physiological processes. Four bacteria Bacillus amyloliquefaciens (Ba), B. Simplex (Bs) and B. Firmus (Bf) and B31., and their filtrates (F) were evaluated. The effect of these bacteria on different plant-bacteria and plant-metabolite interactions in Arabidopsis thaliana (At) plants were evaluated (by contact AtB31, AtBa, AtBs and AtBf; diffusion in the medium At-B31, At-Ba, At- Bs and At-Bf and volatiles At/B31, At/Ba, At/Bs At/Bf) and in Solanum lycopersicum (Sl) in the greenhouse (Sl, SlB31, SlBa, SlBs and SlBf). The results for the in vitro interactions by contact and diffusion showed that the length of the primary root at 21 days for the At-Ba and AtB31F treatment were the greatest, having an approximate increase of 30% compared to the control (At); the At-Ba and At-B31 treatments promoted a greater leaf area at 21 days with an increase of 38% compared to the control; the fresh weight of the A. thaliana seedlings was increased by 110% with the At-Ba treatment. For the effect of volatiles, the fresh weight increased by 78% with the inoculation of BfF, with respect to leaf development, At/BfF showed 45% more compared to the control and At/Bs 37% in root length. During the study of the application of the bacterium and its filtrates in A. thaliana plants from the in vitro experiments, the At/BsF and AtBfF treatment generated a greater production of siliques per plant, which was reflected in a higher yield (weight total seeds per plant), as well as a 30% increase in seed production per silique. In the greenhouse experiment, the filtrates of the four bacteria showed statistically significant differences in seedling height, stem diameter, leaf length and width, which demonstrates a better response compared to the control and the other inoculated bacteria. Of the VOC's identified in the plant-microorganism or filtrate interactions, the presence of molecules with various functional groups occurred, mainly we found esters, ketones, ethers, phenols, aliphatic acids, alcohols, aldehydes, alkanes, alkenes and some aromatic compounds, in a not so abundantly, some families such as sesquiterpenes, coumarins, carboxylic acids, carbazoles, thiazoles, halides and indoles were recovered. Most of the compounds analyzed have not been found in the literature with reports as plant growth promoting agents, but it is important to mention that due to their nature and the families to which they belong, they can derive and trigger the synthesis of new molecules with agronomic application.